Badania stanu zanieczyszczeń powietrza w Raciborzu prowadzone przez IPIŚ PAN

Badania stanu zanieczyszczeń powietrza w Raciborzu prowadzone przez IPIŚ PAN KRZYSZTOF KLEJNOWSKI, WIOLETTA ROGULA-KOZŁOWSKA, ANDRZEJ KRASA, JADWIGA BŁASZCZYK, PATRYCJA ROGULA-KOPIEC, BARBARA METHEWS, BEATA KANIA, BARBARA BŁASZCZAK, BENIAMIN KWAŚNICA, LESZEK OŚRÓDKA, EWA KRAJY

Spis treści 1. Cel i zakres pracy 2. Charakterystyka obszaru badań 3. Metodyka 3.1 Lokalizacja stacji pomiarowej 3.2 Aparatura do badań zanieczyszczeń gazowych 3.3 Aparatura do badań aerozoli 3.4 Metodyki badań składu chemicznego frakcji PM2,5 4. Wyniki badań i pomiarów 5. Wnioski str. 1

Spis tabel Tabela 2.1. Średnie miesięczne temperatury w Raciborzu w latach 1961-1990 Tabela 2.2. Średnie miesięczne opady w Raciborzu w latach 1961 1990 Tabela 2.3 Dni z opadem od 0,1 do ponad 20 mm, Racibórz lata 1985 1994 Tabela 4.1. Zestawienie wyników badań składu pyły PM2,5 w Raciborzu w latach 2011-2012 Tabela 4.2. PM2,5 oraz OC, EC, TC w Raciborzu w 2011 roku - statystyka opisowa Tabela 4.3. PM2,5 oraz OC, EC, TC w Raciborzu w 2012 roku - statystyka opisowa Tabela 4.4. Tabela 4.5. Tabela 4.6. Tabela 4.7. Tabela 4.8. Tabela 4.9. Stężenia wybranych anionów i kationów wpm2,5 w Raciborzu w 2011 roku statystyka opisowa Stężenia wybranych anionów i kationów wpm2,5 w Raciborzu w 2012 roku statystyka opisowa Wyniki pomiarów stężeń substancji gazowych w Raciborzu w roku 2011 Wyniki pomiarów stężeń substancji gazowych w Raciborzu w roku 2012 Stężenia miesięczne wybranych zanieczyszczeń gazowych w Raciborzu w latach 2011-2012 Sezonowa zmienność stężeń wybranych substancji gazowych w Raciborzu w latach 2011-2012 str. 2

Spis rysunków Rys 2.1. Róża wiatrów dla Raciborza Rys 2.2. Racibórz, Broniewskiego róża wiatrów roczna (przynajmniej 8 godzin wiatrów z sektora w ciągu doby) Rys 2.3. Racibórz, Broniewskiego róża wiatrów sezonowa (przynajmniej 8 godzin wiatrów z sektora w ciągu doby) Rys 2.4. Emisja zanieczyszczeń powietrza z zakładów szczególnie uciążliwych dla środowiska na terenie powiatu raciborskiego w 2009r. Rys 2.5 Udział emisji poszczególnych zanieczyszczeń z terenu powiatu raciborskiego w całkowitej emisji tych zanieczyszczeń z podregionu rybnickiego Rys 3.1. Stacja pomiarowa w Raciborzu Rys 3.2. Lokalizacja stacji pomiarowej w Raciborzu Rys 3.3. Miernik TSI 3031 UFP z układem kondycjonowania Rys. 4.1. Zmienność stężeń dobowych PM2,5 OC i EC w roku 2012 w Raciborzu Rys 4.2. Zmienność stężeń dobowych PM2,5 OC i EC w roku 2011 w Raciborzu Rys 4.3. Średnie miesięczne stężenia PM2,5 OC i EC w latach 2011-2012 Rys 4.4. Średnia zawartość TC, OC i EC w pyle PM2,5 w Raciborzu w kolejnych porach 2011 roku Rys 4.5. Średnia zawartość TC, OC i EC w pyle PM2,5 w Raciborzu w kolejnych porach 2012 roku Rys 4.6. Średnia zawartość TC, OC i EC w pyle PM2.5 w okresach grzewczych i niegrzewczym w Raciborzu Rys 4.7. Średnia zawartość jonów w pyle PM2,5 w Raciborzu w kolejnych porach 2011 roku Rys 4.8. Średnia zawartość jonów w pyle PM2,5 w Raciborzu w kolejnych porach 2012 roku Rys 4.9. Stężenie wybranych pierwiastków w PM2,5 w Raciborzu Rys 4.9. Stężenie wybranych pierwiastków w PM2,5 w Raciborzu wykres skumulowany Rys 4.10. Skład chemiczny średniomiesięczny PM2.5 w Raciborzu w 2011 roku Rys 4.11. Skład chemiczny średniomiesięczny PM2.5 w Raciborzu w 2012 roku Rys 4.12. Róża zanieczyszczeń ciągu pomiarów z przeważającym udziałem kierunku wiatru w dobie powyżej 50% Rys 4.13. Udział zanieczyszczeń z danego sektora kierunku wiatru w całym okresie pomiarowym w przypadku przeważającego kierunku wiatru w ciągu doby str. 3

Rys 4.14. Rys 4.15. Rys 4.16. Rys 4.17. Rys 4.18. Rys 4.19. Rys 4.20. Rys 4.21. Rys 4.22. Rys 4.23. Rys 4.24. Rys 4.25. Rys 4.26. Rys 4.27. Rys 4.28. Rys 4.29. Rys 4.30. Rys 4.31. Rys 4.32. Rys 4.33. Rys 4.34. Rys 4.35. Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru całym okresie pomiarowym Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru str. 4

Rys 4.36. Rys 4.37. Rys 4.38. Rys 4.39. Rys 4.40. Rys 4.41. Rys 4.42. Rys 4.43. Rys 4.44. Rys 4.45. Rys 4.46. Rys 4.46. Rys 4.48. Rys 4.49. Rys 4.50. Rys 4.51. Rys 4.52. Rys 4.53. Rys 4.54. Rys 4.55. Rys 4.56. Rys 4.57 Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru str. 5

Rys 4.58. Rys 4.59. Rys 4.60. Rys 4.61. Rys 4.62. Rys 4.63. Rys 4.64. Rys 4.65. Rys 4.66. Rys 4.67. Rys 4.68. Rys 4.69. Rys 4.70. Rys 4.71. Rys 4.72. Rys 4.73. Rys 4.74. Rys 4.75. Rys 4.76. Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia z poszczególnego sektora kierunku wiatr Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń - średnia wartość zanieczyszczenia Udział zanieczyszczenia z danego kierunku wiatru Róża zanieczyszczeń (liczebności cząstek) w okresie 05.07-30.09.2012 Róża zanieczyszczeń z odpowiednich kierunków w okresie 05.07-30.09.2012 Róża zanieczyszczeń z odpowiednich kierunków w okresie 01.10-18.12.2012 Róża zanieczyszczeń (liczebności cząstek) w okresie 01.10-18.12.2012 Przebieg zmienności liczebności oraz stężeń pyłu PM2,5 w funkcji wilgotności powietrza dla frakcji 0,02-0,1 µm (lipiec-wrzesień 2012r) Przebieg zmienności liczebności oraz stężeń pyłu PM2,5 w funkcji wilgotności powietrza dla frakcji 0,1-1 µm (lipiec-wrzesień 2012r) Przebieg zmienności liczebności oraz stężeń pyłu PM2,5 w funkcji wilgotności powietrza dla frakcji 0,02-1 µm (lipiec-wrzesień 2012r) Przebieg zmienności liczebności oraz stężeń pyłu PM2,5 w funkcji wilgotności powietrza dla frakcji 0,02-0,1 µm (październik-grudzień 2012r) Przebieg zmienności liczebności oraz stężeń pyłu PM2,5 w funkcji wilgotności powietrza dla frakcji 0,1-1 µm (październik-grudzień 2012r) Przebieg zmienności liczebności oraz stężeń pyłu PM2,5 w funkcji wilgotności powietrza dla frakcji 0,02-1 µm (październik-grudzień 2012r) Przebieg zmienności liczebności oraz stężeń pyłu PM2,5 w funkcji temperatury powietrza z uwzględnieniem prędkości wiatru dla frakcji 0,02-0,1 µm (lipiec-wrzesień 2012r) str. 6

Rys 4.77. Rys 4.78. Rys 4.79. Rys 4.80. Rys 4.81. Przebieg zmienności liczebności oraz stężeń pyłu PM2,5 w funkcji temperatury powietrza z uwzględnieniem prędkości wiatru dla frakcji 0,1-1 µm (lipiec-wrzesień 2012r) Przebieg zmienności liczebności oraz stężeń pyłu PM2,5 w funkcji temperatury powietrza z uwzględnieniem prędkości wiatru dla frakcji 0,02-1 µm (lipiec-wrzesień 2012r) Przebieg zmienności liczebności oraz stężeń pyłu PM2,5 w funkcji temperatury powietrza z uwzględnieniem prędkości wiatru dla frakcji 0,02-0,1 µm (październik-grudzień 2012r) Przebieg zmienności liczebności oraz stężeń pyłu PM2,5 w funkcji temperatury powietrza z uwzględnieniem prędkości wiatru dla frakcji 0,1-1 µm (październik-grudzień 2012r) Przebieg zmienności liczebności oraz stężeń pyłu PM2,5 w funkcji temperatury powietrza z uwzględnieniem prędkości wiatru dla frakcji 0,02-1 µm (październik-grudzień 2012r) str. 7

1. Celi i zakres pracy W ramach projektu zaplanowano prowadzenie wspólnych pomiarów zanieczyszczeń powietrza w obszarze pogranicza PL Cz. Przewidziano prowadzenie pomiarów stacjonarnych oraz pomiary mobilne. Z uwagi na stosunkowo małą gęstość sieci w rejonie zachodnim obszaru wsparcia w tzw. w Bramie Morawskiej kanalizującej przepływy w osi doliny Odry zdecydowano, że IPIŚ PAN podejmie się prowadzenia badań w stacji tła zlokalizowanej na obrzeżach Raciborza spełniającej kryteria stacji synoptycznej. Celem badań było zgromadzenie danych o zmienności składu chemicznego frakcji pyłu PM2,5. Który jest istotnym wskaźnikiem narażenia populacji na szkodliwe czynniki, oraz pozwala na dobre scharakteryzowanie emisji antropogenicznych i w odniesieniu do pierwotnych i wtórnych zanieczyszczeń. Frakcja ta umożliwia też analizę wtórnych zanieczyszczeń związanych z emisja naturalną. Zakres badań obejmował: - uruchomienie ciągłych pomiarów zanieczyszczeń podstawowych dwutlenku siarki, tlenków azotu, ozonu i tlenku węgla przy pomocy automatycznej stacji pomiarowej AIRPOINTER z udostępnianiem wyników na stronie projektu (w trakcie jego trwania). - prowadzenie 2 letniej serii poborów pyłu PM2,5 wraz z analizami składu chemicznego - przeprowadzenie serii badan liczebności cząstek UFP przy wykorzystaniu miernika TSI 3031. - opracowanie statystyk i opracowanie graficzne wyników dla potrzeb prezentacji wyników na stronie projektu i dla potrzeb dalszych analiz studialnych i weryfikacji modeli matematycznych. str. 8

2. Charakterystyka obszaru badań 2.1. Charakterystyka geomorfologiczna terenu Ziemia raciborska leży w dolinie górnej Odry. Sąsiadują z nią inne jednostki krajobrazowe, które razem wzięte tworzą Kotlinę Raciborsko - Oświęcimską. Tę ostatnią zamyka od południa próg Pogórza Karpackiego, od zachodu Góry Opawskie, należące do Sudetów Wschodnich, od północy granice jej stanowi próg Wyżyny Śląskiej. Pomiędzy wymienionymi wyżej naturalnymi barierami znajdują się wyraźne obniżenia terenu nazwane, ze względu na swe znaczenie komunikacyjne, bramami. Na południe w kierunku Republiki Czeskiej prowadzi Brama Morawska, stanowiąca przejście między wyniosłościami Sudetów Wschodnich i Pogórzem Karpackim. Na północny zachód otwiera się Brama Krapkowicka, prowadząca do Kotliny Śląskiej. Na wschód wiedzie Brama Krakowska. Przez te naturalne obniżenia prowadziły najstarsze szlaki handlowe. Kotlina Raciborsko - Oświęcimska jest zapadliskiem tektonicznym, które powstało na północnym przedpolu Karpat. W środkowym okresie trzeciorzędu na jej teren wdarły się wody morza, napływające z południa od strony Bramy Morawskiej. Świadectwem jego wysychania i wysłodzenia są pokłady gipsu w okolicach Kietrza i Żor. Powstanie koryta rzeki Odry wiąże się z ruchami ziemi w późnym trzeciorzędzie. W okresie czwartorzędu wpływ na rzeźbę terenu miały dwa kolejne zlodowacenia. Pozostawiły one po sobie ślady w postaci grubej, dochodzącej do 50 metrów warstwy piasków i żwirów, które występują na Płaskowyżu Rybnickim w okolicach Kuźni Raciborskiej, Rud i Nędzy, mniejsze ilości pod samym Raciborzem. Gmina Racibórz leży w powiecie raciborskim, w południowo-zachodniej części województwa śląskiego, zajmuje powierzchnię 75 km 2. Od północy graniczy z gminami Rudnik i Nędza, od wschodu z gminą Kornowac, od południa z gminami Krzyżanowice i Krzanowice a od zachodu z gminą Pietrowice Wielkie. Pod względem morfologicznym obszar gminy Racibórz podzielony jest na dwie odrębne struktury. Pod względem powierzchni zdecydowanie dominuje podprowincja Niziny Śląskiej obejmująca całą zachodnią i środkową część gminy wraz z doliną Odry. Składają się na nią dwa mezoregiony Płaskowyż Głubczycki i Kotlina Raciborska. Znacznie mniejsza, zachodnia część gminy leży na terenie podprowincji Wyżyny Śląsko-Krakowskiej, której najdalej na południe wysuniętym mezoregionem obejmującym fragment gminy jest Płaskowyż Rybnicki. Płaskowyż Głubczycki jest równiną lessową, choć o krajobrazie zbliżonym do wyżynnego, wyniesioną do wysokości 235-260 m n.p.m. Cechą charakterystyczną krajobrazu Płaskowyżu Głubczyckiego jest występowanie słabo nachylonych powierzchni wierzchowin i gęstej sieci nieckowatych suchych dolin. Jest to region typowo rolniczy o dużym udziale urodzajnych czarnoziemów w strukturze glebowej. Osady lessowe charakteryzują się niewielką miąższością, pod nimi zalegają piaski i gliny. Znamiennym elementem krajobrazowym płaskowyżu jest nieduży udział lasów, który w skali całego regionu osiąga około 4 %. str. 9

Kotlina Raciborska jest najdalej na południe wysuniętą częścią Niziny Śląskiej. Rozciąga się wzdłuż biegu Odry na terenie powiatu raciborskiego oraz dalej na północ w kierunku Kędzierzyna_Koźla i Krapkowic, osiągając wysokości nieco poniżej 200 m n.p.m. Obszar ten jest bardzo słabo urozmaicony z przewagą rzeźby równinnej o różnicach wysokości z reguły nie przekraczających 3 m. Niewielkie urozmaicenia w rzeźbie tworzą zagłębienia w formie meandryczne starorzecza, często wypełnione wodą lub podmokłe. Charakterystycznymi formami geomorfologicznymi w dolinie Odry są tarasy akumulacyjne: zalewowy sięgający 0,5-2,0 m oraz nadzalewowy - 4-7 m nad poziomem rzeki. str. 10

2.2. Warunki klimatyczne Gmina Racibórz wg podziału E. Romera na regiony klimatyczne Polski leży w strefie klimatycznej Brama Morawska, jednej z najcieplejszych stref klimatycznych w Polsce, charakteryzującej się najdłuższym okresem wegetacji. Na klimat lokalny ma wpływ przede wszystkim ukształtowanie powierzchni terenu oraz charakter zagospodarowania terenu. Odrębne klimaty lokalne posiadają Płaskowyż Głubczycki, Kotlina Raciborska i Płaskowyż Rybnicki. Płaskowyż Głubczycki charakteryzuje się zróżnicowaniem warunków w zależności od ekspozycji terenu. Ogólnie warunki klimatu lokalnego na płaskowyżu są korzystne dla rolnictwa i osadnictwa. Odrębne cechy mikroklimatyczne posiadają wąskie dolinki boczne. Są one słabo przewietrzane z dość częstymi inwersjami temperatur, co nie sprzyja uprawom wrażliwym na przymrozki i grzybienie, nie jest również korzystne dla osadnictwa. Szeroka, płaskodenna dolina Odry posiada cechy doliny inwersyjnej. Inwersji tych notuje się jednak stosunkowo niewiele i nie osiągają one większych miąższości. Ogólnie warunki klimatyczne doliny Odry nie są korzystne, zwłaszcza w obrębie najniżej położonych terenów pomiędzy wałami przeciwpowodziowymi. Dodatkowe pogorszenie warunków klimatycznych doliny powodują naturalne i sztuczne przegrody terenowe usytuowane poprzecznie do jej osi. Płaskowyż Rybnicki posiada swoiste cechy klimatu lokalnego, modyfikowanego położeniem i pokryciem wysoką roślinnością. Dla użytkowania rolniczego są to tereny mniej korzystne, roślinność może cierpieć na niedobór wilgoci szczególnie w okresach bezdeszczowych. Podstawowe dane charakteryzujące klimat rejonu Raciborza kształtują się następująco: temperatura powietrza - średnia temperatura roczna 8 0 C, średnia temperatura stycznia - 2,1 0 C, średnia temperatura lipca 18,0 0 C; dni z przymrozkami 100-110; okres wegetacyjny 220 dni; opady atmosferyczne - średnia roczna 656 mm; dni z opadem 170 dni (w tym ze śniegiem 45 dni); pokrywa śnieżna 60 dni; zachmurzenie - maksymalne od listopada do stycznia, minimalne od sierpnia do września; wilgotność względna powietrza o godz. 13.00 - średnia dobowa 78%; dni z mgłą 34,3; usłonecznienie średnie w roku ok. 1400 godz., dni z usłonecznieniem ponad 10 godzin 30; wiatry wzdłuż osi Odry (N-S), zimą i jesienią przeważają wiatry z wycinka południowego, wiosną i latem odwrotnie z kierunku północnego, występuje duży udział cisz 18,6%; średnie prędkości wiatrów wahają się od 1,7 do 3,4 m/s. str. 11

Tabela 2.1. Średnie miesięczne temperatury w Raciborzu w latach 1961-1990 Miesiące I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Rok Średnie miesięczne -2,1-0,6 3,3 8,2 13,3 16,3 17,6 17,1 13,5 8,9 4,0-0,1 8,3 temperatury Średnie miesięczne maksymalne 3,5 5,1 6,9 11,8 15,7 18,7 19,7 18,9 16,6 12,5 7,9 3,4 9,3 temperatury Średnie miesięczne - minimalne 10,3-9,1-1,5 5,6 10,2 13,9 15,3 15,4 11,2 6,1 0,3-5,9 7,0 temperatury źródło IMGW Tabela 2.2. Średnie miesięczne opady w Raciborzu w latach 1961 1990 Miesiące I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Rok Średnie miesięczne opady 32 30 35 46 82 82 91 80 51 40 45 35 649 [mm] Średnie miesięczne maksymaln 76 90 77 117 215 153 220 224 99 125 121 63 1001 e opady [mm] Średnie miesięczne minimalne 7 7 7 5 27 28 38 17 9 1 16 5 443 opady [mm] źródło IMGW str. 12

Tabela 2.3 Dni z opadem od 0,1 do ponad 20 mm, Racibórz lata 1985 1994 Średnia suma [mm] l.dni z opadem >0,1 mm l. dni z opadem >1 mm l. dni z opadem >5 mm l. dni z opadem >10 mm l.dni z opadem >20 mm źródło IMGW Miesiące I II III IV V VI VII VII Rok IX X XI XII I 23,6 20,9 27,4 44,4 59,8 75,8 64,2 70,2 50,6 33,4 35,4 37,9 545,6 14,9 13,1 14,5 12,6 13,3 15,8 12,0 13,4 12,7 11,8 15,8 17,3 167,2 6,8 6,2 7,5 8,8 9,0 10,8 8,9 9,6 7,9 5,8 8,5 9,1 98,9 0,9 0,7 1,1 3,0 3,4 4,9 4,1 4,5 3,2 2,4 1,7 1,9 31,8 0,2 0,1 0,3 1,0 2,0 2,3 1,9 2,4 1,5 0,9 0,6 0,4 13,6 0,0 0,0 0,0 0,1 0,6 0,6 0,6 0,6 0,5 0,1 0,1 0,2 3,4 Różę wiatrów dla Raciborza przedstawiono na Rysunku 3.1. str. 13

Częstości występowania wiatrów z poszczególnych sektorów N NNW 14 12 [%] NNE 10 WNW 8 6 ENE 4 2 W 0 E WSW ESE SSW SSE S Średnie prędkości wiatru z poszczególnych sektorów N NNW 4 [m/s] NNE 3 WNW 2 ENE 1 W 0 E WSW ESE SSW SSE S Rys 2.1. Róża wiatrów dla Raciborza str. 14

Obszar miasta Racibórz znajduje się pod bezpośrednim oddziaływaniem warunków klimatycznych Kotliny choć jest dość znacząco modyfikowany poprzez oddziaływanie urbanizacji i przemysłu tej miejscowości. Racibórz jest największym miastem tej silnie izolowanej jednostki geograficznej stąd kontrast topoklimatyczny tego miasta w stosunku do otoczenia może być dość znaczący. Dość silne uprzemysłowienie i zwarta zabudowa centralnej części miasta powoduje, że wykształcają się tutaj specyficzne cechy klimatyczne charakterystyczne dla miast zurbanizowanych i uprzemysłowionych. Jedną z podstawowych cech klimatu miejskiego jest wyraźne przegrzanie centrum miasta wyrażające się występowaniem "miejskiej wyspy ciepła" o średnim natężeniu około 0.7 o C w skali roku (w ekstremalnych przypadkach temperatury minimalnej i przy ładnej, słonecznej i bezwietrznej pogodzie różnice te dochodzą do 3 o C). Struktura miejskiej wyspy ciepła ma oczywiście charakter wielokomórkowy, a największe jej natężenie notuje się w okolicach najbardziej uprzemysłowionych i zurbanizowanych (centrum, północna przemysłowa część miasta). Innym elementem meteorologicznym w sposób znaczący zmieniającym się pod wpływem postępującej degradacji środowiska przyrodniczego miasta jest opad atmosferyczny. Przeprowadzone co prawda dla GOP badania [Kruczała, 1972, Barczyk, Ośródka, 1989] nie wykazały istotnego związku statystycznego pomiędzy postępującą antropogenizacją regionu, a wzrostem sum rocznych opadów atmosferycznych, jednak związek taki obserwowano już w przypadku porównania tego czynnika z liczbą dni z opadem małym (<=1.0 mm/dobę) i dużym (>20 mm/dobę). Zwiększona liczba dni z opadem małym tłumaczona jest występowaniem zwiększonej ilości aerozolu niż przed laty, przyspieszeniem kondensacji pary wodnej i występowaniem opadów roszących zamiast zamglenia i mgły. Zwiększenie natomiast liczby dni z opadem dużym o charakterze burzowym, szczególnie w okolicach dużych emitorów ciepła sztucznego dowodzi zwiększenia procesów konwekcyjnych nad nagrzanym miastem. Zjawisko to może być obserwowane nad dużymi zakładami przemysłowymi miasta lub okolic. Nie można także pominąć wpływu miasta na zmianę struktury wiatru w regionie. O ile ogólne warunki anemologiczne kotliny determinowane są przede wszystkim czynnikami ogólnocyrkulacyjnymi (przeważające kierunki wiatru z sektora NW w ciepłej porze roku, a z sektora SW w chłodnej porze roku) i wymuszonym przepływem powietrza przez Bramę Morawską w około 40 % okresu, o tyle struktura wiatru nad miastem jest modyfikowana czynnikami lokalnymi. Z teorii klimatu warstwy granicznej wynika, że struktura wiatru nad obszarami zabudowanymi jest silnie zmieniona. W pierwszym przybliżeniu mówi się o zmniejszeniu średniej prędkości wiatru spowodowanej znacznym tarciem mechanicznym. W warunkach Raciborza średnie osłabienie prędkości wiatru może dochodzić dochodzi do około 20% prędkości pierwotnej. Inną modyfikacją struktury wiatru jest zwiększenie jego porywistości, występowanie lokalnych zwielokrotnień prędkości w kanionie ulic miasta spowodowanych tzw. efektem tunelowym. Zjawisko to jest szczególnie dobrze zaznacza się str. 15

na terenie nowych, dużych osiedli mieszkaniowych o zabudowie równoległej ( południowe dzielnice miasta). Do innych ciekawych efektów anemologicznych wywołanych urbanizacją należy występowanie latem przy ładnej pogodzie tzw. bryzy miejskiej. Bryza miejska jest to cyrkulacja powietrza skierowana dołem od terenów niezurbanizowanych ku centrum miast, spowodowana różnicami termicznymi pomiędzy centrum miasta (wyspa ciepła) a terenami wiejskimi. Występowanie tego zjawiska jest wysoce prawdopodobne w Raciborzu, szczególnie w dniach pogodnych, ciepłej pory roku, przy niskich prędkościach wiatru ogólnej cyrkulacji atmosfery <3 m/s. W takich okolicznościach możliwe jest występowanie wiatru lokalnego, skierowanego ku terenom miejskim z zewnątrz miasta, o prędkości dochodzącej do 2 m/s. N NW NE W E SW SE S Rys 2.2. Racibórz, Broniewskiego róża wiatrów roczna (przynajmniej 8 godzin wiatrów z sektora w ciągu doby) str. 16

N NW NE W E SW SE S Rys 2.3. Racibórz, Broniewskiego róża wiatrów sezonowa (przynajmniej 8 godzin wiatrów z sektora w ciągu doby) str. 17

2.3. Źródła emisji w powiecie Raciborskim Wg danych GUS, emisja zanieczyszczeń pyłowych z zakładów szczególnie uciążliwych dla środowiska, zlokalizowanych na terenie powiatu raciborskiego, wynosiła w 2009r. 152 t (Rysunek 2.4). W urządzeniach do redukcji zanieczyszczeń pyłowych zatrzymano 5715 t tych zanieczyszczeń. Podobnie jak dla całego podregionu rybnickiego, większość stanowiły pyły ze spalania paliw emisja w 2009r. wyniosła 101 t (ponad 66% całkowitej emisji zanieczyszczeń pyłowych). Znacznie mniej wyemitowano pyłów krzemowych (2 t), pyłów środków powierzchniowo-czynnych (3 t) oraz pyłów węglowo-grafitowych i sadzy (44 t). W porównaniu do roku wcześniejszego emisja zanieczyszczeń pyłowych ogółem utrzymywała się na porównywalnym poziomie, a emisja pyłów ze spalania paliw wzrosła o ~16% (w 2008r. wynosiła 85 t). Biorąc pod uwagę szerszy horyzont czasowy emisja zanieczyszczeń pyłowych znacznie zmalała aż o ~77.4% w stosunku do danych za rok 2005.W 2009r. emisja zanieczyszczeń pyłowych ogółem i pyłów ze spalania paliw z powiatu raciborskiego stanowiła odpowiednio 7 i 6% całkowitej emisji pyłów z podregionu rybnickiego (Rysunek 3.3). Udział pyłów węglowo-grafitowych i sadzy wynosił natomiast 59%. Warto również wspomnieć, że jedynie na obszarze powiatu raciborskiego zarejestrowano emisję pyłów krzemowych i pyłów środków powierzchniowo-czynnych (udział 100% w skali całego podregionu) (Rysunek 2.5). Podobnie jak w latach wcześniejszych, emisja zanieczyszczeń gazowych z zakładów szczególnie uciążliwych dla środowiska w 2009r. znacznie przekraczała emisję zanieczyszczeń pyłowych (Rysunek 2.4) i wynosiła 1611 t (bez dwutlenku węgla). W urządzeniach do redukcji zanieczyszczeń gazowych zatrzymano 771 t gazów. W strukturze emisji zanieczyszczeń gazowych (pomijając CO 2 ) zaobserwowano odwrotną tendencję niż dla regionu rybnickiego ogółem zaznaczała się dominacja tlenku węgla 1028 t, w dalszej kolejności dwutlenku siarki 313 t i tlenków azotu 144 t. Emisja dwutlenku węgla w 2009r. wynosiła 104857 t. W skali całego podregionu rybnickiego (Rysunek 2.5) emisja zanieczyszczeń gazowych z terenu powiatu raciborskiego była bardzo niska, a jej udział dla większości gazów wynosił ~ 1%. Jedynym wyjątkiem jest tlenek węgla emisja CO z powiatu raciborskiego stanowiła 15% względem podregionu rybnickiego (Rysunek 2.4). W porównaniu do danych GUS za rok 2005, w 2009r. odnotowano spadek emisji większości zanieczyszczeń gazowych: -dwutlenek węgla spadek o ~25%, tlenki azotu spadek o ~47%, tlenek węgla spadek o ~14%, dwutlenek siarki spadek o ~54%. Generalnie w ostatnich latach obserwowany jest spadek emisji zanieczyszczeń gazowych ogółem (bez CO 2 ), odpowiednio o ~19% i ~27%, w stosunku do emisji gazów zarejestrowanej w 2008 i 2005r. str. 18

Rys 2.4. Emisja zanieczyszczeń powietrza z zakładów szczególnie uciążliwych dla środowiska na terenie powiatu raciborskiego w 2009r. (źródło: dane GUS za rok 2009) Rys 2.5. Udział emisji poszczególnych zanieczyszczeń z terenu powiatu raciborskiego w całkowitej emisji tych zanieczyszczeń z podregionu rybnickiego (w %) (źródło: dane GUS za rok 2009) str. 19

3. Metodyka 3.1. Lokalizacja stacji pomiarowej Badania prowadzono na terenie stacji synoptycznej PSHM IMGW-PIB w Raciborzu. Rys 3.1. Stacja pomiarowa w Raciborzu Miernik PM2,5 Stacja pomiarowa Rys 3.2. Lokalizacja stacji pomiarowej w Raciborzu (źródło: zumi.pl) str. 20

3.2. Aparatura do badań zanieczyszczeń gazowych Do badań wykorzystano system Airpointer. Urządzenie jest samodzielną platformą przeznaczona do pomiaru jednego lub więcej związków. Airpointer jest zaprojektowany do użytkowania na zewnątrz i wewnątrz w trybie pracy ciągłej. Urządzenie posiada następujące moduły analityczne (SO2, NO/NO2/NOx, O3, CO,, VOC, PM2,5). Pomiar SO2, NOx, O3, CO zgodnie z metodami referencyjnymi EU. Aparat posiada wewnętrzny klimatyzator wraz z zaawansowanym systemem kontroli temperatur zapewniający minimalne zużycie energii Aparat zinstalowano na stojaku obok stacji badań aerozoli rysunek 3.1 3.3. Aparatura do badań aerozoli Do badań liczebności aerozoli wykorzystano miernik liczebności cząstek TSI 3031Ultrafine Particle Monitor. Jest to pierwszy w pełni funkcjonalny i przeznaczony do pomiarów ciągłych, przyrząd do badań zawartości cząstek ultradrobnych w powietrzu atmosferycznym. Przyrząd mierzy skład ziarnowy i stężenie liczbowe cząstek w przedziale 20 1000 nm, a dane gromadzone są w 6 kanałach. Wyniki pomiarów stężenia dla każdego kanału podawane są, co ok. 15 minut. Sterowanie i zbieranie wyników odbywa się w sposób zdalny za pomocą łącza internetowego. Zasada działania UPM oparta jest na dyfuzyjnym ładowaniu cząstek, za którym podąża segregacja rozmiarowa, w zakresie Differential Mobility Analyzer (DMA) oraz detekcja aerozolu za pomocą czułego elektrometru. Przyrząd działa w trybie ciągłym, 24-godzinnym. Miernik posiada specjalnie skonstruowany układ do poboru próbek środowiskowych (TSI 3031200), który zapewnia on reprezentatywny pobór próbek ich odpowiednie kondycjonowanie przez zastosowanie osuszacza nefionowego rys 3.3. Rys 3.3. Miernik TSI 3031 UFP z układem kondycjonowania (źródło TSI) str. 21

3.4 Metodyki badań stężeń i składu chemicznego frakcji PM2,5 3.4.1. Pomiar stężeń PM2,5 Stężenia pyłu PM2,5 wyznaczono również grawimetrycznie, a do pobierania pyłu używano miernika firmy Atmoservice (PNS) LVS - zgodnego z normą PN-EN 14907. Przed i po pobieraniu pyłu filtry kondycjonowano (48 h w laboratorium wagowym, przy stałej wilgotności 45 ± 5% i temperaturze powietrza 20 ± 2 0 C) i zważono dwukrotnie, z odstępem 24 h, na mikrowadze Mettler Toledo (rozdzielczość 2 µg). Filtr odrzucano jeśli różnica pomiędzy dwoma ważeniami była większa niż 10 µg. Do miernika wkładano co dwa tygodnie kasety z filtrami ułożonymi naprzemiennie pierwszy filtr był teflonowy, następny kwarcowy, później znów teflonowy, itd. Próbki pyłu pobrane na filtry, po wyznaczeniu stężenia pyłu (po zważeniu filtra z pyłem), podzielono na dwa zbiory (kwarcowe i teflonowe) w obrębie każdego miesiąca. Z każdej próbki zebranej na filtrze kwarcowym, specjalnie przygotowanym wykrojnikiem, wycinano fragment o powierzchni 1.5 cm 2. Wycinek poddano analizie zawartości węgla, resztę próbki przeznaczono do analizy na zawartość rozpuszczalnych w wodzie jonów. Pył zebrany na filtrach teflonowych poddano analizie składu pierwiastkowego. Uzyskane wyniki uśredniano (średnia arytmetyczna) w miesiącu i sezonach (grzewczy - zimowy, niegrzewczy - letni). 3.4.2. Oznaczenie zawartości OC i EC w pyle Zawartość OC i EC w próbkach badano analizatorem węgla, którego producentem jest Sunset Laboratory Inc. Metoda oznaczania posiada trzy charakterystyczne elementy, do których zaliczamy detekcję optyczną oraz korektę węgla pierwiastkowego (wykorzystanie wysokiej absorpcji światła charakterystycznej dla węgla pierwiastkowego w celu korygowania błędów w procesie pirolizy). Drugi element to użycie FID jako detektora w pomiarze. Cechuje go bardzo wysoka czułość przy szerokim paśmie liniowości. Trzecim ostatnim elementem jest włączenie pętli o stałej objętości, wykorzystywanej do wstrzykiwania zewnętrznego wzorca pod koniec każdej analizy, przez co udaje się utrzymać stabilną, powtarzalną metodę analityczną. W analizatorze Sunset Laboratory stosowane są różne protokoły pomiarowe. Różnią się one wysokością temperatury w każdym kroku analizy, ilością tych kroków, czasem trwania każdego kroku. W tej pracy analizę przeprowadzono przy użyciu protokołu EUSSAR2. Kontrolę jakości wyników prowadzono w następujący sposób: analizę prowadzono w klimatyzowanym, czystym pomieszczeniu laboratorium analiz węgla, gdzie temperatura nie przekraczała 18 o C; w tym samym pomieszczeniu, w chłodziarce przechowywano jedną partię filtrów przeznaczonych do analizy w jednym dniu; pozostałe próbki do czasu analizy przechowywano szczelnie zamknięte, w chłodni, podobnie jak próbki ślepe i próbki transportowe, w trakcie analizy stosowano certyfikowane gazy firmy Air Liquide, z każdą partią próbek rzeczywistych analizowano próbki ślepe w celu sprawdzenia śladów obecności OC i EC; na podstawie wyników z 45 próbek ślepych obliczono granice wykrywalności LOD i granice oznaczalności LOQ metody (LOD wynosi 0,55 i 0,13 µg C/cm 2 odpowiednio dla OC i EC, a LOQ 1,1 i 0,26 µg C/cm 2 ) str. 22