Jednotky měření znečištění ovzduší v České republice

Kvalita ovzduší zásadně ovlivňuje zdraví životního prostředí a lidí. Proto je už nyní vývoj technologií pro monitoring znečištění ovzduší nezbytným nástrojem environmentálního managementu. Integrace technologií pro sledování znečištění ovzduší umožňuje detailní analýzu kvality ovzduší na lokální i regionální úrovni. Aplikace modulárních senzorových sítí, datových platforem nebo inteligentních systémů pro identifikaci zdrojů znečištění znamená nesporný přínos pro každodenní život běžných obyvatel, firem, měst, krajů i státu.

Monitorování znečištění ovzduší v ČR

Znečištění ovzduší suspendovanými částicemi frakcí PM10 a PM2,5 zůstává jedním z hlavních problémů, které je třeba řešit při zajišťování kvality ovzduší ČR. Překračování imisních limitů PM10 a PM2,5 se stále podílí na vymezování oblastí s nadlimitním znečištěním ovzduší.

Překračování imisních limitů PM10

K překročení 24hodinového imisního limitu PM10 (průměrnou 24hod. koncentraci 50 µg·m‑3 je povoleno překročit 35× za rok) došlo v roce 2021 na necelých 3 % stanic (4 stanice z celkového počtu 152 s dostatečným počtem dat pro hodnocení). Jednalo se o dvě průmyslové stanice - Ostrava-Radvance-ZÚ (57× překročeno) a Karviná (51× překročeno), o venkovskou stanici Věřňovice (56× překročeno) a městskou pozaďovou stanici Rychvald (42× překročeno).

Stanice Ostrava-Radvanice-ZÚ, Věřňovice, Karviná a Rychvald jsou, obdobně jako ostatní stanice v aglomeraci O/K/F-M, dlouhodobě ovlivněny dálkovým transportem znečištění z Polska. Stanice Ostrava-Radvanice-ZÚ je navíc ovlivněna průmyslovými emisemi a Karviná emisemi ze stavební činnosti. Na stanici Věřňovice se projevuje kombinace vlivu znečištění ovzduší z jižního Polska a vesnické zástavby na české straně hranice spolu se specifickými meteorologickými podmínkami v údolí Olše.

Imisní limit pro průměrnou 24hodinovou koncentraci PM10 byl v roce 2021 překročen na 0,1 % území ČR s cca 0,4 % obyvatel. V porovnání s předchozími lety (0,001 % území v roce 2020, 0,3 % v roce 2019, 3,2 % v roce 2018, 8,3 % v roce 2017) se rok 2021 řadí mezi roky s menší plochou území ČR vystaveného nadlimitní koncentraci PM10, což odpovídá nízkému počtu překročení imisního limitu na měřicích stanicích.

Čtěte také: Jednotky měření v ovzduší

Velká část území ČR (více než 87 %) byla v roce 2021 vystavena koncentraci do 35 µg·m‑3, tedy koncentraci pod horní mezí pro posuzování stanovené vyhláškou č. 330/2012 Sb., o způsobu posuzování a vyhodnocení úrovně znečištění, rozsahu informování veřejnosti o úrovni znečištění a při smogových situacích. Nejvíce zatíženou souvislou oblastí byla, stejně jako v předešlých letech, aglomerace O/K/F-M.

Imisní limit pro průměrnou roční koncentraci PM10 (40 µg·m‑3) nebyl v roce 2021, potřetí v řadě po letech 2019 a 2020 za celou historii měření PM10 od roku 1993, překročen na žádné stanici ČR. Nejvyšší roční průměrné koncentrace byly naměřeny na stanicích v aglomeraci O/K/F-M. Stejně jako v letech 2019 a 2020 nebylo v prostorovém rozlišení 1×1 km vymezeno žádné území ČR s nadlimitní roční průměrnou koncentrací PM10.

Z hlediska pětiletého průměru ročních průměrných koncentrací je nejvíce zatíženou oblastí aglomerace O/K/F-M. Koncentrace PM10 vykazují zřetelný roční chod s nejvyššími hodnotami v chladných měsících roku, kdy dochází i k nejčastějšímu překračování hodnoty 24hodinového imisního limitu (více než 85 % případů překročení v lednu, březnu a prosinci).

Vyšší koncentrace PM10 v ovzduší během chladného období roku souvisí jak s vyššími emisemi částic ze sezonně provozovaných tepelných zdrojů, tak i s častějším výskytem zhoršených rozptylových podmínek v této části roku. Roční chod koncentrací PM10 v roce 2021 vykazuje méně výrazný průběh v porovnání s desetiletým průměrem, kde byla jasná dominance podzimních a zimních měsíců. V roce 2021 byly nejvyšší koncentrace PM10 naměřeny v únoru, kdy došlo k výskytu mírně nepříznivých až nepříznivých podmínek. V únoru byly v několika dnech zaznamenány zvýšené koncentrace PM10 na celém území ČR i v souvislosti s přenosem písečných částic ze Sahary. Ve zbývajících měsících chladného období roku, tj. v lednu, březnu a v posledních třech měsících roku byly koncentrace na podobné úrovni.

Průměrné měsíční koncentrace PM10 v roce 2021 v porovnání s desetiletým průměrem (2011-2020) byly, s výjimkou června, nižší ve všech měsících roku. Pokles koncentrací PM10 na stanicích byl výrazný zejména v lednu (pokles téměř o 13 µg·m‑3, tj. o 40 %) a v listopadu (pokles téměř o 11 µg·m‑3, tj. o 36 %).

Čtěte také: Ekosystém a jeho základní složky

Na začátku roku 2021 (leden-březen) panovaly standardní rozptylové podmínky s výjimkou února (zhoršené rozptylové podmínky), teplotně byly měsíce charakterizovány jako normální a srážkově normální až podnormální. Podmínky určující spotřebu paliv (emisní intenzitu), samočištění atmosféry a rozptyl znečišťujících látek v lednu-březnu 2021 tedy převážně byly průměrné až mírně zhoršené.

Přesto průměrné měsíční koncentrace suspendovaných částic v porovnání s desetiletým průměrem 2011-2020 klesly, ačkoliv vzhledem k výše popsaným podmínkám by bylo možné předpokládat jejich nárůst k úrovním nebo nad úrovně průměrných desetiletých koncentrací. Tento pokles koncentrací poukazuje na snižující se produkci emisí suspendovaných částic díky postupné modernizaci emisních zdrojů (velké zdroje v souvislosti s uplatňováním BAT, kotle vytápějící domácnosti tuhými palivy, obnova vozového parku).

Nižší průměrné měsíční koncentrace PM10 v porovnání s desetiletým průměrem 2011-2020 byly zaznamenány i v teplotně a srážkově podnormálním dubnu, kdy lze ještě předpokládat částečný vliv emisí z lokálních topenišť. Závěr roku (říjen-prosinec) byl teplotně a srážkově normální, pouze říjen je hodnocen jako srážkově podnormální. Rozptylové podmínky v porovnání s desetiletým průměrem 2011-2020 byly charakterizované jako standardní, nicméně v lednu došlo k méně častému výskytu nepříznivých podmínek v porovnání s desetiletými hodnotami a v říjnu a listopadu roku 2021 k výskytu nepříznivých podmínek nedošlo. Na poklesu měsíčních koncentrací se v těchto měsících tedy podílely i relativně lepší rozptylové podmínky.

V prosinci byly zaznamenány nepříznivé rozptylové podmínky, koncentrace PM10 stouply nad hodnotu IL, následkem čehož byla vyhlášena jedna smogová situace na území aglomerace O/K/F-M bez Třinecka ve dnech 27.-29. 12. 2021. Pro letní období roku (duben-září) jsou typické koncentrace na nižší úrovni, kdy dochází k útlumu sezónních zdrojů. Koncentrace jsou ovlivněny zejména výskytem sucha, které vede k prašnosti a následnému navýšení koncentrací částic v ovzduší. Nejnižší průměrná měsíční koncentrace byla v roce 2021 naměřena v květnu a srpnu. V květnu navíc panovaly výrazně lepší rozptylové podmínky. Naopak nárůst koncentrací v červnu pravděpodobně souvisí s nízkým množstvím srážek v prvních dvou třetinách měsíce a silně nadnormální teplotou.

V roce 2021, podobně jako v roce 2020, byly na území ČR vyhlášeny nouzové stavy v souvislosti s výskytem koronaviru SARS-CoV-2. Z hlediska potenciální změny kvality ovzduší na území ČR byl nejvýznamnější měsíc březen, kdy byl zakázán i pohyb mezi okresy. Vzhledem k heterogenní skladbě emisních zdrojů PM10 a jejich silnému vztahu s rozptylovými a meteorologickými podmínkami nelze očekávat v důsledku opatření nouzového stavu významné změny koncentrací. Na jedné straně docházelo k poklesu emisí suspendovaných částic a oxidů dusíku (prekurzorů sekundárních suspendovaných částic) z dopravy, na druhé straně pravděpodobná vyšší intenzita vytápění v důsledku setrvání obyvatelstva v domácím prostředí vedla k vyšším emisím částic z lokálních topenišť.

Čtěte také: Moderní energetika a kogenerace

Překračování imisních limitů PM2,5

Imisní limit pro roční průměrnou koncentraci PM2,5 (20 µg·m‑3) byl v roce 2021 překročen na 9 z 93 stanic (9,7 %). Všechny stanice (s výjimkou městské pozaďové stanice Zlín-ZŠ Kvítkova) s nadlimitní roční průměrnou koncentrací PM2,5 v roce 2020 leží na území aglomerace O/K/F-M. Pro srovnání s minulými lety lze konstatovat, že z hlediska imisního limitu platného do roku 2019 (25 µg·m‑3) by v roce 2021 došlo k překročení pouze na stanici Ostrava-Radvanice ZÚ, kde byla naměřena roční průměrná koncentrace 26,6 µg·m‑3.

Imisní limit pro průměrnou roční koncentraci PM2,5 byl v roce 2021 překročen na 0,3 % území s cca 1,5 % obyvatel. Nadlimitní roční průměrné koncentrace PM2,5 byly v hodnoceném období 2011-2021 měřeny převážně na území aglomerace O/K/F-M. Z hlediska pětiletého průměru ročních průměrných koncentrací PM2,5 je nejvíce zatíženou oblastí aglomerace O/K/F-M.

Měsíční koncentrace PM2,5 vykazují velice podobný roční chod jako PM10 včetně významného snížení průměrných měsíčních koncentrací v porovnání s jejich desetiletým průměrem. Nejvyšší koncentrace byly měřeny v únoru. Průměrné měsíční koncentrace PM2,5 v roce 2021 v porovnání s desetiletým průměrem (2011-2020) byly, s výjimkou června, nižší ve všech měsících roku. Pokles koncentrací PM10 na stanicích byl výrazný zejména v lednu (pokles o 10 µg·m‑3, tj. o 38 %), březnu (pokles o 6 µg·m‑3, tj. o 25 %), srpnu (pokles o 6 µg·m‑3, tj. o 45 %) a v listopadu (pokles téměř o 5 µg·m‑3, tj. o 27 %).

Poměr frakcí PM2,5 a PM10

Poměr frakcí PM2,5 a PM10 není konstantní, vykazuje sezonní průběh a je zároveň závislý na charakteru lokality. V roce 2021 se tento poměr pohyboval v průměru z 68 stanic v ČR, kde se současně měří PM2,5 a PM10 a stanice mají dostatečný počet měření pro toto hodnocení, v rozmezí 0,59 (červenec) až 0,86 (leden).

V Praze a Brně, kde je roční chod ovlivněn vysokým podílem dopravních lokalit, byl tento poměr v rozmezí 0,55 (červenec) až 0,81 (únor) a 0,58 (srpen) až 0,82 (prosinec). V Moravskoslezském kraji byl tento poměr v rozmezí 0,63 (srpen) až 0,90 (prosinec) a v Ústeckém kraji 0,59 (srpen) až 0,82 (leden.

Při porovnání poměru frakcí PM2,5 a PM10 podle klasifikace lokalit je na venkovských lokalitách poměr v rozmezí 0,56 (srpen) až 0,86 (leden), na městských pozaďových 0,60 (srpen) až 0,86 (leden, prosinec), na předměstských pozaďových 0,64 (srpen) až 0,85 (leden, prosinec), na dopravních lokalitách je poměr v rozmezí 0,57 (srpen) až 0,85 (leden) a na průmyslových 0,63 (srpen) až 0,97 (prosinec).

Roční chod poměru frakcí PM2,5 a PM10 souvisí se sezonním charakterem některých emisních zdrojů. Emise ze spalovacích zdrojů vykazují vyšší zastoupení frakce PM2,5 než např. emise ze zemědělské činnosti a resuspenze při suchém a větrném počasí. Vytápění v zimním období může být tedy důvodem vyššího podílu frakce PM2,5 ve frakci PM10. Nejvyšší poměr PM2,5/PM10 byl v roce 2021 zjištěn, bez ohledu na charakter lokality, v měsíci únoru. K tomuto přispěl fakt, že v únoru bylo zaznamenáno silně nadnormální množství srážek.

Poměry PM2,5/PM10 jsou obecně vyšší ve vlhkých měsících, neboť dochází k menšímu příspěvku resuspenze ke koncentraci PM10. Pokles během jarního období a začátku léta je v některých studiích vysvětlován také nárůstem množství větších biogenních částic, např. Na dopravních lokalitách je poměr PM2,5 vůči PM10 nejnižší. Při spalování paliv v dopravě se emitované částice nalézají především ve frakci PM2,5, a poměr by měl tudíž být u dopravních lokalit vysoký. To, že tomu tak není, zdůrazňuje význam větších částic vířených z povrchu vozovky, a také emisí z otěrů pneumatik, brzdového obložení a ze silnic.

Zastoupení hrubé frakce na dopravních stanicích narůstá i v důsledku resuspenze částic ze zimního posypu. K navýšení koncentrace PM10 může dojít i v důsledku zvýšené abraze silničního povrchu posypem a následnou resuspenzí obroušeného materiálu. Naproti tomu vyšší poměr frakcí PM2,5 a PM10 v důsledku emisí ze spalovacích procesů je pozorován na průmyslových stanicích.

Dlouhodobý vývoj koncentrací

Vývoj koncentrací suspendovaných částic PM10 na jednotlivých typech stanic je hodnocen za období posledních 11 let, tj. 2011-2021. 36. nejvyšší 24hodinová koncentrace PM10 (v průměru ze všech stanic, pro které je k dispozici měření za celé hodnocené období) se v letech 2011-2021 pohybovala v rozmezí od cca 32 do 58 µg·m‑3. Minimální koncentrace byly za hodnocené období zaznamenány v roce 2020, maximální v roce 2011.

36. nejvyšší 24hodinové koncentrace PM10 v letech 2011-2016 pozvolně klesaly, v letech 2017 a 2018 byl pozorován nárůst a v letech 2019 a 2020 opět postupný pokles, přičemž výraznější pokles byl zaznamenán zejména mezi lety 2018 a 2019. Koncentrace v roce 2021 jsou v tomto období na druhé nejnižší úrovni po roce 2020, který byl z hlediska kvality ovzduší mimořádně příznivý.

Roční průměrné koncentrace PM10 (v průměru ze všech stanic, pro které je k dispozici měření za celé hodnocené období) se v letech 2011-2021 pohybovaly v rozmezí od cca 18,0 do 29,4 µg·m‑3. Minimální koncentrace byly za hodnocené období zaznamenány v roce 2020, maximální v roce 2011. Vývoj ročních průměrných koncentrací je obdobný jako vývoj 36. nejvyšších 24hodinových koncentrací PM10. Koncentrace v roce 2021 jsou v tomto období na druhé nejnižší úrovni po roce 2020, který byl z hlediska kvality ovzduší mimořádně příznivý.

Dlouhodobější vývoj ročních průměrných koncentrací PM2,5 lze hodnotit za posledních devět let (z hlediska dostupnosti dat a ucelených časových řad na měřicích stanicích). Roční průměrné koncentrace PM2,5 se v letech 2012-2021 pohybovaly v rozmezí od cca 13,1 do 20,0 µg·m‑3. Minimální koncentrace byly za hodnocené období zaznamenány v roce 2020, maximální v letech 2012 a 2018.

Pokračující pokles koncentrací suspendovaných částic PM10 a PM2,5 lze přisoudit kombinaci faktorů, a to jak příznivým meteorologickým a rozptylovým podmínkám v některých měsících roku, tak pokračujícímu poklesu emisí díky již realizovaným opatřením pro zlepšení kvality ovzduší (výměna kotlů, postupující obnova vozového parku a opatření na velkých zdrojích). Vliv opatření spojených s nouzovými stavy vyhlášenými na území ČR v souvislosti s výskytem koronaviru SARS-CoV-2 na změnu koncentrací suspendovaných částic je neprůkazný.

Metody měření znečištění ovzduší

Klasická gravimetrická metoda měří koncentraci hrubých (PM10, o velikosti do 10 µm) a jemných (PM2,5, o velikosti do 2,5 µm) pevných částic ve vzduchu. Princip této metody spočívá v nasávání vzorku vzduchu do lapačů prachu, kde se nečistoty zachytí na jednorázových filtrech. Tyto filtry se v laboratoři váží jak před, tak po odběru a pravidelně se vyměňují. Podle rozdílu hmotnosti se pak určuje aktuální koncentrace prachu ve vzduchu měřená v mikrogramech na metr krychlový.

Moderní automatické měřicí systémy umožňují průběžné měření znečištění ovzduší v reálném čase. Systémy k monitoringu využívají laserová a optická čidla detekující koncentrace hrubých a jemných pevných částic.

Typy senzorů

• Senzory částic: Laserová čidla detekují prachové částice o velikosti 0,3-10 mikrometrů.
• Detektory plynu: Senzory pro detekci oxidů dusíku, oxidu uhelnatého, formaldehydu a těkavých organických sloučenin sledují znečištění vzduchu plyny.

Tyto integrované moduly bývají obohaceny o meteorologická čidla pro měření teploty, vlhkosti a tlaku. Pro sběr a analýzu dat se čím dál více využívá úzkopásmový IoT (internet věcí). Senzory přes úzkopásmové sítě data o znečištění, teplotě, vlhkosti a dalších parametrech průběžně odesílají do centrálních datových serverů.

Data z jednotlivých senzorů je možné shromažďovat také v centrálních systémech, kde dochází k jejich následnému zpracování, vizualizaci a analýze. Například Moravskoslezský kraj využívá inteligentní identifikační systém zdrojů znečištění ovzduší (IIS). Ten spojuje emisní data s konkrétními lokalitami a procesy.

Projekt CLAIRO v Ostravě

Například ostravský pilotní výzkumný projekt CLAIRO systematicky snižuje znečištění ovzduší výsadbou zeleně. Pro porovnávání výsledků pomocí modulárních sítí senzorů v reálném čase měří koncentraci pevných částic i plynů.

V Ostravě jsou v cílových oblastech projektu (v Radvanicích a Bartovicích, tedy nejvíce znečištěných městských čtvrtích) provozovány senzorové jednotky. Provozován je také jeden referenční systém, a to v prostorách Technické univerzity Ostrava. Monitorování pomocí senzorů je plánováno na osm let, před, během a po výsadbě zeleně tak, aby bylo možné vyhodnotit její vliv na koncentrace různých ovzduší znečišťujících látek. Shromažďují se také údaje o klimatických podmínkách, jako jsou síla větru, směr větru, teplota, tlak, vlhkost a srážky, které doplňují podrobné informace o kvalitě ovzduší.

Projekt CLAIRO používá modulární síť senzorů, která umožňuje současné měření plynných znečišťujících látek a pevných polétavých částic ve vzduchu v reálném čase. V rámci sítě jsou nainstalovány senzorové skříně enviSENS, z nichž každá obsahuje několik senzorů od různých výrobců, které mohou měřit koncentrace různých ovzduší znečišťujících látek. Senzorové jednotky monitorují koncentrace pevných částic různých frakcí (PM10, PM2.5, a PM1), oxidu dusičitého (NO2) a ozonu (O3), těkavých organických látek (VOC - volatile organic compound) a polycyklických aromatických uhlovodíků (benzo(a)pyren).

Online data o koncentracích látek znečišťujících ovzduší, která jsou přenášena ze senzorových skříní každých 5 minut, jsou uložena ve strukturované databázi Inteligentního identifikačního systému (IIS) vyvinutého VŠB. Původně byl vyvinut za účelem zjednodušení identifikace zdrojů látek znečišťujících ovzduší v lokálním měřítku.

tags: #jednotky #měření #znečištění #ovzduší

Oblíbené příspěvky:

• Chrudimská příroda
• David Karon a recyklace
• Odvoz suti Otrokovice
• Systémy odpadového hospodářství Český Brod
• Rozměry trolejbusu Škoda 9Tr