Výsledky analýzy měření koncentrací suspendovaných částic analyzátory GRIMM. Josef Keder Český hydrometeorologický ústav

Výsledky analýzy měření koncentrací suspendovaných částic analyzátory GRIMM

Josef Keder Český hydrometeorologický ústav

Co to je GRIMM? • Analyzátor určený k sledování počtu částic prašného aerosolu v okolním ovzduší. • Hlavní výhoda - schopnost současně měřit tři velikostní frakce PM1 PM2,5 PM10 • Rychlost, výsledky kontinuálně a v reálném čase, minimální časový interval je 6 vteřin • Automatická kontrola a regulace průtoku vzorkovaného vzduchu • Vestavěný senzor teploty, vlhkosti a barometrického tlaku, automatická kompenzace vlhkosti Konzultační den, 6.12.2006

2

Princip •

• • • •

Počítání částic prašného aerosolu různých velikostních frakcí pomocí metody ortogonální nefelometrie (měření rozptylu světla v úhlu 90°). Provádí se průchodem světla velmi úzkým proudem okolního vzduchu. Zdrojem světla polovodičová laserová dioda emitující laserový paprsek o vlnové délce 685 nm s maximálním výkonem 60 mW. Fotocitlivou diodou měřeno je rozptýlené světlo v pravém úhlu k původnímu směru paprsku. Výstup - aktuální počty částic nebo hmotnostní koncentrace prašného aerosolu v okolním ovzduší v jednotlivých frakcích

Konzultační den, 6.12.2006

3

Proč sledování velikostního spektra? • Zdravotní účinky • Depozice v člověčích plicích závisí na velikosti (částic)

• Částice od 3 do10 mikrometrů deponovány v horní části traktu, vrací se zpět do hrtanu • PM2.5 deponují v plicních sklípcích


4

Co analýza dat GRIMM sledovala?

• Porovnání koncentrací PM10 s měřením AIM • Hledání zákonitostí a struktur v podílech frakcí na celkové koncentraci PM10, časové změny • Vazba na meteorologické podmínky


5

Data

• Období: 22.9. 2005 až 8.10.2006 • Stanoviště: stanice AIM Ostrava-Fifejdy • Data: hmotnostní koncentrace frakcí PM1, PM2.5 a PM10 z GRIMMu, PM10 a další polutanty z AIM, meteorologie (T2M, RH, GLRD, vítr) z AIM Fifejdy


6

Porovnání s AIM – korelace, třídy T2M 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 -20 -50

0

50 150 250 350 450 -50 50 150 250 350 450 -50 50 150 250 350 450 -50 50 150 250 350 450 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 500

GM10

T 2M: <= -20 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 -20 -50

0

0

T 2M: (-15;-10]

T 2M: (-10;-5]

50 150 250 350 450 -50 50 150 250 350 450 -50 50 150 250 350 450 -50 50 150 250 350 450 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 500 T 2M: (-5;0]

220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 -20 -50

T 2M: (-20;-15]

T 2M: (0;5]

T 2M: (5;10]

50 150 250 350 450 -50 50 150 250 350 450 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 500 T 2M: (15;20]

T 2M: > 20

PM10 Konzultační den, 6.12.2006

T 2M: (10;15]

T2M: <= -20 GM10 = 18.832+0.4346*x T2M: (-20;-15] GM10 = 15.7089+0.3936*x T2M: (-15;-10] GM10 = 29.8848+0.3659*x T2M: (-10;-5] GM10 = 16.4124+0.4032*x T2M: (-5;0] GM10 = 10.6472+0.4883*x T2M: (0;5] GM10 = 8.0619+0.5415*x T2M: (5;10] GM10 = 7.0342+0.5617*x T2M: (10;15] GM10 = 7.2305+0.4758*x T2M: (15;20] GM10 = 5.9408+0.5139*x T2M: > 20 GM10 = 8.8332+0.497*x

GRIMM značně podceňuje 7

Definovány podíly frakcí z dat GRIMM

Hodinové hodnoty • GM1/GM10 • GM25/GM10 • (GM25-GM1)/GM10 • (GM10-GM25)/GM10


8

Rozložení podílů frakcí versus teplota (1) Medián; Box: 25% -75%; Whisker: 5% -95% 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6

GM25/GM10 GM1/GM10

0.5 0.4

Pro nízké teploty je GM25 tvořena převážně GM1

0.3 0.2 -30

-20

-10

0

10

20

30

40

T2M Konzultační den, 6.12.2006

9

Rozložení podílů frakcí versus teplota (2) 1.1

1.0

GM1/GM25

0.9

0.8

0.7

Pro nízké teploty je GM25 tvořena převážně GM1

0.6

0.5

Medián

25%-75%

5%-95%

0.4 -15

-10

-5

0

5

10

15

20

25


10

Rozložení podílů frakcí versus RH (1) Medián; Box: 25% -75%; Whisker: 5% -95% 1.0 0.9

Pro vysoké RH roste podíl GM1 na GM25, pokles blízko stavu nasycení

0.8 0.7 0.6 0.5 0.4

GM25/GM10 GM1/GM10

0.3 0.2 40

50

60

70

80

90

100

RH Konzultační den, 6.12.2006

11

Rozložení podílů frakcí versus RH (2) 1.1

Pro vysoké RH roste podíl GM1 na GM25, pokles blízko stavu nasycení

1.0

GM1/GM25

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

Medián

25%-75%

5%-95%

0.4 40

50

60

70

80

90

100

RH Konzultační den, 6.12.2006

12

Rozložení podílů frakcí versus WV 1.1

1.0

GM1/GM25

0.9

0.8

Mediány GM1 a GM25 shodné Rozdíl pro WV nad 4m/s ?? resuspenze ??

0.7

0.6

0.5

Medián

25%-75%

5%-95%

0.4 0

1

2

3

4

5

WV Konzultační den, 6.12.2006

13

Časové změny podílů frakcí IX/05 24 22 20 18

Pravotočivě: GM1/GM10 GM25_GM1/GM10 GM10_GM25/GM10

16

HOUR

14 12 10 8 6 4 2 0 -2 0

5

10

15

20

25

30

DAY Konzultační den, 6.12.2006

14

Časové změny podílů frakcí I/06 24 22 20 18 16

HOUR

14 12 10 8 6 4 2 0

Pravotočivě: GM1/GM10 (GM10-GM25)/GM10 (GM25-GM1)/GM10

-2 0


5

10

15

20

25

30

DAY 15

Časové změny podílů frakcí IV/06 24 22 20

Pravotočivě: GM1/GM10 (GM10-GM25)/GM10 (GM25-GM1)/GM10

18 16

HOUR

14 12 10 8 6 4 2 0 -2 0

5

10

15

20

25

30

DAY Konzultační den, 6.12.2006

16

Existují „typické profily frakcí“? (GM25-GM 1)/GM 1 0 GM 1/GM 10

(GM 10- GM 25 )/GM 10

Typické zastoupení frakcí, zleva doprava Typ Typ Typ Typ

1 2 3 4

Použita shluková analýza Nalezeny 4 typy profilů zastoupení frakcí Další analýza pro tyto typy


17

Podíly frakcí pro jednotlivé typy profilů 1

17.9% 17.9

2

9.0%

81.1%

91.0%

3

3.5%

96.5% Konzultační den, 6.12.2006

4

0.4%

99.6% 18

Časové změny profilů frakcí, IX/05 IX / 2005 30

25

DEN

20

15

10

5

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4

HODINA


19

Časové změny profilů frakcí, X/05 X / 2005 30

25

DEN

20

15

10

5

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24


HODINA


20

Časové změny profilů frakcí, XI/05 XI / 2005 30

25

DEN

20

15

10

5

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24


HODINA


21

Časové změny profilů frakcí, XII/05 XII / 2005 30

25

DEN

20

15

10

5

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24


HODINA Konzultační den, 6.12.2006

22

Časové změny profilů frakcí, I/06 I / 2006 30

25

DEN

20

15

10

5

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24



23

Časové změny profilů frakcí, II/06 II / 2006 30

25

DEN

20

15

10

5

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24


HODINA


24

Časové změny profilů frakcí, III/06 III / 2006 30

25

DEN

20

15

10

5

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24


HODINA


25

Časové změny profilů frakcí, IV/06 IV / 2006 30

25

DEN

20

15

10

5

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24



26

Časové změny profilů frakcí, V/06 V / 2006 30

25

DEN

20

15

10

5

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24


HODINA


27

Časové změny profilů frakcí, VI/06 VI / 2006 30

25

DEN

20

15

10

5

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24


HODINA


28

Časové změny profilů frakcí, VII/06 VII / 2006 30

25

DEN

20

15

10

5

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24


HODINA


29

Časové změny profilů frakcí, VIII/06 VIII / 2006 30

25

DEN

20

15

10

5

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24


HODINA


30

Časové změny profilů frakcí, IX/06 IX / 2006 30

25

DEN

20

15

10

5

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24


HODINA


31

Časové změny profilů frakcí, X/06 X / 2006 30

25

DEN

20

15

10

5

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24


HODINA


32

Výskyt typických profilů, vazba na T2M 35 30 25 20

T2M

15 10 5 0 -5 -10 -15 1

2

3

TYP Konzultační den, 6.12.2006

4

Medián 25%-75% 5%-95%

33

Výskyt typických profilů, vazba na RH 100

90

80

RH

70

60

50

40

30 1

2

3


4

Medián 25%-75% 5%-95%

34

Výskyt typických profilů, vazba na T2M a RH 110 100 90

TYP 1 TYP 2 TYP 3 TYP 4

80

RH

70 60 50 40 30 20 -30

-20

-10

0

10

20

30

40


35

Výskyt typických profilů, vazba na WV 3.0

2.5

WV

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0 1

2

3


4

Medián 25%-75% 5%-95%

36

Disagregace PM10 z AIMu pomocí podílů frakcí zjištěných z GRIMMu (I/2006) 500

450

PM10 PM25hyp

400

PM1hyp

-3

Koncentrace [µg.m ]

350

300

250

200

150

100

50

0

1. - 15.1.2006


37

Disagregace PM10 z AIMu pomocí podílů frakcí zjištěných z GRIMMu (VII/2006) 140

PM10 120

PM25hyp PM1hyp

-3

Koncentrace [µg.m ]

100

80

60

40

20

0

1. - 15.7.2006


38

Závěry • • • • •

• •

•

GRIMM ve srovnání s AIM výrazně podceňuje hmotnostní koncentrace PM10, nicméně data jsou homogenní a dobře korelovaná s AIM daly by se najít korekční vztahy pro přepočet nebo pomocí zjištěných podílů frakcí disagregovat PM10 z AIMu Zastoupení podílů GM1, GM2.5, GM10-GM2.5 a GM2.5-GM1 v celkové koncentraci GM10 vykazuje zřetelné časové změny a vazbu na meteorologické prvky Lze definovat typické profily těchto podílů, jejich využitím se přítomnost struktur v datech stane ještě výraznější Při poklesu teploty a růstu relativní vlhkosti stále více dominovala frakce GM25 a GM1, podíl GM1 na GM10 až 0.9, nebezpečné z hlediska ochrany zdraví Vliv rychlosti větru se nutno dále analyzovat (resuspenze)


39

Výsledky analýzy měření koncentrací suspendovaných částic analyzátory GRIMM. Josef Keder Český hydrometeorologický ústav

Recommend Documents