MĚŘICÍ KAMPAŇ KVALITY OVZDUŠÍ V LOKALITĚ BRNO BOSONOHY

Transkript

1 MĚŘICÍ KAMPAŇ KVALITY OVZDUŠÍ V LOKALITĚ BRNO BOSONOHY Listopad Prosinec 2017

2 OBSAH 1 ÚVOD 2 2 MĚŘENÉ ŠKODLIVINY, IMISNÍ LIMITY SUSPENDOVANÉ ČÁSTICE PM 10 A PM 2, EMISE SUSPENDOVANÝCH ČÁSTIC V JIHOMORAVSKÉM KRAJI OXID DUSIČITÝ EMISE OXIDŮ DUSÍKU V JIHOMORAVSKÉM KRAJI OXID SIŘIČITÝ (SO 2) EMISE OXIDU SIŘIČITÉHO V JIHOMORAVSKÉM KRAJI OXID UHELNATÝ (CO) EMISE OXIDU UHELNATÉHO V JIHOMORAVSKÉM KRAJI IMISNÍ LIMITY 12 3 VÝVOJ METEOROLOGICKÝCH CHARAKTERISTIK VĚTRNÁ RŮŽICE A RYCHLOST VĚTRU TEPLOTA VZDUCHU RELATIVNÍ VLHKOST VZDUCHU 15 4 VYHODNOCENÍ KVALITY OVZDUŠÍ SUSPENDOVANÉ ČÁSTICE PM 10 A PM 2, HODINOVÉ KONCENTRACE PM KONCENTRAČNÍ RŮŽICE PM PRŮMĚRNÉ DENNÍ KONCENTRACE PM OXID DUSIČITÝ HODINOVÉ KONCENTRACE NO KONCENTRAČNÍ RŮŽICE NO PRŮMĚRNÉ DENNÍ KONCENTRACE NO OXID DUSNATÝ A OXIDY DUSÍKU OXID SIŘIČITÝ HODINOVÉ KONCENTRACE SO KONCENTRAČNÍ RŮŽICE SO PRŮMĚRNÉ DENNÍ KONCENTRACE SO OXID UHELNATÝ HODINOVÉ KONCENTRACE CO KONCENTRAČNÍ RŮŽICE CO MAXIMÁLNÍ 8HODINOVÝ KLOUZAVÝ PRŮMĚR CO ZA DEN 53 5 ZÁVĚR 55 6 CITOVANÁ LITERATURA 57 1

3 1 ÚVOD V termínu od do probíhalo měření kvality ovzduší v Brně Bosonohách. Měření probíhalo v blízkosti bytového domu Ostopovická 12. V těsné blízkosti měřicí lokality se nachází rodinné a bytové domy, ve vzdálenosti zhruba 300 m leží dálnice D1 (Obr. 1). Obr. 1 Umístění měřicího vozu v Brně - Bosonohách V lokalitě byl umístěn měřicí vůz MMB, který kontinuálně sledoval následující škodliviny: Suspendované částice PM 10 (prašnost do maximální velikosti zrna v průměru 10 µm) Oxidy dusíku NO, NO 2 a NO X Oxid siřičitý SO 2 Oxid uhelnatý CO Meteorologické prvky teplota, rychlost a směr větru, relativní vlhkost 2

4 Obr. 2 Umístění měřicího vozu v lokalitě Brno - Bosonohy V první polovině měřicí kampaně probíhala v nedalekých Ostopovicích a Moravanech měřicí kampaně Jihomoravského kraje, v jižní části Brna pak měří dvě stanice státní sítě imisního monitoringu Brno Lány a Brno Tuřany. S těmito lokalitami budou hodnoty v Brně Bosonohách srovnávány, ke srovnání s centrem Brna pak poslouží městská pozaďová stanice Brno Dětská nemocnice. Na základě výsledků měření v lokalitě Brno Bosonohy a srovnáním s ostatními lokalitami pak bude možné odhadnout kvalitu ovzduší v jihozápadní části Brna a nejbližším okolí. Na základě korelace s dlouhodobě měřícími stanicemi státní sítě imisního monitoringu pak bude možné přibližně odhadnout průměrné roční koncentrace jednotlivých škodlivin. 3

5 Obr. 3 Přehled lokalit měření Bosonohy (1), Ostopovice (2), Moravany (3), Brno Lány (4), Brno Tuřany (5) a Brno Dětská nemocnice (6) 4

6 2 MĚŘENÉ ŠKODLIVINY, IMISNÍ LIMITY 2.1 SUSPENDOVANÉ ČÁSTICE PM10 A PM2,5 Suspendované částice PM 10 jsou částice s maximální velikostí aerodynamického průměru 10 µm, částice PM 2,5 pak mají aerodynamický průměr maximálně 2,5 µm. Tyto částice pronikají do dolních partií dýchacích cest (thorakální částice). O jaké částice se velikostně jedná, ukazuje následující Obr. 4. Obr. 4 Srovnání velikostí částic PM 10 a PM 2,5 s zrnky písku či lidským vlasem, zdroj: US EPA Částice o větší velikosti se zachycují v horních cestách dýchacích, do plic nepronikají a jejich koncentrace se proto neměří. Pozornost se naopak zaměřuje k čím dál menším částicím, protože platí, že čím menší průměr částice, tím dále se v lidském těle dostane a tím je pro člověka nebezpečnější. Negativní zdravotní účinky PM 10 a PM 2,5 se projevují již při velmi nízkých koncentracích bez zřejmé spodní hranice bezpečné koncentrace. Zdravotní rizika částic ovlivňuje jejich koncentrace, velikost, tvar a chemické složení. Mohou se podílet na snížení imunity, mohou způsobovat zánětlivá onemocnění plicní tkáně a oxidativní stres organismu. Při chronickém působení mohou způsobovat respirační onemocnění a snižovat funkci plic. Suspendované částice jsou emitovány jak přírodními (např. sopky či prašné bouře), tak i antropogenními (např. elektrárny a průmyslové technologické procesy, doprava, spalování uhlí v domácnostech, spalování odpadu) zdroji. Většina těchto antropogenních emisních zdrojů je soustředěna v urbanizovaných oblastech, tj. v oblastech, ve kterých žije velká část populace Emise suspendovaných částic v Jihomoravském kraji Emisní bilance suspendovaných částic v Jihomoravském kraji byla připravena z reportovaných emisí v rozložení EMEP-GRID [1] a členěných dle hlavních sektorů (GNFR) [2]; použity byly hodnoty emisí PM 10 a PM 2,5 za rok Na rozdíl od celorepublikových dat členěných dle jednotlivých sektorů 5

7 NFR [3] nejsou údaje na úrovni krajů v tomto podrobném členění dostupné. Pro přehled podílu zdrojů na emisích suspendovaných částic PM 10 a PM 2,5 v Jihomoravském kraji jsou však naprosto dostačující. Zastoupení jednotlivých sektorů GNFR zobrazují následující Obr. 5 a Obr. 6. 2% Veřejná energetika 22% 16% Průmysl Lokální topeniště Fugitivní emise Rozpouštědla 15% 18% Silniční doprava Letecká doprava 0% 8% 19% 0% 0% Nesilniční doprava Odpady Zemědělství_chov hosp. zvířat 0% Zemědělství ostatní Obr. 5 Podíl jednotlivých sektorů zdrojů GNFR na emisích PM 10 v Jihomoravském kraji, rok 2015 [4] 0% 7% 4% 2% 15% Veřejná energetika Průmysl Lokální topeniště 0% 14% Fugitivní emise Rozpouštědla Silniční doprava Letecká doprava 26% 32% Nesilniční doprava Odpady Zemědělství_chov hosp. zvířat 0% 0% Zemědělství ostatní Obr. 6 Podíl jednotlivých sektorů zdrojů GNFR na emisích PM 2,5 v Jihomoravském kraji, rok 2015 [4] Z grafu na Obr. 5 je patrné, že na emisích hrubší frakce se významněji podílí několik sektorů. Důležitý je sektor zemědělství, kam spadá jednak chov hospodářských zvířat (15 % emisí PM 10 v JMK) a dále sektor zemědělství ostatní, kam spadá např. emise z polních prací (orba, sklizeň apod.). Tento sektor je v Jihomoravském kraji zvláště důležitý a podílí se na zhruba 22 % všech emisí PM 10. Spolu s tímto sektorem je pak spjata také větrná eroze, která sice není v emisní bilanci vykazována jako zdroj, přesto se může významně podílet na koncentracích PM 10 v zemědělské krajině Jihomoravského kraje [5], [6]. Emise ze sektoru zemědělství ostatní lze očekávat především v teplé části roku. 6

8 Dalším důležitým sektorem je doprava. Silniční doprava tvoří zhruba 18 % všech emisí PM 10 v Jihomoravském kraji, přičemž dle celorepublikových dat lze odhadnout, že osobní automobilová doprava se na emisích sektoru doprava podílí cca 20 %, nákladní automobilová doprava nad 3,5 t se podílí zhruba 30 %, velmi podobně zhruba 30 % se na emisích PM 10 podílí také otěry pneumatik a brzd a zhruba 20 % pak přispívá abraze vozovky [3]. V emisních bilancích pak není započtena resuspenze, která je však ve spojitosti s dopravou důležitým faktorem ovlivňující koncentrace PM 10 měřené na dopravních lokalitách. Kromě silniční dopravy se na emisích PM 10 v Jihomoravském kraji zhruba 8 % podílí i nesilniční doprava, kam spadají zemědělské, lesní a stavební stroje, vozidla armády, stavební stroje, údržba zeleně, apod. Dalším velmi významným sektorem jsou lokální topeniště. Na emisích PM 10 v Jihomoravském kraji se podílí zhruba 18 %, a to přesto, že jsou tyto zdroje v provozu pouze v topné sezóně (na rozdíl např. od dopravy či průmyslových zdrojů). Lze tedy konstatovat, že v topné sezóně je sektor lokální topeniště nejvýznamnějším zdrojem v Jihomoravském kraji a výrazně se podílí na plošném navýšení koncentrací PM 10 v kraji. Průmyslové zdroje se pak na emisích PM 10 podílí zhruba 16 %, tento sektor se tedy na celkových emisích v Jihomoravském kraji podílí méně než lokální topeniště, přestože průmyslové zdroje jsou zdrojem emisí celoročně. V případě emisí jemnější frakce PM 2,5 se situace mění, výrazně méně se na těchto emisích podílí zemědělství, naopak narůstá význam zejména lokálních topenišť a také silniční dopravy (Obr. 6). Nejvýrazněji se na emisích PM 2,5 v Jihomoravském kraji podílí sektor lokálních topenišť, a to téměř třetinou všech emisí, přestože zdroje jsou v provozu pouze v chladné části roku. V topné sezóně lze pokládat lokální topeniště za majoritní zdroj PM 2,5. Silniční doprava se zhruba čtvrtinou všech emisí PM 2,5 je druhým nejvýznamnějším sektorem v Jihomoravském kraji. Dle celorepublikových dat lze opět odhadnout, že osobní automobilová doprava se na emisích PM 2,5 sektoru doprava podílí cca 30 %, nákladní automobilová doprava nad 3,5 t se podílí zhruba 40 %, zhruba 20 % se na emisích PM 2,5 podílí otěry pneumatik a brzd a zhruba 10 % pak přispívá abraze vozovky [3]. Z toho je patrné, že otěry a abraze se emisně více podílí na hrubší frakci PM 10, pro jemnější frakci PM 2,5 jsou pak podstatnější spalovací procesy v motorech vozidel a jejich emise. V emisních bilancích pak není započtena resuspenze, která je však ve spojitosti s dopravou důležitým faktorem ovlivňující koncentrace PM 2,5 měřené na dopravních lokalitách. Emise PM 2,5 ze sektoru průmysl zůstaly na obdobných hodnotách, jako v případě PM 10. Proti emisím PM 10 došlo k výraznému poklesu podílu emisí na celkových emisích PM 2,5 v sektoru zemědělství. Zejména v oblasti polních prací. Z bilance vyplývá, že se jedná zejména o hrubší frakci, což velmi dobře koresponduje s výsledky měřenými v lokalitě Kuchařovice [6]. 7

9 2.2 OXID DUSIČITÝ Expozice zvýšeným koncentracím oxidu dusičitého ovlivňuje plicní funkce a způsobuje snížení imunity. Více než 90 % z celkových oxidů dusíku ve venkovním ovzduší je emitováno ve formě NO. NO 2 vzniká relativně rychle reakcí NO s přízemním ozonem nebo s radikály typu HO 2, popř. RO 2. Řadou chemických reakcí se část NO x přemění na HNO 3/NO 3-, které jsou z atmosféry odstraňovány suchou a mokrou atmosférickou depozicí. Pozornost je věnována NO 2 z důvodu jeho negativního vlivu na lidské zdraví. Hraje také klíčovou roli při tvorbě fotochemických oxidantů. V Evropě vznikají emise oxidů dusíku (NO x) převážně z antropogenních spalovacích procesů, kde NO vzniká reakcí mezi dusíkem a kyslíkem ve spalovaném vzduchu a částečně i oxidací dusíku z paliva. Hlavní antropogenní zdroje představuje především silniční doprava (významný podíl má ovšem i doprava letecká a vodní) a dále spalovací procesy ve stacionárních zdrojích [3]. K překročení ročního imisního limitu NO 2 dochází pouze na omezeném počtu stanic, a to na dopravně exponovaných lokalitách aglomerací a velkých měst. Lze předpokládat, že k překročení imisních limitů může docházet i na dalších dopravně exponovaných místech, kde není prováděno měření Emise oxidů dusíku v Jihomoravském kraji Emisní bilance oxidů dusíku v Jihomoravském kraji byla připravena z reportovaných emisí v rozložení EMEP-GRID [1] a členěných dle hlavních sektorů (GNFR) [2]; použity byly hodnoty emisí NO X za rok Na rozdíl od celorepublikových dat členěných dle jednotlivých sektorů NFR (viz předchozí kapitola) nejsou údaje na úrovni krajů v tomto podrobném členění dostupné. Pro přehled podílu zdrojů na emisích NO X v Jihomoravském kraji jsou však naprosto dostačující. Zastoupení jednotlivých sektorů GNFR zobrazuje následující Obr. 7. Z grafu na Obr. 7 je patrné, že zhruba 2/3 všech emisí NO X v Jihomoravském kraji vyprodukuje silniční a nesilniční doprava. V rámci silniční dopravy lze z celorepublikových statistik usuzovat na to, že zhruba 2/3 emisí připadá na nákladní dopravu nad 3,5 t a 1/3 na osobní automobily. V Jihomoravském kraji se emise NO X z nesilniční dopravy (zemědělské, lesní a stavební stroje, vozidla armády, stavební stroje, údržba zeleně, apod.) téměř vyrovnají emisím z dopravy silniční. Průmyslové zdroje se podílí na celkových emisích NO X zhruba 16 % a lokální topeniště 10 %. Veřejná energetika a zpracování odpadů se na emisích NO X podílí shodně 4 %. 8

10 0% 0% 4% 4% 16% Veřejná energetika Průmysl Lokální topeniště Fugitivní emise 32% 0% 34% 10% 0% 0% Rozpouštědla Silniční doprava Letecká doprava Nesilniční doprava Odpady Zemědělství_chov hosp. zvířat Zemědělství ostatní Obr. 7 Podíl jednotlivých sektorů zdrojů GNFR na emisích NO X v Jihomoravském kraji, rok 2015 [7] 2.3 OXID SIŘIČITÝ (SO2) V atmosféře je SO 2 oxidován na sírany a kyselinu sírovou vytvářející aerosol jak ve formě kapiček, tak i pevných částic širokého rozsahu velikostí. SO 2 a látky z něj vznikající jsou z atmosféry odstraňovány mokrou a suchou depozicí. SO 2 má dráždivé účinky, při vysokých koncentracích může způsobit zhoršení plicních funkcí a změnu plicní kapacity Emise oxidu siřičitého v Jihomoravském kraji Emisní bilance SO 2 v Jihomoravském kraji byla připravena z reportovaných emisí v rozložení EMEP- GRID [1] a členěných dle hlavních sektorů (GNFR) [2]; použity byly hodnoty emisí SO 2 za rok Na rozdíl od celorepublikových dat členěných dle jednotlivých sektorů NFR (viz výše) nejsou údaje na úrovni krajů v tomto podrobném členění dostupné. Pro přehled podílu zdrojů na emisích SO 2 v Jihomoravském kraji jsou však naprosto dostačující. Zastoupení jednotlivých sektorů GNFR zobrazuje následující Obr. 8. Z grafu na Obr. 8 je patrné, že na emisích hrubší frakce se významněji podílí několik sektorů. Nejvýznamnější je sektor veřejná energetika, kam spadá především výroba elektrické energie (45 % emisí SO 2 v JMK). Dalšími důležitými sektory jsou lokální topeniště a průmysl, které se shodně podílí zhruba čtvrtinou všech emisí SO 2. Lokální topeniště však na rozdíl od sektoru průmysl nejsou v provozu celoročně, ale pouze v topné sezóně. Lze tedy konstatovat, že v topné sezóně je sektor lokální topeniště spolu se sektorem veřejná energetika nejvýznamnějším zdrojem SO 2 v Jihomoravském kraji. 9

11 1% 0% 0% 26% 24% 0% 0% 0% 0% 4% 45% Veřejná energetika Průmysl Lokální topeniště Fugitivní emise Rozpouštědla Silniční doprava Letecká doprava Nesilniční doprava Odpady Zemědělství_chov hosp. zvířat Zemědělství ostatní Obr. 8 Podíl jednotlivých sektorů zdrojů GNFR na emisích SO 2 v Jihomoravském kraji, rok 2015 [4] 2.4 OXID UHELNATÝ (CO) Zvýšené koncentrace oxidu uhelnatého mohou způsobovat bolesti hlavy, zhoršují koordinaci a snižují pozornost. Oxid uhelnatý se váže na hemoglobin, zvýšené koncentrace vzniklého karboxyhemoglobinu omezují kapacitu krve pro přenos kyslíku [8] Emise oxidu uhelnatého v Jihomoravském kraji Emisní bilance oxidů dusíku v Jihomoravském kraji byla připravena z reportovaných emisí v rozložení EMEP-GRID [1] a členěných dle hlavních sektorů (GNFR) [2]; použity byly hodnoty emisí CO za rok Na rozdíl od celorepublikových dat členěných dle jednotlivých sektorů NFR (viz předchozí kapitola) nejsou údaje na úrovni krajů v tomto podrobném členění dostupné. Pro přehled podílu zdrojů na emisích CO v Jihomoravském kraji jsou však naprosto dostačující. Zastoupení jednotlivých sektorů GNFR zobrazuje následující Obr. 9. Z grafu na Obr. 9 je patrné, že zhruba polovina všech emisí CO v Jihomoravském kraji je produkována lokálními topeništi. Zhruba čtvrtina všech emisí je pak produkována silniční dopravou a 16 % emisí CO pochází ze sektoru průmyslu. 10

12 0% 0% 0% 0% 1% 10% 16% Veřejná energetika Průmysl Lokální topeniště Fugitivní emise Rozpouštědla 26% Silniční doprava Letecká doprava Nesilniční doprava 0% 0% 47% Odpady Zemědělství_chov hosp. zvířat Zemědělství ostatní Obr. 9 Podíl jednotlivých sektorů zdrojů GNFR na emisích CO v Jihomoravském kraji, rok 2015 [4] 11

13 2.5 IMISNÍ LIMITY Základní právní normou upravující hodnocení kvality ovzduší v České republice je zákon o ochraně ovzduší [9]. V následující Tab. 1 jsou zobrazeny imisní limity pro ochranu zdraví lidí látek měřených v lokalitě Brno - Bosonohy. Kromě samotných imisních limitů tabulky uvádí také přípustnou četnost překročení za kalendářní rok (je-li stanovena), horní mez pro posuzování (UAT) a dolní mez pro posuzování (LAT). Pokud jsou v území překračovány hodnoty horní meze pro posuzování, je pro hodnocení kvality ovzduší nutné koncentrace měřit stacionárním měřením. V případě, že jsou nižší než dolní mez pro posuzování, postačuje pro posuzování úrovně znečištění výpočet pomocí modelu. V případě koncentrací mezi dolní a horní mezí pro posuzování se používá kombinace měření a výpočtu. Horní a dolní meze pro posuzování jsou uvedeny v imisní vyhlášce [10]. Poslední sloupec (plv) v Tab. 1 zobrazuje maximální povolený počet překročení limitní hodnoty (LV) za kalendářní rok. Tab. 1 - Imisní limity vyhlášené pro ochranu zdraví lidí a maximální počet jejich překročení Znečišťující látka Doba průměrování Imisní limit LV UAT LAT plv Oxid siřičitý SO 2 1 hodina 350 µg*m Oxid siřičitý SO 2 24 hodin 125 µg*m µg*m - Oxid uhelnatý CO Prašný aerosol PM 10 Prašný aerosol PM µg*m -3 3 maximální denní osmihodinový klouzavý průměr 10 mg*m -3 7 mg*m -3 5 mg*m hodin 50 µg*m µg*m - 25 µg*m kalendářní rok 40 µg*m µg*m - Oxid dusičitý NO 2 1 hodina 200 µg*m µg*m -3 Oxid dusičitý NO 2 1 kalendářní rok 40 µg*m µg*m µg*m µg*m µg*m -3 12

14 3 VÝVOJ METEOROLOGICKÝCH CHARAKTERISTIK 3.1 VĚTRNÁ RŮŽICE A RYCHLOST VĚTRU Větrná růžice byla sestrojena z hodinových dat o rychlosti a směru větru. Z Obr. 10 je patrné, že v lokalitě převládají jižní a severovýchodní směry, doplněné o jihozápadní a jižní směry proudění větru. Ostatní směry jsou zastoupeny podstatně méně. Tato situace vyplývá ze zástavby v místě měření. Bezvětří panovalo v 3,7 % hodin kampaně. Ale i ve zbývajícím čase kampaně byly měřeny pouze velmi nízké rychlosti větru proudění nepřesahovalo rychlost 2 m.s 1, průměrná rychlost větru za celou kampaň byla pouze 0,5 m s -1. Obr. 10 Větrná růžice, lokalita Brno Bosonohy, Vývoj průměrných hodinových rychlostí větru pak zobrazuje Obr. 11. Je patrné, že průměrné denní rychlosti větru vyšší než 1,5 m.s 1 se vyskytují spíš výjimečně, nejčastěji v této lokalitě proudí vítr rychlostí 0,5 1 m.s 1. 13

15 Obr. 11 Průměrné hodinové rychlosti větru, Brno Bosonohy, TEPLOTA VZDUCHU Trend vývoje průměrných hodinových teplot je zobrazen v grafu na Obr. 12. Jsou zde patrné postupně klesající hodnoty teplot, nejnižší teploty byly měřeny v prosinci ke konci kampaně (minimální průměrná denní teplota naměřena dne v 5:00 a měla hodnotu -7,4 C). 14

16 Obr. 12 Průměrné hodinové teploty vzduchu, Brno Bosonohy, RELATIVNÍ VLHKOST VZDUCHU Průměrné hodinové relativní vlhkosti vzduchu zobrazuje následující Obr. 13. Z grafu je patrná rozkolísanost relativních vlhkostí, hodnoty se pohybují mezi %. Obr. 13 Průměrné hodinové relativní vlhkosti vzduchu, Brno Bosonohy,

17 4 VYHODNOCENÍ KVALITY OVZDUŠÍ 4.1 SUSPENDOVANÉ ČÁSTICE PM10 A PM2, Hodinové koncentrace PM 10 Vývoj průměrných hodinových koncentrací PM 10 v lokalitě Brno - Bosonohy je zobrazen na následujícím Obr. 14. Z grafu je patrné, že koncentrace se v hodinovém průměru pohybují od jednotek µg m 3 po zhruba 40 µg m 3. Zvýšené koncentrace hned po startu kampaně mohly částečně souviset s přesunem měřicího vozu a stabilizací přístroje. Obr. 14 Vývoj průměrných hodinových koncentrací PM 10, Brno Bosonohy, Pro vývoj koncentrací PM 10 jsou velmi důležité meteorologické podmínky, zejména pak teplota vzduchu, a rychlost větru a také relativní vlhkost vzduchu. Vztah mezi průměrnými hodinovými koncentracemi PM 10 a jednotlivými meteorologickými veličinami zobrazují následující Obr Obr. 17. Z grafů je patrné, že koncentrace PM 10 rostou s klesající teplotou a rychlostí větru. Během teplotních inverzí, kdy často panují nízké teploty a nízké rychlosti větru bývají měřeny nejvyšší koncentrace PM 10. Naopak v případě relativní vlhkosti rostou koncentrace PM 10 s rostoucí vlhkostí. 16

18 Obr Průměrné hodinové koncentrace PM 10 v závislosti na teplotě vzduchu Brno Bosonohy, Obr Průměrné hodinové koncentrace PM 10 v závislosti na rychlosti proudění větru, Brno Bosonohy,

19 Obr. 17 Průměrné hodinové koncentrace PM 10 v závislosti na relativní vlhkosti vzduchu, Brno Bosonohy, Souvislosti mezi rychlostí a směrem větru a koncentracemi škodlivin nejlépe vystihují koncentrační růžice. Této tématice je věnována následující kapitola Koncentrační růžice PM 10 Koncentrační růžice jsou nástroj pro analýzu znečištění ovzduší na základě meteorologických charakteristik. Pro jejich konstrukci jsou použita hodinová data meteorologických prvků a koncentrací škodlivin pro měsíční kampaň v Brně - Bosonohách tak bylo použito zhruba 620 údajů. Vychází se z větrné růžice (Obr. 10), do polárních souřadnic se ukládá jednak směr větru jako u klasické větrné růžice, a dále pak rychlost větru ve středu růžice je bezvětří, s rostoucí vzdáleností od středu roste rychlost větru. Pro jednotlivé rychlosti a směry větru je pak v koncentrační růžici zprůměrována koncentrace dané škodliviny, naměřená vždy při daných rychlostech a směrech větru. Základní koncentrační růžice tak ukazuje, při jakých rychlostech a směrech větru jsou v průměru dosahovány (nejvyšší) koncentrace. Vážená koncentrační růžice pak vypočte vážený průměr (tzn. že je vzata v úvahu také četnost výskytu), a dává tak informaci, jakým procentem se jednotlivé směry větru podílí na měřených koncentracích dané škodliviny. 18

20 Obr Koncentrační růžice (vlevo) a vážená koncentrační růžice (vpravo) pro PM 10, Brno Bosonohy, Situaci z hlediska koncentrací PM 10 zobrazují růžice na Obr. 18. Z koncentrační růžice vyplývá, že v průměru nejvyšší koncentrace jsou měřeny při jihozápadním proudění a rychlostech větru okolo 1 m s -1 a dále při jižním až jihovýchodním proudění a vyšších rychlostech větru zhruba 2 m s -1. Při těchto podmínkách bylo dosahováno koncentrací PM 10 v průměru okolo 30 µg m 3. Mírně nižší hodnoty (okolo 20 µg m 3 ) pak byly měřeny při severovýchodním proudění. Z vážené koncentrační růžice pro Brno - Bosonohy vyplývá, že na měřených koncentracích PM 10 se nejvíce podílí nízké rychlosti větru a severovýchodní proudění. To je způsobeno vyšší četností proudění z tohoto směru a z hlediska váženého průměru se tedy tento směr podílí na měřených koncentracích nejvíce, zhruba 50 %. Koncentrační růžici je možné také rozložit na denní část dne (daylight) a noční část (nighttime). Jak ukazuje následující Obr. 19, k denní části se váže zejména jižní až jihovýchodní proudění a vyšší rychlosti větru, naopak k nočním hodinám se vážou zvýšené koncentrace při nižších rychlostech větru z jihozápadu a jihu, a vyšších rychlostech větru ze severovýchodu. Obr. 19 Koncentrační růžice pro PM 10, členěná zvláště pro den a noc, Brno Bosonohy,

21 Podrobněji analyzuje denní chod následující Obr. 20. Ten zobrazuje v polárních souřadnicích směr větru a průměrný denní chod (u středu je 0:00, na obvodu kruhu je pak 23:00). Čas je vždy uváděn v UTC, měření kvality ovzduší probíhá v UTC. Pro středoevropský čas je potřeba 1 hodinu přičíst. Z denního chodu v Brně - Bosonohách (Obr. 20) vyplývá, že nejvyšší hodnoty koncentrací PM 10 jsou měřeny nejvyšší hodnoty ve večerních a nočních hodinách, zejména při jihozápadním až jižním proudění. Z těchto směrů jsou mírně zvýšené koncentrace po celý den. Zvýšené koncentrace jsou pak měřeny i z jihovýchodních směrů ve večerních až nočních hodinách a rovněž ze severních směrů ve večerních hodinách. Při východním nebo západním proudění jsou koncentrace vždy nízké. Obr Denní chod koncentrací v závislosti na směru větru pro PM 10, Brno Bosonohy, Zprůměrované hodnoty pro jednotlivé hodiny za den (denní chod) za celé měřené období bez ohledu na směr větru zobrazuje následující Obr. 21. Z grafu na Obr. 21 je velmi dobře patrné to, co již naznačovaly denní chody v koncentračních růžicích. Nejvyšší hodnoty jsou měřeny ve večerních a nočních hodinách. Růst koncentrací začíná kolem 15. hodiny (UTC) a kulminují mezi 18. a 22. hodinou (UTC). Tento růst může souviset s návratem lidí z práce (místní doprava) a zatápěním (lokální topeniště). Přes noc dochází k postupnému poklesu koncentrací až do cca 5. hodiny ranní (UTC). Poté dochází k mírnému nárůstu hodnot, což může souviset s odjezdem lidí do práce (lokální doprava), popř. zatopení v lokálních topeništích u lidí, kteří do práce nechodí, popř. pracují z domova. Ranní špička kulminuje mezi 8. a 9. hodinou (UTC), poté koncentrace opět mírně poklesnou. Nejnižší hodnoty byly měřeny v brzkých ranních hodinách, resp. kolem poledne. 20

22 Obr. 21 Průměrný denní chod hodinových koncentrací PM 10 v lokalitách Moravany a Ostopovice, Průměrné denní koncentrace PM 10 Vývoj průměrných denních koncentrací PM 10 v lokalitě Brno - Bosonohy zobrazuje následující Obr. 22. Obr. 22 Vývoj průměrných denních koncentrací PM 10 v lokalitě Brno - Bosonohy, Z grafu je patrné, že průměrné denní koncentrace se během kampaně pohybovaly mezi 5 a 36 µg m 3. Je zřejmé, že vývoj koncentrací ovlivňují spíše nadregionální jevy, zejména meteorologické podmínky. 21

23 K překročení hodnoty imisního limitu pro průměrnou denní koncentraci PM 10 v lokalitě Brno Bosonohy během měřicí kampaně ani jednou nedošlo. Až do měřily měřicí vozy v rámci kampaně pro Jihomoravský kraj kvalitu ovzduší také v obcích Ostopovice a Moravany. Následující graf na Obr. 23 zobrazuje průměrné denní koncentrace PM 10 ve všech třech lokalitách v době, kdy měřily všechny současně. Obr Vývoj průměrných denních koncentrací PM 10 v lokalitách Brno Bosonohy, Ostopovice a Moravany, Již na první pohled je patrné, že vývoj koncentrací PM 10 je na všech lokalitách velmi podobný. Je zřejmé, že vývoj koncentrací ovlivňují zejména meteorologické podmínky. Absolutní hodnoty se mohou mírně lišit, což může souviset s lokálním ovlivněním. Mírně vyšší hodnoty měřila lokalita Moravany, která dne naměřila nejvyšší hodnotu průměrné denní koncentrace PM 10 (40 µg m 3 ). Naopak v lokalitě Brno Bosonohy jsou měřeny spíše nižší hodnoty průměrné denní koncentrace PM 10. K překročení hodnoty v uvedeném termínu na žádné lokalitě nedošlo. Z hlediska 24hodinových koncentrací PM 10 byla v rámci zasazení měřicí kampaně do kontextu měření škodlivin v regionu využita i data ze stanic státní sítě imisního monitoringu. Následující Obr. 24 zobrazuje naměřené koncentrace v lokalitách Brno Lány, Brno Tuřany a Brno Dětská nemocnice během měřicí kampaně v Brně - Bosonohách. 22

24 Obr. 24 Vývoj průměrných denních koncentrací PM 10, Z grafu je patrné, že vývoj je na všech lokalitách velmi podobný, absolutní hodnoty se samozřejmě mohou dle lokálního ovlivnění lišit. Korelace mezi jednotlivými lokalitami je již na první pohled patrná. Pro jednotlivé lokality byly tedy vypočteny korelační koeficienty a graficky jsou znázorněny na Obr. 25. Ten zobrazuje jednak číselně hodnotu korelačního koeficientu vždy mezi dvěma lokalitami. Barvy pak zobrazuje, zda je mezi lokalitami silná pozitivní korelace (tmavě modrá barva), silně negativní korelace (tmavě zelená barva), nebo mezi lokalitami není žádná korelace (červená barva). Silná pozitivní korelace značí, že když rostou koncentrace na jedné lokalitě, tak rostou koncentrace i na druhé lokalitě. Silná negativní korelace znamená, že když rostou koncentrace na jedné lokalitě, tak klesají koncentrace na druhé lokalitě. Bez korelace jsou stanice, kde mezi měřenými koncentracemi neexistuje žádná vazba. Z Obr. 25 je velmi dobře patrné, že mezi všemi lokalitami existuje silná pozitivní korelace, čili když koncentrace rostou, tak zpravidla rostou na všech stanicích a naopak když klesají, tak rovněž klesají na všech stanicích. 23

25 Obr. 25 Korelační koeficienty mezi průměrnými denními koncentracemi PM 10 na jednotlivých lokalitách, Následující Tab. 2 zobrazuje průměrné koncentrace PM 10 za celou kampaň v jednotlivých lokalitách. Z tabulky je patrné, že lokalita Brno - Bosonohy měřila nejnižší hodnoty ze všech srovnávaných lokalit. Tab. 2 Průměrné koncentrace PM 10 (µg m 3 ) za celou kampaň v jednotlivých lokalitách Lokalita Brno - Bosonohy Brno-Lány Brno-Tuřany Brno Dětská nemocnice Průměr PM ,6 22,4 27,4 Graficky pak průměrné hodnoty PM 10 za celou kampaň, vypočtenou z průměrných denních koncentrací PM 10, zobrazuje graf na Obr. 26. Kromě samotné průměrné koncentrace PM 10 je graf doplněn o směrodatné odchylky (chybové úsečky). 24

26 Obr Průměrné koncentrace PM 10 (µg m 3 ) za celou kampaň v jednotlivých lokalitách Na základě dobré korelace lokality Brno - Bosonohy se stanicemi Brno Tuřany a Brno Lány, a na základě naměřených průměrných hodnot za celou kampaň a průměrných ročních koncentrací PM 10 v lokalitách Brno Tuřany a Brno Lány lze odhadnout průměrnou roční koncentraci PM 10 pro lokality Moravany a Ostopovice. Odborný odhad je uveden v Tab. 3. Tab. 3 Průměrné roční koncentrace PM 10 (µg m 3 )za rok 2017 v lokalitách Brno Tuřany a Brno Lány a odhad průměrných ročních koncentrací PM 10 v lokalitách Moravany a Ostopovice Lokalita Brno-Tuřany Brno-Lány Brno - Bosonohy Prům. roční koncentrace PM 10 23,8 25, Z odhadu na základě měření vyplývá, že průměrná roční koncentrace PM 10 se pohybuje zhruba na úrovni ½ hodnoty imisního limitu pro průměrnou roční koncentraci PM

27 4.2 OXID DUSIČITÝ Hodinové koncentrace NO 2 Vývoj průměrných hodinových koncentrací NO 2 v lokalitě Bosonohy je zobrazen černou křivkou na následujícím Obr. 27. Z grafu je patrné, že koncentrace sice kolísají v závislosti na meteorologických parametrech, ovlivnění dopravou, nebo části dne, ale jinak jsou koncentrace poměrně vyrovnané. Zobrazení pomocí lokální regrese (metoda LOESS = locally weighted scatterplot smoothing, modrá křivka) dokumentuje tuto vyrovnanost s tím, že první polovinu kampaně byly koncentrace spíše nižší, druhou polovinu spíše vyšší. Z grafu je rovněž patrné, že na úrovni hodinových koncentrací NO 2 byla překročena hodnota 60 µg m 3 spíše výjimečně až ke konci kampaně, hodnota 80 µg m 3 byla překročena pouze jednou. K hodnotě imisního limitu pro hodinovou koncentraci NO 2 (200 µg m 3 ) se tedy koncentrace v Brně-Bosonohách nepřiblížily ani z poloviny. Obr. 27 Vývoj průměrných hodinových koncentrací NO 2 v lokalitě Brno - Bosonohy, modrá křivka znázorňuje lokální regresi (LOESS) včetně standardní chyby (šedý rukáv) Pro vývoj koncentrací NO 2 jsou velmi důležité meteorologické podmínky, zejména pak teplota vzduchu, sluneční záření, a rychlost a směr větru. Vztah mezi průměrnými hodinovými koncentracemi NO 2 a jednotlivými meteorologickými veličinami zobrazují následující Obr Obr. 30. Velmi dobře je patrný je nárůst koncentrací NO 2 s poklesem teplot ke konci kampaně. Rovněž je patrné, že při vyšších rychlostech větru jsou měřeny nižší koncentrace NO 2, protože dochází k dostatečnému rozptylu. 26

28 Obr Průměrné hodinové koncentrace NO 2 v závislosti na teplotě vzduchu, lokalita Brno - Bosonohy Obr Průměrné hodinové koncentrace NO 2 v závislosti na rychlosti proudění větru, lokalita Brno - Bosonohy 27

29 Obr. 30 Průměrné hodinové koncentrace NO 2 v závislosti na slunečním záření, lokalita Brno - Bosonohy Koncentrační růžice NO 2 Koncentrační růžice jsou nástroj pro analýzu znečištění ovzduší na základě meteorologických charakteristik. Pro jejich konstrukci jsou použita hodinová data meteorologických prvků a koncentrací škodlivin pro měsíční kampaň v Bosonohách tak bylo použito zhruba 620 údajů. Vychází se z větrné růžice, do polárních souřadnic se ukládá jednak směr větru jako u klasické větrné růžice, a dále pak rychlost větru ve středu růžice je bezvětří, s rostoucí vzdáleností od středu roste rychlost větru. Pro jednotlivé rychlosti a směry větru je pak v koncentrační růžici zprůměrována koncentrace dané škodliviny, naměřená vždy při daných rychlostech a směrech větru. Základní koncentrační růžice tak ukazuje, při jakých rychlostech a směrech větru jsou v průměru dosahovány (nejvyšší) koncentrace. Vážená koncentrační růžice pak vypočte vážený průměr (tzn., že je vzata v úvahu také četnost výskytu), a dává tak informaci, jakým procentem se jednotlivé směry větru podílí na měřených koncentracích dané škodliviny. 28

30 Obr Koncentrační růžice (vlevo) a vážená koncentrační růžice (vpravo) pro NO 2, lokalita Bosonohy Situaci z hlediska koncentrací NO 2 zobrazují růžice na Obr. 31. Z koncentrační růžice vyplývá, že v průměru nejvyšší koncentrace jsou měřeny při jihovýchodním až jižním proudění, kdy se v průměru koncentrace pohybují okolo µg m 3. To pravděpodobně souvisí s ovlivněním dopravou, a to jak z dálnice, tak lokální. Z vážené koncentrační růžice pro Bosonohy vyplývá, že na měřených koncentracích NO 2 se nejvíce podílí nízké rychlosti větru a severovýchodní proudění. To souvisí s tím, že z těchto směrů proudí vítr nejčastěji a přinese tedy největší množství NO 2. Větší množství NO 2 je do lokality vnášeno také z jižních směrů. Z těch sice neproudí vítr tak často, ale koncentrace jsou z těchto směrů v průměru vyšší. Koncentrační růžici je možné také rozložit na denní část dne (daylight) a noční část (nighttime). Jak ukazuje následující Obr. 32, k denní části se váže zejména jižní až jihovýchodní proudění a vyšší rychlosti větru, naopak k nočním hodinám se vážou zvýšené koncentrace při nižších rychlostech větru z jihozápadu a jihu, a vyšších rychlostech větru ze severovýchodu. Obr. 32 Koncentrační růžice pro NO 2, členěná zvláště pro den a noc, Brno Bosonohy,

31 Dalším užitečným nástrojem pro analýzu dat o kvalitě ovzduší je zobrazení denního chodu. Ten je zobrazen spolu se směrem větru opět v polárních souřadnicích, takže podobně jako u koncentrační růžice je možné analyzovat rychlost a směr větru spolu se znečištěním, z následujících obrázků bude možné vyčíst znečištění v závislosti na směru větru a denní době. A obdobně jako bylo ve středu koncentrační růžice bezvětří a směrem od středu rostla rychlost větru, tak je v případě denního chodu uvnitř půlnoc a směrem od středu rostou hodiny až k 23. hodině na okraji kruhu. Čas je vždy uváděn v UTC, měření kvality ovzduší probíhá v UTC. Pro středoevropský čas je potřeba 1 hodinu přičíst. Z denního chodu v Brně - Bosonohách (Obr. 33) vyplývá, že nejvyšší hodnoty koncentrací NO 2 jsou měřeny v době ranní a odpolední dopravní špičky tedy v době, kdy lidé z obce odjíždějí do práce a vrací se z práce. Významné jsou zejména jižní směry, kde se ke koncentracím NO 2 z lokální dopravy přidává také vliv dálnice D1. Maxima jsou měřena v ranních hodinách při jižním, jihovýchodním až východním proudění větru. Avšak i z ostatních směrů jsou zvýšené koncentrace NO 2 měřeny v době ranní a odpolední špičky. Přes den naopak koncentrace výrazně poklesnou, mezi 10. a 14. hodinou jsou koncentrace NO 2 výrazně nižší. Obr Denní chod koncentrací v závislosti na směru větru pro PM 10, Brno Bosonohy, Pokles koncentrací mezi 10. a 14. hodinou potvrzuje i denní chod koncentrací NO 2. Jedná se o zprůměrované hodnoty pro jednotlivé hodiny za den (denní chod) za celé měřené období bez ohledu na směr větru (Obr. 34). Z grafu je velmi dobře patrné to, co již naznačovaly denní chody v koncentračních růžicích. Nejvyšší hodnoty jsou měřeny v ranních a odpoledních hodinách v době dopravních špiček, v době spojené s odjezdem do práce a příjezdem z práce. Mírně vyšší hodnoty maxim jsou měřeny v odpoledních hodinách, kdy se na zvýšených koncentracích mohou podílet kromě dopravy také lokální topeniště (zatopení po návratu z práce). Přes den, zhruba mezi 9. a 13. hodinou UTC dochází k výraznému poklesu koncentrací až na minimum 21 µg m 3 v poledne. Hodnoty koncentrací NO 2 kolem poledne jsou srovnatelné s koncentracemi měřenýma v nočních a brzkých 30

32 ranních hodinách (mezi půlnocí a 4. hodinou ranní). Tento vývoj může poukazovat na vliv lokální dopravy v blízkosti měření, která je intenzivní zejména ráno a odpoledne. Svůj vliv může mít také spotřeba oxidů dusíku na tvorbu přízemního ozónu. Tato fotochemická reakce probíhá zejména za dostatku slunečního záření a tepla (nejvyšší koncentrace přízemního ozónu jsou měřeny v létě). Obr. 34 Průměrný denní chod hodinových koncentrací NO 2 v lokalitě Brno Bosonohy, Průměrné denní koncentrace NO 2 Vývoj průměrných denních koncentrací NO 2 v lokalitě Brno - Bosonohy zobrazuje následující Obr. 35. Z grafu je patrné, že průměrné denní koncentrace NO 2 se během kampaně pohybovaly mezi 13 a 46 µg m 3. Je zřejmé, že vývoj koncentrací výrazně ovlivňují také meteorologické podmínky. 31

33 Obr. 35 Vývoj průměrných denních koncentrací NO 2 v lokalitě Brno - Bosonohy, Až do měřily měřicí vozy v rámci kampaně pro Jihomoravský kraj kvalitu ovzduší také v obcích Ostopovice a Moravany. Následující graf na Obr. 36 zobrazuje průměrné denní koncentrace NO 2 ve všech třech lokalitách v době, kdy měřily všechny současně. Obr Vývoj průměrných denních koncentrací NO 2 v lokalitách Brno Bosonohy, Ostopovice a Moravany,

34 Již na první pohled je patrné, že vývoj koncentrací NO 2 je na všech lokalitách velmi podobný. Přesto jsou koncentrace v Brně Bosonohách vyšší, než v lokalitách Ostopovice a Moravany. Zejména v některé dny jsou koncentrace až dvojnásobné. Na těchto koncentracích se může odrážet ovlivnění dálnicí (a směru proudění větru) a dále také lokální ovlivnění přímo v Brně Bosonohách. Sem lze započítat i provoz na ulici Pražská při SZ proudění sice nejsou měřeny nejvyšší průměry koncentrací NO 2, ale za celou kampaň z těchto směrů přišlo největší množství NO 2 (Obr. 31). Z hlediska 24hodinových koncentrací NO 2 byla v rámci zasazení měřicí kampaně do kontextu měření škodlivin v regionu využita i data ze stanic státní sítě imisního monitoringu. Následující Obr. 37 zobrazuje naměřené koncentrace v lokalitách Brno Lány, Brno Tuřany a Brno Dětská nemocnice během měřicí kampaně v Brně - Bosonohách. Obr. 37 Vývoj průměrných denních koncentrací NO 2, Z grafu je patrné, že vývoj je na všech lokalitách velmi podobný, hodnotami se však liší předměstská pozaďová lokalita Brno Tuřany, které měří proti všem zbývajícím lokalitám nižší koncentrace. Korelace je zejména mezi lokalitami Brno Bosonohy, Brno Lány a Brno Dětská nemocnice již na první pohled patrná. Pro jednotlivé lokality byly tedy vypočteny korelační koeficienty a graficky jsou znázorněny na Obr. 38. Ten zobrazuje jednak číselně hodnotu korelačního koeficientu vždy mezi dvěma lokalitami. Barvy pak zobrazuje, zda je mezi lokalitami silná pozitivní korelace (tmavě modrá barva), silně negativní korelace (tmavě zelená barva), nebo mezi lokalitami není žádná korelace (červená barva). Silná pozitivní korelace značí, že když rostou koncentrace na jedné lokalitě, tak rostou koncentrace i na druhé lokalitě. Silná negativní korelace znamená, že když rostou koncentrace na jedné lokalitě, tak klesají koncentrace na druhé lokalitě. Bez korelace jsou stanice, kde mezi měřenými koncentracemi neexistuje žádná vazba. 33

35 Z Obr. 38 je velmi dobře patrné, že mezi lokalitami Brno-Bosonohy, Brno-Lány a Brno Dětská nemocnice existuje silná pozitivní korelace, čili když koncentrace rostou, tak zpravidla rostou na všech stanicích a naopak když klesají, tak rovněž klesají na všech stanicích. S lokalitou Brno Tuřany existuje slabší pozitivní korelace. To v podstatě znamená, že kromě mimo Brno Tuřany jsou lokality ovlivňovány podobnými zdroji. Hlavním faktorem bude pravděpodobně lokální doprava, která i na pozaďových lokalitách zvedá koncentrace NO 2 v dopravních špičkách. Avšak na rozdíl od dopravních lokalit (např. Brno Svatoplukova či Brno Úvoz) dochází na pozaďových lokalitách přes den k významnému poklesu koncentrací NO 2, na dopravních lokalitách pouze k velmi mírnému. Nejsilnější korelace koncentrací NO 2 byla zjištěna mezi lokalitami Brno Bosonohy a Brno Lány. To vyplývá jednak z blízkosti obou lokalit a zřejmě i podobného ovlivnění. Korelace mezi lokalitami se z hlediska NO 2 liší proti koncentracím PM 10, kde byla mezi jednotlivými lokalitami včetně Brno Tuřan velmi silná pozitivní korelace. To naznačuje, že koncentrace PM 10 jsou významně ovlivňovány nadregionálně (počasí, dálkový transport), což se projeví na všech lokalitách podobně. Naproti tomu v případě NO 2 již dochází k rozdílům. Stále je zde pozitivní korelace s lokalitou Brno Tuřany, ale není již silná. Tato korelace reprezentuje vliv meteorologických podmínek a nadregionálního vlivu. Mnohem silnější korelace je však s lokalitami, které jsou ovlivněny dopravou, ale nejedná se o dopravní lokality. Tyto lokality mají obdobný chod koncentrací, včetně ovlivnění ranní a dopravní špičkou, a korelují spolu proto lépe. Obr. 38 Korelační koeficienty mezi průměrnými denními koncentracemi NO 2 na jednotlivých lokalitách,

36 Následující Tab. 4 zobrazuje průměrné koncentrace NO 2 za celou kampaň v jednotlivých lokalitách. Z tabulky je patrné, že lokalita Brno - Tuřany měřila nejnižší hodnoty ze všech srovnávaných lokalit, ovlivnění dopravou je u ní nejnižší. Z ovlivněných lokalit pak nejnižší koncentrace měřila lokalita Brno Bosonohy, nejvyšší koncentrace pak lokalita Brno Dětská nemocnice v centru města. Tab. 4 Průměrné koncentrace NO 2 (µg m 3 ) za celou kampaň v jednotlivých lokalitách Lokalita Brno - Bosonohy Brno-Lány Brno-Tuřany Brno Dětská nemocnice Průměr NO 2 27,6 28,7 17,8 30 Graficky pak průměrné hodnoty NO 2 za celou kampaň, vypočtenou z průměrných denních koncentrací NO 2, zobrazuje graf na Obr. 39. Kromě samotné průměrné koncentrace NO 2 je graf doplněn o směrodatné odchylky (chybové úsečky). Obr Průměrné koncentrace NO 2 (µg m 3 ) za celou kampaň v jednotlivých lokalitách Na základě dobré korelace lokality Brno - Bosonohy se stanicí Brno Lány, a na základě naměřených průměrných hodnot za celou kampaň a průměrných ročních koncentrací NO 2 v lokalitách Brno Lány lze odhadnout průměrnou roční koncentraci NO 2 pro lokalitu Brno - Bosonohy. Odborný odhad je uveden v Tab

37 Tab. 5 Průměrné roční koncentrace NO 2 (µg m 3 )za rok 2017 v lokalitě Brno Lány a odhad průměrných ročních koncentrací NO 2 v lokalitě Brno - Bosonohy Lokalita Brno-Lány Brno - Bosonohy Prům. roční koncentrace NO 2 25,9 24,5-25 Z odhadu na základě měření vyplývá, že průměrná roční koncentrace NO 2 se pohybuje zhruba na úrovni 25 µg m 3, tedy zhruba na 60 % hodnoty imisního limitu pro průměrnou roční koncentraci NO Oxid dusnatý a oxidy dusíku Kromě oxidu dusičitého (NO 2) byl v Bosonohách měřen také oxid dusnatý NO a suma oxidů dusíku (NO X). Ty již nemají imisní limit, avšak jsou všechny měřeny v rámci jednoho analyzátoru. Vývoj průměrných hodinových koncentrací NO, NO 2 a NO X zobrazuje Obr. 40. Obr. 40 Vývoj průměrných hodinových koncentrací NO, NO 2 a NO X, lokalita Brno Bosonohy, Z grafu je patrné, že po většinu času jsou koncentrace NO 2 vyšší než koncentrace NO, ale najdou se epizody (po ), kdy koncentrace NO převyšují koncentrace NO 2. Vliv zatížení dopravou velmi dobře reprezentuje poměr koncentrací NO / NO 2. Doprava primárně produkuje NO, který je dál v atmosféře oxidován na NO 2. Proto čím vyšší poměr NO / NO 2, tím více je lokalita zatížena dopravou. Následující Obr. 41 zobrazuje dlouhodobé poměry koncentrací NO / NO 2 na stanicích státní sítě imisního 36

38 monitoringu v roce 2017 v Jihomoravském kraji. V roce 2017 byla dle naměřených dat dopravou nejvíce ovlivněna lokalita Brno Svatoplukova, nejméně pak lokalita Sivice a Mikulov-Sedlec. Obr. 41 Poměr koncentrací NO / NO 2 pro vybrané lokality Jihomoravského kraje, rok 2017 Průměrný poměr koncentrací NO / NO 2 během kampaně v Brně Bosonohách činil 0,67. Hodnoty se tak pohybují mezi městskými pozaďovými lokalitami Brno Masná a Brno Lány. Následující Obr. 42 pak zobrazuje koncentrační růžici pro NO. Z ní vyplývá, že vysoké koncentrace NO jsou měřeny pouze při velmi nízkých rychlostech větru. Z hlediska maximálních koncentrací jsou více zastoupeny severní směry, ale mírně zvýšené koncentrace jsou pozorovány při proudění ze všech směrů při nízkých rychlostech větru. Na množství NO v lokalitě Brno Bosonohy se pak nejvíce podílí severovýchodní směry, jak ukazuje vážená koncentrační růžice. Obr Koncentrační růžice (vlevo) a vážená koncentrační růžice (vpravo) pro NO, lokalita Bosonohy 37

39 Následující Obr. 43 pak zobrazuje koncentrační růžici přímo pro poměr koncentrací NO / NO 2. Koncentrační růžice tak přidává informaci, při jakém proudění je tento poměr nejvyšší a odkud tedy přichází největší ovlivnění dopravou. Z růžice je patrné, že maximální poměry koncentrací NO / NO 2 se vyskytují při severním proudění a nízkých rychlostech větru. Naopak z jižních směrů jsou poměry spíše nižší, většina NO je již pravděpodobně oxidována na NO 2, které z těchto směrů dosahuje svých maxim. Obr Koncentrační růžice (vlevo) a vážená koncentrační růžice (vpravo) pro poměr koncentrací NO / NO 2, lokalita Bosonohy Z uvedeného tedy vyplývá, že lokalita je místní dopravou silně ovlivněna při proudění ze severních směrů. Dálnice D1 nemá přímý vliv jako místní doprava, podílí se však na navýšení koncentrací NO 2 zejména při proudění z jižních směrů. 38

40 4.3 OXID SIŘIČITÝ Hodinové koncentrace SO 2 Vývoj průměrných hodinových koncentrací SO 2 v lokalitě Bosonohy je zobrazen černou křivkou na následujícím Obr. 44. Z grafu je patrné, že koncentrace sice kolísají v závislosti na meteorologických parametrech, nebo části dne, ale jinak jsou poměrně vyrovnané. Zobrazení pomocí lokální regrese (metoda LOESS = locally weighted scatterplot smoothing, modrá křivka) dokumentuje tuto vyrovnanost s tím, že první polovinu kampaně měly koncentrace spíše klesající trend, v druhé polovině se objevil mírný nárůst a pak opět pokles. Z grafu je rovněž patrné, že na úrovni hodinových koncentrací SO 2 se koncentrace až na výjimku pohybovaly pod 10 µg m 3. K hodnotě imisního limitu pro hodinovou koncentraci SO 2 (350 µg m 3 ) se tedy koncentrace v Brně-Bosonohách nepřiblížily ani vzdáleně. Obr. 44 Vývoj průměrných hodinových koncentrací SO 2 v lokalitě Brno - Bosonohy, modrá křivka znázorňuje lokální regresi (LOESS) včetně standardní chyby (šedý rukáv) Pro vývoj koncentrací SO 2 jsou důležité meteorologické podmínky, zejména pak teplota vzduchu, a rychlost a směr větru. Vztah mezi průměrnými hodinovými koncentracemi SO 2 a jednotlivými meteorologickými veličinami zobrazují následující Obr Obr. 47. Velmi dobře je patrný je nárůst koncentrací SO 2 s poklesem teplot ke konci kampaně. Rovněž je patrné, že při vyšších rychlostech větru jsou měřeny nižší koncentrace SO 2, protože dochází k dostatečnému rozptylu. 39

41 Obr Průměrné hodinové koncentrace SO 2 v závislosti na teplotě vzduchu, lokalita Brno - Bosonohy Obr Průměrné hodinové koncentrace SO 2 v závislosti na rychlosti proudění větru, lokalita Brno - Bosonohy 40

42 Obr. 47 Průměrné hodinové koncentrace SO 2 v závislosti na slunečním záření, lokalita Brno - Bosonohy Koncentrační růžice SO 2 Koncentrační růžice jsou nástroj pro analýzu znečištění ovzduší na základě meteorologických charakteristik. Pro jejich konstrukci jsou použita hodinová data meteorologických prvků a koncentrací škodlivin pro měsíční kampaň v Bosonohách tak bylo použito zhruba 620 údajů. Vychází se z větrné růžice, do polárních souřadnic se ukládá jednak směr větru jako u klasické větrné růžice, a dále pak rychlost větru ve středu růžice je bezvětří, s rostoucí vzdáleností od středu roste rychlost větru. Pro jednotlivé rychlosti a směry větru je pak v koncentrační růžici zprůměrována koncentrace dané škodliviny, naměřená vždy při daných rychlostech a směrech větru. Základní koncentrační růžice tak ukazuje, při jakých rychlostech a směrech větru jsou v průměru dosahovány (nejvyšší) koncentrace. Vážená koncentrační růžice pak vypočte vážený průměr (tzn., že je vzata v úvahu také četnost výskytu), a dává tak informaci, jakým procentem se jednotlivé směry větru podílí na měřených koncentracích dané škodliviny. 41

43 Obr Koncentrační růžice (vlevo) a vážená koncentrační růžice (vpravo) pro SO 2, lokalita Bosonohy Situaci z hlediska koncentrací SO 2 zobrazují růžice na Obr. 48. Z koncentrační růžice vyplývá, že v průměru nejvyšší koncentrace jsou měřeny při jihovýchodním až jižním proudění, kdy se v průměru koncentrace pohybují okolo 8 µg m 3. Obdobná maxima zaznamenal i oxid dusičitý, avšak oxid siřičitý není s emisemi z dopravy spojen. Je tedy možné, že i zdrojem NO 2 z jižních směrů nemusí být pouze doprava, ale i další zdroj produkující také SO 2. Vysoké koncentrace jsou měřeny také při severovýchodním proudění a vyšších rychlostech větru. Z vážené koncentrační růžice pro Bosonohy vyplývá, že na měřených koncentracích SO 2 se nejvíce podílí nízké rychlosti větru a severovýchodní proudění. To souvisí s tím, že z těchto směrů proudí vítr nejčastěji a přinese tedy největší množství SO 2. Větší množství SO 2 je do lokality vnášeno také z jihozápadních až jižních směrů. Koncentrační růžici je možné také rozložit na denní část dne (daylight) a noční část (nighttime). Jak ukazuje následující Obr. 49, k denní části se váže zejména severovýchodní, jižní až jihovýchodní proudění a vyšší rychlosti větru, naopak k nočním hodinám se vážou zvýšené koncentrace při proudění větru z jihovýchodu až jihu. Obr. 49 Koncentrační růžice pro SO 2, členěná zvláště pro den a noc, Brno Bosonohy,

44 Z denního chodu v Brně - Bosonohách (Obr. 50) vyplývá, že nejvyšší hodnoty koncentrací SO 2 jsou měřeny zejména v nočních hodinách. Mírně zvýšené koncentrace SO 2 po celý den jsou měřeny především ze západních, východních a také jižních směrů. Obr Denní chod koncentrací v závislosti na směru větru pro PM 10, Brno Bosonohy, Denní chod tedy není pro koncentrace SO 2 výrazný. To potvrzuje i graf na následujícím Obr. 51. Z něj vyplývá, že v průměru se koncentrace SO 2 v různých částech dne liší v desetinách µg m 3, čili na úrovni nejistoty měření. Obr. 51 Průměrný denní chod hodinových koncentrací SO 2 v lokalitě Brno Bosonohy,

45 4.3.3 Průměrné denní koncentrace SO 2 Vývoj průměrných denních koncentrací SO 2 v lokalitě Brno - Bosonohy zobrazuje následující Obr. 35. Z grafu je patrné, že průměrné denní koncentrace SO 2 se během kampaně pohybovaly mezi 6 až 8 µg m 3. Koncentrace jsou tedy velmi nízké, k imisnímu limitu pro denní koncentraci SO 2 (125 µg m 3 ) se ani nepřiblížily. Obr. 52 Vývoj průměrných denních koncentrací SO 2 v lokalitě Brno - Bosonohy, Z hlediska 24hodinových koncentrací SO 2 byla v rámci zasazení měřicí kampaně do kontextu měření škodlivin v regionu využita i data ze stanic státní sítě imisního monitoringu. Následující Obr. 53 zobrazuje naměřené koncentrace v lokalitách Brno Lány a Brno Tuřany během měřicí kampaně v Brně - Bosonohách. 44

46 Obr. 53 Vývoj průměrných denních koncentrací SO 2, Z grafu je patrné, že v lokalitě Brno Tuřany jsou měřeny pouze velmi nízké koncentrace. V lokalitách Brno Bosonohy a Brno Lány jsou měřeny koncentrace mírně vyšší. Zřejmě dochází k ovlivnění nějakým zdrojem, lokalita Brno Lány je pak ovlivněna více. Pro jednotlivé lokality byly tedy vypočteny korelační koeficienty a graficky jsou znázorněny na Obr. 54. Ten zobrazuje jednak číselně hodnotu korelačního koeficientu vždy mezi dvěma lokalitami. Barvy pak zobrazuje, zda je mezi lokalitami silná pozitivní korelace (tmavě modrá barva), silně negativní korelace (tmavě zelená barva), nebo mezi lokalitami není žádná korelace (červená barva). Obr. 54 Korelační koeficienty mezi průměrnými denními koncentracemi SO 2 na jednotlivých lokalitách,

47 Silná pozitivní korelace značí, že když rostou koncentrace na jedné lokalitě, tak rostou koncentrace i na druhé lokalitě. Silná negativní korelace znamená, že když rostou koncentrace na jedné lokalitě, tak klesají koncentrace na druhé lokalitě. Bez korelace jsou stanice, kde mezi měřenými koncentracemi neexistuje žádná vazba. Z Obr. 54 je velmi dobře patrné, že mezi lokalitami Brno-Bosonohy a Brno-žádná korelace není. Mezi lokalitami Brno Bosonohy a Brno Tuřany existuje pozitivní korelace. Ta zřejmě reprezentuje vliv meteorologických podmínek. Ovlivnění lokality Brno Bosonohy nějakým zdrojem je pak příčinou, že korelace není silnější. Následující Tab. 6 zobrazuje průměrné koncentrace SO 2 za celou kampaň v jednotlivých lokalitách. Z tabulky je patrné, že lokalita Brno - Tuřany měřila nejnižší hodnoty ze všech srovnávaných lokalit. Lokalita Brno Bosonohy pak měřila mírně nižší koncentrace než lokalita Brno - Lány. Tab. 6 Průměrné koncentrace SO 2 (µg m 3 ) za celou kampaň v jednotlivých lokalitách Lokalita Brno - Bosonohy Brno-Lány Brno-Tuřany Průměr SO 2 6,8 9,1 1,8 Graficky pak průměrné hodnoty SO 2 za celou kampaň, vypočtenou z průměrných denních koncentrací SO 2, zobrazuje graf na Obr. 55. Kromě samotné průměrné koncentrace SO 2 je graf doplněn o směrodatné odchylky (chybové úsečky). Obr Průměrné koncentrace SO 2 (µg m 3 ) za celou kampaň v jednotlivých lokalitách 46

48 Na základě dobré korelace lokality Brno - Bosonohy se stanicí Brno Tuřany, a na základě naměřených průměrných hodnot za celou kampaň a průměrných ročních koncentrací SO 2 v lokalitách Brno Tuřany lze odhadnout průměrnou roční koncentraci SO 2 pro lokalitu Brno - Bosonohy. Odborný odhad je uveden v Tab. 7. Tab. 7 Průměrné roční koncentrace SO 2 (µg m 3 )za rok 2017 v lokalitě Brno Lány a odhad průměrných ročních koncentrací SO 2 v lokalitě Brno - Bosonohy Lokalita Brno - Tuřany Brno - Bosonohy Prům. roční koncentrace SO 2 2, Z odhadu na základě měření vyplývá, že průměrná roční koncentrace SO 2 se pohybuje zhruba na úrovni 10 µg m 3. 47

49 4.4 OXID UHELNATÝ Hodinové koncentrace CO Vývoj průměrných hodinových koncentrací CO v lokalitě Bosonohy je zobrazen černou křivkou na následujícím Obr. 56. Z grafu je patrné, že koncentrace sice kolísají v závislosti na meteorologických parametrech, nebo části dne, ale jinak jsou poměrně vyrovnané. Zobrazení pomocí lokální regrese (metoda LOESS = locally weighted scatterplot smoothing, modrá křivka) dokumentuje tuto vyrovnanost s tím, že první polovinu kampaně měly koncentrace spíše klesající trend, v druhé polovině se objevil mírný nárůst a pak opět pokles. Z grafu je rovněž patrné, že na úrovni hodinových koncentrací CO se koncentrace až na výjimky pohybovaly pod 1200 µg m 3. Obr. 56 Vývoj průměrných hodinových koncentrací CO v lokalitě Brno - Bosonohy, modrá křivka znázorňuje lokální regresi (LOESS) včetně standardní chyby (šedý rukáv) Pro vývoj koncentrací CO jsou důležité meteorologické podmínky, zejména pak teplota vzduchu, a rychlost a směr větru. Vztah mezi průměrnými hodinovými koncentracemi CO a jednotlivými meteorologickými veličinami zobrazují následující Obr Obr. 59. Velmi dobře je patrný je nárůst koncentrací CO s poklesem teplot ke konci kampaně. Rovněž je patrné, že při vyšších rychlostech větru jsou měřeny nižší koncentrace CO, protože dochází k dostatečnému rozptylu. 48

50 Obr Průměrné hodinové koncentrace CO v závislosti na teplotě vzduchu, lokalita Brno - Bosonohy Obr Průměrné hodinové koncentrace CO v závislosti na rychlosti proudění větru, lokalita Brno - Bosonohy 49

51 Obr. 59 Průměrné hodinové koncentrace CO v závislosti na slunečním záření, lokalita Brno - Bosonohy Koncentrační růžice CO Koncentrační růžice jsou nástroj pro analýzu znečištění ovzduší na základě meteorologických charakteristik. Pro jejich konstrukci jsou použita hodinová data meteorologických prvků a koncentrací škodlivin pro měsíční kampaň v Bosonohách tak bylo použito zhruba 620 údajů. Vychází se z větrné růžice, do polárních souřadnic se ukládá jednak směr větru jako u klasické větrné růžice, a dále pak rychlost větru ve středu růžice je bezvětří, s rostoucí vzdáleností od středu roste rychlost větru. Pro jednotlivé rychlosti a směry větru je pak v koncentrační růžici zprůměrována koncentrace dané škodliviny, naměřená vždy při daných rychlostech a směrech větru. Základní koncentrační růžice tak ukazuje, při jakých rychlostech a směrech větru jsou v průměru dosahovány (nejvyšší) koncentrace. Vážená koncentrační růžice pak vypočte vážený průměr (tzn., že je vzata v úvahu také četnost výskytu), a dává tak informaci, jakým procentem se jednotlivé směry větru podílí na měřených koncentracích dané škodliviny. 50

52 Obr Koncentrační růžice (vlevo) a vážená koncentrační růžice (vpravo) pro CO, lokalita Bosonohy Situaci z hlediska koncentrací CO zobrazují růžice na Obr. 60. Z koncentrační růžice vyplývá, že vysoké koncentrace jsou měřeny především při nízkých rychlostech větru a proudění ze severních směrů. Zvýšené koncentrace jsou i při proudění z jižních a severozápadních směrů při vyšších rychlostech větru. Z vážené koncentrační růžice pro Bosonohy vyplývá, že na měřených koncentracích CO se nejvíce podílí nízké rychlosti větru a severovýchodní proudění. To souvisí s tím, že z těchto směrů proudí vítr nejčastěji a přinese tedy největší množství CO. Větší množství CO je do lokality vnášeno také z jihozápadních až jižních směrů. Koncentrační růžici je možné také rozložit na denní část dne (daylight) a noční část (nighttime). Jak ukazuje následující Obr. 61, vysoké koncentrace při nízkých rychlostech větru jsou zaznamenány jak ve dne, tak v noci. Na koncentracích se tak zřejmě podílí jak doprava, tak lokální topeniště. Obr. 61 Koncentrační růžice pro CO, členěná zvláště pro den a noc, Brno Bosonohy,

53 Z denního chodu v Brně - Bosonohách (Obr. 50) vyplývá, že nejvyšší hodnoty koncentrací CO jsou měřeny zejména ve večerních a nočních hodinách při proudění ze severu. Zvýšené koncentrace CO jsou také v čase ranní a odpolední dopravní špičky. Obr Denní chod koncentrací v závislosti na směru větru pro PM 10, Brno Bosonohy, Průměrný denní chod bez ohledu na směr větru zobrazuje graf na následujícím Obr. 63. Z něj vyplývá, že denní chod CO připomíná denní chod NO 2. Rovněž jsou zde maxima v době ranní a odpolední dopravní špičky. Odpolední a večerní koncentrace zůstávají zvýšené, jak se k dopravě připojují i lokální topeniště. Minimální koncentrace jsou pak měřeny v brzkých ranních hodinách a zhruba mezi 10. a 14. hodinou, obdobně jako v případě NO 2. 52

54 Obr. 63 Průměrný denní chod hodinových koncentrací CO v lokalitě Brno Bosonohy, Maximální 8hodinový klouzavý průměr CO za den Oxid uhelnatý má stanoven imisní limit pro maximální 8hodinový klouzavý průměr koncentrací CO za rok, jeho hodnota činí µg m 3. Vývoj maximálních 8hodinových klouzavých průměrů koncentrací CO za den v lokalitě Brno - Bosonohy zobrazuje následující Obr. 64. Z grafu je patrné, že hodnoty těchto průměrů se pohybovaly v rozmezí 281 až 1172 µg m 3. Koncentrace se tak pohybovaly zhruba na 1/10 imisního limitu pro tuto látku. Z hlediska průměrných 24hodinových koncentrací CO byla v rámci zasazení měřicí kampaně do kontextu měření škodlivin v regionu využita i data ze stanic státní sítě imisního monitoringu. Následující Obr. 65 zobrazuje naměřené koncentrace v lokalitě Brno Lány ě během měřicí kampaně v Brně - Bosonohách. Z grafu je patrné, že v lokalitě Brno Lány a Brno - Bosonohy jsou měřeny velmi podobné hodnoty, jejich koncentrace jsou do značné míry ovlivněny meteorologickými podmínkami. V lokalitě Brno Bosonohy byly měřeny mírně vyšší koncentrace CO, zejména v chladnější druhé půlce kampaně. Lze očekávat, že i z hlediska imisního limitu budou obě lokality korespondovat a imisní limit tedy v Brně Bosonohách překročen nebude (v lokalitě Brno Lány mě maximální 8hodinový klouzavý průměr CO za rok 2017 hodnotu 1354,2 µg m 3 ). 53

55 Obr. 64 Vývoj maximálních 8hodinových klouzavých průměrů koncentrací CO za den v lokalitě Brno - Bosonohy, Obr. 65 Vývoj průměrných denních koncentrací CO,