DIAGNOZA STANU POWIETRZA NA OBSZARZE WOJEWÓDZTWA ŚLĄSKIEGO WARUNKI METEOROLOGICZNE. Ewa Krajny, Leszek Ośródka

Transkrypt

1 INSTYTUT METEOROLOGII I GOSPODARKI WODNEJ PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY DIAGNOZA STANU POWIETRZA NA OBSZARZE WOJEWÓDZTWA ŚLĄSKIEGO WARUNKI METEOROLOGICZNE Ewa Krajny, Leszek Ośródka Zabrze, r.

2 Mapa zanieczyszczeń powietrza z uwagi na zagrożenia meteorologiczne Źródło: KLIMAT Projekt Kluczowy pt. Wpływ zmian klimatu na środowisko, gospodarkę i społeczeństwo, realizowany na podstawie umowy o dofinansowanie w ramach POING w latach przez IMGW-PIB, zad. 2 Stan zanieczyszczenia powietrza w Polsce i jego wpływ na jakość życia możliwości ograniczenia skutków

3 Epizody wysokich stężeń zanieczyszczeń Kryteria epizodów pyłu zawieszonego: epizod ponadregionalny - przekroczenie wartości 95. percentyla rozkładu stężeń średniodobowych PM10 na co najmniej 75% całkowitej populacji stacji PMŚ przy jednoczesnym przekroczeniu średniego dobowego stężenia pyłu PM10 75 µg/m 3 na co najmniej trzech stacjach; epizodu regionalnego - przekroczenie średniego dobowego stężenia pyłu PM10 75 µg/m 3, które wystąpiło na co najmniej trzech stacjach w ciągu trzech kolejnych dni, z wyłączeniem epizodów ponadregionalnych; epizodu lokalnego - przekroczenie średniego dobowego stężenia PM10 75 µg/m 3 na co najmniej jednej stacji przez okres trzech dni, z wyłączeniem epizodów ponadregionalnych i regionalnych.

4 Epizody wysokich stężeń zanieczyszczeń pył PM10 - epizody ponadregionalne Liczba epizodów ponadregionalnych PM10 w Polsce w latach (w roku 2014 nie wystąpiły epizody ponadregionalne według przyjętego kryterium). Źródło: Pyły drobne w atmosferze. Kompendium wiedzy o zanieczyszczeniu powietrza pyłem zawieszonym w Polsce. Praca zespołowa. IOŚ, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa 2015 (w druku)

5 dolnośląskie lubelskie lubuskie łódzkie małopolskie mazowieckie opolskie podkarpackie podlaskie pomorskie świętokrzyskie śląskie kujawskopomorskie warmińskomazurskie wielkopolskie WARUNKI METEOROLOGICZNE A ZANIECZYSZCZENIE POWIETRZA Epizody wysokich stężeń zanieczyszczeń epizody regionalne (wyrażona w stacjo-dniach) województwo Rok Źródło: Pyły drobne w atmosferze. Kompendium wiedzy o zanieczyszczeniu powietrza pyłem zawieszonym w Polsce. Praca zespołowa. IOŚ, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa 2015 (w druku)

6 Miesiąc dolnośląskie kujawsko-pomorskie lubelskie lubuskie łódzkie małopolskie mazowieckie opolskie podkarpackie podlaskie pomorskie świętokrzyskie śląskie warmińskomazurskie wielkopolskie zachodniopomorskie WARUNKI METEOROLOGICZNE A ZANIECZYSZCZENIE POWIETRZA Epizody wysokich stężeń zanieczyszczeń liczba epizodów lokalnych (wyrażona w stacjo-dniach) w poszczególnych województwach z podziałem na miesiące w latach województwo styczeń luty marzec kwiecień maj czerwiec lipiec sierpień wrzesień październik listopad grudzień Źródło: Pyły drobne w atmosferze. Kompendium wiedzy o zanieczyszczeniu powietrza pyłem zawieszonym w Polsce. Praca zespołowa. IOŚ, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa 2015 (w druku)

7 Jakość powietrza Ranking stacji monitoringu jakości powietrza w Polsce dla okresu wieloletniego pod względem prawdopodobieństwa przekroczenia 24-godz. stężenia dopuszczalnego PM10. PM10 > 100 μg/m 3 L.p. Stacja monitoringowa Prawdopodobieństwo 1. Kraków Al. Krasińskiego 0, Kraków Nowa Huta 0, Kraków Krowodrza 0, Jelenia Góra-Cieplice 0, Rybnik 0, Zabrze 0, Gorzów Wlkp. 0, Katowice 0, Bydgoszcz 0, Chorzów 0,058 L.p. PM10 > 150 μg/m 3 Stacja monitoringowa Prawdopodobieństwo 1. Kraków Al. Krasińskiego 0, Jelenia Góra-Cieplice 0, Kraków Nowa Huta 0, Rybnik 0, Kraków Krowodrza 0, Zabrze 0, Katowice 0, Gorzów Wlkp. 0, Bydgoszcz 0, Chorzów 0,018 L.p. PM10 > 200 μg/m 3 Stacja monitoringowa Prawdopodobieństwo 1. Kraków Al. Krasińskiego 0, Jelenia Góra-Cieplice 0, Rybnik 0, Kraków Nowa Huta 0, Zabrze 0, Kraków Krowodrza 0, Bydgoszcz 0, Chorzów 0, Opole 0, Katowice 0,007 Źródło: M. Ziemiański, L. Ośródka (red.) Zmiany klimatu a monitoring i prognozowanie stanu środowiska atmosferycznego. IMGW-PIB, Warszawa 2012

8 Schemat procesu rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym Źródło: M.T. Markiewicz Podstawy modelowania rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym. OWPW, 2004

9 Warunki meteorologiczne 1. WIATR wentylacja pozioma; przy prędkości > 4 m/s dominujący czynnik dyspersji 2. OPADY (deszcz, śnieg) wymywanie o efektywności zależnej od rodzaju, intensywności i czasu trwania opadu 3. MIESZANIE PIONOWE intensywność uwarunkowana stanem równowagi atmosfery Stan równowagi atmosfery zależny od zmiany temperatury powietrza z wysokością i profilu wiatru Równowaga chwiejna spadek temperatury powietrza większy niż 1 C na 100 metrów wysokości, generowanie ruchów konwekcyjnych, intensyfikacja mieszania pionowego, sięgającego różnych poziomów wysokości (wysokość warstwy mieszania). Równowaga obojętna stan pośredni między równowagą chwiejną a stałą (m.in. po zachodzie Słońca, po ustaniu ruchów konwekcyjnych, a przed utworzeniem dolnej warstwy inwersyjnej), sytuacje z opadami (deszczem, śniegiem) i z silnym wiatrem (>4 m/s). Równowaga stała inwersja temperatury w przyziemnej warstwie granicznej atmosfery, hamowanie mieszania pionowego w warstwie inwersyjnej (dolnej, wzniesionej).

10 Kształt smugi dymu z komina w zależności od stanu równowagi atmosfery Równowaga chwiejna wylot dymu z komina podczas ruchów konwekcyjnych - smuga tworząca pętle Równowaga obojętna wylot dymu z komina w warunkach pośrednich między równowagą chwiejną a stałą - smuga przyjmująca kształt stożka o podstawie elipsy Równowaga stała I wylot dymu z komina w zasięgu warstwy inwersyjnej dolnej - smuga rozprzestrzeniająca się wąską wstęga o wyraźnie zaznaczonej granicy Równowaga stała II wylot dymu z komina nad warstwą inwersyjną dolną smuga nie dochodząca do powierzchni ziemi Równowaga stała III wylot dymu z komina pod warstwą inwersyjną wzniesioną smuga rozprzestrzeniająca się w kierunku powierzchni ziemi Pionowy rozkład temperatury powietrz T (linia ciągła) na tle suchej adiabaty (linia przerywana). źródło: M.T. Markiewicz Podstawy modelowania rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym. OWPW, Warszawa 2004 (według A.C. Sterna, 1973)

11 Warstwa graniczna atmosfery i warstwa mieszania ~10 3 ~10 2 Źródło: według R.B. Stull An Introduction to Boundary Layer Meteorology. Atmospheric Science Library, Kluwer Academic Piblishers, 1988 ~10 1 ~10 0 ~10-1 ~10-2 ~10-3

12 Jakość powietrza a meteorologia Przebieg zmierzonych stężeń PM10 na stacji PMŚ Sosnowiec oraz prognozowany modelem meteorologicznym COSMO przez IMGW-PIB współczynnik wentylacji od godz. 12 UTC 23 stycznia 2013 r. do godz. 12 UTC 24 stycznia 2013 r. Źródło: IOŚ Pyły drobne w atmosferze. Kompendium wiedzy o zanieczyszczeniu powietrza pyłem zawieszonym w Polsce. Praca zespołowa Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa 2015 (w druku) Przebieg stężeń PM10 na stacji PMŚ Kraków-Nowa Huta na tle sodarogramu klas stabilności atmosfery z sondażu akustycznego Kraków-Bielany od godz. 0 UTC do 23 UTC 2 lutego 2015 r. Podziękowania Dane sodarowe uzyskano w ramach projektu MONIT-AIR ( realizowanego przez Urząd Miasta Krakowa i IMGW-PIB Oddział w Krakowie. Sodarogram wygenerowany został za pomocą programu METEK Graphics firmy METEK Meteorologische Messtechnik GmbH.

13 Widzialność średnioroczna oraz stężenie i opad pyłu w Aglomeracji Górnośląskiej w latach Opracowanie własne na podstawie danych IMGW-PIB.

14 Ponadregionalny epizod wysokich stężeń zanieczyszczeń powietrza Średnie 24-godzinne stężenia PM10 [mg/m 3 ] na wybranych stacjach w Polce podczas epizodu w styczniu 2010 r. (dane: GIOŚ/PMŚ). Stacja Średnia Min/50 Max/50 Gorlice ,3 10,0 Jelenia Góra ,8 9,6 Cieplice Żywiec ,9 8,2 Nowy Sącz ,9 7,8 Szczawno- Zdrój ,2 7,8 Kraków ,7 7,6 Wodzisław Śląski ,4 7,2 Wadowice ,7 7,0 Tarnów ,1 7,0 Bielsko- Biała ,8 6,7 Głubczyce ,7 5,4 Kędzierzn- Koźle ,9 5,3 Warszawa ,0 5,0 Zabrze ,9 4,9 Wrocław ,1 4,8 Opole ,2 4,7 Poznań ,9 4,0 Toruń ,2 3,6 Zakopane ,3 3,5 Gdańsk ,8 2,5

15 Wysokość [m] WARUNKI METEOROLOGICZNE A ZANIECZYSZCZENIE POWIETRZA Epizod wysokich stężeń zanieczyszczeń powietrza I I I I THTE [K] Pionowy profil temperatury pseudopotencjalnej we Wrocławiu, 00 UTC. Trajektorie wsteczne cząstek powietrza wyznaczone przy wykorzystaniu modelu HYSPLIT w odniesieniu do Katowic na 24 stycznia 2010 r. godz. 00 UTC. Mapa synoptyczna 24 i 26 stycznia 2010 r., godz. 00 UTC (źródło: IMGW-PIB). Podziękowania Autorzy dziękują NOAA Air Resources Laboratory (ARL) za udostępnienie modelu transportu i dyspersji HYSPLIT oraz strony READY ( których wyniki wykorzystano w publikacji.

16 Stężenie 1 godz.pm10 [µg/m 3 ] v [m/s], T [ C], γ [ C/100 m] WARUNKI METEOROLOGICZNE A ZANIECZYSZCZENIE POWIETRZA Epizod wysokich stężeń zanieczyszczeń powietrza w styczniu 2010 r Pionowy psudogradient temperatury powietrza Bielsko-Biała a Istebna-Kubalonka PM10 Bielsko-Biała prędkość wiatru Bielsko-Biała temperatura powietrza Bielsko-Biała

17 Prognoza jakości powietrza Ogólny schemat modelu prognozy jakości powietrza / krótkoterminowej prognozy stężeń zanieczyszczeń powietrza.

18 Prognoza jakości powietrza Portal internetowy WIOŚ w Katowicach SPJP w województwie śląskim Prognoza przebiegu dobowego stężenia PM 10, PM2,5, SO 2, NO 2, O 3 dla strefy z krokiem jednogodzinnym (oczekiwane średnie stężenie, możliwe maksymalne stężenie w strefie). Prognozowany na daną dobę tzw. wskaźnik CAQI, który jest syntetycznym wskaźnikiem jakości powietrza. 18

19 PODSUMOWANIE 1. Niekorzystna jakość powietrza w zakresie pyłu PM10 w województwie śląskim ma swoje odzwierciedlenie w pojawianiu się epizodów ich wysokich stężeń. 2. Sytuacje takie są jednoznacznie związane z niekorzystnymi, do rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń, warunkami meteorologicznymi (sytuacja antycyklonalna o dużym zasięgu terytorialnym, słaby wiatr, silna inwersja termiczna, ujemna średnia dobowa temperatura powietrza). 3. Ze względu na dominację czynnika termicznego w ich tworzeniu się i rozwoju w danym sezonie, można zidentyfikować takie sytuacje na podstawie analizy odchyleń średnich temperatur miesięcznych od wieloletniej normy klimatycznej. Ich częstość występowania zależna jest od wahań klimatu. 4. Badanie i prognozowanie epizodów wysokich stężeń zanieczyszczeń zwłaszcza pyłowych, a szerzej mówiąc szacowanie pola imisji zanieczyszczeń wymaga poza szczegółową inwentaryzacją emisji także zastosowania metod teledetekcji warunków meteorologicznych w dolnej warstwie atmosfery (sodar, ceilometer wind profiler etc.)

20 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ KONTAKT: dr Leszek Ośródka IMGW-PIB w Warszawie Oddział w Krakowie Zakład Monitoringu i Modelowania Zanieczyszczeń Powietrza Katowice, ul. Bratków 10 tel.: leszek.osrodka@imgw.pl www. pogodynka.pl