Rozvoj mapování na evropské i české úrovni Jan Horálek
Evropské měřítko, mapy ročních charakteristik Evropské měřítko, krátkodobé mapy České měřítko, mapy ročních charakteristik České měřítko, krátkodobé mapy
A. Evropské měřítko, mapy ročních charakteristik ETC/ACC, úkol Spatial air quality data Tým: Peter de Smet 1 (vedoucí úkolu), Bruce Denby 2, Jan Horálek 3, Pavel Kurfürst 3, Frank de Leeuw 1, Twan van Noije 1 ; Markéta Coňková 3, Jana Ostanická 3 ( 1 MNP, 2 NILU, 3 ČHMÚ) Manažeři úkolu z EEA: Jaroslav Fiala, Anke Lükewille
Úkol Spatial air quality data v rámci Implementačního plánu ETC/ACC Výstup za rok 2005: ETC/ACC Technical Paper 2005/7 ETC/ACC Technical Paper 2005/8 Interpolation and assimilation methods for European scale air quality assessment and mapping, Part I. and II. Výstup za rok 2006: ETC/ACC Technical Paper 2006/6 6 Spatial mapping of air quality for European scale assessment http://air air-climate.eionet.europa.eu/reports
Úkol Spatial air quality data v rámci Implementačního plánu ETC/ACC Cíle: poskytovat podporu jakékoli aktivitě spojené s prostorovým rozložením imisí např. vstupy pro AP Report (mapy), Core Set of Indicators (tabulky) zlepšit kvalitu odhadů znečištění ovzduší a jeho dopadů na zdraví obyvatel a ekosystémy v rámci Evropy podpora práce EEA a DG-ENV
Imisní data AirBase Interpolační metody Doplňková data Mapy (ve formě gridů) venkovské městské Land cover celkové Dopad na obyvatele a ekosystémy Hustota obyvatel
venkovské oblasti Tvorba venkovských imisních map PM 10, O 3, NO x, SO 2 Venkovská pozaďová imisní data (AirBase) Typ 1: Lineární regrese bez interpolace Typ 2: Interpolace imisních dat Doplňková data: Výstup z rozptylového modelu EMEP Typ 3: Lineární regrese a interpolace reziduí Meteorologická data Nadmořská výška VENKOVSKÉ MAPY (ve formě gridů)
městské oblasti Doplňková data: VENKOVSKÉ MAPY (ve formě gridů) Výstup z rozptylového modelu EMEP Tvorba městských imisních map PM 10, O 3 (Před)městská pozaďová imisní data (AirBase) interpolace Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4, Delta Meteorologická data Nadmořská výška (Emise NO x ) MĚSTSKÉ MAPY (ve formě gridů)
Dopad na obyvatele a ekosystémy VENKOVSKÉ MAPY (ve formě gridů) MĚSTSKÉ MAPY (ve formě gridů) Hustota obyvatel Populační charakteristiky SLOUČENÉ MAPY (ve formě gridů) Ohrožení obyvatel Ohrožení ekosystémů Landuse Počet předčasných úmrtí /DALYS Damage/costs
Vstupní data: 1. Měřené koncentrace PM 10 roční průměr,, 36. nejvyšší denní koncentrace venkovské pozaďové stanice (>200), městské/předměstské pozaďové stanice (>700). O 3 SOMO35, AOT40 pro plodiny, 26. nejvyšší max. denní osmihod. od. prům. (od r. 2004), AOT40 pro lesy (od r. 2004) venkovské pozaďové stanice (>400), městské/předměstské pozaďové stanice (>800). NO x roční průměr (od r. 2004), venkovské pozaď. stanice SO 2 roční průměr (od r. 2004), venkovské pozaď.. stanice Zdroj: databáze Airbase + několik stanic EMEP
Vstupní data: 2. Doplňková data Rozptylový model EMEP grid 50x50 km Nadmořská výška grid 30 x30 ; zdroj: GTOPO30 Meteorologické parametry grid 15 x15 ; od r. 2004; zdroj: ECMWF - sluneční záření - rychlost větru - relativní vlhkost - teplota - srážky (Do r. 2003 klimatické normály 1960-90 90, zdroj: : CRU CL 2.0) Populační hustota - grid 100x100 m; zdroj: JRC (+ ORNL) Emise NO x grid 1x1 km; jen EU-15 + N +CH; zdroj: APMoSPHERE; ; užito jen pro analýzu
Porovnání různých metod mapování Zvlášť pro mapy venkovského i městského znečištění Pomocí crossvalidace (křížového ověřování): Interpolace je zkonstruována vždy s vyloučením jedné stanice, postupně pro všechny body měření. Tyto odhadnuté hodnoty jsou porovnány s příslušnými naměřenými daty zejména pomocí RMSE kde RMSE = 1 N N i= 1 ( Z( s ) Zˆ( i s i Z(s i ) je hodnota koncentrace v i-tém bodě Ż(s i ) je odhad v i-tém bodě pomocí ostatních dat Čím je RMSE menší, tím je odhad spolehlivější. Crossvalidace dává objektivní míru kvality interpolace. RMSE je dána v µg.m -3, tudíž pomocí tohoto parametru může být vyjádřena celková nejistota mapy. 2 ))
Porovnání různých metod mapování pomocí RMSE z crossvalidace ce PM 10 roční průměr, venkovská území metoda mapování PM 10 2000 2001 2002 2003 2004 prům. IDW 5,32 6,55 7,19 7,29 5,84 6,59 5 ordinary kriging 5,11 6,24 6,73 7,08 5,91 6,21 4 ordinary cokriging (s nadmořskou výškou) 3,67 5,96 6,23 5,86 4,68 5,28 2 lognormal kriging 5,00 6,12 6,61 6,89 5,84 6,09 3 lognorm. cokriging (s nadmořskou výškou) 3,81 5,72 5,79 5,44 4,58 5,07 1 lin. regr. (EMEP) + IDW 4,60 5,44 6,25 6,60 5,51 5,68 3 lin. regr. (EMEP) + ord. kriging 4,36 5,42 6,05 6,55 5,54 5,58 2 lin. regr. (EMEP) + ord. cokriging (nadm. v.) 3,21 5,39 6,05 6,82 5,54 5,40 1 lin. regr. (EMEP,alt.,clim/meteo) + IDW 3,26 5,01 5,59 5,98 4,77 4,92 2 lin. regr. (EMEP,alt.,clim/meteo) + ord. kriging 3,19 4,95 5,48 5,71 4,61 4,79 1 Obdobné výsledky i pro 36. nejvyšší denní koncentraci. pořadí Geostatistické metody (různé typy krigingu) dávají obecně lepší výsledky než IDW. Nejlepší metoda: Lineární regresní model a prostorová interpolace reziduí pomocí ordinary krigingu. Doplňková data zahrnují: : EMEP model, nadmořskou výšku, sluneční záření, rychlost větru. 2 3 1
PM 10 roční průměr, 2004, venkovské ovzduší lognormální cokriging s použitím nadmořské výšky v bodech měření
PM 10 roční průměr, 2004, venkovské ovzduší kombinace naměř. imisních dat s rozptylovým modelem EMEP, nadm.. výškou, sluneční radiací a rychlostí větru
Porovnání různých metod mapování pomocí RMSE z crossvalidace ce ozon, SOMO35, venkovská území metoda mapování 2000 2001 2002 2003 2004 prům. IDW 2082 1998 2129 2305 2247 2152 3 ordinary kriging 2055 1942 2079 2259 2175 2102 2 ordinary cokriging (s nadmořskou výškou) 1900 1661 1836 2155 1872 1885 1 lin. regr. (EMEP) + IDW 2148 2028 2163 2411 2330 2216 3 lin. regr. (EMEP) + ord. kriging 2113 1981 2096 2394 2261 2169 2 lin. regr. (EMEP) + ord. cokriging (s nadm. v.) 1866 1704 1792 2199 2261 1964 1 lin. regr. (EMEP,alt.,clim/meteo) + IDW 1629 1582 1649 2002 1943 1761 2 lin. regr. (EMEP,alt.,clim/meteo) + ord. kriging 1664 1564 1641 2001 1865 1747 1 pořadí 2 3 1 Geostatistické metody (různé typy krigingu) dávají obecně lepší výsledky než IDW. Nejlepší metoda: Lineární regresní model a prostorová interpolace reziduí pomocí ordinary krigingu. Doplňková data zahrnují: : EMEP model, nadmořskou výšku, sluneční záření.
ozon SOMO35, 2004, venkovské ovzduší lognormální cokriging s použitím nadmořské výšky v bodech měření
ozon on SOMO35, 2004, venkovské ovzduší kombinace naměřených imisních dat s rozptylovým modelem EMEP, nadmořskou výškou a sluneční radiací
Mapování městského území Obdobný postup jako v případě venkovských území. Ve srovnání s mapováním venkovského území je navíc uvažována i metoda, používající tzv. městský příspěvek Delta (tj.( rozdíl mezi naměřenou koncentrací a pozaďovým venkovským polem). Tyto hodnoty Delta jsou interpolovány a následně přičteny k pozaďové venkovské mapě.
Porovnání různých metod mapování pomocí RMSE z crossvalidace ce PM 10 roční průměr, městská území metoda mapování PM 10 2003 2004 prům. pořadí lineární regresní model bez interpolace 8,93 8,26 8,60 1 3 IDW lin. regr. model (EMEP, meteo) + IDW pozaď. venk. pole + interp. Delta (IDW) 7,31-7,15 5,61 5,62 5,71 6,46-6,43 2 2 2 ordinary kriging lin. regr. model (EMEP, meteo) + ord. kriging pozaď. venk. pole + interp. Delta (ord. krig.) 7,12-7,09 5,51 5,49 5,56 6,32-6,33 1 1 1 1-2 Geostatistické metody (různé typy krigingu) dávají obecně lepší výsledky než IDW. Nejlepší metoda: Ordinary kriging. Je třeba dále prozkoumat. (Potenciálně nejlepší metoda: Lineární regresní model a prostorová interpolace na reziduích.)
PM 10 roční průměr, 2004,, městské ovzduší ordinary kriging mapa použitelná pouze pro městská území
Metoda pro sloučení mapy venkovského a městského znečištění pomocí mapy y hustoty populace Z ˆ( s) = R( s) pro území, kde HP(s) α 1 Zˆ( s) α 2 HP( s) HP( s) α1 =. R( s) +. U ( s) α α α α 2 1 2 1 pro území, kde α 1 < HP(s) < α 2 Z ˆ( s) = U ( s) pro území, kde HP(s) α 2 where Ż(s) je výsledná hodnota v bodě s, R(s) je hodnota v bodě s pro venkovskou mapu, U(s) je hodnota v bodě s pro městskou mapu, HP(s) je hustota populace v bodě s, α 1, α 2 jsou zvolené konstanty (α 1 = 100 obyv.km -2, α 2 = 500 obyv.km -2 ). Tyto vztahy jsou aplikovány pro území, kde U(s) R(s) (pro PM 10 ). Pro (nepříliš veliká) území, kde U(s) < R(s), je aplikována mapa zkonstruována ze všech stanic (venkovských i městských).
PM 10 - roční průměr, 2004 kombinace venkovské a městské mapy, grid 10x10 km
PM 10-36. nejvyšší denní hodnota, 2004 kombinace venkovské a městské mapy, grid 10x10 km
Ozon - SOMO35, 2004 kombinace venkovské a městské mapy, grid 10x10 km
Ozon - 26. nejvyšší maximální denní osmihodinová hodnota, 2004, kombinace venkovské a městské mapy
Ozon - AOT40 pro plodiny, 2004 venkovská mapa, grid 2x2 km
Ozon - AOT40 pro lesy, 2004 venkovská mapa, grid 2x2 km
NO x - roční průměr, 2004 venkovská mapa, grid 10x10 km
SO 2 - roční průměr, 2004 venkovská mapa, grid 10x10 km
Mapa nejistoty odhadu interpolace Ozon - 26. nejvyšší max. denní osmihod.. hodnota, cokriging, 2004 venkov města
Mapa pravděpodobnosti překročení limitní hodnoty Ozon - 26. nejvyšší max. denní osmihod.. hodnota, 2004 venkov města
Expozice obyvatel a vegetace Pro znečišťující látky mající vliv na zdraví (PM 10, ozon): - průměrná koncentrace na obyvatele - procento (resp. počet) obyvatel v jednotlivých koncentračních třídách (mj. v oblastech s koncentracemi nad limitem) - hodnocené země: EU-27 kromě Kypru, Chorvatsko (tj. země, kde byly k dispozici populační data JRC) Pro znečišťující látky ovlivňující vegetaci (ozon - AOT40): - procento (resp. plocha) území v jednotlivých koncentračních třídách, pro různé typy využití půdy
Průměrná koncentrace na obyvatele PM 10 roční průměr PM 10 max. 36. d. h. ozon SOMO35 pořadí země konc. 1 Bulharsko 38,0 2 Malta 35,7 3 Rumunsko 35,3 4 Řecko 34,6 5 Itálie 32,5 6 Chorvatsko 31,9 7 Belgie 31,1 8Maďarsko 30,0 9 Portugalsko 29,9 10 Nizozemsko 28,9 11 Česká republika 28,5 12 Španělsko 2,4 13 Slovinsko 27,9 14 Slovensko 27,0 15 Polsko 26,3 celé území 25,2 pořadí země konc. 1 Bulharsko 65,8 2 Rumunsko 58,2 3 Malta 57,8 4 Itálie 55,3 5 Řecko 55,2 6 Chorvatsko 52,2 7 Portugalsko 52,0 8 Belgie 51,3 9 Maďarsko 50,3 10 Česká republika 48,9 11 Slovinsko 47,3 12 Nizozemsko 47,1 13 Španělsko 46,7 14 Slovensko 45,6 15 Polsko 44,4 celé území 41,8 pořadí země konc. 1 Řecko 8590 2 Itálie 7850 3 Malta 7504 4 Bulharsko 6433 5 Slovinsko 6307 6 Rakousko 6103 7 Španělsko 6037 8 Rumunsko 5974 9 Slovensko 5903 10 Chorvatsko 5723 11 Portugalsko 5586 12 Česká republika 5149 13 Maďarsko 4999 14 Francie 4495 15 Polsko 4245 celé území 4659
Procento obyvatel nad limitní hodnotou (pro PM 10 ) PM 10 roční průměr PM 10 max. 36. d. h. pořadí země proc. 1 Bulharsko 41,5 2 Rumunsko 38,7 3 Řecko 34,1 4 Itálie 12,4 5 Polsko 9,5 6 Česká republika 6,9 7 Chorvatsko 6,1 8 Španělsko 2,7 9 Maďarsko 2,0 10 Portugalsko 0,3 ostatní území 0 celé území 5,9 pořadí země proc. 1Malta 100,0 2 Belgie 71,5 3 Řecko 66,8 4 Portugalsko 63,6 5 Bulharsko 59,7 6 Itálie 58,4 7 Rumunsko 56,1 8 Chorvatsko 55,8 9 Maďarsko 54,2 10 Česká republika 45,5 11 Španělsko 39,5 12 Slovinsko 36,6 13 Slovensko 32,9 14 Polsko 27,8 15 Nizozemsko 22,8 celé území 24,5 Některé země nevykazují žádné území nad limitem, ačkoli některé jejich stanice ano (pro r. průměr např. Slovensko, Belgie). Důvod: Grid 10x10 km, použity jen pozaďové stanice, použitá metodika (kriging) poněkud shlazuje.
Procento obyvatel nad limitní hodnotou (pro PM 10 ) PM 10 roční průměr Population exposure to PM10 0-10 ug/m3 10-20 ug/m3 20-30 ug/m3 30-40 ug/m3 >40 ug/m3
Dopad na zdraví obyvatel Doporučení WHO (2006): PM 10 roční průměr 20 µg.m -3 denní průměr 50 µg.m -3 rizikové mohou být i nízké koncentrace Ozon max. denní osmihodinový průměr 100 µg.m -3
Dopad na zdraví obyvatel Práce kolegů z MNP (de Leeuw). - Počet předčasných úmrtí na základě PM 10 a ozonu, pro jednotlivé země -Na základě relativního risku (RR) dle Künzliho (Künzlinzli et al., 2000: nárůst mortality 4,3% na každých 10 µg.m -3 PM - V případě PM 10 dvě varianty (pro pozadí 5 a 10 µg.m -3 ) PM 10
Počet předčasných úmrtí na základě PM 10 a ozonu Země Populace počet úmrtí - PM 10 5 µg.m -3 10 µg.m -3 počet úmrtí ozon Belgie 10400000 10311 8420 234 Bulharsko 7780000 12234 10476 491 Česká republika 10229000 9366 7443 413 Dánko 5414000 2887 1776 132 Estonsko 1335000 605 282 29 Finsko 5235000 1223 405 90 Francie 60257000 27711 18323 1698 Chorvatsko 4540000 5238 4307 226 Irsko 4080000 712 184 40 Itálie 58033000 60226 49817 3488 Litva 3443000 1925 1192 84 Lotyšsko 2318000 1401 790 56 Lucembursko 459000 176 110 11 Maďarsko 10124000 11573 9358 465 Malta 400000 328 277 16 Německo 82645000 53257 37475 2566 Nizozemí 16226000 13223 10568 262 Polsko 38559000 26380 20370 1055 Portugalsko 10441000 9302 7506 421 Rakousko 8171000 4525 3254 334
Počet předčasných úmrtí na základě PM 10 a ozonu - pokračování Země Populace počet úmrtí - PM 10 5 µg.m -3 10 µg.m -3 Rumunsko 21790000 27225 22938 1100 Řecko 11098000 13003 10915 767 San Marino 29000 24 19 2 Slovensko 5401000 4273 3335 230 Slovinsko 1967000 1568 1238 87 Španělsko 42646000 33495 26617 1737 Švédsko 9008000 3009 1329 203 Velká Británie 59479000 36536 24994 815 celkem 491510 371743 283716 17054 konfidenční interval 229287-516491 počet úmrtí ozon 174424-395532 5694-22720
B. Evropské měřítko, krátkodobé mapy ETC/ACC, úkol Near real time PM acquisition and dissemination Tým: Aasmund Vik 1 (vedoucí úkolu), Inga Floisand 1, Agnes Dudek 1, Jan Horálek 3, Wim Mol 2, Jana Ostanická 3 ( 1 NILU, 2 MNP, 3 ČHMÚ) Manažer úkolu z EEA: Tim Haigh
Úkol Near real time PM acquisition and dissemination v rámci Implementačního plánu ETC/ACC Cíle: V návaznosti na provozovaný ozonový NRT (near real time) ) evropský web analyzovat možnosti a navrhnout evropskou službu poskytující operativní (near real time) ) informace o PM Navrhnout metody mapování
PM 10 denní průměr, 1.2.200 2000, 0, venkovské ovzduší interpolace naměřených imisních dat (lognormal cokriging)
PM 10 denní průměr, 1.2.200 2000, 0, venkovské ovzduší kombinace naměř. imisních dat s rozptylovým modelem EMEP, lineární regrese a interpolace reziduí
C. České měřítko, mapy ročních charakteristik Tým: Radomír Srněnský,, Markéta Coňková,, Jan Horálek, Pavel Kurfürst, Jana Ostatnická
Tvorba map koncentrací znečišťujících látek roční charakteristiky Cíle: mapy pro Grafickou ročenku a pro Zprávu o životním prostředí podklady pro vymezení území se zhoršenou kvalitou ovzduší podpora práce MŽP
Zpřesnění metodiky mapování PM 10 pro ročenku - částečná aplikace metodiky vyvinuté v evropském projektu - rozlišení typu stanic při mapování (na stanice venkovské a městské/předměstské) - zvlášť mapy pro venkovská a městská území, sloučení pomocí populační hustoty (do 300 obyv./km, nad 1000 ob./km) - pro mapování venkovských i městských území byl použit kombinovaný model EMEP+SYMOS spolu s nadmořskou výškou (výrazně lepší shoda s měřením, než samotný model SYMOS)
Měření vs. SYMOS - PM10, nejv. 36. hodnota 120 100 80 y = 30.989x + 25.205 R 2 = 0.2899 60 40 20 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 Měření vs. lin. model (EMEM, SYMOS, n.v.) - PM10, nejv. 36. hodnota 120 100 80 y = 0.9837x - 0.0746 R 2 = 0.7425 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 120
PM 10-36. nejvyšší hodnota, 2006 kombinace městské a venkovské mapy (kombinace s modelem SYMOS+EMEP a nadmořskou výškou kou)
Zpřesnění metodiky mapování BaP pro ročenku - částečná aplikace metodiky vyvinuté v evropském projektu - rozlišení typu stanic při mapování (na stanice venkovské a městské/předměstské) - zvlášť mapy pro venkovská a městská území, sloučení pomocí populační hustoty (do 300 obyv./km, nad 1000 obyv./km); jemnější rozlišení, než PM 10
BaP - roční průměr,, 2006 kombinace městské a venkovské mapy
D. České měřítko, krátkodobé mapy Tým: Radomír Srněnský + IDEA, Markéta Coňková,, Jan Horálek, Jana Ostatnická
Připravovaná webová aplikace - aktuální krátkodobé mapy - automatizované zobrazování imisních map - využití metodiky s mapováním městského a venkovského území zvlášť a s následným sloučením pomocí hustoty populace - z technologických důvodů zatím používána metoda IDW místo krigingu
PM 10 24-hodinový průměr kombinovaná mapa venkovského i městského ovzduší
SO 2 24-hodinový průměr kombinovaná mapa venkovského i městského ovzduší
Děkuji za pozornost.