Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie

Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku

Materiały na Seminarium Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Kraków, 17 kwietnia 2015 01 02 05 06 Ocena jakości powietrza w Aglomeracji Krakowskiej na tle województwa małopolskiego Paweł Ciećko Pespektywy poprawy jakości powietrza w Krakowie Marian Mazur 04 03 Spis treści Klimat Krakowa Zbigniew Ustrnul Metodyka i wstępne wyniki modelowania pola wiatru w Krakowie Jolanta Godłowska, Wiesław Kaszowski, Wojciech Rozwoda Pokrycie terenu i warunki aerosanitarne w mieście Przemysław Szwałko Wstępne wyniki inwentaryzacji źródeł niskiej emisji i komunikat o przebiegu kontroli wymiany pieców Małgorzata Stępińska, Marek Krokos Str. 5 11 13 15 23 27 07 Miasta niskoemisyjne w ujęciu programów ochrony powietrza Wrocław miasto niskowęglowe nasza wizja a POP Jerzy Zwoździak, Łukasz Szałata 33 08 Modelowanie zanieczyszczeń w miastach Jerzy Bartnicki, Bruce Rolstad Denby Modelling Urban Air Pollution Jerzy Bartnicki & Bruce Rolstad Denby 41 43 09 Zastosowanie pomiarów sodarowych do oceny warunków anemologicznych Krakowa Ewa Krajny, Leszek Ośródka 45

01 Ocena jakości powietrza w Aglomeracji Krakowskiej na tle województwa małopolskiego Paweł Ciećko Małopolski Wojewódzki Inspektor Ochrony Środowiska Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Krakowie 31 011 Kraków, pl. Szczepański 5 e-mail: wiosinfo@krakow.pios.gov.pl Monitoring jakości powietrza realizowany jest przez Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Krakowie w ramach programu Państwowego Monitoringu Środowiska województwa małopolskiego. W roku 2014 sieć monitoringu składała się z 12 stacji pomiarów automatycznych, 6 stacji manualnych i 3 stacji mobilnych mierzących okresowo zanieczyszczenia powietrza w 6 lokalizacjach. Województwo małopolskie należy do najbardziej zanieczyszczonych województw w skali kraju. W 2014 roku podobnie, jak w latach ubiegłych stwierdzono ponadnormatywne stężenia pyłu zawieszonego PM 10 i PM 2,5 oraz rakotwórczego benzo(a)pirenu w pyle. Udział pyłu zawieszonego PM 2,5 w pyle PM 10 w skali roku stanowił ponad 50% a w sezonie grzewczym około 90%. W Monitorze Polskim z 2014 r. wśród miast powyżej 100 tys. mieszkańców, w których przekroczona została wartość wskaźnika średniego narażenia na pył PM 2,5, na pierwszym miejscu znalazła się Aglomeracja Krakowska. W rejonach bezpośredniego oddziaływania emisji komunikacyjnej odnotowano również przekroczenie dopuszczalnego stężenia dwutlenku azotu. Problem zanieczyszczenia powietrza dotyczy nie tylko Aglomeracji Krakowskiej i dużych miast ale także małych miejscowości, w których zanieczyszczenia powietrza powstają głównie w procesie niepełnego spalania w piecach starej generacji, złej jakości paliw stałych a także odpadów, w celach grzewczych. W sezonie zimowym w latach ubiegłych rejestrowane były alarmowe poziomy pyłu zawieszonego PM 10 (w roku 2014 nie odnotowano), szczególnie groźne dla wrażliwych grup ludności: dzieci, kobiet w ciąży, osób starszych oraz chorych ze schorzeniami układu oddechowego i alergików. Smog powstaje przy dużej emisji zanieczyszczeń do atmosfery i niekorzystnych warunkach meteorologicznych (niska prędkość wiatru, cisze wiatrowe, inwersja temperatury). Specyficzne ukształtowanie terenu w województwie małopolskim sprzyja kumulacji zanieczyszczeń w miastach zlokalizowanych w kotlinach. System monitoringu jakości powietrza stanowi od wielu lat źródło informacji na temat poziomu substancji zanieczyszczających na obszarze województwa, które są dostępne on-line na stronie www.krakow.pios.gov.pl oraz wykorzystywane do opracowywania programów ochrony powietrza oraz oceny ich skuteczności. Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 5

Ocena jakości powietrza w Aglomeracji Krakowskiej na tle województwa małopolskiego mgr inż. Paweł Ciećko 01 6 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 7

8 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 9 01

02 Pespektywy poprawy jakości powietrza w Krakowie Prof. dr hab. inż. Marian Mazur Akademia Górniczo Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Katedra Kształtowania i Ochrony Środowiska al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków e-mail: mmazur@agh.edu.pl WKrakowie od wielu lat są dostępne rzetelne informacje o jakości powietrza w wybranych punktach pomiarowych w związku z funkcjonowaniem nowoczesnego systemu monitoringu jakości powietrza. Prowadzone regularnie pomiary stężeń wybranych zanieczyszczeń w powietrzu, wskazują na okresowe występowanie podwyższonych poziomów niektórych z tych substancji, w tym poziomów ponadnormatywnych. Działania naprawcze jakości powietrza w Krakowie w ostatnich latach (2005-2013) w ramach POP wprowadzone zostały z uwagi na przekroczenia wartości dopuszczalnych pyłu zawieszonego PM10 (obecnie również pyłu PM 2,5 ) - przekroczenia wartości dopuszczalnych dobowych i rocznych, dwutlenku azotu - przekroczenia wartości dopuszczalnych rocznych na stacji komunikacyjnej (zlokalizowanej z punktu widzenia oddziaływania transportu) oraz poziomu docelowego benzo(a) pirenu (B(a)P)). Niestety podejmowane działania naprawcze nie przyniosły oczekiwanej poprawy jakości powietrza w Krakowie. Kluczowe jest zatem wykonanie opartej na nowoczesnych metodach badawczych rzetelnej analizy przyczyn złej jakości powietrza w Krakowie. Analiza taka powinna bazować na lepiej rozpoznanej i sporządzonej na nowo inwentaryzacji emisji zanieczyszczeń do powietrza ze wszystkich istotnych źródeł wraz z określeniem właściwości fizycznych i chemicznych pyłów emitowanych do powietrza. Rezultatem badań będzie sporządzenie tzw. katastru emisji. Przeprowadzone równolegle badania właściwości fizycznych i chemicznych pyłów PM 10 i PM 2,5 w powietrzu Krakowa pozwolą na określenie źródeł ich pochodzenia. Drugim niezbędnym działaniem związanym z zarządzanie jakością powietrza powinno być modelowanie poziomów substancji w powietrzu. Obliczenia propagacji zanieczyszczeń powinny być prowadzone z uwzględnieniem wiarygodnych danych o ukształtowaniu i użytkowaniu terenu oraz danych meteorologicznych, określonych Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 11

03 Klimat Krakowa dla gęstej siatki obliczeniowej. Do modelowania powinien zostać wykorzystany model dyspersyjny nowej generacji z przemianami chemicznymi umożliwiającymi ocenę pola imisji pyłu pochodzącą także z jego prekursorów. Jakkolwiek pyły PM 10 i PM 2,5 stanowią największe zagrożenie, zasadnym wydaje się też modelowanie innych problematycznych substancji (B(a)P, NO x, SO 2 i O 3 ). Wyniki modelowania powinny być porównane z danymi pomiarowymi. Dla celów realizacji zadania związanego z poprawą jakości powietrza w Krakowie konieczne będzie zatem wzmocnienie sieci pomiarowej PMŚ. Tego typu działania mogą stanowić podwaliny do stworzenia efektywnego systemu zarządzania jakością powietrza w Krakowie. Do nadzoru realizacji aktualnego programu ochrony powietrza dla województwa małopolskiego, w tym w szczególności dla Aglomeracji Krakowskiej, powinien być zaangażowany niezależny zespół ekspertów merytorycznych. Tego typu zespół powinien także opiniować przyjęte założenia merytoryczne i kontrolować poprawność wykonania ewentualnych przyszłych programów naprawczych. Program ochrony powietrza powinien być przyjmowany w sposób seminaryjny, a jego zawartość powinna być recenzowana merytorycznie. Niezależnie od realizacji nakreślonego powyżej programu badawczego należy dążyć do opracowania i zastosowania programu głębokiego ograniczenia emisji pyłu z palenisk domowych, przemysłu, komunikacji oraz innych potencjalnych źródeł. Prof. dr hab. Zbigniew Ustrnul Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ Zakład Klimatologii ul. Gronostajowa 7, 30-387 Kraków e-mail: zbigniew.ustrnul@uj.edu.pl Prezentacja zawiera syntetyczną ocenę warunków klimatycznych Krakowa. Na podstawie literatury i dostępnych danych przedstawiono zróżnicowanie przestrzenne przewodnich elementów klimatu. Szczególną uwagę zwrócono na temperaturę powietrza, stosunki anemologiczne oraz występowanie mgły. Rozpatrzono częstość oraz natężenie występowania inwersji termicznych, które przyczyniają się do wystąpienia sytuacji smogowych. Analiza została dokonana dla poszczególnych miesięcy. Omówiono również geograficzne uwarunkowania klimatu miasta, które w znacznym stopniu decydują o warunkach meteorologicznych. Zwrócono też uwagę na przyczyny cyrkulacyjne klimatu oraz ich zmienność w ciągu roku. W ostatniej części została przedstawiona wieloletnia zmienność temperatury powietrza oraz opadów atmosferycznych oparta na pomiarach unikatowej meteorologicznej stacji historycznej. Podano też ekstremalne wartości wybranych elementów klimatu. 12 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 13

04 Metodyka i wstępne wyniki modelowania pola wiatru w Krakowie Jolanta Godłowska*, Wiesław Kaszowski, Wojciech Rozwoda Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej Państwowy Instytut Badawczy Zakład Monitoringu i Modelowania Zanieczyszczeń Powietrza ul. P. Borowego 14, 30-215 Kraków e-mail: jolanta.godlowska@imgw.pl Dzięki uruchomieniu w Krakowie na początku lat 90-tych systemu monitoringu jakości powietrza powstała możliwość badania przyczyn występowania w tym mieście wysokich stężeń zanieczyszczeń. Wiele prac wykazało, że głównymi czynnikami wywołującymi wzrost stężeń, poza zmiennością emisji są te, które odpowiadają za usuwanie zanieczyszczeń poza miasto. Z jednej strony jest to prędkość wiatru odpowiedzialna głównie za poziomy transport zanieczyszczeń, z drugiej struktura termiczna warstwy granicznej atmosfery determinująca proces mieszania w pionie. Obserwuje się silne zmniejszenie się imisji zanieczyszczeń przy wzroście prędkości wiatru oraz podobny, choć słabszy efekt przy wzroście głębokości mieszania. Największe problemy z jakością powietrza występują przy długotrwałym utrzymywaniu się niskich warstw inwersyjnych, które są cechą charakterystyczną warstwy granicznej atmosfery Krakowa w zimie. Wykazano także istnienie związku wysokości stężeń zanieczyszczeń z typem cyrkulacji atmosfery. Wiele epizodów smogowych występuje dla cyrkulacji antycyklonalnej i kierunku spływu SW. Na jakość powietrza w mieście mają więc wpływ zarówno czynniki wielkoskalowe, jak i lokalne. Cyrkulacja atmosfery stanowi warunki brzegowe dla modyfikującej pole wiatru orograficznej i antropogenicznej odpowiedzi miasta. Specyficzne położenie Krakowa w dolinie Wisły otoczonej od północy i południa wzniesieniami, przy jednoczesnym częściowym przesłonięciu miasta od zachodu przez Zrąb Sowińca wpływa na wywołaną przyczynami orograficznymi zmienność pola wiatru na obszarze miasta. Dodatkowym czynnikiem modyfikującym jest tkanka miejska w znaczący sposób determinująca prędkość i kierunek wiatru w obrębie warstwy dachowej. Poprzez zamianę energii kinetycznej ruchu postępowego w energię turbulencji prędkość wiatru zostaje osłabiona, zaś układ urbanistyczny wymusza zmianę kierunku wiatru. Taki obraz sytuacji skłania do wyboru sposobu modelowania, w którym uwzględnione powinny być zarówno procesy wielkoskalowe, jak i wysokiej rozdzielczości warunki lokalne. Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 15

ocena warunków przwietrzania krakowa przy wykorzystaniu zaawansowanego systemu modelowania Jolanta Godłowska, Wiesław Kaszowski, Wojciech Rozwoda 04 W celu scharakteryzowania zmienności pola wiatru na obszarze miasta Krakowa analizowano sytuację meteorologiczną z dwóch okresów 2013 roku: okresu zimowego i letniego. Miesiące kwiecień i październik, jako przejściowe, wyłączono z analizy. Modelowano pole wiatru dla obszaru Krakowa z rozdzielczością 100 m i krokiem czasowym 1 h przy użyciu zespołu trzech modeli: ALADIN, MM5 i CALMET. Numeryczna prognoza pogody ALADIN, o rozdzielczości obliczeń 13,5 km zapewnia warunki początkowe i brzegowe dla niehydrostatycznego, mezoskalowego modelu meteorologicznego MM5. Wyniki z obu wspomnianych modeli o rozdzielczości wyjściowej 4,5 km stanowią następnie wejście dla preprocesora meteorologicznego CALMET, który jest zdolny do odczytania danych wyjściowych z MM5 (poprzez program CALMM5) i dodatkowo oblicza wysokość warstwy mieszania, klasę stabilności, długość Monina Obuchova oraz modyfikuje prędkość wiatru poprzez uwzględnienie kinematycznych i blokujących efektów orograficznych oraz przepływów w terenie nachylonym. Mapa użytkowania terenu dla modelu CALMET została utworzona poprzez generalizację danych z Urban Atlas Kraków (GMES Urban Atlas PL003L Dataset) do rozmiaru siatki 100 m z siedmioma miejskimi kategoriami użytkowania terenu. W celu generalizacji uzyskanej informacji wyniki modelowania uśredniano wykorzystując różne metody kategoryzacji sytuacji meteorologicznej. Kategoryzacja powinna być odbiciem zmienności czynników zewnętrznych wpływających na pole wiatru w mieście, dlatego częściowo oparto ją na wynikach modelowania, wykorzystując informację o klasie stabilności oraz prędkości i kierunku wiatru ponad warstwą dachową. Dodatkowo kategoryzowano według typów cyrkulacji Lityńskiego i Niedźwiedzia oraz wartości imisji PM10 dla Krakowa. Proces modelowania i uśredniania prowadzono dwutorowo. Z jednej strony uzyskano wyniki dla opcji modelu CALMET bez obserwacji, z drugiej wykorzystano dodatkowo dane obserwacyjne z 35 lokalizacji. Danymi obserwacyjnymi były zarówno dane z sieci stacji IMGW- PIB, jak też dane ze stacji Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH, dwóch stacji meteorologicznych Instytutu Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ oraz z 22 stacji drogowych. W prezentacji przedstawiono przykładowe wyniki modelowania dla wybranych sposobów kategoryzacji i obu opcji. 16 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 17

18 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 19 04

20 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 21 04

05 Pokrycie terenu i warunki aerosanitarne w mieście Dr inż. Przemysław Szwałko Urząd Miasta Krakowa Wydział Kształtowania Środowiska os. Zgody 2, 31-949 Kraków e-mail: przemyslaw.szwalko@um.krakow.pl Ukształtowanie i pokrycie terenu, obok ilości i fizykochemicznych właściwości emitowanych do atmosfery zanieczyszczeń oraz panujących w danym okresie warunków pogodowych, ma istotny wpływ na warunki aerosanitarne. Ukształtowanie terenu Krakowa i okolic sprzyja koncentracji pyłowych i gazowych zanieczyszczeń powietrza, wzmagając również depozycję wzbogaconych chemicznie frakcji ciekłych, w tym aerozoli. Wpływ człowieka na pogodę czyli stan atmosfery w danym miejscu i czasie jest znikomy, ludzkość może jednak oddziaływać na klimat w ujęciu globalnym, a także kształtować w pewnym stopniu niektóre cechy klimatu miejscowego. Z praktycznych względów antropogeniczne większe zmiany ukształtowania terenu mają zazwyczaj charakter lokalny, chociaż ich skutki mogą obejmować bardzo rozległe tereny. W obszarach zurbanizowanych zdecydowanie większy wpływ na jakość powietrza, choć zapewne niewspółmierny do efektów eliminacji źródeł zanieczyszczeń, mogą mieć w dobie rozwoju miasta działania człowieka kształtujące pokrycie terenu, zarówno w ujęciu wielkoskalowym jak i w odniesieniu do najdrobniejszych struktur tkanki miejskiej. W prezentacji zdołano jedynie zasygnalizować niektóre aspekty oddziaływania pokrycia terenu na jakość powietrza, uwzględniając m.in. klasy szorstkości terenu, albedo, obecność alergenów i olejków eterycznych (pyłki roślin, zarodniki grzybów, oddziaływanie bakteriostatyczne). Podano przykłady wpływu roślinności na redukcję poziomu zanieczyszczeń gazowych (m.in. tlenków siarki, tlenków azotu), możliwości przechwytywania przez roślinność różnych frakcji pyłu (ograniczanie wtórnego pylenia), w tym pyłu zawieszonego i osadzających się na powierzchni mikropyłów (PM 10, PM 2,5, PM 1 ) benzo(a)pirenu i innych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych oraz innych szkodliwych substancji. Nieco więcej miejsca poświęcono omówieniu metodyki, która w ramach realizowanego projektu pozwoli na lepsze niż dotychczas scharakteryzowanie pokrycia terenu miasta zmagającego się z ponadnormatywnymi stężeniami, przede wszystkim pyłowych zanieczyszczeń powietrza. 22 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 23

05 pokrycie terenu i warunki aerosanitarne w mieście Dr inż. Przemysław Szwałko Modelowanie przemieszczania się mas powietrza i dyspersji zanieczyszczeń w warunkach miejskich wymaga nie tylko uwzględnienia dokładniejszych danych meteorologicznych, ale także rzetelnych, szczegółowych danych dotyczących ukształtowania i pokrycia terenu, ustalanych dla siatki obliczeniowej o gęstości oczek zoptymalizowanej dla odzwierciedlenia zróżnicowania użytkowania terenu miasta. Projekt MONIT-AIR zakłada pozyskanie danych o ukształtowaniu i pokryciu terenu dla segmentów o powierzchni 1 ha (odległość pomiędzy węzłami siatki 100 m). Dla uzyskania możliwie dokładnych informacji o ukształtowaniu, ale przede wszystkim o pokryciu terenu Krakowa i okolic, w tym znacznej części obszaru Niepołomic, Skawiny i Wieliczki, służyć będą dane przestrzenne pozyskane w ramach projektu ISOK: Numeryczny Model Terenu i Numeryczny Model Pokrycia Terenu o rozdzielczości 0,5 m i średnim błędzie wysokości do 0,2 m, ortofotomapa o wielkości piksela 0,1 m i chmura punktów pochodząca z lotniczego skaningu laserowego (LIDAR) o średniej gęstości 12 pkt/m 2, a także pozyskane w dniu 9 października 2014 roku w ramach projektu MONIT-AIR przez satelitę WorldView-2, wysokorozdzielcze, wielospektralne zobrazowania satelitarne, które pozwoliły na uzyskanie ortofotomapy multispektralnej o rozdzielczości terenowej wynoszącej 2,0 m, ortofotomapy panchromatycznej o rozdzielczości 0,5 m, na wygenerowanie wyostrzonych kompozycji mapowych dla obszaru 580,92 km 2 oraz wybranych wskaźników wegetacyjnych. Aktualne zobrazowania satelitarne, w połączeniu z danymi z lotniczego skanowania laserowego (poddana odpowiedniej klasyfikacji przestrzenna chmura punktów) posłużą do obliczenia współczynników precyzyjnie odzwierciedlających pokrycie terenu Krakowa (wody, ulice, budynki, roślinność) i wykorzystanie w modelowaniu przemieszczania się mas powietrza i dyspersji zanieczyszczeń. Pozwoli to na wskazanie obszarów miasta, które w określonych warunkach pogodowych, mają największe znaczenie dla wymiany, i poprawy jakości powietrza. Dane te, a w szczególności wybrane wskaźniki wegetacyjne, będą również pomocne przy aktualizacji mapy roślinności rzeczywistej Krakowa, ogólnej oraz szczegółowej inwentaryzacji zieleni, a nawet ochronie osi widokowych i innych walorów krajobrazowych. Umożliwią wygenerowanie mapy potencjału solarnego krakowskich dachów, czy też ich przydatności do wykorzystania w ograniczaniu niekorzystnego efektu miejskiej wyspy ciepła, retencji wód opadowych i adsorpcji zanieczyszczeń powietrza (zielone dachy). 24 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 25

06 Wstępne wyniki inwentaryzacji źródeł niskiej emisji i komunikat o przebiegu kontroli wymiany pieców Małgorzata Stępińska*, Marek Krokos* Urząd Miasta Krakowa Wydział Kształtowania Środowiska Os. Zgody 2, 31-949 Kraków e-mail: Malgorzata.Stepinska@um.krakow.pl, e-mail: Marek.Krokos@um.krakow.pl W ramach projektu pn.: Zintegrowany system monitorowania danych przestrzennych dla poprawy jakości powietrza w Krakowie realizowane jest zamówienie mające na celu wskazanie na terenie Miasta Krakowa liczby czynnych pieców, kotłowni i kominków na paliwa stałe. Zamówienie jest wykonywane przez firmę Atmoterm S.A. w ramach umowy podpisanej z Gminą Miejską Kraków. Celem omawianej inwentaryzacji jest pozyskanie szacunkowych danych na temat liczby funkcjonujących na terenie Miasta Krakowa źródeł ogrzewania na paliwa stałe, zaś jej realizacja doprowadzi do powstania numerycznej mapy źródeł niskiej emisji, połączonej z miejskim systemem informacji przestrzennej, stanowiącej istotny element tworzonego obecnie zintegrowanego systemu monitorowania danych przestrzennych służących poprawie jakości powietrza w Krakowie (system MONIT-AIR). Inwentaryzacja wykonywana jest w oparciu o przeprowadzane z mieszkańcami ankiety, a także pozyskane informacje dotyczące lokalizacji sieci ciepłowniczej oraz lokalizacji węzłów cieplnych u odbiorców. Dotychczas zrealizowano cztery z sześciu etapów inwentaryzacji. Z uzyskanych danych z dzielnic I, II, III, V, VIII, IX, X, XI, XII, XIII, XIV oraz części obszaru dzielnicy VII, wliczając dane z inwentaryzacji przeprowadzonej w 2013 roku, wynika że na zinwentaryzowanym obszarze Miasta Krakowa liczbę pieców, kotłowni i kominków na paliwa stałe szacuje się na około 17200 sztuk. Do końca czerwca planowane jest oddanie piątego etapu obejmującego dzielnice IV, VI oraz część dzielnicy VII Miasta Krakowa, zaś w terminie do końca października bieżącego roku ostatniego już, szóstego etapu dla dzielnic XV, XVI, XVII i XVIII Miasta Krakowa. Zgromadzone informacje posłużą w przyszłości w szczególności do wzmocnienia prowadzonej przez Gminę Miejską Kraków polityki w zakresie poprawy jakości powietrza atmosferycznego oraz określenia wielkości środków finansowych niezbędnych do realizacji działań związanych z wymianą systemu ogrzewania na proekologiczne. Procedura udzielania dotacji celowej na zmianę systemu ogrzewania na proekologiczny obejmuje wykonywanie kontroli na każdym etapie realizacji inwestycji, tj. po złożeniu wniosku o udzielenie dotacji (kontrola przedwykonawcza); w trakcie wykonywania prac; po złożeniu wniosku o rozliczenie dotacji (kontrola powykonawcza); po wypłacie dotacji (kontrola trwałości). 26 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 27

Wstępne wyniki inwentaryzacji źródeł niskiej emisji i komunikat o przebiegu kontroli wymiany pieców Małgorzata Stępińska, Marek Krokos 06 W roku 2014 pozytywnie rozpatrzono ponad 1600 wniosków i skontrolowano 60% inwestycji, na realizację których złożono wniosek o dofinansowanie. Umowa o udzieleniu dotacji zawarta pomiędzy Gminą Miejską Kraków a Inwestorem zawiera zapisy o obowiązku zwrotu udzielonej dotacji w wypadku zaprzestania używania proekologicznego systemu, wykorzystania dotacji niezgodnie z przeznaczeniem, nienależytego pobrania lub w nadmiernej wysokości. Zrealizowane inwestycje mogą być skontrolowane po upływie kilku lat. Dotyczą one sprawdzenia czy beneficjent, który otrzymał dotacje na zmianę sposobu ogrzewania na proekologiczne nie powrócił do ogrzewania z wykorzystaniem paliwa stałego. W październiku 2014 roku zawarta została umowa z firmą zewnętrzną, która realizuje kontrole likwidacji pieców węglowych w ramach Programu. Wykonawca został wybrany w postępowaniu o udzielenie zamówienia publicznego prowadzonego w trybie przetargu nieograniczonego. Poza tym, kontrole wykonują pracownicy Wydziału Kształtowania Środowiska UMK. 28 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 29

30 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 31 06

07 Miasta niskoemisyjne w ujęciu programów ochrony powietrza Wrocław miasto niskowęglowe nasza wizja a POP Prof. dr hab. inż. Jerzy Zwoździak* Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej - Państwowy Instytut Badawczy ul. Podleśna 61, 01-673 Warszawa e-mail: jerzy.zwozdziak@imgw.pl Dr inż. Łukasz Szałata Wydział Inżynierii Środowiska Politechniki Wrocławskiej Zakład Ekologistyki i Zarządzania Ryzykiem Środowiskowym pl. Grunwaldzki 9, 50-377 Wrocław e-mail: lukasz.szalata@pwr.wroc.pl Pojęcie miast niskowęglowych odnosi się do konieczności ograniczania w obrębie aglomeracji miejskich procesów spalania węgla, tradycyjnie mających na celu wytworzenie energii elektrycznej oraz produkcję ciepła. Natomiast pojęcie miast niskoemisyjnych obejmuje szereg działań, zmierzających do ograniczania emisji ubocznych produktów spalania paliw konwencjonalnych oraz poszukiwanie alternatywnych sposobów produkcji energii z odnawialnych źródeł. Oba pojęcia stanowią nowe i innowacyjne zagadnienia, które w swoim zakresie obejmują skoordynowane, wielowymiarowe działania, mające na celu zmniejszenie emisji ditlenku węgla. Inwestycje w odnawialne źródła energii, racjonalne rozplanowanie pod względem urbanistycznym, wykorzystanie atutów krajobrazowych, to podstawowe założenia uwzględniane w czasie planowania strategii zrównoważonego rozwoju. 32 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 33

Miasta niskoemisyjne w ujęciu programów ochrony powietrza Wrocław miasto niskowęglowe nasza wizja a POP Jerzy Zwoździak, Łukasz Szałata 07 34 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 35

36 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 37 07

38 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 39 07

08 Modelowanie zanieczyszczeń w miastach Dr hab. Jerzy Bartnicki*, prof. NMI, Dr Bruce Rolstad Denby Norweski Instytut Meteorologiczny Henrik Mohns Plass 1, 0313 Oslo e-mail: jerzyb@met.no Zanieczyszczenie powietrza i jego oddziaływanie na zdrowie ludzkie w środowisku miejskim jest poważnym problemem w wielu miastach europejskich, także w Krakowie. Ten problem spowodowany jest głównie emisjami do atmosfery różnych substancji zanieczyszczających, zarówno antropogenicznych jak i naturalnych, z tym że na ogół emisje zanieczyszczeń naturalnych nie są tak ważne w dużych miastach. Źródła zanieczyszczeń antropogenicznych są w większości związane z ogrzewaniem, komunikacją, produkcją energii, przemysłem i innymi źródłami jak spalarnie śmieci. Główne substancje zanieczyszczające, które trzeba wziąć pod uwagę to: pył, dwutlenek azotu, dwutlenek siarki, ozon, metale ciężkie i trwałe związki organiczne. Lista substancji zanieczyszczających i maksymalne dopuszczalne stężenia w powietrzu miejskim są dostępne w dyrektywach Unii Europejskiej. W zasadzie, poziomy stężeń dla porównania z normami EU są dostępne z programu monitoringu obowiązkowego dla miast w Europie. Powstaje więc pytanie dlaczego potrzebujemy dodatkowo modeli zanieczyszczeń? Odpowiedź na to pytanie związana jest z zastosowaniem tych modeli dla miast i zawiera parę aspektów. Po pierwsze, pomiary prowadzone są w pojedynczych punktach z ograniczoną reprezentowalnością, tak więc modele potrzebne są do uzyskania informacji o stężeniach pomiędzy punktami pomiarowymi. Po drugie, wyłącznie pomiary nie mogą nam odpowiedzieć na pytanie jaki jest wkład poszczególnych źródeł emisji do zmierzonych stężeń. Możemy użyć modeli w celu obliczenia wkładu źródeł emisji do stężeń dla różnych lokalizacji w mieście. Po trzecie, potrzebujemy modeli do oszacowania wpływu efektów działań na rzecz ograniczenia emisji a także efektów nowych źródeł emisji w przyszłości. Ten ostatni punkt podkreśla wagę modeli zanieczyszczeń i jest wymagany przez dyrektywy EU, która żąda planów działań w przypadku gdy jakość powietrza spada poniżej ustalonych wartości granicznych. Modele zanieczyszczeń powietrza nie mogą być uruchomione bez odpowiednich danych wejściowych. Najważniejsze z tych danych to: inwentaryzacje emisji, pola meteorologiczne i informacje na temat terenu. Inwentaryzacje emisji zawierają wszystkie typy źródeł emisji ważne dla miasta. Są to źródła punktowe o różnej wysokości głównie pochodzenia przemysłowego, źródła liniowe zazwyczaj związane z transportem i źródła powierzchniowe często związane z paleniskami domowymi. Meteorologiczne dane wejściowe zazwyczaj bazują na wynikach 40 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 41

08 numerycznych modeli prognozy pogody i na pomiarach. Informacja wejściowa o terenie jest również bardzo ważna i składa się z różnych charakterystyk terenu, czasami zawierających lokalizacje poszczególnych budynków w mieście. Jakkolwiek, tylko niewielu modeluje całe miasto z uwzględnieniem takiej rozdzielczości. W takim przypadku zazwyczaj używane są modele typu Street canyon. Modele zanieczyszczeń operują w różnych skalach przestrzennych i czasowych od globalnej pokrywającej całą kulę ziemską do skali mikro rzędu metrów. Typowe dla środowiska miejskiego są wszystkie skale przestrzenne poniżej 50 km, jakkolwiek dla pewnych zanieczyszczeń (np. pyłów) wkład ze źródeł zewnętrznych (daleki transport zanieczyszczeń) może zdominować emisje lokalne. Typowymi dla środowiska miejskiego są zmiany naturalnych warunków atmosferycznych (wyspy ciepła i wzrost szorstkości). Modele mogą być formułowane w dwóch układach odniesienia lagrangeowskim i eulerowskim, jakkolwiek podejście eulerowskie używane jest w prawie wszystkich modelach zanieczyszczeń dla obszarów miejskich. W Europie, praktyczne zastosowanie modeli zanieczyszczeń jest blisko związane z dyrektywą unijną 2008/50/EC w sprawie jakości powietrza i czystszego powietrza dla Europy (the AQ Directive). Europejska Agencja Środowiska opublikowała przewodnik techniczny dla Aplikacji modeli w ramach dyrektywy unijnej na temat jakości powietrza. Zastosowania modeli w tym dokumencie obejmują: 1. Ocenę aktualnej jakości powietrza, 2. Zarządzanie, polepszenie i planowanie jakości powietrza w przyszłości i 3. Ocena wkładu źródeł. Jest bardzo wiele różnych modeli zanieczyszczeń i opis wielu z nich zawarty jest w specjalnej bazie danych nazwanej po angielsku MDS - Model Documentation System opracowanej w ramach działalności European Topic Centre on Air Pollution and Climate Change Mitigation. Ta baza danych zawiera między innymi model używany przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej stosowany dla potrzeb Krakowa. Zawiera ona również model zanieczyszczeń stosowany w Norwegii dla wybranych miast. W Norwegii modelowanie jakości powietrza odbywa się w ramach projektu zwanego po norwesku Bedre by luft, co oznacza lepsze powietrze w miastach. Jest to wspólny projekt Norweskiego Instytutu Meteorologicznego (Met) Norweskiego Instytutu Badań Powietrza (NILU). Projekt jest koordynowany przez MET i finansowany przez Norweski Zarząd Dróg Publicznych przez okres 10 lat. Głównym celem projektu jest prognoza jakości powietrza dla 10 miast norweskich. Prognoza taka na okres 2 dni jest rutynowo sporządzana codziennie w okresie zimowym. Pewne aspekty tego projektu mogą być też interesujące dla zadania jakim jest modelowanie jakości powietrza w Krakowie. Modelling Urban Air Pollution Jerzy Bartnicki*, Bruce Rolstad Denby Norwegian Meteorological Institute Henrik Mohns Plass 1, 0313 Oslo e-mail: jerzyb@met.no Air pollution and its effects on human health in the urban environment is a serious problem in many European cities including Kraków. This problem is caused by emissions of different pollutants into the air, both anthropogenic and natural, however, natural emissions are usually less important in large cities. The sources of anthropogenic emissions are mostly related to heating, traffic, energy production, industry and other sources such as incinerators. The main pollutants which have to be taken into account are: particulate matter, nitrogen dioxide, sulfur dioxide, ozone, heavy metals and persistent organic pollutants. The list of pollutants and their maximum concentration levels in the air, in the cities of European Union and EFTA, are specified by the EU directives. In principle, the concentration levels for comparison with the EU norms are available from the monitoring programs obligatory for the large cities in Europe. Therefore, the question is why do we need air pollution models in addition? The answer is related to the applications of the air pollution models for the cities and include several aspects. Firstly, the measurements are performed at single points with limited representativeness so models are needed to know the concentrations and depositions between the measurement locations. Secondly, the measurements alone cannot tell us what the contribution is of different emission sources to measured concentrations. We can use models to calculate the source allocation budgets for different locations in the city. Thirdly, we need air pollution models to assess the impact of measures intended to reduce emissions and to estimate the effect of future new emission sources. This last point is an important strength of air pollution models and is a requirement of EU directives, which requires air quality plans and measures to be developed when air quality exceeds specific limit values. Air pollution models cannot be run without proper input data. The most important input data are: emission inventories, meteorological fields and geo data which include information about terrain. Emission inventories include all types of emission sources important for the city. These are point sources with different elevations mainly of industrial origin, line sources mostly related to traffic and area sources often related to domestic heating. Meteorological input data are based on Numerical Weather Prediction Models (NWP) and measurements. Terrain information is also a very important input which consists of different terrain characteristics, 42 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 43

09 sometimes including locations of buildings in the city. However, very few model an entire city as obstacle resolving. Street canyon models (requiring this information) are more commonly used. Air pollution models operate in different spatial and temporal scales from global covering the entire earth to micro scales of the order of meters. Typical for the urban environment are all scales below 50 km, however for some pollutants (e.g. PM) the contribution from outside of a city (long range transport) can dominate the local emissions. Also typical for the urban environment are the changes in natural meteorological conditions (heat island and increased surface roughness). These models can be formulated in Lagrangian and Eulerian framework, however, the Eulerian approach is used in almost all urban models. In Europe, the practical use of air pollution models is closely related to the consolidated Directive 2008/50/EC on ambient air quality and cleaner air for Europe (the AQ Directive). European Environmental Agency (EEA) has published a technical reference guide for The application of models under the European Union s Air Quality Directive. Model applications discussed there typically involve the following types: 1. assessment of the existing air quality, 2. management: mitigation and planning for future air quality and 3. source apportionment. There exists a large number of different air pollution models and many of them are included in the dedicated database called MDS - Model Documentation System developed in the framework of European Topic Centre on Air Pollution and Climate Change Mitigation. This database includes the model used by the Institute of Meteorology and Water Management for applications in Kraków. It also includes the air pollution model used in Norway for selected cities in Norway. In Norway air quality modelling is undertaken in the project called in Norwegian Bedre by luft, which means better city air. It is a joint project between Norwegian Meteorological Institute (MET) and Norwegian Air Research Institute (NILU). The project is coordinated by MET and financed by the Norwegian Public Roads Administration for the period of 10 years. The main goal of the project is to provide air quality forecasts for the major Norwegian cities. It provides regular two day air quality forecasts for 10 Norwegian cities during the winter season. Some aspects of this project can be of interest for the task of air quality modelling in Kraków. Zastosowanie pomiarów sodarowych do oceny warunków anemologicznych Krakowa Dr Ewa Krajny, Dr Leszek Ośródka* Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej PIB, Oddział w Krakowie Zakład Monitoringu i Modelowania Zanieczyszczeń Powietrza z/s w Katowicach ul. Piotra Borowego 14, 30-215 Kraków e-mail: ewa.krajny@imgw.pl, e-mail: leszek.osrodka@imgw.pl Położenie geograficzne Krakowa w terenie o silnie zróżnicowanej rzeźbie terenu z dominującym równoleżnikowym przebiegiem głębokiej dolinie Wisły powoduje, że wykształcają się tu specyficzne warunki klimatu lokalnego. Prawie wszystkie elementy meteorologiczne podlegają tu znacznej modyfikacji w wyniku wzajemnego oddziaływania warunków topograficznych i urbanizacji. Dodatkowo znaczna emisja komunalna, komunikacyjna, a także po części przemysłowa powodują, że miasto narażone jest szczególnie często na występowanie epizodów wysokich stężeń zanieczyszczeń powietrza. Głównymi czynnikami meteorologicznymi, które odpowiadają za taki stan rzeczy jest temperatura powietrza (ze szczególnym uwzględnieniem pionowego jej rozkładu) i wiatr. Dotychczasowe wyniki badań warunków anemologicznych Krakowa pochodzących głównie ze stacji naziemnych (Balice, Ogród Botaniczny, Czyżyny, Igołomia), ale także z prowadzonych na przełomie XX i XXI wieku badaniach sodarowych na stacji w Czyżynach, i wskazują, ze przepływ powietrza w przyziemnej warstwie atmosfery, na obszarze miasta Krakowa, warunkowany jest przede wszystkim przez ogólną cyrkulację atmosfery. Położenie Krakowa w dolinie Wisły o przebiegu W - E (zachód-wschód), otoczonej od strony północnej i południowej wzniesieniami, determinuje kształt róży wiatru. Na obszarze obejmującym Kraków dominuje wiatr z kierunków zachodnich ale i wiatr z kierunków wschodnich występuje także z dużą częstością. Cechą charakterystyczną warunków anemologicznych Krakowa jest znaczna częstość występowania cisz w ciągu roku (około 20-30%), a także przeważający udział (około 40%) wiatru o prędkości mniejszej niż 2 m/s, czyli bardzo słabego. Prowadzone w latach ubiegłych eksperymenty pomiarowe z zastosowaniem sodarów różnej klasy udowodniły użyteczność tego typu urządzeń do oceny warunków anemologicznych miasta jednak stosowane technologie pomiarowe utrudniały wykorzystanie wyników do celów modelowania. Stąd po latach przy innych możliwościach technologicznych wykorzystano nowy typ sodaru do wspomagania badań nad polem wiatru w Krakowie. 44 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie 45

Zakupiony w ramach projektu sodar (Sound Detection And Ranging) PCS.2000-24 produkcji METEK jest systemem pomiarowym należącym do grupy aktywnych urządzeń teledetekcji naziemnej. Jego zasada działania opiera się na zjawisku Dopplera, zatem zwany jest sodarem dopplerowskim. Jest on wykorzystywany do pomiaru właściwości fizycznych w pionowym profilu warstwy granicznej atmosfery, w szczególności prędkości i kierunku wiatru, klasy równowagi atmosfery i identyfikacji warstw inwersyjnych. Parametry pracy SODARu METEK PCS.2000-24 są następujące: częstotliwość 1,5 2,6 khz, minimalna wysokość robocza 15 m, rozdzielczość pionowa 5 m, standardowy zakres wysokościowy do 500 m n.p.g. Jak wspomniano pomiary sodarowe wykonywane w ramach projektu służą przede wszystkim badaniu warunków wentylacyjnych miasta i dostarczaniu specjalistycznych danych empirycznych do kalibracji i weryfikacji modelu pola wiatru nad miastem. W związku z tym wymagają one odpowiedniego opracowania i przygotowania danych do modelowania. Niektóre jednak dane pomiarowe uzyskiwane bezpośrednio z pomiarów mogą być użyteczne bez wcześniejszego przetworzenia. Należą do nich: wyznaczanie wektora wiatru na wysokościach od 30 500 m n.p.g. z rozdzielczością pionową 10 m, wyznaczanie właściwości termiczno - dymanicznych atmosfery poprzez jej parametryzację do tzw. klas stabilności atmosfery, szacowanie wysokości zalegania warstw inwersyjnych. W Krakowie pomiary pionowych właściwości fizycznych atmosfery z wykorzystaniem tego typu urządzenia rozpoczęto w grudniu 2014 r. Od tego czasu wykonywane były dwie kampanie pomiarowe: na terenie III Kampusu UJ (ogródek meteorologiczny IGiGP ul. Gronostajowa) oraz na terenie MPWiK Zakładu Uzdatniania Wody Bielany ul. Ks. Józefa oraz zbiorniki Krzemionki ul. Swoszowicka 8. W dalszym ciągu trwania projektu planuje się prowadzenie pomiarów sodarowych w kolejnych kilku punktach na terenie miasta. W prezentacji przedstawione zostaną wstępne wyniki badań nad właściwościami fizycznymi przyziemnej warstwy atmosfery z wykorzystaniem sodaru w miejscach jego dotychczasowej lokalizacji. Zostały one odniesione do warunków meteorologicznych panujących zarówno na stacjach naziemnych jak też i w swobodnej atmosferze wskazując na istotne znaczenie napływu mas powietrza na kształtowanie się profilu wiatru w warstwie przyziemnej atmosfery i w różnych warunkach topograficznych. 46 Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Seminarium, Kraków, 17 kwietnia 2015 roku

Zintegrowany system monitorowania danych przestrzennych dla poprawy jakości powietrza w Krakowie Projekt realizuje Gmina Miejska Kraków - Urząd Miasta Krakowa Wydział Kształtowania Środowiska w partnerstwie z Instytutem Meteorologii i Gospodarki Wodnej - Państwowy Instytut Badawczy w Warszawie, Oddział w Krakowie. Projekt jest współfinansowany ze środków Mechanizmu Finansowego Europejskiego Obszaru Gospodarczego 2009-2014. www.eog.gov.pl