Hodnocení kvality ovzduší je velmi komplexní proces. Kromě základní statistiky a grafů se používají různé pokročilé statistické metody a speciální vizualizace, které pomáhají s identifikací zdrojů znečištění ovzduší a zhodnocení situace.
V tomto článku si prostřednictvím konkrétních příkladů ukážeme některé z těchto diagramů a zejména pak vysvětlíme na konkrétních příkladech, jak je interpretovat tak, aby to pochopil i někdo, kdo se s těmito typy grafů ještě nesetkal. Při hodnocení kvality ovzduší nás zajímá hned několik proměnných.
Absolutní hodnoty koncentrací znečišťujících látek jsou základem, ale samy o sobě ke komplexnímu zhodnocení stavu nestačí. Zajímá nás například také, odkud foukalo, jak rychle foukalo, variabilita koncentrací během dne, týdne, měsíce a roku, dlouhodobý trend, teplota a vlhkost vzduchu či množství srážek. Směr a rychlost větru leccos napoví o zdroji znečištění a pomáhají s jeho identifikací, teplota a vlhkost vzduchu můžou stejně jako srážky, ať už kapalné či pevné (déšť či sníh), výrazně ovlivňovat kvalitu ovzduší.
Z výše uvedeného plyne, že s obyčejným čárovým či sloupcovým grafem si často nevystačíme. Často velké množství dat je třeba souhrnně a na první pohled jasně zobrazit, aby bylo možné zjistit vztahy mezi jednotlivými parametry a vyvodit patřičné závěry. Za tímto účelem se používají speciální programy či skripty, které vytváří specifické diagramy podle potřeby.
Základní typy grafů
Čárový graf
Nejjednodušším grafem je klasický čárový graf. Používá se například k vyjádření chodu koncentrací v průběhu času. Na ose X je v takovém případě čas, na ose Y koncentrace určité znečišťující látky.
Čtěte také: Hodnocení ovzduší v Česku
Na ukázce níže jsou znázorněny koncentrace oxidu dusičitého (NO2) na stanici Brno-Zvonařka v období od 1. září 2018 do 28. února 2019 v hodinovém intervalu. Interpretace grafu je pravděpodobně v tomto případě velmi snadná pro kohokoliv. Čím dále je linie od osy X, tím vyšší jsou koncentrace v danou chvíli.
Další ukázka představuje jednodušší typ čárového grafu, kde je znázorněn průměrný denní chod koncentrací. Jak je vidět, je tento typ grafu vhodný také pro srovnávání několika datových souborů - může se jednat například o srovnání dvou a více různých časových období na totožné stanici či srovnání dat ze dvou a více lokalit ve shodné období.
V tomto konkrétním příkladu můžeme na základě grafického znázornění snadno vyhodnotit, že byly koncentrace v období září 2018 až únor 2019 vyšší než během desetiletého průměru 2008 až 2017 a to během všech hodin dne.
Sloupcový graf
Dalším ze známých a obecně často používaných grafů je tzv. sloupcový graf. Ten se používá především ke srovnání více hodnot. Konkrétním příkladem v hodnocení kvality ovzduší je srovnání ročních průměrných koncentrací.
Nejjednodušší typ sloupcového grafu je zobrazen níže a ukazuje průměrné roční koncentrace PM10 na stanici Brno-Zvonařka v období 2008 až 2018. Přidanou hodnotou je číselné vyjádření hodnoty daného sloupce nad grafem. Absence některých sloupců znamená, že v daný rok nebylo k dispozici dostatečné množství dat pro stanovení ročního průměru.
Čtěte také: Ovzduší v Brně
ČHMÚ úsek kvality ovzduší využívá pravidlo minimálně 90% dostupnosti dat. Pokud není k dispozici alespoň 90 % dat, průměr nebo například počet překročení se nepovažuje za relevantní, jelikož může být vzhledem k absenci určitého období zkreslený.
Většina znečišťujících látek vykazuje typický roční chod koncentrací (u PM například jsou koncentrace nejvyšší v chladnou část roku, naopak u přízemního ozonu v nejteplejší část roku). Pro lepší vyhodnocení trendu je možné přímo do grafu vyznačit trend vypočítaný statisticky.
Na níže uvedeném grafu je vyznačen počet překročení 24h imisního limitu PM10 na stanici Brno-Zvonařka v letech 2008 až 2018 včetně vykreslení lineárního trendu. Pokud trendová křivka stoupá zleva doprava, znamená to postupný nárůst, naopak klesající křivka zleva doprava znamená pokles. Existují i složitější typy trendů, například exponenciální či polynomický.
V grafu je navíc zvýrazněn zeleně také imisní limit. 24h imisní limit PM10 se považuje za překročený, pokud dojde během kalendářního roku k více než 35 překročením prahové hodnoty 50 µg/m3 v denním průměru PM10.
Ve výše uvedeném konkrétním příkladu můžeme říci, že v období 2008 až 2018 došlo každý rok k překročení 24h imisního limitu PM10. Zároveň je vidět, že nejvyšší počet překročení byl zaznamenán v roce 2010 a celkově byl počet překročení vysoký zejména na začátku 11leté periody. Lineární trend zobrazený přerušovanou červenou čarou ukazuje klesající trend počtu překročení.
Čtěte také: Zpráva o znečištění ovzduší v regionu
Koláčový graf
Velmi známým a oblíbeným grafem je také tzv. koláčový graf. Využívá se k vyjádření podílů jednotlivých složek z celku. U kvality ovzduší se využívá například pro zobrazení podílu zdrojů znečištění ovzduší na celkových emisích.
Níže uvedený graf ukazuje podíl různých kategorií zdrojů na celkových emisích PM10 za rok 2016. Z grafu je na první pohled vidět nejvyšší podíl lokálního vytápění domácností. Velikost výseče (středový úhel) vyjadřuje procentuální zastoupení dané kategorie.
Specializované grafy
Větrná růžice
Nyní se již dostáváme od obecně používaných grafů k více specializovaným, využívaným často v meteorologii či při hodnocení kvality ovzduší. Velmi důležitým grafem je tzv. větrná růžice. V nejjednodušší podobě se jedná o vizualizaci ukazující podíl jednotlivých směrů větru na celkové době. Laicky řečeno, ilustruje jak často odkud fouká. Velikost výseče ukazuje časový podíl daného směru na celkové době.
Růžice má tvar kruhu, nahoře sever, napravo východ, dole jih a nalevo západ. Počet výsečí je variabilní, nejčastěji se používá 8, 12 či 16 výsečí, které odpovídají patřičným směrům větru. Jaká by byla interpretace této konkrétní růžice? Jedná se o velmi jednoduchý typ větrné růžice, který dává informaci pouze o četnosti jednotlivých směrů.
Z výše uvedeného tedy můžeme říci, že nejčastější bylo v dané lokalitě v dané období západní proudění. Z tohoto směru foukalo přibližně 22 % celkového času.
Existují však i složitější větrné růžice, které můžou vyjádřit v jednom zobrazení ještě další parametr. Následující větrná růžice je totožná s předchozí, rozdíl je ve zbarvení růžice. Růžice je zkonstruována ze shodných dat, proto se tvar růžice nijak neliší, dominuje západní směr větru. Zbarvení jednotlivých výsečí však podává ještě dodatečnou informaci o rychlostech větru v daném směru. V tomto konkrétním příkladu platí, že čím tmavší je barva, tím vyšší je rychlost větru.
Koncentrační růžice
Dalším speciálním typem grafu používaným pro hodnocení kvality ovzduší je tzv. koncentrační růžice. Ta vyjadřuje vztah tří veličin - nejčastěji směru větru, rychlosti větru a koncentraci konkrétní látky.
Podívejme se na konkrétní příklad koncentrační růžice PM10 zkonstruované za rok 2018 pro stanici Brno-Zvonařka. Kruh opět odpovídá směru větru, tedy nahoře sever atd. Z růžice je na první pohled patrné, že nejvyšší hodnoty PM10 v dané období byly zaznamenány při severovýchodním proudění a při nižších rychlostech větru i při proudění jihovýchodním.
Pro ilustraci využití si tuto konkrétní situaci zkusíme i interpretovat. Stanice Brno-Tuřany se nachází přímo na ploše brněnského letiště. Výhodou této polohy je úplná otevřenost krajiny v okolí, tedy velmi reprezentativní měření směru a rychlosti větru.
Z růžice jsme zjistili, že vysoké koncentrace jsou zaznamenávány při vyšších rychlostech větru ze severovýchodu. Vysvětlením je v tomto případě dálkový transport. Při severovýchodním proudění přichází k lokalitě ovzduší ze směru od Moravskoslezského kraje, popřípadě i přeshraničně z Polska. Při nižších rychlostech větru je obecně kvalita ovzduší horší a projevují se zde i lokální vlivy.
Jak jsme si tedy ukázali, výpovědní hodnota této růžice může být velmi významná. Má však i své slabiny a je potřeba brát toto při hodnocení v potaz. Pokud totiž růžici špatně vyhodnotíme, můžeme dojít k zavádějícím tvrzením.
Problémem může být například situace, kdy je určitá konkrétní kombinace směru a rychlosti větru relativně vzácná, a právě v době kdy se tato kombinace vyskytne jsou koncentrace nízké či vysoké. Tento typ růžice tedy slouží zejména ke zhodnocení směru a rychlosti větru při nejvyšších koncentracích určité látky.
Zároveň je nutné říci, že koncentrační růžice může vyjadřovat i vztah mezi jinými třemi veličinami.
Vážená koncentrační růžice
Tento typ růžice je podobný klasické koncentrační růžici, vyjadřuje však odlišnou agregaci dat. Kruh opět značí směr větru, vzdálenost od středu nejčastěji rychlost větru a zbarvení v tomto případě značí podíl dané kombinace směru a rychlosti větru na celkovém průměru dané znečišťující látky za určité časové období.
Pokud bychom měli velmi jednoduše vysvětlit rozdíl mezi koncentrační a váženou koncentrační růžicí, pak nám například koncentrační růžice poodhalí, jaká byla situace při maximálních koncentracích dané znečišťující látky v dané lokalitě, vážená koncentrační růžice nám ukáže který směr větru a při jaké rychlosti přicházelo znečištění v největší míře za celé období. Obě růžice se přitom můžou velmi výrazně lišit.
Příkladem tohoto rozdílu je již dříve zmiňovaná stanice Brno-Zvonařka. Koncentrační růžice ukazuje, že nejvyšší koncentrace jsou zaznamenávány při jihovýchodním proudění. Tímto směrem je v blízkosti stanice rušná čtyřproudá dopravní komunikace a je proto vysoce pravděpodobné, že oněch maximálních hodnot je dosahováno například při velmi intenzivní dopravě, která se může zkombinovat i s dalšími vlivy.
Vážená koncentrační růžice však ukazuje největší podíl na celkovém znečištění ze severozápadního, tedy zcela opačného, směru. Tento fakt souvisí s tím, že jak jsme viděli z větrné růžice této stanice, nejčastěji zde fouká právě ze západu a severozápadu. Koncentrace z tohoto směru tedy sice můžou být nižší, ale protože je tento směr větru nejzastoupenější, celkové množství znečištění z tohoto směru se během času kumuluje a nakonec tvoří větší podíl než méně častá maxima z jihovýchodního směru. Nejvyšší podíl blízko středu růžice znamená, že měly největší podíl situace s nízkou rychlostí větru.
Vážená koncentrační růžice opět existuje v řadě modifikací a může vyjadřovat více typů veličin a využívat různé typy agregace dat.
"Donut" růžice
Tento typ růžice na první pohled zaujme svým vzhledem, který připomíná „donut“. Opět se jedná o diagram vyjadřující tři veličiny, z nichž jednou z nich je směr větru. Barevně je nejčastěji zobrazena koncentrace určité znečišťující látky. Gradient od středu k okraji růžice pak může vyjadřovat různé parametry.
Nejlépe si vysvětlíme princip tohoto zobrazení na příkladu. Níže uvedená růžice ukazuje průměrnou koncentraci PM10 na stanici Brno-Tuřany v závislosti na denní době (0 až 23 h) a směru větru.
Následující růžice je mírně odlišná od té předchozí. Třetím rozměrem totiž v tomto případě není denní doma, ale roční doba, tedy měsíce od ledna do prosince. V tomto konkrétním případě se jedná o růžici z dat ze stanice Brno-Tuřany za pětileté období 2014-2018 pro PM10.
Z grafu je na první pohled patrné, že nejvyšší koncentrace PM10 byly zaznamenány v chladnou část roku (oblast blízko středu značí začátek roku, okraj konec roku). Tuto informaci by bylo možné zobrazit i klasických sloupcovým či čárovým grafem. Zde ale můžeme vidět i další rozměr a to směr větru. Můžeme tedy konstatovat, že nejvíce se to projevovalo při východním proudění.
Vyšší koncentrace PM10 v chladnou část roku souvisí mj. s obecně častějšími zhoršenými rozptylovými podmínkami, ale samozřejmě také se zdroji PM10. V tomto konkrétním případě se v růžici velmi projevuje vliv začátku roku 2017. Ten byl spojený s velmi špatnými rozptylovými podmínkami (nízké teploty, severovýchodní proudění) a vyhlášením několika smogových situací.
A nyní se pro zajímavost podívejme ještě na další růžici. Ta odpovídá totožné stanici a totožnému období, tedy lokalitě Brno-Tuřany a období 2014-2018. Tentokrát je ale růžice zkonstruována pro koncentrace přízemního ozonu. Ten má zcela odlišný roční chod od PM10. Nejvyšší koncentrace ozonu jsou zaznamenávány v teplé a jasné dny v létě. Přízemní ozon je tzv. sekundární polutant, nemá svůj přímý zdroj, ale vzniká složitými fotochemickými reakcemi v atmosféře z primárních znečišťujících látek. Fotochemické reakce jsou reakce, které ke svému proběhnutí potřebují světlo, které tyto reakce katalyzuje.
Na první pohled je zřejmé, že nejvyšší hodnoty jsou dosahovány v teplou část roku (červené zbarvení uprostřed růžice mezi středem a okrajem). Zároveň je patrné, že jsou nejvyšší koncentrace zaznamenávány při jihovýchodním proudění. Na dopravních stanicích jsou koncentrace ozonu nižší v důsledku reakcí s oxidy dusíku, které vznikají ve větší míře právě z dopravy a jsou vyšší na dopravních stanicích. Koncentrace ozonu bývají nejvyšší na venkovských lokalitách a v horských oblastech, kde je vyšší míra slunečního záření a kde je nižší intenzita dopravy.
Výše uvedené vyšší koncentrace od jihovýchodu tedy můžou souviset s teplými oblastmi na jihu.
Kalendářní zobrazení
Pokud chceme rychle mít přehled o vývoji koncentrací během roku, můžeme použít například kalendářní zobrazení, kde barva políček reprezentuje denní průměrnou koncentraci dané látky. Lze také například využít stylu písma ke zvýraznění dalšího parametru a tím může být například překročení imisního limitu.
Níže uvedený příklad ukazuje průměrné denní koncentrace PM10 na stanici Brno-Arboretum v roce 2018. Intenzita barvy reprezentuje hodnotu koncentrace, tučně jsou zvýrazněny dny, kdy koncentrace přesáhla 50 µg/m3. Na první pohled je tedy patrné, že nejvyšší byly denní průměry na začátku března (v konkrétním případě roku 2018 se jednalo o nejchladnější periodu roku).
V teplou část roku (prostřední řada) vidíme v podstatě ve všechny dny relativně nízké denní průměry (viz příčiny vyšších koncentrací PM10 v chladnou část roku výše).
Typů kalendářního zobrazení je řada. Ukažme si ještě jeden. Tím je reprezentace vztahu mezi koncentrací PM10, denní dobou (0 až 23 h) a jednotlivými měsíci v jednotlivých letech. Každý rok je zde reprezentován černým obdélníčkem. Zleva doprava je průběh roku v měsíčním kroku, tedy zcela vlevo leden, zcela vpravo prosinec. Gradient zespodu nahoru v jednotlivých obdélnících představuje denní dobu.
Zde je krásně vidět, jak lze obrovské množství dat na první pohled snadno interpretovat. Tato vizualizace je zkonstruována z hodinových průměrných koncentrací.
Plošný graf s barevným rozlišením
Následující příklad grafu ze stanice Brno-Zvonařka je plošným grafem (lze také označit za sloupcový graf bez mezer mezi sloupci) koncentrací PM10, který má ještě třetí rozměr definovaný barvou. V tomto případě se jedná o graf, kde osa X znázorňuje časový průběh, osa Y koncentraci PM10 a barevná škála znázorňuje teplotu vzduchu.
Opět zde vidíme typický vztah mezi teplotou a koncentrací.
Smogové situace a dopady znečištění ovzduší
Smogová situace je stav mimořádně znečištěného ovzduší, kdy úroveň znečištění oxidem siřičitým, oxidem dusičitým, částicemi PM10 nebo troposférickým ozonem překročí některou z prahových hodnot (dle § 10 odst. 1 a přílohy č. 6 zákona o ochraně ovzduší). Příčinou smogových situací jsou obvykle špatné rozptylové podmínky, což zapříčiní kumulaci znečištění ze zdrojů znečišťování ovzduší v dané oblasti.
Vznik a ukončení smogové situace vyhlašuje ČHMÚ na základě pověření MŽP. Aktuální stav překročení prahových hodnot lze sledovat na stránkách ČHMÚ, případně pomocí mobilní aplikace ČHMÚ.
Prahové hodnoty byly stanoveny dle doporučení WHO s ohledem na dopady mimořádného znečištění ovzduší na lidské zdraví. Prahové hodnoty se dělí na informativní prahové hodnoty a regulační, resp. varovné prahové hodnoty (pouze pro troposférický ozon). Regulační resp. varovná, prahová hodnota odpovídá úrovni znečištění, která může představovat zdravotní rizika pro celou populaci.
tags: #kvalita #ovzdusi #grafy #a #data
Oblíbené příspěvky:
Kontakt
Zelaná Hrebová, z.s.
[email protected]
IČ: 06244655
Paskovská 664/33
Ostrava-Hrabová
72000
Bc. Jana Veclavaková, DiS.
tel. 774 454 466
[email protected]
Jaena Batelk, MBA
tel. 733 595 725
[email protected]