ROZBOR VÝSLEDKŮ KONTINUÁLNÍHO MĚŘENÍ SPEKTER VELIKOSTÍ ČÁSTIC ANALYZÁTORY GRIMM VE VZTAHU K POTENCIÁLNÍM NEPŘÍZNIVÝM ZDRAVOTNÍM ÚČINKŮM Josef Keder Český hydrometeorologický ústav
Co to je GRIMM? Analyzátor určený k sledování počtu částic prašného aerosolu v okolním ovzduší. Hlavní výhoda - schopnost současně měřit tři velikostní frakce PM1 PM2,5 PM1 Rychlost, výsledky kontinuálně a v reálném čase, minimální časový interval je 6 vteřin Automatická kontrola a regulace průtoku vzorkovaného vzduchu Vestavěný senzor teploty, vlhkosti a barometrického tlaku, automatická kompenzace vlhkosti Beroun 27 2
Princip Počítání částic prašného aerosolu různých velikostních frakcí pomocí metody ortogonální nefelometrie (měření rozptylu světla v úhlu 9 ). Provádí se průchodem světla velmi úzkým proudem okolního vzduchu. Zdrojem světla polovodičová laserová dioda emitující laserový paprsek o vlnové délce 685 nm s maximálním výkonem 6 mw. Fotocitlivou diodou měřeno je rozptýlené světlo v pravém úhlu k původnímu směru paprsku. Výstup - aktuální počty částic nebo hmotnostní koncentrace prašného aerosolu v okolním ovzduší v jednotlivých frakcích Beroun 27 3
Rozložení hmotnosti částic v závislosti na jejich velikosti (průměru) Beroun 27 4
Proč sledování velikostního spektra? Zdravotní účinky Depozice v lidských plicích závisí na velikosti částic Částice od 3 do1 mikrometrů deponovány převážně v hlavové části traktu PM2.5 mají tendenci deponovat spíše v průduškách a v plicních sklípcích Beroun 27 5
Depozice částic v dýchacím traktu, model ICRP International Commission on Radiological Protection Podíl depozice částic v závislosti na jejich aerodynamickém průměru DF podíl depozice (deposition fraction) HA hlava TB průdušnice, průdušky AL plicní sklípky Beroun 27 6
Co analýza dat GRIMM sledovala? Porovnání koncentrací PM1 s měřením AIM Hledání zákonitostí a struktur v podílech frakcí na celkové koncentraci PM1, časové změny Vazba na meteorologické podmínky Odhad depozice v různých částech dýchacího traktu Beroun 27 7
Data Období: 22.9. 25 až 8.1.26 Stanoviště: stanice AIM Ostrava-Fifejdy a Praha-Mlynářka Data: hmotnostní koncentrace frakcí PM1, PM2.5 a PM1 z GRIMMu, PM1, PM2.5 a další polutanty z AIM, meteorologie (T2M, RH, GLRD, vítr) z AIM Fifejdy Beroun 27 8
Porovnání s AIM korelace, třídy T2M 22 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2-2 -5 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5-5 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5-5 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5-5 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 22 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2-2 GM1 22 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2-2 -5 T2M: <= -2 5 15 25 35 45 1 2 3 4 5 T2M: (-5;] -5 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 T2M: (15;2] -5 T2M: (-2;-15] 5 15 25 35 45 1 2 3 4 5 T2M: (;5] -5 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 T2M: > 2-5 PM1 T2M: (-15;-1] 5 15 25 35 45 1 2 3 4 5 T2M: (5;1] -5 T2M: (-1;-5] 5 15 25 35 45 1 2 3 4 5 T2M: (1;15] T2M: <= -2 GM1 = 18.832+.4346*x T2M: (-2;-15] GM1 = 15.789+.3936*x T2M: (-15;-1] GM1 = 29.8848+.3659*x T2M: (-1;-5] GM1 = 16.4124+.432*x T2M: (-5;] GM1 = 1.6472+.4883*x T2M: (;5] GM1 = 8.619+.5415*x T2M: (5;1] GM1 = 7.342+.5617*x T2M: (1;15] GM1 = 7.235+.4758*x T2M: (15;2] GM1 = 5.948+.5139*x T2M: > 2 GM1 = 8.8332+.497*x GRIMM značně podceňuje Beroun 27 9
Hmotnostní koncentrace PM 1 - analyzátor GRIMM Mlynářka Porovnání s AIM Praha Mlynářka, PM1 3 25 2 y =.5481x + 1.39 R 2 =.8895 15 1 5 5 1 15 2 25 3 Hmotnostní koncentrace PM 1 - analyzátor AIM Mlynářka Beroun 27 1
Hmotnostní koncentrace PM 2.5 - analyzátor GRIMM Mlynářka 3 Porovnání s AIM Praha Mlynářka, PM2.5 25 2 y =.6216x + 3.7487 R 2 =.8957 15 1 5 5 1 15 2 25 3 Hmotnostní koncentrace PM 2.5 - analyzátor AIM Mlynářka Beroun 27 11
Definovány podíly frakcí z dat GRIMM Hodinové hodnoty GM1/GM1 GM25/GM1 (GM25-GM1)/GM1 (GM1-GM25)/GM1 Beroun 27 12
Rozložení podílů frakcí versus teplota (1) 1. Medián; Box: 25%-75%; Whisker: 5%-95%.9.8.7.6.5.4.3 GM25/GM1 GM1/GM1 Pro nízké teploty je GM25 tvořena převážně GM1.2-3 -2-1 1 2 3 4 T2M Beroun 27 13
Rozložení podílů frakcí versus teplota (2) 1.1 1..9.8.7 GM1/GM25.6.5.4 Pro nízké teploty je GM25 tvořena převážně GM1 Medián 25%-75% 5%-95% -15-1 -5 5 1 15 2 25 T2M Beroun 27 14
Rozložení podílů frakcí versus RH (1) 1..9 Medián; Box: 25%-75%; Whisker: 5%-95% Pro vysoké RH roste podíl GM1 na GM25, pokles blízko stavu nasycení.8.7.6.5.4.3 GM25/GM1 GM1/GM1.2 4 5 6 7 8 9 1 RH Beroun 27 15
Rozložení podílů frakcí versus RH (2) 1.1 1..9 Pro vysoké RH roste podíl GM1 na GM25, pokles blízko stavu nasycení.8.7 GM1/GM25.6.5.4 Medián 25%-75% 5%-95% 4 5 6 7 8 9 1 RH Beroun 27 16
Časové změny podílů frakcí IX/5 24 22 2 18 16 14 Pravotočivě: GM1/GM1 GM25_GM1/GM1 GM1_GM25/GM1 12 1 HOUR 8 6 4 2-2 5 1 15 2 25 3 DAY Beroun 27 17
Časové změny podílů frakcí I/6 24 22 2 18 16 14 12 1 HOUR Pravotočivě: GM1/GM1 (GM1-GM25)/GM1 (GM25-GM1)/GM1 8 6 4 2-2 5 1 15 2 25 3 DAY Beroun 27 18
Časové změny podílů frakcí IV/6 24 22 2 18 16 14 Pravotočivě: GM1/GM1 (GM1-GM25)/GM1 (GM25-GM1)/GM1 12 1 HOUR 8 6 4 2-2 5 1 15 2 25 3 DAY Beroun 27 19
Existují typické profily frakcí? (GM25-GM1)/GM1 GM1/GM1 (GM1-GM25)/GM1 Typické zastoupení frakcí, zleva doprava Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Použita shluková analýza Nalezeny 4 typy profilů zastoupení frakcí Další analýza pro tyto typy Beroun 27 2
Rozdělení depozice PM1 pro jednotlivé typy profilů 1 2 81.1% 77.6% 5.1% 5.3% 13.8% 17.1% 3 4 75.1% 72.8% 5.4% 5.5% 19.5% 21.7% Beroun 27 21
Časové změny profilů frakcí, IX/5, OS IX / 25 3 25 2 15 DEN 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 HODINA Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Beroun 27 22
Časové změny profilů frakcí, X/5, OS X / 25 3 25 2 15 DEN 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 HODINA Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Beroun 27 23
Časové změny profilů frakcí, XI/5, OS XI / 25 3 25 2 15 DEN 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 HODINA Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Beroun 27 24
Časové změny profilů frakcí, XII/5, OS XII / 25 3 25 2 15 DEN 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 HODINA Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Beroun 27 25
Časové změny profilů frakcí, I/6, OS I / 26 3 25 2 15 DEN 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 HODINA Beroun 27 26
Časové změny profilů frakcí, I/6, PG Mlynářka I/26 3 25 2 DEN 15 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 HODINA Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Beroun 27 27
Časové změny profilů frakcí, II/6, OS II / 26 3 25 2 15 DEN 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 HODINA Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Beroun 27 28
Časové změny profilů frakcí, III/6, OS III / 26 3 25 2 15 DEN 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 HODINA Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Beroun 27 29
Časové změny profilů frakcí, IV/6, OS IV / 26 3 25 2 15 DEN 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 HODINA Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Beroun 27 3
Časové změny profilů frakcí, V/6, OS V / 26 3 25 2 15 DEN 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 HODINA Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Beroun 27 31
Časové změny profilů frakcí, VI/6, OS VI / 26 3 25 2 15 DEN 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 HODINA Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Beroun 27 32
Časové změny profilů frakcí, VII/6, OS VII / 26 3 25 2 15 DEN 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 HODINA Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Beroun 27 33
Časové změny profilů frakcí, VIII/6, OS VIII / 26 3 25 2 15 DEN 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 HODINA Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Beroun 27 34
Časové změny profilů frakcí, VIII/6, PG Mlynářka VIII/26 3 25 2 DEN 15 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 HODINA Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Beroun 27 35
Časové změny profilů frakcí, IX/6, OS IX / 26 3 25 2 15 DEN 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 HODINA Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Beroun 27 36
Časové změny profilů frakcí, X/6, OS X / 26 3 25 2 15 DEN 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 HODINA Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Beroun 27 37
Výskyt typických profilů, vazba na T2M 35 3 25 2 15 T2M 1 5-5 -1-15 1 2 3 4 TYP Medián 25%-75% 5%-95% Beroun 27 38
Výskyt typických profilů, vazba na RH 1 9 8 7 RH 6 5 4 3 1 2 3 4 TYP Medián 25%-75% 5%-95% Beroun 27 39
Výskyt typických profilů, vazba na T2M a RH 11 1 9 TYP 1 TYP 2 TYP 3 TYP 4 8 7 RH 6 5 4 3 2-3 -2-1 1 2 3 4 T2M Beroun 27 4
Koncentrace [µg.m -3 ] Disagregace PM1 z AIMu pomocí podílů frakcí zjištěných z GRIMMu (OS I/26) 5 45 4 PM1 PM25hyp PM1hyp 35 3 25 2 15 1 5 1. - 15.1.26 Beroun 27 41
Koncentrace [µg.m -3 ] Disagregace PM1 z AIMu pomocí podílů frakcí zjištěných z GRIMMu (OS VII/26) 14 12 PM1 PM25hyp PM1hyp 1 8 6 4 2 1. - 15.7.26 Beroun 27 42
Koncentrace PM 2.5, odvozená z PM1 Mlynářka pomocí GRIMM Porovnání naměřené koncentrace PM2.5 s hodnotami, odvozenými z koncentrace PM1 převodními faktory pro frakci PM2.5, zjištěnými z GRIMM (Mlynářka) 3 25 2 y = 1.89x + 6.3518 R 2 =.8918 15 1 5 5 1 15 2 25 3 Hmotnostní koncentrace PM 2.5 - analyzátor AIM Mlynářka Beroun 27 43
Rozložení depozice částic v dýchacím traktu Podíly depozice částic PM1, odhadnuté pomocí podílů frakcí zjištěných z GRIMMu (I/6) OSTRAVA 1% 8% Hlava Průdušnice, průdušky Plicní sklípky 6% 4% 2% % 1. - 15.1.26 Beroun 27 44
Koncentrace [µg.m -3 ] Depozice částic PM1 v dýchacím traktu, odhadnuté pomocí podílů frakcí zjištěných z GRIMMu (I/6) 5 45 4 35 Hlava Průdušky Plicní sklípky PM1 OSTRAVA FIFEJDY 3 25 2 15 1 5 1. - 15.1.26 Beroun 27 45
Rozložení depozice částic v dýchacím traktu Podíly depozice částic PM1, odhadnuté pomocí podílů frakcí zjištěných z GRIMMu (VII/6) OSTRAVA 1% 8% Hlava Průdušnice, průdušky Plicní sklípky 6% 4% 2% % 1. - 15.7.26 Beroun 27 46
Koncentrace [µg.m -3 ] Depozice částic PM1 v dýchacím traktu, odhadnuté pomocí podílů frakcí zjištěných z GRIMMu (VII/6) 14 OSTRAVA FIFEJDY 12 1 Hlava Průdušky Plicní sklípky PM1 8 6 4 2 1. - 15.7.26 Beroun 27 47
Závěry GRIMM ve srovnání s AIM výrazně podceňuje hmotnostní koncentrace PM1, nicméně data jsou homogenní a dobře korelovaná s AIM daly by se najít korekční vztahy pro přepočet nebo pomocí zjištěných podílů frakcí disagregovat PM1 z AIMu Zastoupení podílů GM1, GM2.5, GM1-GM2.5 a GM2.5- GM1 v celkové koncentraci GM1 vykazuje zřetelné časové změny a vazbu na meteorologické prvky Lze definovat typické profily těchto podílů, jejich využitím se přítomnost struktur v datech stane ještě výraznější Při poklesu teploty a růstu relativní vlhkosti stále více dominovala frakce GM25 a GM1, podíl GM1 na GM1 až.9, nebezpečné z hlediska ochrany zdraví Pomocí depozičního modelu ICRP lze odhadnout, jaké podíly a jaké hmotnostní koncentrace PM1 se deponují v jednotlivých částech dýchacího traktu za různých podmínek Beroun 27 48