Analiza zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego tlenkami azotu na przykładzie wybranych śląskich miast

Transkrypt

1 JANOTA Dawid 1 CZECH Renata 2 CZECH Piotr 3 Analiza zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego tlenkami azotu na przykładzie wybranych śląskich miast WSTĘP Zanieczyszczenia środowiska naturalnego będące wynikiem działalności człowieka, w sposób istotny wpływają na standard życia na ziemi. Prowadzone na całym świecie badania mają na celu pozyskania informacji umożliwiających ograniczenie emisji zanieczyszczeń w celu poprawy jakości powietrza atmosferycznego. Ochrona powietrza ma szczególne znaczenie również w polityce Unii Europejskiej. Jej działania mają na celu zachęcać przedsiębiorstwa do tworzenia ekologicznej gospodarki, a także dbać o zdrowie i dobrobyt mieszkańców. Wprowadzanie zaostrzonych norm oraz finansowe wspieranie ekologicznych projektów ma istotny wpływ na wiele gałęzi gospodarki, szczególnie w zakresie przemysłu, transportu, czy produkcji energii. Poziom stężenia zanieczyszczeń powietrza oraz pozostałe zagadnienia związane z ochroną powietrza atmosferycznego mają wpływ na tworzone plany zagospodarowania przestrzennego. Dzięki analizie danych pochodzących ze stacji monitoringu jakości powietrza możliwe jest zaplanowanie i przeprowadzanie zmian, które mogą zapewnić zrównoważony i trwały rozwój danego obszaru, wykorzystując rozwiązania zapobiegające lub ograniczające negatywne oddziaływanie na środowisko. Przykładem jest promowanie oraz tworzenie alternatywnych połączeń transportu publicznego wykorzystując ekologiczne gałęzie tego sektora. Województwo śląskie jest województwem o najwyższym stopniu urbanizacji i gęstości zaludnienia. Jest również najbardziej zanieczyszczonym województwem w Polsce. W artykule dokonano analizy zanieczyszczeń powietrza tlenkami azotu w latach na terenie dwóch miast województwa śląskiego: Gliwic oraz Katowic. Analiza zmian stężenia tlenków azotu umożliwia określenie czasu występowania najwyższych stężeń na określonym terenie. Przedstawione dane mają szczególne znaczenie dla osób wrażliwych na działanie zanieczyszczeń osoby starsze, chore oraz dzieci. 1. ANALIZA ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA Analiza poziomu stężenia zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego możliwa jest dzięki istniejącemu na terenie Polski systemu monitoringu powietrza. Dane przedstawione w artykule pochodzą z automatycznych stacji pomiarowych Wojewódzkiego Inspektoratu Ochrony Środowiska w Katowicach. Dotyczą dwóch miast aglomeracji górnośląskiej Katowic i Gliwic. Analizowane dane dotyczące miasta Katowice, w zależności od daty rejestracji, pochodzą z dwóch stacji pomiarowych. Analizowane dane w latach pochodzą z nieistniejącej obecnie stacji pomiarowej zlokalizowanej przy ulicy Raciborskiej. Stacja zlokalizowana była na terenie należącym do Śląskiej Wojewódzkiej Stacji Sanitarno-Epidemiologicznej w Katowicach. Najbliższymi źródłami emisji dla tej stacji były: Zakłady Chemii Gospodarczej POLLENA, Huta BAILDON, Kopalnia KLEOFAS, Kopalnia WUJEK, Kopalnia KATOWICE oraz ścisła zabudowa miejska składająca się budynków o niskim stopniu wyposażenia w urządzenia centralnego ogrzewania, tj.: ogrzewane paliwem stałym (piece węglowe, w 90% zgazyfikowane). Aktualnie pomiary na obszarze o charakterze miejskim dokonywane są na stacji pomiarowej znajdującej się przy ulicy Kossutha 1 Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział Transportu; Katowice; ul. Krasińskiego 8. Tel: (32) , piotr.czech@polsl.pl 2 Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział Transportu; Katowice; ul. Krasińskiego 8. Tel: (32) , piotr.czech@polsl.pl 3 Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział Transportu; Katowice; ul. Krasińskiego 8. Tel: (32) , piotr.czech@polsl.pl 3795

2 6.Pomiarów dokonuje się na wysokości 4,2 m (NO 2 ) oraz 4,19 m. (NO, NO x ). Druga stacja zlokalizowana na terenie Katowic znajduje się na terenie autostrady A4. Stacja jest sklasyfikowana, jako stacja komunikacyjna ze względu na główne źródło zanieczyszczeń na tym terenie pochodząca z transportu drogowego. Stacja została uruchomiona 1 stycznia 2011, dokonuje automatyczne pomiary stężeń oraz warunków meteorologicznych. Stacja monitoringu jakości powietrza na terenie Gliwic znajduje się przy ulicy Mewy. Stacja znajduje się na obszarze o charakterystyce miejskim. Pomiary dokonywana są na wysokości 3,7 m. Dane pochodzące z tej stacji przedstawiają zmiany stężenia w latach Wcześniejsze dane pochodzą z nieistnienia stacji zlokalizowanej na terenie Politechniki Śląskiej przy ulicy Kujawskiej. Typ obszaru, lokalne oraz regionalne warunki dyspersji są dla wszystkich stacji (z wyjątkiem stacji komunikacyjnej) zbliżone do siebie. Ze względu na występujące usterki oraz okres przenoszenia stacji pomiarowych w latach w niektórych okresach nie były dokonywane automatyczne pomiary stężeń. Stacje monitoringu powietrza na terenie Katowic oraz Gliwic dokonują pomiarów w cyklu 1 godzinnym. Charakterystyka zmian zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego tlenkami azotu (NO, NO 2, NO) opracowano dla Katowic i Gliwic obliczając: średnie wartości roczne, miesięczne, wyróżniające cykle tygodniowe uwzgledniające dni powszednie i wolne oraz cykle dobowe. Średnie roczne stężenie NO 2 (rys. 1 i2) w latach na terenie Katowic wyniosło od 21,2-37,5 μg/m 3. W tym okresie najniższe stężenie zostało odnotowane w 2008 roku 21,2 μg/m 3.Stanowiło to 56.5% mniej od najwyższej średniorocznej odnotowanej wartości. W latach zanotowano pięć przypadków spadku stężenia NO 2 rok: 2001, 2005, 2007, 2008, Największy spadek stężenia NO 2 odnotowano w 2008 roku.wartość stężenia spadła o 30,9% w stosunku do roku wcześniejszego. Po spadku stężenia w 2008 roku nastąpił wzrost stężenia, które najwyższe wystąpiło w 2009.Wartość stężenia wzrosła o ponad 40% w stosunku do roku 2008.Był to równocześnie najwyższy wzrost w całym badanym okresie. Stężenie NO jest znacznie niższe niż stężenie NO 2. W latach stężenie NO w powietrzu wynosiło od 11,5 do 23,7 μg/m 3. W badanym okresie odnotowano 5 przypadków spadku stężenia tlenku azotu w powietrzu atmosferycznym w stosunku do lat wcześniejszych. Najwyższy spadek stężenia odnotowano w 2008 roku, kiedy stężenie spadło o 36,8% w stosunku do roku Natomiast w roku 2009 wystąpił 41,7% wzrost stężenia.był to najwyższy wzrost w całym badanym okresie. Wartość NO x w latach wynosiła od 39,9 do 74,3 μg/m 3. Najwyższe stężenie odnotowano w 2006 roku 74,3 μg/m 3,natomiast najmniejsze w 2008, kiedy odnotowano największy 35% spadek stężenia. W roku 2003 odnotowano najwyższy wzrost średniego rocznego stężenia NO x wynoszący 49,8%. Charakter zmian średniego rocznego stężenia NO, NO 2 i NO x w latach jest podobny. Wyjątkiem jest rok 2002 kiedy odnotowano spadek stężeniu NO x z jednoczesnym wzrostem NO, NO 2. Na terenie Gliwic (rys. 3 i 4) najwyższe średnie roczne stężenie NO zostało odnotowane w 2003 roku. Stężenie wyniosło 77,6 μg/m 3 i przekroczyło o 3,3 μg/m 3 najwyższe stężenie odnotowane na terenie Katowic. W całym badanym okresie zauważono sześć spadków średniego rocznego stężenia NO x. Najwyższy spadek został odnotowany w 2007 roku, kiedy stężenie spadło o 20,58% w stosunku do roku,2006, w którym wystąpił najwyższy, 44,4% wzrost. Średnie roczne stężenie NO 2 na terenie Gliwic w latach było wyższe, niż w tym samym okresie na terenie Katowic. Podobna sytuacja pojawiła się w 2008 roku kiedy średnie roczne stężenie w Gliwicach było o 4,4 μg/m 3 większe niż w Katowicach. Najwyższa wartość odnotowana została w 2003 roku, gdzie średnie roczne stężenie NO 2 wyniosło 32,1 μg/m 3. Na terenie Gliwic odnotowano pięć spadków średniego rocznego stężenia w latach: 2001, 2004, 2007, 2011, Najwyższe wystąpiło w 2004 roku. kiedy stężenie spadło o 32,1% w stosunku do roku Stężenie NO w całym badanym okresie najwyższe było w 2003 i wyniosło 26,8 μg/m 3. Najwyższy spadek stężenia zanotowano w 2004 roku kiedy wartość no spadla o 60,7% w stosunku do roku poprzedniego. Średnie roczne stężenie NO, NO x w latach na terenie Gliwic były 3796

3 wyższe niż w tym samym okresie na terenie Katowic. W przypadku NO 2 średnie roczne stężenie na terenie Gliwic było wyższe w latach Rys.1. Średnie roczne stężenie tlenków azotu w latach Dane ze stacji Katowice ul. Raciborska Rys.2. Średnie roczne stężenie tlenków azotu w latach Dane ze stacji Katowice ul. Kossutha Tlenki azotu wykazują charakterystyczny przebieg wartości stężenia w cyklu rocznym związanym z poszczególnymi miesiącami oraz półroczami ciepły, zimny. Najwyższe miesięczne stężenie występuje od października do marca, czyli w trakcie trwania sezonu chłodnego. Analizując średnie miesięczne stężenie tlenków azotu w latach oraz najwyższe stężenie osiągane jest w listopadzie. Od grudnia widoczny jest spadek stężenia tego gazu w powietrzu atmosferycznym. Na rysunkach5i 6przedstawiono dane dotyczące zmiany stężenia NO x w sezonie chłodnym na terenie Katowic. Średnie miesięczne stężenie w tym okresie wynosiło od 19 do 151 μg/m 3. Najbardziej zanieczyszczony pod względem ilości stężenia NO x był sezon chłodny w 2006 roku.miesięczna wartość tego gazu w powietrzu atmosferycznym wyniosła 98,6 μg/m 3.Najwyższa miesięczna wartość NO x została osiągnięta w styczniu 2006 roku i wyniosła 151 μg/m 3, czyli 132,1 μg/m 3 więcej od minimalnej wartości w sezonie chłodnym. 3797

4 Rys.3. Średnie roczne stężenie tlenków azotu w latach Dane ze stacji Gliwice ul. Kujawska Rys.4. Średnie roczne stężenie tlenków azotu w latach Dane ze stacji Gliwice ul. Mewy Rys.5. Stężenie NO x w sezonie zimnym (I-III, X-XII) w latach Dane ze stacji Katowice ul. Raciborska 3798

5 Rys.6. Stężenie NO x w sezonie zimnym (I-III, X-XII) w latach Dane ze stacji Katowice ul. Kossutha Podobny charakter zmian obserwowany jest na terenie Gliwic (rys. 7 i8). Najwyższe miesięczne stężenie NO x dla całego badanego okresu osiągnięte zostało w listopadzie i wyniosło 75,8 μg/m 3. Rys.7. Stężenie NO x w sezonie zimnym (I-III, X-XII) w latach Dane ze stacji Gliwice ul. Kujawska Rys.8. Stężenie NO x w sezonie zimnym (I-III, X-XII) w latach Dane ze stacji Gliwice ul. Mewy W następnych miesiącach obserwowany jest spadek stężenia, wyjątkiem jest luty, w którym osiągnięto wyższą wartość niż miesiącu poprzednim. Miesięczne stężenia dla Gliwic w sezonie chłodnym są mniejsze niż na terenie Katowic. Średnie stężenie NO x w sezonie chłodnym w badanym okresie wyniosło 64 μg/m 3, czyli o 2 μg/m 3 mniej niż na terenie Katowic. 3799

6 Maksymalną miesięczną wartość odnotowała stacja w Katowicach w grudniu 2003 r., gdzie wartość wyniosła 11,9 μg/m 3. Najniższe stężenie odnotowane na terenie Gliwic jest wyższe od stężenia na terenie Katowic i wyniosło 21 μg/m 3. Na podstawie obliczonych średnich stężeń dla poszczególnych miesięcy (rys. 9 i 10) na terenie Katowic w sezonie chłodnym widoczny jest wzrost stężenia NO 2 od października do stycznia, a następnie spadek zakończony w marcu najniższym miesięcznym stężeniem. Najwyższe miesięczne stężenie dla całego okresu przypada na styczeń 37,2 μg/m 3, natomiast najniższe w marcu 31,9 μg/m 3. Średnie miesięczne stężenie dla poszczególnych lat na terenie Katowic wynosiło od 19 do 61 μg/m 3. Najniższa wartość osiągnięta została w listopadzie 2008roku 19 μg/m 3, natomiast najwyższa w styczniu 2006roku 61 μg/m 3. Pod względem wielkości stężenia NO 2 najbardziej zanieczyszczony był sezon zimowy w 2006 roku, gdzie stężenie wyniosło 43,8 μg/m 3. Rys.9. Stężenie NO 2 w sezonie zimnym (I-III, X-XII) w latach Dane ze stacji Katowice ul. Raciborska Rys.10. Stężenie NO 2 w sezonie zimnym (I-III, X-XII) w latach Dane z stacji Katowice ul. Kossutha Średnie stężenie NO 2 w sezonie chłodnym w latach oraz na terenie Gliwic (rys. 11 i 12) wynosiło 33,3 μg/m 3, czyli o 1 μg/m 3 mniej niż na terenie Katowic. Stacje pomiarowe w badanym okresie zarejestrowały znacznie dłużej trwający wzrost stężenia dwutlenku azotu niż w przypadku Katowic. Średnie miesięczne stężenie wzrastało od października do lutego który dla Gliwic jest najbardziej zanieczyszczonym dwutlenkiem azotu miesiącem w sezonie chłodnym. Miesięczne wartości stężenia znajdowały się na poziomie 17-53,2 μg/m 3. Maksymalne stężenie wystąpiło w styczniu 2001 roku. gdzie stężenie wyniosło 53,2 μg/m 3, czyli o 7,8 μg/m 3 mniej niż maksymalna osiągnięta wartość w Katowicach. Osiągnięta w styczniu 2007 minimalna wartość jest mniejsza o 2 μg/m 3 od minimalnej wartość zarejestrowanej na terenie Katowic. 3800

7 Rys.11. Stężenie NO 2 w sezonie zimnym (I-III, X-XII) w latach Dane ze stacji Gliwice ul. Mewy Rys.12. Stężenie NO 2 w sezonie zimnym (I-III, X-XII) w latach Dane ze stacji Gliwice ul. Kujawska Zmiany stężenia NO w sezonie chłodnym na terenie Katowic posiadają podobny charakter, jak zmiany NO x (rys. 13 i 14). Rozpoczęty w pierwszym miesiącu sezonu chłodnego wzrost stężenia zakończony jest w listopadzie najwyższym stężeniem dla całego badanego okresu. Średnie miesięczne stężenie w listopadzie wyniosło 29 μg/m 3, czyli o 56% więcej niż minimalna wartość średniego stężenia osiągnięta w lutym. Miesięczne stężenie NO w marcu było nieznacznie wyższe niż w lutym. Różnica wynosiła 0,5 μg/m 3. Najwyższe miesięczne stężenie odnotowano w styczniu 2006 i wyniosło 58 μg/m3, czyli ponad 19 razy więcej niż minimalna wartość stężenie NO w sezonie chłodnym. W badanym okresie średnie miesięczne stężenie wyniosło w granicach 3-58 μg/m 3. Rys.13. Stężenie NO w sezonie zimnym (I-III, X-XII) w latach Dane ze stacji Katowice ul. Raciborska 3801

8 Rys.14. Stężenie NO w sezonie zimnym (I-III, X-XII) w latach Dane ze stacji Katowice ul. Kossutha Poziom stężenia NO w powietrzu atmosferycznym na terenie Gliwic (rys. 15 i16) w sezonie chłodnym wyniósł 20.2 μg/m 3, czyli ponad 1,6 μg/m 3 więcej niż na terenie Katowic. Stężenie tego gazu zachowało podobną charakterystykę zmian jaka została zaobserwowana na terenie Katowic. Najwyższe miesięczne średnie stężenia NO występowały w listopadzie. Od grudnia widoczny jest spadek stężenia, który osiąga najniższą wartość w marcu 11.7 μg/m 3. Średnie miesięczne stężenie w badanym okresie wahało się w granicach 2-48,8 μg/m 3. Najwyższe stężenie dla sezonu chłodnego wystąpiło w 2003 i wyniosło 32,8 μg/m 3.W tym samym czasie została osiągnięta również najwyższa miesięczna wartość dla tego sezonu,która wyniosła 48,8 ug/m 3. Rys.15. Stężenie NO w sezonie zimnym (I-III, X-XII) w latach Dane ze stacji Gliwice ul. Kujawska Rys.16. Stężenie NO w sezonie zimnym (I-III, X-XII) w latach Dane ze stacji Gliwice ul. Mewy 3802

9 Sezon ciepły, trwający od kwietnia do września, jest okresem, w trakcie którego występuje stosunkowo dobra jakość powietrza. Jak pokazują rysunki17 i18, najniższe stężenie w Katowicach występowało w czerwcu oraz lipcu. Najniższe stężenie NO x zanotowano w lipcu 2008 roku 22 μg/m 3. Rys.17. Stężenie NO x w sezonie ciepłym (IV-IX) w latach Dane ze stacji Katowice ul. Raciborska Rys.18. Stężenie NO x w sezonie ciepłym (IV-IX) w latach Dane ze stacji Katowice ul. Kossutha Stężenie NO x na terenie Gliwic (rys. 19 i 20) w sezonie ciepłym było mniejsze niż na terenie Katowic. Średnie stężenie dla całego okresu ciepłego w Gliwicach wyniosło 38,9 μg/m 3, natomiast w Katowicach 42,3 μg/m 3.Najniższe stężenie tego gazu odnotowana w sierpniu 2005 roku, gdzie średnie miesięczne stężenie wyniosło 14 μg/m 3. Od czerwca, który stanowi najczystszy pod względem ilości NO x w powietrzu atmosferycznym, widoczny jest wzrost stężenia tego gazu, który rośnie wraz ze zbliżaniem się sezonu chłodnego. Rys.19. Stężenie NO x w sezonie ciepłym (IV-IX) w latach Dane ze stacji Gliwice ul. Kujawska 3803

10 Rys.20. Stężenie NO x w sezonie ciepłym (IV-IX) w latach Dane ze stacji Gliwice ul. Mewy Podobną zmianą stężenia charakteryzują się pozostałe tlenki azotu NO i NO 2. Na terenie Katowic w badanym okresie zawartość NO 2 wahała się w granicach μg/m 3 (rys. 21 i 22). Najniższe średnie stężenie w całym badanym okresie występuje w czerwcu, będącym ostatnim miesiącem, w którym odnotowuje się spadek stężenia. W badanym okresie najwyższa jakość powietrza pod względem niskiego stężenia NO 2 w powietrzu atmosferycznym w sezonie ciepłym wystąpiła w 2008 roku 18,8 μg/m 3. W lipcu 2006 roku zanotowano wysokie stężenie wynoszące 39 μg/m 3. Była to najwyższa wartość, która wystąpiła w tym miesiącu w latach Najniższe stężenie wystąpiło w majuw 2006 roku i wyniosło 17 μg/m 3. Rys.21. Stężenie NO 2 w sezonie ciepłym (IV-IX) w latach Dane ze stacji Katowice ul. Raciborska Rys.22. Stężenie NO 2 w sezonie ciepłym (IV-IX) w latach Dane ze stacji Katowice ul. Kossutha 3804

11 Zmiany stężenia NO na terenie Katowic przedstawione zostały na rysunkach 23 i24. Stężenie tego gazu w latach oraz znajdowały się na poziomie 2-33 μg/m 3.Najwyższa średniomiesięczna wartość odnotowała stacja pomiarowa zlokalizowana przy ulicy Raciborskiej w lipcu 2000 roku, kiedy stężenie tego gazu osiągnęło rekordową wartość dla sezonu ciepłego 33 μg/m 3.Najniższe miesięczne stężenie NO występuje w czerwcu (6,9 μg/m 3 ) oraz maju (8 μg/m 3 ).Podobnie jak w przypadku stężenia NO x oraz NO 2, stężenie NO w lipcu 2006 osiągnęło znacznie wyższą wartość niż w pozostałych latach w tym samym miesiącu. Rys.23. Stężenie NO w sezonie ciepłym (IV-IX) w latach Dane ze stacji Katowice ul. Raciborska Rys.24. Stężenie NO w sezonie ciepłym (IV-IX) w latach Dane ze stacji Katowice ul. Kossutha Średnie miesięczne stężanie NO 2 (rys. 25 i 26) na terenie Gliwic w latach w sezonie ciepłym znajdowało się na poziomie 25 μg/m 3. Najwyższą średniomiesięczną wartość odnotowano w kwietniu 2002 roku 42,8 μg/m 3. Na podstawie danych z lat można wywnioskować, że czerwiec jest miesiącem o najczystszym pod względem zawartości NO 2 w powietrzu. Średnie stężenie w tym miesiącu wynosi 20,8 μg/m 3. Przedstawione na rysunku 27 i28 dane pokazują zmiany stężenia NO w latach Średnie miesięczne stężenie w tym okresie wynosiło 2-23 μg/m 3. W sezonie ciepłym, od kwietnia, widoczny jest spadek stężenia, który osiąga najniższa wartość w czerwcu 5,7 μg/m 3.Najwyższe miesięczne stężenie zanotowano we wrześniu 2006 roku 23 μg/m 3.Stężenie NO, NO 2, NO x na terenie Gliwic w sezonie ciepłym było nieznacznie niższe niż na terenie Katowic. 3805

12 Rys.25. Stężenie NO 2 w sezonie ciepłym (IV-IX) w latach Dane ze stacji Gliwice ul. Kujawska Rys.26. Stężenie NO 2 w sezonie ciepłym (IV-IX) w latach Dane ze stacji Gliwice ul. Mewy Rys.27. Stężenie NO w sezonie ciepłym (IV-IX) w latach Dane ze stacji Gliwice ul. Kujawska 3806

13 Rys.28. Stężenie NO w sezonie ciepłym (IV-IX) w latach Dane ze stacji Gliwice ul. Mewy Analiza danych (wyliczone średnie) związana z emisją NO w poszczególnych godzinach w ciągu doby pokazuje, że można wyróżnić dwa wzrosty stężeń (rys. 29). Pierwszy, trwa od 3:00 do 7:00, a jego maksimum osiągnięty jest w godzinach 6:00-7:00 kiedy stężenie tego gazu wynosi 30,1-31,7 μg/m 3. Kolejny wzrost rozpoczyna się o godzinie 16:00 i utrzymuje się do godziny 22:00. W badanym okresie najwyższe stężenie występowało o godzinie 7:00, a jego wartość wyniosła 30,7 μg/m 3. Zmiany zachodzące w stężeniu NO 2 (rys. 29) w ciągu doby mają podobny charakter, jak NO. Pierwszy wzrost występuje w godzinach 4:00-7:00. Maksymalna wartość w tym czasie występowała w godzinach 5:00-7:00, kiedy wartość tego gazu wynosi 33,2-34,7 μg/m 3. Od godziny 14:00 obserwuje się kolejny wzrost trwający do godziny 21:00. Na terenie Katowic odnotowywany jest także chwilowy (1 godziny) wzrost o godzinie 23:00. Średnia wartość stężenia w badanym okresie wynosiła 20,9-40,3 μg/m 3. Podobnie jak w przypadku pozostałych tlenków azotu, dla NO x obserwowane są dwa wzrosty stężeń w ciągu doby. Najwyższy wzrost odnotowywany jest w godzinach rannych (3:00-7:00), gdzie maksimum wzrostu występuje w godzinach od 5:00 do 6:00. Najwyższe wartości stężenia NO x występowały o godzinie 7:00.Dla wzrostu popołudniowego, trwającego od 14:00 do 21:00, maksimum stężenia występuje w godzinach 17:00-18:00. Rys.29. Stężenie NO, NO 2, NO x w latach Dane ze stacji Katowice W cyklu tygodniowym stężenie tlenki azotu wykazują wyższe stężenie w dniach powszednich, a znacznie niższe w soboty i niedziele. Wartości stężenia NO w dniach powszednich były wyższe o 42% niż w dni wolne. Stężenie NO 2 w sobotę i niedziele było o 35,8% mniejsze niż w pozostałe dni tygodnia. Najmniejsza różnica wystąpiła dla NO x, gdzie wartość stężenia w dni powszednie była o 8% wyższa niż w soboty i niedziele. 3807

14 Stacja pomiarowa na terenie Gliwic odnotowała podobny przebieg zmian stężenia ciągu dnia, jak stacja na terenie Katowic(rys. 30). W dobowym cyklu zmian stężenia no występują dwa wzrosty. Pierwszy, trwa od 4:00 do 7:00, w trakcie którego maksimum stężenia występuje o godzinie 7:00. W czasie wzrostu stężenia NO odnotowywany jest chwilowy spadek stężenia o godzinie 6:00, po którym występuje maksymalny wzrost. Wzrost popołudniowy rozpoczyna się o godzinie 15:00. Od godziny 16:00 do 17:00 widoczny jest spadek stężenia, po którym ponownie rozpoczyna się wzrost do godziny 21:00. Wzrost stężenia NO 2 i NO x występuje w godzinach 4:00-7:00 oraz 15:00-21:00. Najwyższe osiągane wartości dla NO 2 odnotowano o godzinie 21:00 (36,4 μg/m 3 ), natomiast dla NO x o godzinie 7:00 (60,1 μg/m 3 ). Na terenie Gliwic rejestrowane stężenia są wyższe w dni powszednie niż w dni wolne soboty i niedziele. Rys.30. Stężenie NO, NO 2, NO x w latach Dane ze stacji Gliwice Stacja pomiarowa znajdująca się na terenie autostrady A4 w Katowicach jest stacją komunikacyjną, która rejestruje zanieczyszczenie środowiska pochodzące głównie z transportu drogowego. Ze względu na krótki czas działania stacji analizowane dane pochodzą z lat (rys. 31 i 32). Rys.31. Stężenie NO, NO 2, NO x w 2011roku. Dane ze stacji Katowice ul. Górnośląska 3808

15 Rys.32. Stężenie NO, NO 2, NO x w 2012 roku. Dane ze stacji Katowice ul. Górnośląska Stężenia zarejestrowane przez stację komunikacyjną są znacznie wyższe niż stężenia odnotowane przez pozostałe stacje pomiarowe. Średnie roczne stężenie NO w 2011 wyniosło na tym terenie 99 μg/m 3. W tym samy czasie stacje przy ulicy Kossutha odnotowała stężenie na poziomie 12,25 μg/m 3. Wartości NO 2 na terenie stacji komunikacyjnej wyniosło 63 μg/m 3, co stanowi 157,5% obowiązującej dopuszczalnej normy. Stężanie tego gazu spadło w 2012 w stosunku do poprzedniego roku, jednak ponownie przekroczyło dopuszczalna normę o 1 μg/m 3. Stężenie NO x zarejestrowane w pobliżu autostrady A4 w latach były znacznie wyższe niż na pozostałym terenie. Średnie roczne stężenie tego gazu znajdowało się na poziomie 215 μg/m 3 (2011) i 175 μg/m 3 (2012). Poziom NO, NO 2 i NO x zarejestrowany przez stację komunikacyjną był znacznie wyższy w sezonie chłodnym niż letnim. Średniomiesięczne stężenie NO, NO2, NOx w 2011 roku osiągały najwyższe wartości w listopadzie. W miesiącu tym stężenie NO wyniosło 180 μg/m 3, NO 2 79 μg/m 3, natomiast NO x 354 μg/m 3.W roku 2012 zanotowano spadek stężenia tlenków azotu. Miesięczne wartości stężenia NO 2 występowały na poziomie μg/m 3. Najwyższe stężenie tego gazu odnotowane w kwietniu. Maksymalne średniomiesięczne stężenie NO (136 μg/m 3 ) oraz NO x (245 μg/m 3 ) odnotowano w listopadzie. Na rysunku 33 przedstawiono zmiany stężenia tlenków azotu w latach w ciągu doby odnotowane przez stację komunikacyjną w Katowicach. Rys.33. Stężenie NO, NO 2, NO x w ciągu doby w latach Dane ze stacji Katowice ul. Górnośląska 3809

16 Stężenie NO wzrasta w godzinach 3:00-7:00 oraz 15:00-20:00. Najwyższy wzrost stężenia gazu w trakcie rannego wzrostu obserwowane jest o godzinie 5:00.Stężenie NO wzrasta o 23,7 μg/m 3 stosunku do godziny 4:00. Maksymalna wartość wyniosła 132,6 μg/m 3 godzina 7:00. Od godziny 15:00 stacja pomiarowa odnotowała wzrost stężenia, którego maksymalna wartość osiągnięta została o godzinie 20:00 i wyniosła 102,8 μg/m 3. Najwyższy wzrost stężenia NO w godzinach popołudniowych występuje o godzinie 16:00. Pierwszy odnotowany wzrost stężenia NO 2 występuje w godzinach 4:00-8:00, a jego maksimum osiągane jest o 8:00 61 μg/m 3. Najwyższy wzrost odnotowano o godzinie 7:00, kiedy stężenie wzrosło o 5,7 μg/m 3. Wzrost stężenia w godzinach popołudniowych rozpoczyna się o godzinie 13:00, a jego maksymalny wzrost zarejestrowano o godzinie 15:00 (2,7 μg/m 3 ).Stężenie odnotowane o godzinie 19:00 jest najwyższym osiągniętym w trakcie wzrostu popołudniowego. Pierwszy wzrost stężenia NO x w ciągu dnia rozpoczyna się o godzinie 3:00. Najwyższy wzrost stężenia odnotowano o godzinie 6:00 (40,2 μg/m 3 ), a najwyższa wartość w godzinach rannych wystąpiła o 7:00 (261,2 μg/m 3 ). Popołudniowy wzrost stężenia NO x trwa od 15:00 do 20:00. Maksymalny wzrost w tych godzinach jest znacznie mniejszy niż w godzinach rannych i wynosi 14,5 μg/m 3. Maksymalna wartość stężenia tego gazu osiągnięta została o 20:00 na poziomie 222,1 μg/m 3. PODSUMOWANIE Problem zanieczyszczenia powietrza uwidoczniony został w raporcie Europejskiej Agencji Ochrony Środowiska dotyczącym najbardziej zanieczyszczonych miast Unii Europejskiej. Zakwalifikował on w pierwszej dziesiątce sześć polskich miast, w tym cztery znajdujących się na terenie śląska w tym Katowice oraz Gliwice. Niebezpieczeństwo wynikające z wysokiego stężenia zanieczyszczeń powietrza podkreśla znaczenie wprowadzania różnorodnych zmian mających na celu poprawę tego stanu. Prawo krajowe oraz międzynarodowe regulują kwestie ochrony środowiska naturalnego w szeregu dokumentach różnego typu, m.in. w [1-8]. Wzrosty stężania tlenków azotu w godzinach szczytu na terenie miast powodują narażenie mieszkańców na wdychanie trujących gazów, które w znaczący sposób oddziałują na ich zdrowie. Zanieczyszczenia powietrza znacząco powiększają ryzyko zachorowalności na choroby układu oddechowego oraz układu krwionośnego, krążenia, rozrodczego i ośrodkowego układu nerwowego. Wpływ zanieczyszczeń na zdrowie człowieka jest zależny nie tylko od poziomu stężenia czasu ekspozycji zanieczyszczeń ale i wielu czynników osobniczych wiek, indywidualna odporność organizmu, współistniejące choroby, styl życia itp. [9, 10]. Osoby szczególnie wrażliwe na działanie zanieczyszczeń powietrza powinny ograniczyć aktywność fizyczną w trakcie ich występowania. W przypadku ochrony dzieci przed zanieczyszczeniami powietrza, szczególne znaczenie nabiera ograniczenie ruchu drogowego na danym terenie w okolicach lokalizacji ośrodków oświatowych i wypoczynkowych dzieci i młodzieży. Analiza zanieczyszczeń danego obszaru powinna być również priorytetem w trakcie wyboru lokalizacji budowy dla nowych ośrodków tego typu. Sektor transportu oraz komunalno-bytowy w znaczący sposób odpowiedzialny jest za zmiany stężenia tlenków azotu w powietrzu atmosferycznym. W trakcie sezonu chłodnego obserwowany jest wzrost stężenia będący wynikiem zapotrzebowania na ciepło pozyskiwane w procesie spalania paliw stałych. Charakterystyka zmian wartości stężenia tlenków azotu w przebiegu dobowym jest głównie związana z natężeniem ruchu samochodowego na drogach. Szczególnie w dni powszednie obserwuje się dwa zauważalne maksima stężenia tlenków azotu w okresach szczytu komunikacyjnego rannego i popołudniowego, a podwyższony poziom stężenia utrzymuje się aż do godzin wieczornych. Głównymi źródłami emisji tlenków azotu w przypadku pojazdów samochodowych jest układ wylotowy. Zachodzące w układzie reakcje chemiczne i zjawiska fizyczne mające wpływ na emisje zanieczyszczeń, zależne są od właściwości paliwa, warunków pracy silnika, właściwości silnika oraz materiałów z jakich są wykonane [11]. 3810

17 Wpływ na poprawę istniejącego stanu, tj. zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska naturalnego spowodowanego transportem, można również upatrywać w szeregu działań organizacyjnych, konstrukcyjnych, technologicznych, diagnostycznych i innych, prowadzonych w licznych ośrodkach badawczych na całym świecie przykładowo: [12-22]. Streszczenie Zanieczyszczenia środowiska naturalnego ma szczególny wpływ na komfort życia na terenach zurbanizowanych. Na całym świecie prowadzone są działania mające na celu poprawę istniejącego stanu. Ochrona środowiska ma również szczególne znaczenie w polityce Unii Europejskiej. Jej działania mają na celu zachęcać przedsiębiorstwa do tworzenia ekologicznej gospodarki, a także dbać o zdrowie i dobrobyt mieszkańców. Wprowadzanie zaostrzonych norm oraz finansowe wspieranie ekologicznych projektów ma istotny wpływ na wiele gałęzi gospodarki, szczególnie w zakresie przemysłu, transportu, czy produkcji energii. Województwo śląskie należy do obszarów najbardziej zanieczyszczonych w Polsce. W artykule dokonano analizy zanieczyszczeń powietrza tlenkami azotu w latach na terenie dwóch miast województwa śląskiego Gliwic oraz Katowic. Analiza zmian stężenia tlenków azotu umożliwia określenie czasu występowania najwyższych stężeń na danym terenie, co może mieć szczególne znaczenie dla osób wrażliwych na działanie zanieczyszczeń, w tym osób starszych, chorych oraz dzieci. Słowa kluczowe: zanieczyszczenie środowiska, tlenki azotu, Śląsk Analysis of atmospheric air pollution with nitrogen oxides in chosen Silesian towns Abstract Environmental pollution has a particular impact on the comfort of life in urban areas. Around the world, efforts are aimed at improving this situation. Protecting the environment is also of particular importance in the policy of the European Union. Its activities are designed to encourage companies for creating a green economy, as well as care for the health and prosperity of residents. The introduction of more stringent standards, and financial support for environmental projects have a significant impact on many sectors of the economy, especially in the field of industry, transport, and energy production. Silesia is one of the most polluted areas in Poland. The article presents an analysis of air pollution with nitrogen oxides in the years in the two Silesian cities - Gliwice and Katowice. Analysis of changes in the concentration of nitrogen oxides enables to specify the time of its occurrence with the highest concentrations in the area, what may be particularly important for people who are sensitive to pollutants, including the elderly, the ill and children. Keywords: air pollution, nitrogen oxides, Silesian area BIBLIOGRAFIA 1. Konwencja w sprawie transgranicznego zanieczyszczania powietrza na dalekie odległości, sporządzona w Genewie dnia 13 listopada 1979 r. (Dz.U z dnia 28 grudnia 1985r.). 2. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/50/WE z dnia 21 maja 2008 r. w sprawie jakości powietrza i czystszego powietrza dla Europy (Dz.U. L ). 3. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE z dnia 24 listopada 2010 r. w sprawie emisji przemysłowych (Dz.U. L ). 4. Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony środowiska (Dz.U Nr 62 poz. 627). 5. Ustawa z dnia 3 października 2008 r. o udostępnianiu informacji o środowisku i jego ochronie, udziale społeczeństwa w ochronie środowiska oraz o ocenach oddziaływania na środowisko (Dz.U Nr 199 poz. 1227). 6. Ustawa z dnia 20 kwietnia 2004 r. o substancjach zubożających warstwę ozonową (Dz. U. Z 2004 r. Nr 121, poz. 1263). 7. Ustawa z dnia 28 kwietnia 2011 r. o systemie handlu uprawnieniami do emisji gazów cieplarnianych (Dz. U. z 2011 r. Nr 122, poz.695). 8. Ustawa z dnia 17 lipca 2009 r. o systemie zarządzania emisjami gazów cieplarnianych i innych substancji (Dz. U. z 2009 r. Nr 130, poz. 1070). 9. Piotrowski J.: Podstawy toksykologii. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa Seńczuk W.: Toksykologia współczesna. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa

18 11. Chłopek Z.: Pojazdy samochodowe. Ochrona Środowiska Naturalnego. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa Figlus T.: Diagnosing the engine valve clearance, on the basis of the energy changes of the vibratory signal. Maintenance Problems 2009, Vol Grega R., Homišin J., Kaššay P., Krajňák J.: The analyse of vibrations after changing shaft coupling in drive belt conveyer. Zeszyty Naukowe. Transport / Politechnika Śląska 2011, z Harachová D., Medvecká-Beňová S.: Applying the modutarity principle in design of drive systems in mechanotherapeutic devices. Grant journal 2013, Vol. 2, no Homišin J.: Dostrajanie układów mechanicznych drgających skrętnie przy pomocy sprzęgieł pneumatycznych: kompendium wyników pracy naukowo-badawczych. Wydawnictwo ATH, Bielsko-Biała Medvecká-Beňová S., Vojtková J.: Analysis of asymmetric tooth stiffness in eccentric elliptical gearing.technológ 2013, Roč. 5, č Merkisz J., Mazurek St.: Pokładowe systemy diagnostyczne pojazdów samochodowych OBD. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa Młyńczak J.: Analysis of intelligent transport systems (ITS) in public transport of upper Silesia. Modern Transport Telematics, Communications in Computer and Information Science 2011, No Puškár M., Bigoš P., Puškárová P.: Accurate measurements of output characteristics and detonations of motorbike high-speed racing engine and their optimization at actual atmospheric conditions and combusted mixture composition. Measurement 2012, Vol Rokosch U.: Układy oczyszczania spalin i pokładowe systemy diagnostyczne samochodów. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa Urbanský M., Homišin J., Krajňák J.: Analysis of the causes of gaseous medium pressure changes in compression space of pneumatic coupling. Transactions of the Universities of Košice 2011, Vol Zuber N., Bajrić R., Šostakov R.: Gearbox faults identification using vibration signal analysis and artificial intelligence methods. Eksploatacja i Niezawodność Maintenance And Reliability 2014, No 16(1). 3812