Doprava, Prach

Doprava a vliv na koncentrace částic II. – denní a týdenní chod

Jak je to s koncentracemi prašnosti v blízkosti dopravních tahů? Ovlivňuje intenzita dopravy koncentrace škodlivin v ovzduší? Projeví se dopravní špičky? A co pro koncentrace znamená pokles intenzity dopravy o víkendu. Na tyto odpovědi naleznete odpovědi v následujícím článku.

 

Po úvodu do problematiky se nyní podrobněji podíváme na vliv dopravy na koncentrace částic (a také oxidů dusíku) v různých časových intervalech. A Začneme od úrovně jednotlivých dní.

V úvodním článku o dopravě bylo uvedeno, že nejvyšší koncentrace PM a NOX jsou měřeny na dopravních lokalitách. Na příkladu nejzatíženější dopravní lokality Brno – Svatoplukova (u Židenických kasáren) je možné ukázat, že zatímco NOX jsou v této lokalitě ovlivňovány takřka výhradně dopravou, v případě PM k ovlivnění dochází, ale nejedná se o jediný zdroj PM v této lokalitě. A v případě PM2,5 může být ovlivnění jinými zdroji, než je doprava, poměrně významné.

Brněnské komunikace a.s., disponují zhruba od poloviny roku 2016 senzory pro monitoring intenzity dopravy. Tyto senzory jsou rozmístěny na dopravně významných úsecích komunikací v Brně. Jedním z monitorovaných úseků je i komunikace Svatoplukova v blízkosti stanice Brno – Svatoplukova.

Pro potřeby posouzení vlivu dopravy v lokalitě Brno – Svatoplukova byla využita data za červenec až prosinec roku 2016. Pro hodnocení byla vždy použita celková intenzita, tedy součet intenzit v obou směrech. Histogram intenzity dopravy a výskytu dopravních stupňů zobrazuje následující obrázek.

Z histogramu intenzity dopravy je patrné, že velmi často se vyskytují situace s počtem vozidel nižším než 500 (zejména v nočních hodinách) a dále s počtem vozidel v intervalu 3000 – 3500 (denní hodiny).  Tato situace se tak odráží i v histogramu dopravních stupňů. Nejvyšší stupeň 5 se v této lokalitě téměř nevyskytuje, méně výskytů zaznamenává i stupeň č. 2. Stupeň 1 je častý v nočních hodinách, stupně 3 a 4 v denních hodinách.

Denní chod intenzity dopravy a koncentrací škodlivin

Srovnání denního chodu intenzity dopravy a koncentrací NOX, PM10 a PM2,5 zobrazuje následující obrázek. Čas je vždy uváděn v UTC (tzv. světový čas, v létě je potřeba přičíst 2 hodiny, v zimě 1 hodinu pro získání SELČ resp. SEČ) shodně s měřením kvality ovzduší.

Z grafu je zřetelný nárůst intenzity dopravy od 3. hodiny UTC. Z velmi nízkých intenzit v nočních hodinách (zhruba 100 – 400 vozidel za hodinu) narostou intenzity na hodnoty kolem 3000 vozidel za hodinu. Tento výrazný nárůst se odrazí ve velmi obdobném rychlém nárůstu koncentrací NOX, které stoupnou z nočních hodnot do 50 µg∙m–3 na denní hodnoty blížící se 200 µg∙m–3.

V případě koncentrací PM10 nedochází k tak zřetelnému nárůstu koncentrací, jako v případě NOX. K růstu začne docházet mírně později, růst také není tak razantní, je pouze potupný a k nejvyšší koncentraci dochází později než v případě NOX. Rovněž míra nárůstu koncentrací není jako u NOX – zatímco v případě oxidů dusíku se koncentrace znásobí, v případě PM10 vzrostou pouze v řádu jednotek µg∙m–3. Poté dochází v případě PM10 na koncentrace podobné nočním hodinám, a to až do cca 13. hodiny UTC. Pak dochází k opětovnému postupnému růstu koncentrací, odpolední špička je na rozdíl od koncentrací NOX hodnotově shodná s tou ranní a opět je posunuta do pozdějších hodin (maximum okolo 18. hodiny UTC).  Tento posuv může souviset se setrváním částic v ovzduší a postupné kumulace vlivem resuspenze, v odpoledních a večerních hodinách se v topné sezóně může na koncentracích významně podílet i sektor vytápění.

V případě jemnější frakce suspendovaných částic PM2,5 je situace ještě odlišnější. Ranní nárůst koncentrací je pouze minimální (z 22 µg∙m–3 v 2:00 UTC na 24 µg∙m–3 v 5:00 UTC). Poté dojde k výraznějšímu poklesu koncentrací na hodnoty nižší, než jsou noční hodnoty (17,5 µg∙m–3 v 13:00 UTC). Poté dochází opět k postupnému růstu koncentrací až ke kulminaci v 20:00 UTC (25 µg∙m–3).

Vztah mezi průměrnou intenzitou dopravy a průměrnými koncentracemi v lokalitě Brno – Svatoplukova je pak možné vyjádřit pomocí grafů včetně lineární regresní funkce. Tyto grafy jsou uvedeny na následujícím obrázku. Z něj vyplývá poměrně silná vazba mezi koncentracemi NOX a intenzitou dopravy (R2 = 0,88). Naopak v případě PM10 (R2 = 0.05) a PM2,5 (R2 = 0,26) žádná vazba nalezena nebyla.

Z toho vyplývá, že koncentrace PM2,5 nejsou dopravou tolik ovlivněny. Souvisí to i s emisní bilancí (viz předchozí kapitola). Do koncentrací PM10 významněji zasahují otěry a abraze, v případě PM2,5 jsou podstatnější exhalace. Jemnější částice jsou rovněž lépe transportovány na delší vzdálenosti, plošný vliv lokálních topenišť tak může jemnými částicemi výrazně ovlivňovat i tuto dopravní lokalitu tak, že nejvyšší koncentrace jsou měřeny ve večerních a nočních. Svůj vliv pochopitelně mají i meteorologické podmínky – přes den zpravidla panují lepší rozptylové podmínky, což může být zásadní moment v poklesu koncentrací PM2,5 v denních hodinách.  V případě vyšší otevřenosti lokality (pokud by nebyla umístěna v kaňonu zástavby) lze očekávat, že by koncentrace zejména PM2,5 mohly být nižší díky lepšímu rozptylu. Tyto vlivy je možné zobrazit i pomocí koncentračních růžic a denních chodů.

Hodnocení denního chodu pomocí koncentračních růžic

Následující růžice byly sestrojeny z hodinových dat za období 2010 – 2016. Koncentrační růžice ukazují, jaké směry větru (standardně jako ve větrné růžici) a rychlosti větru (střed růžice = bezvětří, kružnice dále zobrazují postupný nárůst rychlosti větru) jsou odpovědny za měřené koncentrace v lokalitě. Koncentrační růžice je dále možné rozdělit na denní (daylight) a noční (nighttime) část dne. Lze tak částečně odseparovat vliv jednotlivých zdrojů. Zatímco koncentrace škodlivin z dopravy by měly kulminovat přes den, kdy jsou měřeny nejvyšší intenzity dopravy, vliv topení a lokálních topenišť by se měl projevit především večer a v noci.

Z takto členěných koncentračních růžic vyplývá, že v případě oxidů dusíku (NOX) jsou koncentrace přes den výrazně vyšší, než v noci, a to zejména při nízkých rychlostech větru popř. při proudění z jižních směrů (od křižovatky, kde auta stojí a rozjíždějí se).

V případě PM10 jsou koncentrační růžice podobné, liší se ve vysokých koncentracích v denních hodinách při proudění z jihu a vyšších rychlostech větru. To může být opět důsledek proudění od křižovatky. Zároveň je patrné, že v tomto bodě jsou rovněž koncentrace PM10 výrazně vyšší, než v případě PM2,5. Může se tedy jednat o otěry, může se jednat o posypový materiál, popř. se může jednat i o vzdálenější vliv, který navýšil koncentrace díky příhodným meteorologickým podmínkám. Odpověď na tuto otázku si nechám do příštího článku, v tuto chvíli ji ještě nechám otevřenou a k zamyšlení.

Naopak v případě PM2,5 je i v dopravou silně zatížené lokalitě Brno – Svatoplukova patrné, že noční koncentrace jsou srovnatelné či mírně vyšší proti denním koncentracím, a to zejména při nízkých rychlostech větru. Suspendované částice PM2,5 mohou být transportovány na větší vzdálenosti a zároveň zůstávají v atmosféře déle než PM10. Zvýšené koncentrace PM2,5 tak mohou být zvýšené v nočních hodinách i proto, že částice vlivem dopravy nesedimentují, ale může se projevovat i vliv vytápění, a to i z lokálních topenišť – přímo v ulici Svatoplukova je několik budov, ze kterých v topné sezóně vychází dosti viditelný kouř, který může při nízkých rychlostech větru měření v lokalitě výrazně ovlivňovat.

Intenzity dopravy a koncentrace škodlivin v pracovních dnech a o víkendu

Obdobně jako v případě denního chodu lze sledovat i týdenní chod jednotlivých charakteristik. Zajímavý pak bude zejména rozdíl mezi pracovními dny a víkendem. Následující obrázek zobrazuje opět intenzity a koncentrace NOX, PM10 a PM2,5 v jednotlivých dnech týdne. Opět byla použita data z lokality Brno – Svatoplukova za červenec – prosinec 2016.

Z grafů je patrné, že v pracovní dny je měřena výrazně vyšší intenzita dopravy, přičemž mezi pracovními dny není velký rozdíl. I v případě koncentrací NOX jsou o víkendu měřeny nižší koncentrace, z pracovních dní jsou nejvyšší koncentrace měřeny v pátek.  V případě suspendovaných částic PM10 a PM2,5 však výrazný rozdíl mezi pracovními dny a víkendy není, mírná variabilita v koncentracích přesto patrná je. Nejvyšší koncentrace PM10 jsou měřeny v pátek a v sobotu, nejvyšší koncentrace PM2,5 pak v sobotu a v pátek.

Jak si tedy stojí v průměru víkendové dny proti pracovním dnům z hlediska výše uvedených charakteristik? To procentuálně zobrazuje následující obrázek. Hodnoty zobrazují, jak se v průměru změní intenzity a koncentrace o víkendu proti průměru za pracovní dny (100 %).

Z grafu je patrné, že pokles v intenzitách dopravy přibližně odpovídá poklesu koncentrací NOX. Jak intenzity dopravy, tak koncentrace NOX poklesly o víkendu na zhruba 60 % hodnot v pracovní dny. Avšak koncentrace PM10 při poklesu dopravy na 60 % klesly pouze nepatrně, koncentrace PM2,5 se prakticky nezměnily. Na této situaci se zřejmě podílí fakt, že na koncentracích PM10 se významně podílí i další zdroje (průmysl, lokální topeniště), a významnou část tvoří regionální pozadí. Vliv dopravy se na koncentracích odráží v menší míře, pouze je lokálně navyšuje. Avšak ani výrazný pokles intenzity dopravy se tedy významně neodrazí v koncentracích PM.


Shrnutí

Co z uvedených charakteristik vyplývá? S intenzitou dopravy jsou velmi dobře svázány koncentrace NOX. Projevuje se to na hodinové úrovni, kde je možné pozorovat silnou pozitivní vazbu. Projevuje se to rovněž na poklesu koncentrací o víkendu proti pracovním dnům, které jsou ve shodě s poklesem intenzity dopravy. Vymístění dopravy z centra popř. přechod na elektromobily by se tedy pozitivně odrazil na poklesu koncentrací oxidů dusíku

<malý_spoiler> Imisní limit pro průměrnou roční koncentraci oxidu dusičitého (NO2) je překračovám na 2 lokalitách v Brně (Brno-Svatoplukova a Brno-Úvoz). Není náhodou, že se jedná o lokality, kde je doprava sevřena kaňonem zástavby. Naopak na Zvonařce nebo v těsné blízkosti mimoúrovňového křížení VMO za Výstavištěm, kde jsou lokality více „otevřené“ tak vysoké hodnoty NO2 nejsou, přestože intenzita dopravy je vyšší než na Úvoze. Koncentrace NOX tak relativně dobře korelují s dopravou, ale absolutní hodnoty jsou závislé na lokalitě. Proto je pro Brno velmi důležitý obchvat – dostat co nejvíce dopravy z „kaňonů“ (zástavby) v Brně do otevřeného prostoru – emise NOX nebudou „uzavřeny“ a bude moci docházet k dobrému rozptylu, koncentrace budou podstatně nižší, a navíc v řádu desítek metrů od komunikace velmi výrazně poklesnou.[1] </malý_spoiler>

Na rozdíl od NOX však prašnost na změny intenzity dopravy téměř nereaguje. Během ranní dopravní špičky dochází k mírnému nárůstu koncentrací. To je však pravděpodobně způsobeno především tím, že provoz není plynulý (emise při brzdění, rozjíždění, volnoběh … viz minulá kapitola). Po špičce dochází k poklesu koncentrací, přestože intenzity se příliš nemění. Nárůst koncentrací pak přichází až večer a pokračuje do nočních hodin, kdy je již intenzita dopravy nízká. Je tedy zcela zřejmé, že doprava se na koncentracích podílí, ale ani v této dopravní lokalitě není jediným zdrojem. Na koncentracích se zřejmě podílí další zdroje (lokální topeniště, průmysl), svůj vliv budou mít i rozptylové podmínky. Proto nebyla v hodinovém chodu nalezena vazba mezi intenzitou dopravy a koncentracemi PM10 a PM2,5. A ani velmi výrazný pokles intenzity dopravy o víkendu (o 40 % proti pracovním dnům) se v průměru na koncentracích PM10 a PM2,5 téměř neprojeví. Opět se potvrzuje, že na koncentrace mají patrně vliv i další zdroje. Jedním z možných závěrů je také to, že velmi důležitým aspektem koncentrací PM10 a PM2,5 v dopravních lokalitách je resuspenze – tedy víření prašnosti (která nemusí nutně pocházet z exhalací aut). K dostatečnému víření pravděpodobně stačí i méně vozidel, proto o víkendu nedochází k výraznému poklesu koncentrací. K víření by docházelo, i kdyby byla všechna auta na elektropohon.

[1] ČHMÚ, Šíření znečišťujících látek ovzduší v okolí dopravních komunikací, Praha, 2017

Oštítkováno , , , ,

Okomentujte článek ...