Odhad zdrojů atmosférického aerosolu v městském obvodu Ostrava-Radvanice a Bartovice v zimě 212 CENATOX, GAČR P53/12/G147 P. Pokorná 1, J. Hovorka 1, Jan Bendl 1, Alexandra Baranová 1, Martin Braniš 1 a P.K. Hopke 2 1 Laboratoř pro měření kvality ovzduší, Ústav pro životní prostředí, Přírodovědecká fakulta UK v Praze, Benátská 2, 1281 Praha 2 2 Center for Air Resources Engineering and Science, Clarkson University, Potsdam, NY, USA
Příspěvek se zabývá odhadem zdrojů jemné a hrubé frakce aerosolu metodou PMF aplikovanou na data hmotnostních koncentrací a elementárního složení PM,15-1,15 a PM 1,15-1 s vysokým časovým rozlišením získaných v průběhu zimní kampaně v městském obvodu Ostrava - Radvanice a Bartovice.
Zdroje atmosférického aerosolu *Antropogenní, primární spalování fosilních paliv, doprava (exhalace a abraze), technologické procesy **Antropogenní a přírodní, sekundární chemické (chemické reakce) a fyzikální procesy (nukleace a koagulace); re-suspenze (doprava a vítr)
Integrační doba odběru Odběr 24 hodin versus 6 minut chod zdroje velikost matice pro model (zvýšení statistické váhy analýzy) zimní období městské prostředí Reprezentativnost měření
Odhady zdrojů pomocí modelů rozptylové versus receptorové modely Základem receptorových modelů je předpoklad, že data atmosférického aerosolu v místě odběru (chemické složení) jsou výsledkem lineární kombinace jeho zdrojů, jejichž popisy se během odběru vzorků téměř nemění. Stejně jako chemické složení aerosolu lze považovat za konzervativní charakteristiku zdroje, lze totéž do jisté míry přepokládat i o velikostní distribuci částic aerosolu emitovaných zdrojem. Proto se jeví jako výhodné zkombinovat jak chemické (prvkové složení) tak fyzikální (velikostní distribuce) charakterisiticky aerosolu do jedné databáze určené k modelování. Chemical Mass Balance (CMB) versus Factor Analysis (FA) příklad (Positive Martix Factorisation PMF, verze EPA PMF 4.2...)
Ostrava Radvanice 26.1. 21.2. 212 Odběrová lokalita
globální záření rychlost a směr větru Integrační doba měření : 1 min 5 min 1 hod. vlhkost teplota PM 2.5 organický/elementární uhlík OC/EC.12-.34mm.3-1.15mm >1.15mm 27 prvků 14 2 nm velikostní distribuce počtu částic aerosolu NO x, O 3, CO, SO 2, CH 4, NMHC velikost a počet hydrometeorů
Chemická analýza a příprava dat pro model (matice) rentgenově fluorescenční spektrometrie (Synchrotron X-ray Fluorescence S-XRF) pro 28 prvků (Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Mo and Pb) datová matice pro model z dat elementární analýzy PM,15-1,15 a PM 1.15-1, hmotnostní koncentrace PM,15-1,15 a PM 1,15-1 s integrační dobou 6 minut, jež byly spočítány z příslušných velikostních distribucí a PM 2,5 OC/EC pro PM,15-1,15 určení polohy lokálních zdrojů metodou PCF (Conditional Probability Function) a pro identifikace dálkového přenosu model zpětných trajektorií vzdušných mas HYSPLIT.
Hmotnostní koncentrace [mg/m 3 ] 1.26.12 : 1.27.12 : 1.28.12 : 1.29.12 : 1.3.12 : 1.31.12 : 2.1.12 : 2.2.12 : 2.3.12 : 2.4.12 : 2.5.12 : 2.6.12 : 2.7.12 : 2.8.12 : 2.9.12 : 2.1.12 : 2.11.12 : 2.12.12 : 2.13.12 : 2.14.12 : 2.15.12 : 2.16.12 : 2.17.12 : 2.18.12 : 2.19.12 : 2.2.12 : 2.21.12 : 2.22.12 : 5 4 3 2 1 Výsledky Ostrava-Radvanice mobilní kontejner hodinové průměry hmotnostní koncentrace PMx PM1 Smog 26.1. 14.2. 213 teplota (medián=-14.8 C) rychlost větru (medián=.7 m/s) převládající směr proudění větru ze SV koncentrace PM 1 (medián=18 µg/m 3 ) PM2.5 Mimo smog 15.2. 21.2. 213 teplota (medián=-1.7 C), rychlost větru (medián=1.1 m/s) převládající směr proudění větru z SZ-JZ srážkové epizody koncentrace PM 1 (medián=4.1 µg/m 3 ) Jemná frakce aerosolu na PM 1 tvořila během smogu v průměru 8 % a mimo smog 65 % (pro celou měřící kampaň v průměru 77 %) a hrubá frakce v průměru 2 % a 35 % (pro celou měřící kampaň v průměru 23 %)
Koncentrace [ng/m 3 ] Koncentrace [ng/m 3 ] Koncentrace prvků [ng/m 3 ] % prvků 1,E+4 1,E+3 1,E+2 1,E+1 1,E+ 1,E-1 1,E-2 1,E-3 1,E-4 Výstupy z modelu Hrubá aerosolová frakce Silniční prach 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 27 3 24 33 21 1,8 3,6,4,2 18 15 6 9 12 4 35 3 25 Al Si S Cl K Ca Ti V Mn Fe Co Cu Zn Pb PM1.15-1 1 8 6 4 2 2 15 1 5 2.21.12 : 2.2.12 : 2.19.12 : 2.18.12 : 2.17.12 : 2.16.12 : 2.15.12 : 2.14.12 : 2.13.12 : 2.12.12 : 2.11.12 : 2.1.12 : 2.9.12 : 2.8.12 : 2.7.12 : 2.6.12 : 2.5.12 : 2.4.12 : 2.3.12 : 2.2.12 : 2.1.12 : 1.31.12 : 1.3.12 : 1.29.12 : 1.28.12 : 1.27.12 : 1.26.12 : A B+C A 1 B+C.587643 1
Koncentrace prvků [ng/m 3 ] Koncentrace [ng/m 3 ] Výstupy z modelu Jemná aerosolová frakce % prvků 1,E+4 1,E+3 1,E+2 1,E+1 1,E+ 1,E-1 1,E-2 1,E-3 1,E-4 14 Spalování fosilních paliv * PM.5-1.15 EC OC Pb Br As Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti Ca K Cl S Si 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 27 3 24 33 21 1,8 3,6,4,2 18 15 6 9 12 12 1 8 6 4 2 2.21.12 : 2.2.12 : 2.19.12 : 2.18.12 : 2.17.12 : 2.16.12 : 2.15.12 : 2.14.12 : 2.13.12 : 2.12.12 : 2.11.12 : 2.1.12 : 2.9.12 : 2.8.12 : 2.7.12 : 2.6.12 : 2.5.12 : 2.4.12 : 2.3.12 : 2.2.12 : 2.1.12 : 1.31.12 : 1.3.12 : 1.29.12 : 1.28.12 : 1.27.12 : 1.26.12 : *Koksárny, Průmysl, Teplárny, Elektrárny, Lokální topeniště
Závěr Dominantním zdrojem jemné frakce po celou dobu období smogu byly procesy spalování fosilních paliv. Hlavním zdrojem frakce hrubé byla re-suspenze a abraze v dopravě. Vzhledem ke skutečnosti, že v průměru 63% hmotnosti jemné frakce tvoří částice horního akumulačního modu (,34-1,15 µm), které mají dlouhou dobu setrvání v atmosféře, bude pro přesné rozlišení podílu technologií spalující fosilní paliva předmětem dalšího zkoumání, jež bude vyžadovat komplexnější přístup k měření. Jednou z možných variant je analýza korelačních matic dat atmosférického aerosolu mezi Ostravou a vybranými lokalitami v Polsku.
. GAČR P53/12/G147 CENATOX Centrum studií toxických vlastností nanočástic Děkuji Vám za pozornost.