VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO TECHNLOGICKÁ Fakulta technologie ochrany prostředí Ústav plynárenství, koksochemie a chemie ovzduší SEMESTRÁLNÍ PROJEKT Výšková závislost ozonu a oxidů dusíku Vypracovala: Bc. Monika Patrná Vedoucí semestrálního projektu : Doc. Ing. František Skácel CSc.
Souhrn Cílem tohoto semestrálního projektu bylo určení základních charakteristik výškové distribuce koncentrace ozonu a oxidů dusíku (NO a NO 2 ) ve venkovním ovzduší stanoviště s minimálním vlivem mobilních a stacionárních zdrojů emisí oxidů dusíku. Projekt je tvořen souborem údajů o hmotnostní koncentraci ozonu a oxidů dusíku v ovzduší obklopujícím vhodné vzorkovací stanoviště věž komunikačního střediska naměřených v různých denních dobách a jejich diskusí. Měření probíhala 17. 4. 28 a 18. 4. 28 na radiokomunikační stanici Buková hora v obci Příbram pod Bukovou horou. Přístroje pro měření analytů a meteorologických podmínek byly umístěny ve výšce 65 metrů. Měření výškové závislosti koncentrace sledovaných analytů probíhala spouštěním (respektive vytahováním) měřící sondy. Měřilo se ve výškách 15 65 m nad zemí. Oba dva dny probíhala měření dopoledne, odpoledne a večer. 2
1. ÚVOD... 4 2. ROZDĚLENÍ ATMOSFÉRY... 5 3. ZNEČIŠTĚNÍ ATMOSFÉRY... 6 3.1 Ozon... 6 3.2 Oxidy dusíku... 7 4. EXPERIMETNÁLNÍ ČÁST... 8 4.1 Měřící přístroje pro měření ozonu a oxidů dusíku... 8 4.2 Přístroje pro měření meteorologických podmínek... 9 5. VÝSLEDKY A DISKUSE... 1 5.1 Měření provedená 17.4.28... 1 5.1.1 Dopolední měření... 1 5.1.2 Odpolední měření... 14 7.1.3 Večerní měření... 17 5.2 Měření provedená 18.4.28... 21 5.2.1 Dopolední měření... 21 5.2.2 Odpolední měření... 24 5.2.3 Večerní měření... 28 6. ZÁVĚR... 32 7. POUŽITÁ LITERATURA... 33 3
1. ÚVOD Atmosféra obsahuje plyny, vodní páru a znečišťující příměsi. Z plynů je zastoupen dusík, dále kyslík, argon, oxid uhličitý a další plyny. Z příměsí je to prach, půdní částečky, ale i pylová zrna, krystalky mořských solí. Na složení atmosféry má vliv i hospodářská činnost člověka (amoniak, oxid siřičitý, oxidy dusíku, sulfan a další). [ 1] Část látek znečišťujících ovzduší pochází z přírodních zdrojů (eroze půdy, činnost sopek, požáry, rozprašovací mořské vody) a část připadá na znečištění způsobené člověkem. Člověk přispívá ke znečištění atmosféry především dopravou, energetikou, průmyslem a technologiemi a spalovacími procesy. Znečištění ovzduší dělíme z hlediska původu na přírodní a anthropogenní (způsobené člověkem). Na rozptyl škodlivin v ovzduší má vliv řada meteorologických parametrů, např. tlak, teplota a vlhkost, rychlost větru a jeho směr. Jednou z významných znečišťujících látek je ozon. Ozon je silný fotochemický oxidant způsobující vážné zdravotní problémy, škody na ekosystémech a na materiálech. Lidský organismus může na zvýšený obsah ozonu reagovat záněty a poklesem výkonnosti plicních funkcí. Symptomy jsou kašel, těžké dýchání, zvýšená produkce hlenu, bolest na hrudi, bolení hlavy a dráždění očí. [2] Ozon jako silné oxidační činidlo může reagovat prakticky s každou biologickou látkou. Ozon se ukládá na povrchu rostlin a je jimi zpracováván. [3] Cílem tohoto semestrálního projektu je určení základních charakteristik výškové distribuce ozonu a oxidů dusíku (NO a NO 2 ) ve venkovním ovzduší stanoviště s minimálním vlivem mobilních a stacionárních zdrojů emisí oxidů dusíku. Projekt je tvořen souborem údajů o hmotnostní koncentraci ozonu a oxidů dusíku v ovzduší obklopujícím vhodné vzorkovací stanoviště věž komunikačního střediska naměřených v různých denních dobách. 4
2. ROZDĚLENÍ ATMOSFÉRY Procesy probíhající v atmosféře jsou ovlivněny mnoha faktory (rychlostí a směrem proudění vzduchu, vlhkostí vzduchu, intenzitou slunečního záření, teplotním zvrstvením atd.). Vertikální teplotní zvrstvení rozděluje atmosféru na čtyři základní vrstvy (troposféra, stratosféra, mesosféra a termosféra). [4] Troposféra je charakteristická poklesem teploty s výškou (7 C/km do výšky 1 km). Dochází v ní k intenzivnímu míšení. Dále je tropopauza, ve které se ustaluje teplota do výšky asi 2 km, kde začíná stratosféra. Maximální teplota stratosféry je 273 K (nad rovníkem) ve výšce 5 km. Další vrstvou je stratopauza, ve které částice setrvávají relativně dlouhou dobu. Stratosféra funguje jako úložiště znečištění. Poté je termosféra, ve které teplota opět začíná růst. Teplota klesá s výškou až asi do 9 km, kde dochází k ustálení v menopauze, v níž se asi ve výšce 85 km začínají uplatňovat fotochemické procesy vedoucí ke vzniku ozonu vlivem kosmického záření. Důležitá je souvislost mezi teplotním profilem a chemickým složením atmosféry, neboť složení a chemické děje probíhající v jednotlivých vrstvách tento teplotní profil utvářejí. Zde je důležitý ozon, jehož vznik ve stratosféře je nezbytnou podmínkou existence života na zemi a nadměrný vznik v troposféře je nežádoucí. 5
3. ZNEČIŠTĚNÍ ATMOSFÉRY Za znečištění ovzduší se označuje stav ovzduší, v němž jsou v dostatečném množství přítomny látky negativně ovlivňující životní prostředí. Důležité jsou emise látek ovlivňující vznik a zánik ozonu. Pozitivní vliv má pohlcování UV záření slunce ve stratosféře. Negativní vliv mají emise oxidu dusíku a uhlovodíků, tedy látek, jejichž hlavním zdrojem jsou městské aglomerace s vysokou hustotou dopravy, kde při vhodných meteorologických podmínkách, může dojít k tvorbě fotochemického smogu. [5] Velký význam v okolí průmyslových center mají řetězové reakce související s fotodisociací. Fotodisociace je děj, při němž může dojít k rozštěpení některých kovalentních vazeb za vzniku radikálů s volnými nespárovaný elektrony, které mají velkou reaktivitu. Mohou pak vyvolávat řetězové reakce i bez účasti záření. V atmosféře se díky přítomnosti O 3, O 2 a HO vytváří oxidační prostředí, znečišťující látky jsou většinou oxidovány na látky zpravidla snadněji odstranitelné. [6] 3.1 Ozon Vrstva stratosférického ozonu působí jako přirozený filtr chránící život na Zemi před biologicky aktivní složkou UV záření slunce o vlnové délce 28 3 nm. [5] Největší obsah ozonu v ovzduší je asi ve středu stratosféry. Do troposféry se určitá část ozonu dostává fyzikální cestou: konvekcí, difúzí a prouděním. Největší podíl ozonu v troposféře však vzniká řadou fotochemických reakcí, které vedou i k jeho zániku. Cyklus vzniku a zániku ozonu lze stručně charakterizovat jako oxidaci CO a C x H y v přítomnosti oxidů dusíku katalyzovanou HO x radikály. Většina radikálů HO x reaguje v troposféře s CO a s methanem. [5] Příklady reakcí vzniku a zániku ozonu: O( 3 P) + O 2 + M O 3 + M (1) O 3 + NO NO 2 + O 2 (2) 6
Vliv na vznik troposférického ozonu mají meteorologické podmínky. Důležité jsou směr a rychlost větru, intenzita slunečního záření, vlhkost, teplota, tlak a rychlost depozice O 3 na povrchu. [7] Obsah ozonu roste s rostoucí teplotou, kinetika vzniku ozonu je při vyšších teplotách intenzivnější. Vlhkost zvyšuje stupeň odstranění reaktivních radikálů z atmosféry. Vlhkost ovlivňuje koncentraci ozonu negativně. [8] Vliv směru větru záleží na daném místě a jeho rychlosti, nižší koncentrace ozonu jsou v centrech měst a vyšší na závětrné straně. V noci je ozon spotřebováván reakcemi s oxidem dusnatým. 3.2 Oxidy dusíku Oxidy dusíku pocházejí z přírodních zdrojů nebo antropogenních. Mezi antropogenní zdroje patří spalování fosilních paliv a doprava. Při sledování kvality venkovního ovzduší se pod termínem oxidy dusíku rozumí oxid dusnatý NO a oxid dusičitý NO 2. Oxid dusičitý vzniká ve znečištěné atmosféře přímo oxidací oxidu dusnatého. Koncentrace oxidu dusnatého v hustě zalidněné aglomeraci dosahuje maxima v době dopravní špičky. Oxid dusnatý vzniká spalováním fosilních paliv. [9] Oxid dusnatý zaniká chemickou přeměnou na oxid dusičitý a ten následně zaniká na kyselinu dusičnou. Příklady zániku oxidu dusnatého jsou uvedeny v následujících rovnicích: 2 NO + O 2 2 NO 2 (3) NO + O 3 NO 2 + O 2 (4) 7
4. EXPERIMETNÁLNÍ ČÁST 4.1 Měřící přístroje pro měření ozonu a oxidů dusíku Objemový zlomek oxidu dusičitého a oxidu dusnatého byl měřen přístrojem APNA 36 (Horiba, Japonsko), který pracuje na chemiluminiscenčním principu. Pracovní teplota přístroje je 5 4 C. Mez stanovitelnosti přístroje je uvedena objemovým zlomkem,5. 1-9 oxidů dusíku v ovzduší. Z důvodu velké tlakové závislosti intenzity chemiluminiscenčního záření je přístroj vybaven soustavou dýz, senzorů a regulátorů tlaku. Přístroj je vybaven interferenčním filtrem, přístroj vykazuje velmi malé interference způsobené vlhkostí vzorku a amoniakem. Nastavení měřícího rozsahu se provádí periodicky AIC systémem, reakcí oxidu dusnatého s ozonem. Přístroj je možné kalibrovat i manuálně. [9] Objemový zlomek ozonu byl měřen přístrojem APOA 36 (Horiba, Japonsko) pracujícím na principu spektrometrického stanovení (měření absorpce elektromagnetického záření ultrafialové (UV) oblasti záření). Pracovní teplota přístroje je 5 4 C. Mez stanovitelnosti přístroje je uvedena objemovým zlomkem,5. 1-9. Z důvodu velké tlakové závislosti odezvy fotonásobiče je systém vybaven kritickými dýzami, senzory a regulátory tlaku. Přístroj je vybaven interferenčním filtrem, přístroj vykazuje malé interference způsobené vodní párou a toluenu. Nastavení měřícího rozsahu se provádí periodicky AIC systémem s vlastní generací ozonu, nebo manuální kalibrací. [1] 8
4.2 Přístroje pro měření meteorologických podmínek Intenzita ultrafialového záření (UV-A záření s intenzitou v rozmezí 32 4 nm, UV- B záření s intenzitou 29 32 nm) byla měřena přístrojem UVAB Sensor E 1:1 (Thies clima, Německo). Pracovní teplota přístroje je -3-6 C. Rozsah přístroje pro UV-A záření je 31-4 nm a pro UV-B je 265-315 nm. [11] Intenzita záření ve viditelné oblasti spektra (VIS) byla měřena Pyranometr CM 3 (Thies clima, Německo). Pracovní teplota je -4-8 C. Měřící rozsah přístroje je 35-28 nm. [12] Rychlost a směr větru byly měřeny ultrazvukovým anemometrem 2D (Thies clima, Německo). Přístroj se skládá ze čtyř ultrasonických vysílačů (přijímačů), vždy dva jsou obráceny proti sobě. Složky rychlosti větru ve směru šíření zvuku podporují rychlost šíření zvuku, vedou ke zvýšení rychlosti zvuku vysílaného anemometrem. Složky v opačném směru než je směr šíření zvuku vedou naopak ke snížení rychlosti propagace ultrazvukového signálu. To vede k rozdílným rychlostem šíření ultrazvukového signálu při různých rychlostech větru a při různých směrech. Rychlost zvuku je velice závislá na teplotě vzduchu, mírně na tlaku a skoro nezávislá na vlhkosti vzduchu. [13] Vlhkost a teplota byly měřeny přístrojem Hydro Thermo transmitter compact (Thies clima, Německo). Měřící rozsah pro teplotu vzduchu je -4 8 C a pro relativní vlhkost je 1 %. [14] 9
5. VÝSLEDKY A DISKUSE Přístroje pro měření koncentrace analytů a meteorologických podmínek byly umístěny ve výšce 65 m nad zemí na plošině radiokomunikační stanice Buková hora (obec Příbram pod Bukovou horou). Samotné měření výškové závislosti probíhalo spouštěním (resp. vytahováním) odběrové sondy. Výsledky měření byly zpracovány v programu Microsoft Excel ve formě tabulek a grafů. V této části jsou uvedeny závislosti obsahu zkoumaných analytů na výšce, společně s příslušnými meteorologickými podmínkami ve formě grafů. Všechny měřící přístroje byly nastaveny tak, aby poskytovaly každé tři minuty průměrné koncentrace. Naměřená data jsou uvedena ve formě tabulky průměrných hodnot v jednotlivých výškách po jednotlivé dny a je rozlišeno zda se jedná o spouštění, nebo vytahování měřící sondy. 5.1 Měření provedená 17.4.28 Měření 17. 4. 28 probíhala dopoledne, odpoledne a večer. Spouštění a vytahování měřící sondy byla prováděna po 5 m s 15 minutovým intervalem měření v každé výšce. Měření shrnují Obrázky 1 až 17 a Tabulky I až III 5.1.1 Dopolední měření Při dopoledním měření se měřící sonda spouštěla po 5 metrech z výšky 65 m do 15 m nad zemí. Interval měření byl 15 minut pro danou výšku. 1
Tabulka I: Objemové zlomky O 3, NO a NO 2 naměřené v daných výškách (průměrné hodnoty), 17. 4. 28, dopolední měření, spouštění měřící sondy O 3 (μl/m 3 ) NO (μl/m 3 ) NO 2 (μl/m 3 ) 15 43,9 95,79 129,2 2 44,26 91,88 111,42 25 45,38 6,6 113,38 3 45,86 46,92 44,96 35 45,86 31,28 27,37 4 45,8 35,19 21,5 45 47,21 39,1 25,41 5 48,19 37,14 39,1 55 49,44 19,55 27,37 6 52,11 29,32 17,59 65 54,25 39,1 23,46 6 y =,1842x + 4,18 R 2 =,8695 55 ozon (μl/m 3 ) 5 45 4 35 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Obrázek 1: Výšková závislost obsahu O 3, 17. 4. 28, dopolední měření, spouštění sondy 11
12 y = -1,2155x + 96,425 R 2 =,655 1 NO (μl/m 3 ) 8 6 4 2 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Obrázek 2: Výšková závislost obsahu NO, 17. 4. 28, dopolední měření, spouštění sondy y = -2,1361x + 138,22 R 2 =,6861 14 12 NO2 (μl/m 3 ) 1 8 6 4 2 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Obrázek 3: Výšková závislost obsahu NO 2, 17. 4. 28, dopolední měření, spouštění sondy 12
UV-A (mw/m 2.s) 4 35 3 25 2 15 1 5 UV-A (mw/m2.s) UV-B (mw/m2.s) 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 UV-B (mw/m 2. s) 11: 11:15 11:3 11:45 12: 12:15 12:3 12:45 13: 13:15 13:3 13:45 14: denní doba Obrázek 4: Záření UV-A a UV-B průměr, 17. 4. 28, dopolední měření 4 3,5 rychlost větru (m/s) 3 2,5 2 1,5 1,5 11: 11:28 11:57 12:26 12:55 13:24 13:52 denní doba Obrázek 5: Průměrná rychlost větru, 17. 4. 28, dopolední měření 13
65 9,5 vlhkost (%) 6 55 vlhkost (%) teplota ( C) 9 8,5 8 7,5 7 6,5 teplota ( C) 5 6 5,5 45 5 11: 11:15 11:3 11:45 12: 12:15 12:3 12:45 13: 13:15 13:3 13:45 14: čas měření Obrázek 6: Průměrná vlhkost a teplota, 17. 4. 28, dopolední měření 5.1.2 Odpolední měření Při odpoledním měření se měřící sonda vytahovala po 5 metrech z výšky 15 m do 65 m nad zemí. Interval měření byl 15 minut pro danou výšku. Tabulka II: Objemové zlomky O 3, NO a NO 2 naměřené v daných výškách (průměrné hodnoty), 17. 4. 28, odpolední měření, vytahování měřící sondy O 3 (μl/m 3 ) NO (μl/m 3 ) NO 2 (μl/m 3 ) 15 41,35 78,19 121,2 2 42,28 62,55 125,11 25 43,34 56,69 156,38 3 43,89 52,78 158,34 35 44,65 72,33 144,66 4 45,7 58,64 164,2 45 47,26 58,64 175,93 5 46,48 64,51 17,7 55 46,3 82,1 148,57 6 47,9 68,42 144,66 65 47,31 54,73 195,48 14
49, y =,124x + 4,148 R 2 =,8928 48, 47, ozon (μl/m 3 ) 46, 45, 44, 43, 42, 41, 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Obrázek 7: Výšková závislost obsahu O 3, 17. 4. 28, odpolední měření, vytahování sondy NO (μl/m 3 ) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 y = -,142x + 65,77 R 2 =,6 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Obrázek 8: Výšková závislost obsahu NO, 17. 4. 28, odpolední měření, vytahování sondy 15
y =,8743x + 119,99 R 2 =,4479 NO2 (μl/m 3 ) 22 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Obrázek 9: Výšková závislost obsahu NO 2, 17. 4. 28, odpolední měření, vytahování sondy 3 25 UV-A (mw/m2.s) UV-B (mw/m2.s) 3 2,5 UV-A (mw/m 2.s) 2 15 1 2 1,5 1 UV-B (mw/m 2.s) 5,5 14:24 14:52 15:21 15:5 16:19 16:48 17:16 17:45 denní doba Obrázek 1: Záření UV-A a UV-B průměr, 17. 4. 28, odpolední měření 16
3,5 3 rychlost větru (m/s) 2,5 2 1,5 1,5 14:45 15:13 15:42 16:11 16:4 17:9 17:37 denní doba Obrázek 11: Průměrná rychlost větru, 17. 4. 28, odpolední měření 56 54 52 vlhkost (%) teplota ( C) 9 8,5 8 vlhkost (%) 5 48 46 44 42 7,5 7 6,5 6 5,5 teplota ( C) 4 5 14:24 14:52 15:21 15:5 16:19 16:48 17:16 17:45 čas měření Obrázek 12: Průměrná vlhkost a teplota, 17. 4. 28, odpolední měření 7.1.3 Večerní měření Při večerním měření se měřící sonda spouštěla po 5 metrech z výšky 65 m do 15 m nad zemí. Interval měření byl 15 minut pro danou výšku. 17
Tabulka III: Objemové zlomky O 3, NO a NO 2 naměřené v daných výškách (průměrné hodnoty), 17. 4. 28, večerní měření, spouštění měřící sondy O 3 (μl/m 3 ) NO (μl/m 3 ) NO 2 (μl/m 3 ) 15 43,2 23,46 44,96 2 43,5 35,19 54,73 25 42,84 33,23 54,73 3 43,51 41,5 54,73 35 44,11 33,23 68,42 4 44,42 44,96 5,82 45 44,92 37,14 6,6 5 45,85 33,23 64,51 55 46,66 31,28 95,79 6 47,75 31,28 136,84 65 48, 23,46 148,57 49 y =,112x + 4,513 R 2 =,9363 48 47 ozon (μl/m 3 ) 46 45 44 43 42 41 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Obrázek 13: Výšková závislost obsahu O 3, 17. 4. 28, večerní měření, spouštění sondy 18
y = -,64x + 35,826 R 2 =,241 NO (μl/m 3 ) 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Obrázek 14: Výšková závislost obsahu NO, 17. 4. 28, večerní měření, spouštění sondy y = 1,7842x + 4,5138 R 2 =,6872 16 14 12 NO2 (μl/m 3 ) 1 8 6 4 2 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Obrázek 15: Výšková závislost obsahu NO 2, 17. 4. 28, večerní měření, spouštění sondy 19
5,6 5,4 rychlost větru (m/s) 5,2 5 4,8 4,6 4,4 4,2 4 2:37 21:5 21:34 22:3 22:32 23:1 23:29 denní doba Obrázek 16: Průměrná rychlost větru, 17. 4. 28, večerní měření vlhkost (%) 8 7 6 5 4 3 2 vlhkost (%) teplota ( C) 3,5 3 2,5 2 1,5 teplota ( C) 1 1 2:38 21:7 21:36 22:4 22:33 23:2 23:31 čas měření Obrázek 17: Průměrná vlhkost a teplota, 17. 4. 28, večerní měření 2
5.2 Měření provedená 18.4.28 Měření 17. 4. 28 probíhala dopoledne, odpoledne a večer. Spouštění a vytahování měřící sondy byla prováděna po 5 m s 15 minutovým intervalem měření v každé výšce. Měření shrnují Obrázky 18 až 34 a Tabulky IV až VI. 5.2.1 Dopolední měření Při dopoledním měření se měřící sonda vytahovala po 5 metrech z výšky 15 m do 65 m nad zemí. Interval měření byl 15 minut pro danou výšku. Tabulka IV: Množství O 3, NO a NO 2 naměřené v daných výškách (průměrné hodnoty), 18. 4. 28, dopoledni měření, vytahování měřící sondy O 3 (μl/m 3 ) NO (μl/m 3 ) NO 2 (μl/m 3 ) 15 44,45 15,52, 2 52,4 13,6, 25 59,25 117,29 9,77 3 62,17 82,1 54,73 35 63,7 87,97 54,73 4 65, 68,42 37,14 45 66,45 68,42 27,37 5 66,2 74,28 29,32 55 67,59 19,47 13,68 6 68,6 17,51 17,59 65 69,1 15,56 5,86 21
75 y =,465x + 45,988 R 2 =,783 7 65 ozon (μl/m 3 ) 6 55 5 45 4 35 3 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Obrázek 18: Výšková závislost obsahu O 3, 18. 4. 28, dopolední měření, vytahování sondy y = -,4869x + 117,22 R 2 =,168 16 14 12 NO (μl/m 3 ) 1 8 6 4 2 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Obrázek 19: Výšková závislost obsahu NO, 18. 4. 28, dopolední měření, vytahování sondy 22
6 5 y =,64x + 2,33 R 2 =,26 NO2 (μl/m 3 ) 4 3 2 1 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Obrázek 2: Výšková závislost obsahu NO 2, 18. 4. 28, dopolední měření, vytahování sondy UV-A (mw/m 2.s) 4 35 UV-A (mw/m2.s) UV-B (mw/m2.s) 3 25 2 15 1 5 9:45 1: 1:15 1:3 1:45 11: 11:15 11:3 11:45 12: 12:15 12:3 12:45 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 UV-B (mw/m 2.s) denní doba Obrázek 21: Záření UV-A a UV-B průměr, 18. 4. 28, dopolední měření 23
4,5 4 rychlost větru (m/s) 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 9:45 1:13 1:42 11:11 11:4 12:9 12:37 denní doba Obrázek 22: Průměrná rychlost větru, 18. 4.28, dopolední měření vlhkost (%) 92 9 88 86 84 82 8 vlhkost (%) 78 teplota ( C) 76 74 9:45 1: 1:15 1:3 1:45 11: 11:15 11:3 11:45 12: 12:15 12:3 12:45 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 teplota ( C) čas měření Obrázek 23 : Průměrná vlhkost a teplota, 18. 4. 28, dopolední měření 5.2.2 Odpolední měření Při odpoledním měření se měřící sonda spouštěla po 5 metrech z výšky 65 m do 15 m nad zemí. Interval měření byl 15 minut pro danou výšku. 24
Tabulka V: Objemové zlomky O 3, NO a NO 2 naměřené v daných výškách (průměrné hodnoty), 18. 4. 28, odpolední měření, spouštění měřící sondy O 3 (μl/m 3 ) NO (μl/m 3 ) NO 2 (μl/m 3 ) 15 54,71 99,7 19,55 2 56,15 93,83 15,64 25 56,5 84,6 9,77 3 55,5 95,79 5,86 35 57,11 93,83 7,82 4 58,18 93,83 27,37 45 59,83 7,37 23,46 5 62,34 7,37 15,64 55 64,81 7,37 25,41 6 67,55 58,64 23,46 65 68,89 6,6 15,64 y =,2894x + 48,524 R 2 =,938 75 7 65 ozon (μl/m 3 ) 6 55 5 45 4 35 3 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Obrázek 24: Výšková závislost obsahu O 3, 18. 4. 28, odpolední měření, spouštění sondy 25
11 y = -,821x + 113,88 R 2 =,7969 1 9 NO (μl/m 3 ) 8 7 6 5 4 3 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Obrázek 25: Výšková závislost obsahu NO, 18. 4. 28, odpolední měření, spouštění sondy 3 y =,176x + 1,414 R 2 =,15 25 NO2 (μl/m 3 ) 2 15 1 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Obrázek 26: Výšková závislost obsahu NO 2, 18. 4. 28, odpolední měření, spouštění sondy 26
UV-A (mw/m 2.s) 4 35 UV-A (mw/m2.s) UV-B (mw/m2.s) 3 25 2 15 1 5 13:55 14:24 14:52 15:21 15:5 16:19 16:48 17:16 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 UV-B (mw/m 2.s) denní doba Obrázek 27: Záření UV-A a UV-B průměr, 18. 4. 28, odpolední měření 3,6 3,4 rychlost větru (m/s) 3,2 3 2,8 2,6 2,4 2,2 2 14: 14:28 14:57 15:26 15:55 16:24 16:52 denní doba Obrázek 28: Průměrná rychlost větru, 18. 4. 28, odpolední měření 27
vlhkost (%) 64 63 62 vlhkost (%) 61 teplota ( C) 6 59 58 57 56 55 54 13:55 14:24 14:52 15:21 15:5 16:19 16:48 17:16 8,8 8,7 8,6 8,5 8,4 8,3 8,2 8,1 8 7,9 7,8 7,7 teplota ( C) čas měření Obrázek 29: Průměrná vlhkost a teplota, 18. 4. 28, odpolední měření 5.2.3 Večerní měření Při večerním měření se měřící sonda vytahovala po 5 metrech z výšky 15 m do 65 m nad zemí. Interval měření byl 15 minut pro danou výšku. Tabulka VI: Objemové zlomky O 3, NO a NO 2 naměřené v daných výškách (průměrné hodnoty), 18. 4. 28, večerní měření, vytahování měřící sondy O 3 (μl/m 3 ) NO (μl/m 3 ) NO 2 (μl/m 3 ) 15 51,72 35,19 5,82 2 51,65 35,19 6,6 25 51,12 37,14 58,64 3 5,52 37,14 68,42 35 5,54 29,32 64,51 4 49,82 39,1 7,37 45 48,3 44,96 58,64 5 45,24 41,5 43,1 55 44,53 35,19 41,5 6 44,7 33,23 35,19 65 45,32 29,32 41,5 28
ozon (μl/m 3 ) y = -,1679x + 55,21 R 2 =,883 54 53 52 51 5 49 48 47 46 45 44 43 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Obrázek 3: Výšková závislost obsahu O 3, 18. 4. 28, večerní měření, vytahování sondy y =,988x + 32,67 R 2 =,1217 NO (μl/m 3 ) 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 Obrázek 31 : Výšková závislost obsahu NO, 18. 4. 28, večerní měření, vytahování sondy 29
y = -,4727x + 72,754 R 2 =,4116 75, 7, 65, NO2 (μl/m 3 ) 6, 55, 5, 45, 4, 35, 3, 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Obrázek 32: Výšková závislost obsahu NO 2, 18. 4. 28, večerní měření, vytahování sondy 3,6 3,4 rychlost větru (m/s) 3,2 3 2,8 2,6 2,4 2,2 2 14: 14:28 14:57 15:26 15:55 16:24 16:52 denní doba Obrázek 33: Průměrná rychlost větru, 18. 4. 28, večerní měření 3
vlhkost (%) 8 7 6 5 4 3 5 4,5 4 3,5 teplota ( C) 2 1 vlhkost (%) teplota ( C) 3 2,5 2:9 2:38 21:7 21:36 22:4 22:33 23:2 23:31 čas měření Obrázek 34: Průměrná vlhkost a teplota, 18. 4. 28, večerní měření Z výsledků denních měření je patrný stoupající trend obsahu ozonu v přízemní vrstvě atmosféry s výškou odběrové sondy v rozsahu 15 m až 65 m nad povrchem terénu. Naopak v noci mívá koncentrace ozonu v této vrstvě ovzduší často klesající trend. Výsledky získané v průběhu večerního měření dne 17. 4. 28 tento trend nepotvrdily - závislost měla opačný průběh (koncentrace ozonu s rostoucí výškou narůstala podobně jako ve dne). Zajímavé jsou výsledné koncentrace oxidu dusnatého naměřené dopoledne a odpoledne 18. 4. 28, kdy byly jejich hodnoty mnohem vyšší než hodnoty koncentrace oxidu dusičitého. Jediným možným vysvětlením je působení spalovacích zdrojů emisí oxidu dusnatého v okolí vzorkovacího stanoviště (doprava v údolí spojujícím Ústí nad Labem s Děčínem). 31
6. ZÁVĚR Byla studována výšková závislost koncentrace ozonu, oxidu dusnatého a oxidu dusičitého. Výšková závislost koncentrace ozonu je s velkou pravděpodobností lineární. Koncentrace ozonu s výškou ve dne prokazatelně roste. Meteorologické podmínky mají velký vliv na obsah troposférického ozonu, hlavní vliv má intenzita slunečního záření. Výšková závislost koncentrace oxidu dusnatého a dusičitého z těchto měření není zcela jasná. Ovzduší zvoleného stanoviště je zřejmě výrazně ovlivňováno působením spalovacích zdrojů emisí oxidu dusnatého. Tento vliv se prokázal zejména v průběhu pátečního večera s předpokládaným poklesem intenzity dopravy na nedaleké silniční komunikaci E442. 32
7. POUŽITÁ LITERATURA [1] Skácel F., Tekáč V.: Analýza ovzduší, VŠCHT Praha, 22. [2] Sanhueza P.A. et al.: Assesment of ozone air duality standards and public health impact, Clean Technologies and Environmental Policy, 22. [3] Slanina Sjaak: v knize Biosphere Atmosphere exchange of pollutants and trace substance, Springer Verlag, Berlin, 1997. [4] Palatý J., Pick P., Kuraš M.: Základy ochrany prostředí, VŠCHT Praha, 199. [5] Crutzen P.J., Lelieveld J.: Human impacts on atmospheric chemistry, Annu. Rev. Earth Planet. SCI 29, 17 45, 21. [6] Ponater M., Sausen R. et al..: Climate effect of ozone changes caused by present and future air traffic, Climate Dynamics 15, 631 642, 1999. [7] Aneja P.V., Murray C.G.: Climatology of diurnal trends and vertical distribution of ozone in tha atmosphere boundary layer in urban North Karolina, J. Air Waste Manage. Assoc., 5, 54-64, 2. [8] Finlayson Pitts B.J., Pitts J.N.: Atmospheric chemistry of tropospheric ozone formation: Scientific and regulatory implications, Air & Waste. 43, 191-11, 1993. [9] Křížová A., Studium distribuce oxidů dusíku a ozonu v okolí liniových zdrojů emisí, Diplomová práce, VŠCHT Praha 25. [1] Instruction manual: Ambient NO x Monitor APNA 36, Horiba, Japan. [11] Instruction manual: Ambient O 3 Monitor APOA 36, Horiba, Japan. [12] Operating instructions 7.1416.9, Senzor E 1.1, Thies Clima, SRN. [13] www.thiesclima.com/global.htm, duben 28. [14] Operating instructions: Hydro-Thermo transmitter 4.38, Thies Clima, SRN. 33