INSTYTUT METEOROLOGII I GOSPODARKI WODNEJ PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY DIAGNOZA STANU POWIETRZA NA OBSZARZE WOJEWÓDZTWA ŚLĄSKIEGO WARUNKI METEOROLOGICZNE Ewa Krajny, Leszek Ośródka Zabrze, 08.10.2015 r.
Mapa zanieczyszczeń powietrza z uwagi na zagrożenia meteorologiczne Źródło: KLIMAT Projekt Kluczowy pt. Wpływ zmian klimatu na środowisko, gospodarkę i społeczeństwo, realizowany na podstawie umowy o dofinansowanie w ramach POING w latach 2008-2012 przez IMGW-PIB, zad. 2 Stan zanieczyszczenia powietrza w Polsce i jego wpływ na jakość życia możliwości ograniczenia skutków
Epizody wysokich stężeń zanieczyszczeń Kryteria epizodów pyłu zawieszonego: epizod ponadregionalny - przekroczenie wartości 95. percentyla rozkładu stężeń średniodobowych PM10 na co najmniej 75% całkowitej populacji stacji PMŚ przy jednoczesnym przekroczeniu średniego dobowego stężenia pyłu PM10 75 µg/m 3 na co najmniej trzech stacjach; epizodu regionalnego - przekroczenie średniego dobowego stężenia pyłu PM10 75 µg/m 3, które wystąpiło na co najmniej trzech stacjach w ciągu trzech kolejnych dni, z wyłączeniem epizodów ponadregionalnych; epizodu lokalnego - przekroczenie średniego dobowego stężenia PM10 75 µg/m 3 na co najmniej jednej stacji przez okres trzech dni, z wyłączeniem epizodów ponadregionalnych i regionalnych.
Epizody wysokich stężeń zanieczyszczeń pył PM10 - epizody ponadregionalne Liczba epizodów ponadregionalnych PM10 w Polsce w latach 1997 2013 (w roku 2014 nie wystąpiły epizody ponadregionalne według przyjętego kryterium). Źródło: Pyły drobne w atmosferze. Kompendium wiedzy o zanieczyszczeniu powietrza pyłem zawieszonym w Polsce. Praca zespołowa. IOŚ, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa 2015 (w druku)
dolnośląskie lubelskie lubuskie łódzkie małopolskie mazowieckie opolskie podkarpackie podlaskie pomorskie świętokrzyskie śląskie kujawskopomorskie warmińskomazurskie wielkopolskie WARUNKI METEOROLOGICZNE A ZANIECZYSZCZENIE POWIETRZA Epizody wysokich stężeń zanieczyszczeń epizody regionalne (wyrażona w stacjo-dniach) województwo Rok 1997 36 116 25 171 1998 16 123 12 109 1999 6 7 82 3 132 2000 10 23 2001 1 4 9 3 3 102 2002 3 5 84 8 1 146 2003 3 2 69 2 4 3 104 2005 4 1 1 1 28 2 5 1 18 1 2006 9 2 1 4 70 4 4 2 12 2 2007 1 5 1 1 11 2008 2 28 1 9 2009 1 33 3 1 12 2010 3 3 2 3 1 2011 5 8 16 8 1 1 15 1 2012 7 3 10 2 73 2 4 2 42 2013 33 6 28 108 2 3 6 2 85 4 2014 17 2 14 68 1 13 2 1 4 70 2 Źródło: Pyły drobne w atmosferze. Kompendium wiedzy o zanieczyszczeniu powietrza pyłem zawieszonym w Polsce. Praca zespołowa. IOŚ, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa 2015 (w druku)
Miesiąc dolnośląskie kujawsko-pomorskie lubelskie lubuskie łódzkie małopolskie mazowieckie opolskie podkarpackie podlaskie pomorskie świętokrzyskie śląskie warmińskomazurskie wielkopolskie zachodniopomorskie WARUNKI METEOROLOGICZNE A ZANIECZYSZCZENIE POWIETRZA Epizody wysokich stężeń zanieczyszczeń liczba epizodów lokalnych (wyrażona w stacjo-dniach) w poszczególnych województwach z podziałem na miesiące w latach 1997 2014 województwo styczeń 74 1 2 53 418 45 27 1 11 4 11 468 7 luty 45 8 5 80 4 275 32 34 12 9 2 425 9 2 marzec 56 14 3 65 4 214 32 20 4 20 12 8 303 1 20 kwiecień 9 3 4 37 1 80 29 6 1 4 8 3 143 4 maj 1 3 6 16 czerwiec 1 5 5 2 3 lipiec 1 1 4 1 1 4 sierpień 1 1 1 13 6 2 35 wrzesień 9 2 7 52 13 3 8 4 81 październik 36 17 6 56 3 181 29 14 1 21 11 2 312 1 11 listopad 73 8 35 3 349 9 23 17 3 2 435 8 1 grudzień 101 16 7 73 6 617 21 42 1 23 14 9 466 12 Źródło: Pyły drobne w atmosferze. Kompendium wiedzy o zanieczyszczeniu powietrza pyłem zawieszonym w Polsce. Praca zespołowa. IOŚ, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa 2015 (w druku)
Jakość powietrza Ranking stacji monitoringu jakości powietrza w Polsce dla okresu wieloletniego 2006-2014 pod względem prawdopodobieństwa przekroczenia 24-godz. stężenia dopuszczalnego PM10. PM10 > 100 μg/m 3 L.p. Stacja monitoringowa Prawdopodobieństwo 1. Kraków Al. Krasińskiego 0,271 2. Kraków Nowa Huta 0,160 3. Kraków Krowodrza 0,127 4. Jelenia Góra-Cieplice 0,099 5. Rybnik 0,097 6. Zabrze 0,093 7. Gorzów Wlkp. 0,069 8. Katowice 0,063 9. Bydgoszcz 0,063 10. Chorzów 0,058 L.p. PM10 > 150 μg/m 3 Stacja monitoringowa Prawdopodobieństwo 1. Kraków Al. Krasińskiego 0,112 2. Jelenia Góra-Cieplice 0,064 3. Kraków Nowa Huta 0,059 4. Rybnik 0,039 5. Kraków Krowodrza 0,037 6. Zabrze 0,035 7. Katowice 0,027 8. Gorzów Wlkp. 0,023 9. Bydgoszcz 0,022 10. Chorzów 0,018 L.p. PM10 > 200 μg/m 3 Stacja monitoringowa Prawdopodobieństwo 1. Kraków Al. Krasińskiego 0,045 2. Jelenia Góra-Cieplice 0,044 3. Rybnik 0,028 4. Kraków Nowa Huta 0,019 5. Zabrze 0,019 6. Kraków Krowodrza 0,018 7. Bydgoszcz 0,008 8. Chorzów 0,008 9. Opole 0,008 10. Katowice 0,007 Źródło: M. Ziemiański, L. Ośródka (red.) Zmiany klimatu a monitoring i prognozowanie stanu środowiska atmosferycznego. IMGW-PIB, Warszawa 2012
Schemat procesu rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym Źródło: M.T. Markiewicz Podstawy modelowania rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym. OWPW, 2004
Warunki meteorologiczne 1. WIATR wentylacja pozioma; przy prędkości > 4 m/s dominujący czynnik dyspersji 2. OPADY (deszcz, śnieg) wymywanie o efektywności zależnej od rodzaju, intensywności i czasu trwania opadu 3. MIESZANIE PIONOWE intensywność uwarunkowana stanem równowagi atmosfery Stan równowagi atmosfery zależny od zmiany temperatury powietrza z wysokością i profilu wiatru Równowaga chwiejna spadek temperatury powietrza większy niż 1 C na 100 metrów wysokości, generowanie ruchów konwekcyjnych, intensyfikacja mieszania pionowego, sięgającego różnych poziomów wysokości (wysokość warstwy mieszania). Równowaga obojętna stan pośredni między równowagą chwiejną a stałą (m.in. po zachodzie Słońca, po ustaniu ruchów konwekcyjnych, a przed utworzeniem dolnej warstwy inwersyjnej), sytuacje z opadami (deszczem, śniegiem) i z silnym wiatrem (>4 m/s). Równowaga stała inwersja temperatury w przyziemnej warstwie granicznej atmosfery, hamowanie mieszania pionowego w warstwie inwersyjnej (dolnej, wzniesionej).
Kształt smugi dymu z komina w zależności od stanu równowagi atmosfery Równowaga chwiejna wylot dymu z komina podczas ruchów konwekcyjnych - smuga tworząca pętle Równowaga obojętna wylot dymu z komina w warunkach pośrednich między równowagą chwiejną a stałą - smuga przyjmująca kształt stożka o podstawie elipsy Równowaga stała I wylot dymu z komina w zasięgu warstwy inwersyjnej dolnej - smuga rozprzestrzeniająca się wąską wstęga o wyraźnie zaznaczonej granicy Równowaga stała II wylot dymu z komina nad warstwą inwersyjną dolną smuga nie dochodząca do powierzchni ziemi Równowaga stała III wylot dymu z komina pod warstwą inwersyjną wzniesioną smuga rozprzestrzeniająca się w kierunku powierzchni ziemi Pionowy rozkład temperatury powietrz T (linia ciągła) na tle suchej adiabaty (linia przerywana). źródło: M.T. Markiewicz Podstawy modelowania rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym. OWPW, Warszawa 2004 (według A.C. Sterna, 1973)
Warstwa graniczna atmosfery i warstwa mieszania ~10 3 ~10 2 Źródło: według R.B. Stull An Introduction to Boundary Layer Meteorology. Atmospheric Science Library, Kluwer Academic Piblishers, 1988 ~10 1 ~10 0 ~10-1 ~10-2 ~10-3
Jakość powietrza a meteorologia Przebieg zmierzonych stężeń PM10 na stacji PMŚ Sosnowiec oraz prognozowany modelem meteorologicznym COSMO przez IMGW-PIB współczynnik wentylacji od godz. 12 UTC 23 stycznia 2013 r. do godz. 12 UTC 24 stycznia 2013 r. Źródło: IOŚ Pyły drobne w atmosferze. Kompendium wiedzy o zanieczyszczeniu powietrza pyłem zawieszonym w Polsce. Praca zespołowa Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa 2015 (w druku) Przebieg stężeń PM10 na stacji PMŚ Kraków-Nowa Huta na tle sodarogramu klas stabilności atmosfery z sondażu akustycznego Kraków-Bielany od godz. 0 UTC do 23 UTC 2 lutego 2015 r. Podziękowania Dane sodarowe uzyskano w ramach projektu MONIT-AIR (http://www.ekocentrum.krakow.pl/244,a,monit-air.htm) realizowanego przez Urząd Miasta Krakowa i IMGW-PIB Oddział w Krakowie. Sodarogram wygenerowany został za pomocą programu METEK Graphics firmy METEK Meteorologische Messtechnik GmbH.
Widzialność średnioroczna oraz stężenie i opad pyłu w Aglomeracji Górnośląskiej w latach 1966-2014 Opracowanie własne na podstawie danych IMGW-PIB.
Ponadregionalny epizod wysokich stężeń zanieczyszczeń powietrza Średnie 24-godzinne stężenia PM10 [mg/m 3 ] na wybranych stacjach w Polce podczas epizodu w styczniu 2010 r. (dane: GIOŚ/PMŚ). Stacja 22.1 23.1 24.1 25.1 26.1 27.1 28.1 Średnia 23-27.1 Min/50 Max/50 Gorlice 39 265-283 498 266 67 328 5,3 10,0 Jelenia Góra- 127 263 382 242 351 481 22 344 4,8 9,6 Cieplice Żywiec 72 247 360 377 408 253 14 329 4,9 8,2 Nowy Sącz 53 247 388 383 378-102 349 4,9 7,8 Szczawno- Zdrój 91 239 388 161 302 165 46 251 3,2 7,8 Kraków 54 87 101 182 225 381 109 195 1,7 7,6 Wodzisław Śląski 59 118 135 213 329 360 50 231 2,4 7,2 Wadowice 54 135 181 275 329 350 26 254 2,7 7,0 Tarnów 54 107 123 244 348 331 56 231 2,1 7,0 Bielsko- Biała 59 188 240 270 337 269 49 261 3,8 6,7 Głubczyce 88 134 197 272 191 167 68 192 2,7 5,4 Kędzierzn- Koźle 66 145 267 266 251 253 39 236 2,9 5,3 Warszawa 57 101 146 199 250 143 46 168 2,0 5,0 Zabrze 54 94 135 196 220 246 26 178 1,9 4,9 Wrocław 76 105 105 128 225 239 26 160 2,1 4,8 Opole 59 112 144 157 190 236 42 168 2,2 4,7 Poznań 68 99 97 110 182 199 34 137 1,9 4,0 Toruń 64 - - 136 180 108 32 141 2,2 3,6 Zakopane 81 159 114 128 133 174 81 142 2,3 3,5 Gdańsk 51 66 82 125 103 42 30 84 0,8 2,5
Wysokość [m] WARUNKI METEOROLOGICZNE A ZANIECZYSZCZENIE POWIETRZA Epizod wysokich stężeń zanieczyszczeń powietrza 2000 1500 1000 24 I 2010 25 I 2010 26 I 2010 27 I 2010 500 0 250 255 260 265 270 275 280 285 THTE [K] Pionowy profil temperatury pseudopotencjalnej we Wrocławiu, 00 UTC. Trajektorie wsteczne cząstek powietrza wyznaczone przy wykorzystaniu modelu HYSPLIT w odniesieniu do Katowic na 24 stycznia 2010 r. godz. 00 UTC. Mapa synoptyczna 24 i 26 stycznia 2010 r., godz. 00 UTC (źródło: IMGW-PIB). Podziękowania Autorzy dziękują NOAA Air Resources Laboratory (ARL) za udostępnienie modelu transportu i dyspersji HYSPLIT oraz strony READY (http://www.arl.noaa.gov/ready.php), których wyniki wykorzystano w publikacji.
22.1. 07-08 22.1. 13-14 22.1. 19-20 23.1. 01-02 23.1. 07-08 23.1. 13-14 23.1. 19-20 24.1. 01-02 24.1. 07-08 24.1. 13-14 24.1. 19-20 25.1. 01-02 25.1. 07-08 25.1. 13-14 25.1. 19-20 26.1. 01-02 26.1. 07-08 26.1. 13-14 26.1. 19-20 27.1. 01-02 27.1. 07-08 27.1. 13-14 27.1. 19-20 28.1. 01-02 28.1. 07-08 28.1. 13-14 28.1. 19-20 29.1. 01-02 Stężenie 1 godz.pm10 [µg/m 3 ] v [m/s], T [ C], γ [ C/100 m] WARUNKI METEOROLOGICZNE A ZANIECZYSZCZENIE POWIETRZA Epizod wysokich stężeń zanieczyszczeń powietrza w styczniu 2010 r. 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 16 12 8 4 0-4 -8-12 -16-20 -24-28 Pionowy psudogradient temperatury powietrza Bielsko-Biała a Istebna-Kubalonka PM10 Bielsko-Biała prędkość wiatru Bielsko-Biała temperatura powietrza Bielsko-Biała
Prognoza jakości powietrza Ogólny schemat modelu prognozy jakości powietrza / krótkoterminowej prognozy stężeń zanieczyszczeń powietrza.
Prognoza jakości powietrza Portal internetowy WIOŚ w Katowicach SPJP w województwie śląskim http://spjp.katowice.pios.gov.pl Prognoza przebiegu dobowego stężenia PM 10, PM2,5, SO 2, NO 2, O 3 dla strefy z krokiem jednogodzinnym (oczekiwane średnie stężenie, możliwe maksymalne stężenie w strefie). Prognozowany na daną dobę tzw. wskaźnik CAQI, który jest syntetycznym wskaźnikiem jakości powietrza. 18
PODSUMOWANIE 1. Niekorzystna jakość powietrza w zakresie pyłu PM10 w województwie śląskim ma swoje odzwierciedlenie w pojawianiu się epizodów ich wysokich stężeń. 2. Sytuacje takie są jednoznacznie związane z niekorzystnymi, do rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń, warunkami meteorologicznymi (sytuacja antycyklonalna o dużym zasięgu terytorialnym, słaby wiatr, silna inwersja termiczna, ujemna średnia dobowa temperatura powietrza). 3. Ze względu na dominację czynnika termicznego w ich tworzeniu się i rozwoju w danym sezonie, można zidentyfikować takie sytuacje na podstawie analizy odchyleń średnich temperatur miesięcznych od wieloletniej normy klimatycznej. Ich częstość występowania zależna jest od wahań klimatu. 4. Badanie i prognozowanie epizodów wysokich stężeń zanieczyszczeń zwłaszcza pyłowych, a szerzej mówiąc szacowanie pola imisji zanieczyszczeń wymaga poza szczegółową inwentaryzacją emisji także zastosowania metod teledetekcji warunków meteorologicznych w dolnej warstwie atmosfery (sodar, ceilometer wind profiler etc.)
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ KONTAKT: dr Leszek Ośródka IMGW-PIB w Warszawie Oddział w Krakowie Zakład Monitoringu i Modelowania Zanieczyszczeń Powietrza 40-045 Katowice, ul. Bratków 10 tel.: +48 32 35 71 135 leszek.osrodka@imgw.pl www.imgw.pl, www. pogodynka.pl http://klimat.imgw.pl www.air-silesia.eu http://spjp.katowice.pios.gov.pl