MATERIAŁY INFORMACYJNE PROJEKTU

Transkrypt

1

2 MATERIAŁY INFORMACYJNE PROJEKTU SYSTEM PROGNOZ STĘŻEŃ ZANIECZYSZCZEŃ POWIETRZA I WARUNKÓW BIOMETEOROLOGICZNYCH JAKO ELEMENT OCENY JAKOŚCI ŻYCIA LIFE-APIS/PL Opracowanie materiałów Zespół Projektu w składzie: Anna Urbanowska, Piotr Cyganek, Anetta Drzeniecka-Osiadacz, Żaneta Hajnowska, Magdalena Korzystka-Muskała, Maciej Kryza, Barbara Kwiatkowska-Szygulska, Krzysztof Migała, Agnieszka Mikołajczyk, Piotr Modzel, Piotr Muskała, Hanna Ojrzyńska, Arkadiusz Remut, Tymoteusz Sawiński, Danuta Suwała, Mariusz Szymanowski, Jacek Ślopek, Kinga Wałaszek, Małgorzata Werner, Świętosława Żyniewicz Redakcja Anetta Drzeniecka-Osiadacz, Magdalena Korzystka-Muskała, Piotr Muskała, Tymoteusz Sawiński Wrocław 2015

3 PROJEKT PN. SYSTEM PROGNOZ STĘŻEŃ ZANIECZYSZCZEŃ POWIETRZA I WARUNKÓW BIOMETEOROLOGICZNYCH JAKO ELEMENT OCENY JAKOŚCI ŻYCIA LIFE-APIS/PL JAKOŚĆ POWIETRZA NA DOLNYM ŚLĄSKU Zagrożenia związane ze złą jakością powietrza atmosferycznego dotyczą zarówno wpływu zanieczyszczeń powietrza na zdrowie człowieka, jak również niekorzystnych warunków biometeorologicznych (np. fal upałów). Polityka UE w zakresie ochrony powietrza za główny cel stawia ograniczenie emisji zanieczyszczeń do powietrza w celu zmniejszenia ich negatywnych skutków dla ludzi i środowiska. W województwie dolnośląskim dominuje antropogeniczna emisja zanieczyszczeń powietrza. Biorąc pod uwagę wyłącznie najbardziej uciążliwe dla powietrza zakłady przemysłowe, Dolny Śląsk zajmuje czwarte miejsce w Polsce pod względem emisji pyłów oraz piąte, pod względem emisji zanieczyszczeń gazowych. Wyniki prowadzonego przez WIOŚ monitoringu wskazują, że największy wpływ na występowanie przekroczeń standardów jakości powietrza na terenie województwa ma emisja z sektora komunalnobytowego oraz transportu drogowego. Najwyższe stężenia zanieczyszczeń oraz największa częstość przekroczeń norm występują w obszarach gęstej zabudowy mieszkaniowej w okresie zimowym. Podwyższone stężenia zanieczyszczeń związanych z niską emisją stanowią również problem w kotlinach: Kłodzkiej i Jeleniogórskiej oraz na obszarach małych miast. Przyczyn takiego stanu rzeczy należy upatrywać w strukturze indywidualnego ogrzewania, w której w wielu miejscach dominują starego typu piece węglowe, opalane paliwem niskiej jakości. Sektor komunalno-bytowy odpowiada przede wszystkim za przekroczenia dopuszczalnych stężeń pyłu i benzo(α)pirenu. Istotna rola emisji z transportu wynika między innymi z niekorzystnej struktury wiekowej pojazdów. Najważniejsze zanieczyszczenia emitowane przez transport to tlenki azotu oraz pył PM10, których podwyższone stężenia notuje się głównie w aglomeracji wrocławskiej oraz w bliskim otoczeniu dróg o dużym natężeniu ruchu. Zgodnie z obowiązującymi aktami prawa obszar województwa dolnośląskiego podzielono na cztery strefy, w ramach których odnotowuje się przekroczenia stężeń: NO2, PM10, PM2,5, benzo(α)pirenu oraz ozonu na terenie aglomeracji wrocławskiej PM10, PM2,5, benzo(α)piren, arsenu i ozonu w Legnicy PM10 i benzo(α)pirenu w Wałbrzychu PM10, benzo(α)pirenu, arsenu i ozonu w pozostałych obszarach. W skali kraju, pomimo stopniowego obniżania stężeń zanieczyszczeń w wieloleciu, województwo dolnośląskie wyróżnia się niskimi stężeniami dwutlenku siarki, metali ciężkich (oprócz arsenu) oraz wysokim poziomem zanieczyszczeń pyłowych. CELE PROJEKTU LIFE-APIS/PL Poprawa jakości powietrza to proces długotrwały, a wprowadzanie drastycznych sankcji przyczyniających się do ograniczenia emisji może prowadzić do spowolnienia wzrostu gospodarczego, a także, wobec kryzysu ekonomicznego, może budzić olbrzymi opór społeczeństwa. W takiej sytuacji koniecznym wydaje się tworzenie systemów prognozowania i ostrzegania mieszkańców przed zanieczyszczeniami powietrza. W tym kontekście znaczenie ma nie tylko funkcja informacyjna systemu, ale również jego wpływ na wzrost świadomości ekologicznej społeczeństwa. System zarządzania i informowania o jakości powietrza jest konieczny do tworzenia krótkoterminowych prognoz poziomów zanieczyszczeń w celu wprowadzania odpowiednich strategii działań i kontroli. System ostrzegania dotyczący jakości

4 powietrza, ma zatem dostarczyć z odpowiednim wyprzedzeniem informacji o ryzyku przekroczenia poziomów dopuszczalnych oraz prognozowanych warunkach biometeorologicznych. Informacja taka może być wykorzystywana do ostrzegania służby zdrowia oraz innych służb publicznych w celu minimalizowania negatywnych skutków oddziaływania środowiska. Ponadto system ostrzegania musi być wystarczająco niezawodny, zrozumiały i powszechnie dostępny dla ogółu społeczeństwa. Zakładany okres realizacji Projektu to Podstawowym celem projektu jest zbudowanie systemu informowania i ostrzegania społeczeństwa w zakresie stanu powietrza obejmującego zanieczyszczenie powietrza, warunki meteorologiczne i biometeorologiczne. Cel podstawowy będzie osiągnięty poprzez realizację celów szczegółowych: I. Zaprojektowanie i wdrożenie systemu modelowania jakości powietrza, którego funkcjonalność będzie obejmować: a. wykonywanie krótkoterminowych prognoz stężeń zanieczyszczeń (O3, PMX, NOx, SO2) w wysokiej rozdzielczości przestrzennej b. ocenę ryzyka wystąpienia przekroczeń poziomów dopuszczalnych stężeń zanieczyszczeń powietrza c. wykonywanie krótkoterminowych prognoz warunków meteorologicznych d. wykonywanie krótkoterminowych prognoz warunków biometeorologicznych e. określenie wielkości wskaźników jakości powietrza f. stworzenie systemu aktualizacji informacji o emisji zanieczyszczeń. II. Zaprojektowanie i wdrożenie systemu informowania o zagrożeniach, który będzie obejmować: a. informacje o przestrzennym rozkładzie zagrożeń (geoportal) oraz o lokalnych prognozach (serwis www, usługa dla urządzeń mobilnych) b. tablice informacyjne rozmieszczone w uczęszczanych miejscach, prezentujące w sposób on-line informacje o jakości powietrza a. komunikaty w mediach lokalnych. b. wykorzystanie oprogramowania FOSS do tworzenia analiz i systemu ostrzegania (GRASS, R, GeoServer) III. Zaprojektowanie i wdrożenie systemu wspomagania zarządzania jakością powietrza, który będzie obejmować: a. budowę i homogenizację bazy danych o emisji (m.in. włączenie bazy danych emisyjnych opracowywanej w ramach Programu ochrony powietrza dla województwa dolnośląskiego", inwentaryzacji wykorzystywanej przez model FRAME oraz baz danych w posiadaniu Urzędu Marszałkowskiego i europejskiej bazy E-PRTR) b. analizę źródło-receptor wskazujące najbardziej efektywny sposób uzyskania pożądanej jakości powietrza przez określenie źródeł emisji przyczyniających się w największym stopniu do pogorszenia stanu środowiska c. wykonywanie prognoz długoterminowych, które będą skutkować powstaniem narzędzi pozwalających określić rolę zmian klimatu w kształtowaniu jakości powietrza i przygotowanie efektywnych strategii adaptacyjnych dla regionu. DZIAŁANIA I ŚRODKI Określając zakres działań prowadzony w ramach projektu, przyjęto poniższe założenia metodyczne. I. Zakres przestrzenny działań: c. podstawowy zakres przestrzenny obejmować będzie województwo dolnośląskie d. dla terenów o dużym zagęszczeniu ludności (m.in. Wrocław, Legnica, Wałbrzych) rozdzielczość w modelach będzie wynosiła około 1 km e. modelowanie dla obszarów zurbanizowanych i wdrożenie systemu będzie pilotażowo wykonane dla Wrocławia II. Wykorzystanie modeli i metod modelowania: a. model meteorologiczny WRF (Weather Research and Forecasting) b. model dyspersji zanieczyszczeń WRF-Chem (w pełni zintegrowany z modelem meteorologicznym) 2

5 Przykładowe wyniki testów modelowania warunków meteorologicznych i jakości powietrza z wykorzystaniem modeli WRF i WRF-Chem. Temperatura i wilgotność względna powietrza, prędkość i kierunek wiatru oraz stężenie pyłu zawieszonego PM10 na obszarze Dolnego Śląska, w dniu , godz. 7:00. Rozdzielczość przestrzenna 4 km. Opracowanie Zakład Klimatologii i Ochrony Atmosfery IGRR UWr. Przykładowe wyniki testów modelowania jakości powietrza z wykorzystaniem modeli WRF i WRF-Chem. Mapy przedstawiają rozkład przestrzenny stężenia ozonu na obszarze Dolnego Śląska, w dniu , dla godz. 00:00 i 12:00. Rozdzielczość przestrzenna 4 km. Opracowanie Zakład Klimatologii i Ochrony Atmosfery IGRR UWr. Reanaliza warunków meteorologicznych dla dnia została wykonana w ramach projektu BIOWRF. 3

6 Przykładowe wyniki modelowania rozkładu przestrzennego warunków biometeorologicznych dla Dolnego Śląska w oparciu o dane meteorologiczne uzyskane z modelu WRF. Rozdzielczość przestrzenna 4 km. Opracowanie Zakład Klimatologii i Ochrony Atmosfery IGRR UWr. III. Wykorzystanie modelu WRF Model WRF (Weather Research and Forecasting) jest modelem meteorologicznym umożliwiającym modelowanie sytuacji pogodowej w wysokiej rozdzielczości czasowej i przestrzennej zarówno w trybie reanaliz, jak i prognoz. Dzięki dużym możliwościom konfiguracyjnym można go dostosować do obszaru i celu badań. Jest on także w pełni zintegrowany z modułem chemicznym, dzięki czemu możliwe jest jednoczesne modelowanie sytuacji pogodowej i stężeń zanieczyszczeń, uwzględniając wpływ aerozoli na warunki meteorologiczne. Praca z modelem WRF na potrzeby projektu opiera się na generowaniu prognoz warunków meteorologicznych dla 3 domen o różnej rozdzielczości przestrzennej Europa (36km), Polska (12km) i Dolny Śląsk (4km). Prognozy, przygotowywane przy użyciu klastra obliczeniowego, generowane są codziennie dla 2 najbliższych dni z 1-godzinnym krokiem czasowym. Wartości elementów meteorologicznych obliczane są dla 27 warstw sięgających od powierzchni ziemi do poziomu barycznego 5 hpa. Tak szczegółowa informacja meteorologiczna dostarcz-ana na bieżąco do modelu WRF-Chem, wraz z danymi o emisji zanieczyszczeń, umożliwia prognozowanie ich rozprzestrzeniania się w obrębie analizowanych domen przestrzennych. Prognozy stężeń zanieczyszczeń obejmują najistotniejsze dla regionu Dolnego Śląska, z punktu widzenia ochrony zdrowia człowieka, związki: pył PM10 i PM2.5, ozon, tlenki azotu, tlenek węgla oraz dwutlenek siarki. W chwili obecnej testowane są różne konfiguracje modelu dla roku 2014 oraz wcześniejszych okresów o szczególnie dużych stężeniach określonych zanieczyszczeń powietrza. Ten etap projektu ma na celu wybór najlepszych ustawień modelu do ostatecznych prognoz, które będą przekazywane zainteresowanym odbiorcom. Udostępniane prognozy obejmą nie tylko rozkłady przestrzenne wybranych parametrów meteorologicznych oraz wartości stężeń zanieczyszczeń powietrza, ale także wartości wskaźników biometeorologicznych (m.in. UTCI, STI, HSI, WCT) oraz indeksu jakości powietrza (CAQI). Wartości otrzymanych wskaźników są obecnie weryfikowane dla okresów fal chłodu i upałów oraz pozostałych okresów sprzyjających wysokim stężeniom określonych zanieczyszczeń w powietrzu. IV. Weryfikacja wyników modelu w oparciu o mobilną stację pomiarową Parametryzacja warstwy granicznej atmosfery jest jednym z kluczowych zagadnień niezbędnych do prawidłowej oceny warunków dyspersji zanieczyszczeń powietrza. Podstawową wielkością ją opisującą jest zasięg warstwy mieszania. Jest to pionowy zasięg przygruntowej części atmosfery, gdzie emitowane zanieczyszczenia podlegają skutecznemu rozprowadzaniu. Zasięg warstwy 4

7 mieszania zmienia się wraz z porą roku i doby, może wynosić od kilku-dziesięciu metrów do ponad 2000 metrów. Zasięg warstwy mieszania wyliczany jest za pomocą rożnych formuł parametryzacyjnych, zarówno na podstawie prowadzonych pomiarów, jak i z wykorzystaniem modeli numerycznych. Dla uzyskania wiarygodnych danych modelowych konieczna jest szczegółowa weryfikacja wyników obliczeń, gdyż błędy w oszacowaniu zasięgu warstwy mieszania skutkują błędami w określeniu współczynników dyspersji zanieczyszczeń. Pomiary zasięgu warstwy granicznej wykonuje się zarówno in-situ (m.in. sondaże meteorologiczne), jak i teledetekcyjne, w tym z wykorzystaniem radaru akustycznego, czyli SODARu (SOund Detection And Ranging). W celu weryfikacji wyników modelowania uzyskanych w ramach Projektu konstruowana jest mobilna stacja pomiarowa (schemat) przeznaczona do wykonywania sondaży akustycznych oraz równoległych pomiarów tła meteorologicznego i stężenia pyłu zawieszonego. Podstawową informacją uzyskiwaną podczas pomiarów sodarowych jest siła echa skorelowana z gradientem temperatury. Taki pomiar umożliwia określenie stanu równowagi termodynamicznej atmosfery oraz zasięgu inwersji temperatury, pośrednio wskazując na zasięg warstwy mieszania. Zaletą konstruowanego na potrzeby Projektu prototypowego SODARu jest możliwość wykonywania zarówno pomiarów stacjonarnych, jak również podczas ruchu, z urządzenia zainstalowanego na dachu pojazdu. Aparatura do pomiarów meteorologicznych umieszczona jest na dwóch masztach: pierwszy o wysokości 2 m wyposażony w zintegrowaną stację meteorologiczną firmy Gill, drugi o wysokości 10 m, na którym umieszczony jest wiatromierz ultrasoniczny Windsonic. W skład wyposażenia stacji wchodzi również optyczny analizator stężenia pyłu zawieszonego DustTrak, umożliwiający pomiary frakcji pyłu PM1.0, PM2.5, PM4.0 i PM10. Ideowy schemat funkcjonowania prototypowego sodaru bistatycznego konstruowanego na potrzeby Projektu Górna granica warstwy mieszania wyznaczona w oparciu o dane sodarowe i dane z modelu WRF, na tle zapisu echa sodarowego (ciemny obszar echa wyznacza zasięg inwersji). Dane z dnia Testy nowego sodaru. Na górnym zdjęciu antena nadawcza urządzenia w położeniu testowym; dolne zdjęcie rejestracja zapisu echa sodarowego podczas testów. 5

8 Kompletna stacja zostanie oddana do eksploatacji w lipcu 2015 r, wtedy też rozpoczną się pomiary na potrzeby weryfikacji danych modelowych. Uzyskane wyniki posłużą do weryfikacji wyników modelowania, zwłaszcza w obszarach nie objętych krajową siecią pomiarową. V. Działania związane z budową bazy danych o emisji: a. modelowanie emisji ze źródeł naturalnych przy pomocy modelu SMOKE b. opracowanie bazy danych emisji ze źródeł antropogenicznych c. wyznaczenie czasowej zmienności emisji profile opracowane zostaną na pod-stawie pomiarów prowadzonych przez WIOŚ Właściwa i precyzyjnie przygotowana baza emisji stanowi podstawę poprawnego modelowania dyspersji zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym oraz prognozowania jakości powietrza. Szczególnie istotna jest informacja o rozmieszczeniu emitorów w przestrzeni oraz poprawne wyliczenie bądź oszacowanie wartości emisji poszczególnych związków. Baza danych emisji zanieczyszczeń do powietrza Wojewódzkiego Inspektoratu Ochrony Środowiska we Wrocławiu wykorzystywana w Projekcie obejmuje: około 40 tys. obiektów, w tym 20 tys. źródeł liniowych, reprezentujących emisję z trans-portu, 13 tys. obszarów powierzchniowych, obejmujących głównie zwartą zabudowę mieszkaniową z indywidualnymi źródłami ciepła i rolnictwo oraz 6,5 tys. źródeł punktowych, odprowadzających zanieczyszczenia emitowane przez przemysł i energetykę zawodową. W ramach Projektu dostosowano na potrzeby modelowania bazę emisji punktowej. OCZEKIWANE REZULTATY WDROŻENIA PROJEKTU LIFE-APIS/PL Odbiorcą działań prowadzonych w ramach projektu jest ogół społeczeństwa lokalnego. Jest to szeroko rozumiana grupa mieszkańców, zróżnicowana pod względem społeczno-ekonomicznym jak i zdrowotnym. Na pierwszym miejscu wymienić należy dzieci, osoby starsze oraz osoby chore (cierpiące na dolegliwości i choroby górnych dróg oddechowych, choroby krążeniowo-naczyniowe, alergie). Aby z informacjami o zagrożeniach dotrzeć do jak największej liczby osób, przewidziano zróżnicowane formy przekazywania informacji: tablice świetlne wyświetlające aktualne wyniki modelowania; aplikacje mobilne; informacyjna strona internetowa, na której znajdować się będą aktualne wyniki pomiarów i prognozy; profile projektu na portalach społecznościowych; komunikaty w lokalnych mediach. Schemat systemu upowszechniania informacji planowanego w ramach projeltu LIFE-APIS/PL Dodatkowo zaplanowano akcje informacyjne oraz spotkania z przedstawicielami jednostek władz samorządowych, terenowej administracji rządowej (władze województwa), czy służb miejskich. Te akcje i spotkania mają na celu wyjście naprzeciw potrzebom władz lokalnych, które są odpowiedzialne za wdrażanie polityki ochrony środowiska oraz informowanie społeczeństwa o jego jakości, w tym zagrożeniach związanych z pogorszeniem się stanu powietrza. Jest to szczególnie istotne na obszarze Dolnego Śląska, gdzie odczuwany jest brak kompleksowego systemu ostrzegania ludności o zagrożeniach środowiskowych, a istniejące systemy nie zawsze są powszechnie dostępne, ani też zrozumiałe dla większości mieszkańców. 6

9 Inwentarz emitorów punktowych na obszarze Dolnego Śląska. Materiały zostały opracowane przez Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska we Wrocławiu Stężenia średnioroczne wybranych zanieczyszczeń powietrza na Dolnym Śląsku, w roku Materiały zostały opracowane przez Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska we Wrocławiu 7

10 Oczekiwanym efektem działań prowadzonych w ramach projektu będzie powstanie spójnego systemu informowania i ostrzegania dla ludności, umożliwiającego łatwy dostęp do kompleksowej informacji o jakości powietrza i warunków biometeorologicznych na obszarze regionu. Informacje dostępne w systemie obejmować będą stan aktualny parametrów meteorologicznych i biometeorologicznych (m.in. indeks stresu cieplnego, temperatura ochładzania wiatrem, UCTI), prognozy krótko-terminowe (24 48h) dla wybranych parametrów, a także ostrzeżenia przed prognozowanymi sytuacjami zagrażającymi zdrowiu mieszkańców (np. AQI). Informacje te będą prezentowane w sposób ciągły przestrzennie. Efektem działań będzie również powstanie homogenicznej bazy danych o emisjach, a także opracowanie profili czasowej zmienności emisji. Dzięki w tym bazom, a także dzięki powstaniu bazy danych prognoz stężeń i warunków meteorologicznych, w tym także opracowaniu przestrzennych rozkładów średnich stężeń możliwe będzie uzyskanie informacji o możliwych przyczynach przekroczeń dopuszczalnych poziomów. Będą one stanowić podstawę dla działań prowadzących do poprawy stanu naszego środowiska oraz efektywniejszego zarządzania jakością powietrza w regionie. Ostatecznym celem tak zaproponowanych działań jest poprawa jakości życia mieszkańców Dolnego Śląska, zwłaszcza w zakresie jakości powietrza (ograniczenie rejestrowanych stężeń) i zdrowia publicznego (zmniejszenie liczby przypadków ostrych zachorowań na choroby układu krążenia i układu oddechowego). Dzięki systemowi LIFE-APIS/PL realizacja tego postulatu będzie możliwa poprzez: możliwość zmniejszenia liczby dni, w których wartość dopuszczalna została przekroczona (>10% dni w roku, w stosunku do roku bazowego); wdrożenie i utrzymanie zintegrowanego systemu prognoz zanieczyszczeń powietrza i warunków biometeorologicznych w skali całego obszaru województwa; budowę systemu informacji o aktualnych warunkach pogodowych oraz jakości powietrza i ich udostępniane dla obywateli Dolnego Śląska przez Internet, telefony komórkowe oraz na tablicach informacyjnych; identyfikacja obszarów, w których działania w zakresie poprawy jakości powietrza powinny być realizowane; sterowanie emisją podczas niekorzystnych warunków pogodowych, co umożliwi ograniczenie emisji zanieczyszczeń powietrza o 3-5%; prognozowanie efektywności działań w zakresie jakości powietrza; redukcję zagrożeń zdrowotnych związanych z niekorzystną jakością powietrza poprzez ostrzeganie ludności o epizodach zanieczyszczeń lub o szkodliwych warunkach meteorologicznych; dostarczenie założeń do aktualizacji planów zagospodarowania przestrzennego; podnoszenie świadomości społecznej dotyczącej wpływu zanieczyszczeń powietrza na stan środowiska i zdrowie społeczeństwa. REALIZATORZY PROJEKTU Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej, w ramach Instrumentu Finansowego LIFE+ oraz ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Jego realizacja odbywa się we współpracy pomiędzy Uniwersytetem Wrocławskim (główny beneficjent Projektu) i Wojewódzkim Inspektoratem Ochrony Środowiska we Wrocławiu (współbeneficjent). Koordynatorem Projektu jest dr Anetta Drzeniecka-Osiadacz (UWr). Zespół Projektu tworzą pracownicy wyżej wymienionych instytucji, specjalizujący się w zagadnieniach modelowania procesów meteorologicznych, modelowania jakości powietrza, analiz przestrzennych, oceny warunków biometeorologicznych oraz monitoringu i oceny jakości powietrza, jak również pracownicy administrujący Projektem i specjalista w zakresie komunikacji i promocji. Podziękowania Dane z reanaliz wykorzystywane do testów modeli WRF i WRF-Chem na potrzeby projektu LIFE-APIS/PL wykonane zostały w ramach projektu BIOWRF zastosowanie i weryfikacja modelu Weather Research and Forecasting do analizy przestrzen-nych i czasowych cech bioklimatu Polski. 8

11