Rožnovský, J., Litschmann, T. (ed): „Bioklimatologické aspekty hodnocení procesů v krajině“, Mikulov 9. – 11.9.2008, ISBN 978-80-86690-55-1
VZTAH MEZI INTENZITOU DOPRAVY, IMISEMI A METEOROLOGICKÝMI PODMÍNKAMI Jana Šimková1), Vladimír Adamec2), Jaroslav Rožnovský1) 1)
Český hydrometeorologický ústav, pobočka Brno, Kroftova 43, 616 67 Brno 2) Centrum dopravního výzkumu, v.v.i., Líšeňská 33a, 636 00 Brno
Abstract THE RELATION AMONG TRAFFIC VOLUMES, AIR POLLUTANTS AND METEOROLOGIC CONDITIONS Traffic is a significant source of air pollution. Traffic volume escalates year after year. The share of traffic to overall air pollution with PM10 particles is nearly 50 % in the Czech Republic. Report is concerned with connections among traffic volume, measured PM10 concentrations in the ambient air and climatologically conditions in the selected localities of the Czech Republic in the period 2004-2007. To this purpose stations were selected from AIM (automated air pollution monitoring) network that measure except meteorological indicators some pollutants and traffic intensity. Attention was target at the pollutants which have connection with traffic i.e. PM10, NO, NOx, CO. The data from stations were analysed and compared with both one another and with data from background stations. It is possible to enunciate from obtained results that dependence among observed factors (intensity, emission stress, meteorological condition) was found out. Keywords: air pollutants, traffic volume, temperature, humidity Abstrakt Významným zdrojem znečištění ovzduší je doprava, jejíž intenzita rok od roku narůstá. Doprava se například v České republice podílí téměř 50 % na znečišťování ovzduší pevnými částicemi (PM10). Příspěvek se zabývá souvislostmi mezi intenzitou dopravy, naměřenými imisními hodnotami a klimatologickými podmínkami na vybraných lokalitách v České republice v letech 2004-07. K tomuto účelu byly vybrány imisní stanice v rámci AIM (automatizovaný imisní monitoring), které sledují vedle meteorologických ukazatelů i některé škodliviny a intenzitu (četnost) dopravy. Ze škodlivin byla pozornost zaměřena na ty, které mají přímou souvislost s dopravou tj. PM10, NO, NOx a CO. Získaná data z imisních stanic byla vyhodnocena a porovnána nejen mezi sebou, ale i s údaji z pozaďových stanic. Z dosažených výsledků je možné konstatovat, že mezi sledovanými faktory (intenzita, emisní zátěž, meteorologické podmínky) byla nalezena přímá závislost. Klíčová slova: imise, dopravní intenzita, teplota, vlhkost
Úvod Ústecko patří k oblastem s nejvyšším znečištěním ovzduší v ČR, které je způsobeno jednak velkým zastoupením průmyslu a jednak dopravou spojující hlavní město s Německem. Ústí nad Labem je statutární město na severozápadě Čech, centrum Ústeckého kraje a okresu Ústí nad Labem. Ve městě žije 95 374 obyvatel (údaje ČSÚ k 4.4. 2007). Na jeho území se stýkají tři geografické jednotky: České středohoří, Krušné hory a Pokrušnohorská pánev, které jsou značně odlišné svým geologickým původem,
nadmořskou výškou i celkovým přírodním rázem. Středem města protéká řeka Labe, která zde vyhloubila místy až 400 m hluboké údolí. Město má výhodnou strategickou polohu na křižovatce vodních, silničních a železničních cest. Leží na hlavním silničním tahu Praha - Drážďany (89 km od Prahy a 75 km od Drážďan). Město je napojeno na mezinárodní silnici E 442 (Liberec, Děčín, Ústí, Drážďany) a silnice první třídy (I/8, I/30, I/13). Město je přímo napojeno na dálnici D8 (Berlín Praha), která prochází západním okrajem města. Ve městě existuje síť hromadné
Rožnovský, J., Litschmann, T. (ed): „Bioklimatologické aspekty hodnocení procesů v krajině“, Mikulov 9. – 11.9.2008, ISBN 978-80-86690-55-1
dopravy, která zahrnuje autobusové a trolejbusové linky. Přímo v centru města podél Labe jsou umístěny podniky chemického a potravinářského průmyslu a sklárna. Významný je také přístav na Labi. Úsilí občanů o přesunutí chemického průmyslu z centra města na průmyslové periferie zatím pokaždé skončily nezdarem a výhledově nevypadá situace o moc lépe, avšak nebezpečné provozy pomalu z centra mizí, aby byly nahrazovány moderními a bezpečnými technologiemi. Město Ústí nad Labem spadá do mírně teplé klimatické oblasti. Vzhledem k velkému rozdílu nadmořských výšek od 131 do 671 m n.m. a značné členitosti terénu, jsou teplota i srážky značně rozdílné v jednotlivých částech města. Průměrná roční teplota 9,6°C Průměrná lednová teplota -0,1°C Průměrná červencová teplota 19,3°C Průměrný roční úhrn srážek 534,4mm Obr. 1: Mapa města s umístěním měřících stanic
Experimentální část K analýze byla použita data z období 8/2004 - 12/2007 ze dvou stanic imisního monitoringu ČR: Ústí n.L.-Všebořická – dopravní stanice a Ústí n.L.-Kočkov – předměstská pozaďová. Ústí n.L.-Všebořická (hot spot) Dopravní stanice, městská zóna Terén: rovina, velmi málo zvlněný terén Krajina: vícepodlaž. zástavba (sídliště z posled. desetil.) Umístění: 2m od silnice, frekventovaná výpadovka z města na dálnici D8. Ústí n.L.-Kočkov Pozaďová stanice, předměstská zóna Terén: horní nebo střední část povlov. svahu (do 8%) Krajina: část zastavěná, část nezastav. plocha, okraj obcí Umístění:Svah nad budovou pobočky, severní okraj města, otevřený do podkrušnohorské kotliny.
Rožnovský, J., Litschmann, T. (ed): „Bioklimatologické aspekty hodnocení procesů v krajině“, Mikulov 9. – 11.9.2008, ISBN 978-80-86690-55-1
Na obou stanicích jsou měřeny: NO, NO2, NOx chemiluminiscenční metodou přístrojem Thermo Environmental Instruments (TEI), M42, CO metodou IR-korelační absorpční spektrometrie přístrojem Thermo Environmental Instruments (TEI), M48. PM10 na dopravní stanici je měřen pomocí přístroje Digitel Elektronik, DHA-80 a vyhodnocen gravimetrickou metodou. PM10 na stanici Kočkov je měřen
radiometrickou metodou pomocí přístroje Thermo ESM Andersen, FH 62 I-R. Počet projíždějících aut na dopravní stanici je měřen optoelektrickou metodou přístrojem SICK. Dosažené výsledky Podíl dopravy v roce 2006 na emisích v Ústeckém kraji je pro TZL (tuhé znečišťující látky) 33 % a pro CO až 52%.
Obr. 2: Podíl REZZO 1 – 4 na emisích TZL a CO v Ústeckém kraji Ústecký kraj TZL
Ústecký kraj CO
27%
33% 45%
52%
18%
REZZO 1
1% 20%
4%
REZZO 2
REZZO 3
REZZO 4
REZZO 1
REZZO 2
REZZO 3
REZZO 4
Mimo jiné i proto jsme sledovali jak se odrazí intenzita dopravy na imisích. V první etapě jsme se zaměřili na souvislost mezi intenzitou dopravy a imisemi PM10 a oxidů dusíku v průběhu roku. Jak ukazuje graf (obr. 3), v zimním období je vyšší jak intenzita dopravy, tak i koncentrace sledovaných škodlivin. Taktéž jsme porovnávali imise mezi dopravní stanicí Všebořická a stanicí
Kočkov (předměstská pozaďová). Z těchto srovnání je patrné, že imise NOx naměřené na dopravní stanici jsou v průměru o 85% vyšší než z pozaďové stanice a imise PM10 z dopravní stanice jsou v průměru o 30% vyšší než z pozaďové stanice (obr. 4-5).
Rožnovský, J., Litschmann, T. (ed): „Bioklimatologické aspekty hodnocení procesů v krajině“, Mikulov 9. – 11.9.2008, ISBN 978-80-86690-55-1
Obr. 3: Závislost mezi intenzitou dopravy a imisemi Ústí nad Labem – Všebořická (hot spot) v období 2004 – 2007 250
1200 1000 800
150 600 100 400 50
počet automobilů
koncentrace (µg/m
3
)
200
200 0 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0 2004
2005
2006
2007
měsíce NO
NOx
NO2
PM10
počet aut
Obr. 4: Srovnání intenzity dopravy a imisí NOx na stanicích Ústí nad Labem - Všebořická (hot spot) a Kočkov 1200
800 150 600 100 400 50
200
0
0 2004
2005
2006
2007
mě síce Ústí n.L.-Všebořická (hot spot) NOx
Ústí n.L.-Kočkov NOx
počet aut
počet automobilů
1000
200
8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
3
koncentrace (µg/m )
250
Rožnovský, J., Litschmann, T. (ed): „Bioklimatologické aspekty hodnocení procesů v krajině“, Mikulov 9. – 11.9.2008, ISBN 978-80-86690-55-1
Obr. 5: Srovnání intenzity dopravy a imisí PM10 na stanicích Ústí nad Labem - Všebořická (hot spot) a Kočkov 100
1200
90
koncentrace (µg/m 3)
70
počet automobilů
1000
80
800
60 50
600
40 400
30 20
200
10 0
8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0 2004
2005
2006
2007
m ě síce Ústí n.L.-Všebořická (hot spot) PM10
Následně jsme provedli analýzu denních dat v zimním období. Zde je viditelná přímá závislost především v případě imisí NOx na intenzitě dopravy. Poté jsme ve
Ústí n.L.-Kočkov PM10
počet aut
dnech s nejvyšší koncentrací imisí provedli rozbor hodinových hodnot. Koncentrace NO a NOx koreluje s nárůstem a poklesem intenzity dopravy (obr. 6).
Obr. 6: Denní vývoj koncentrace NO, NO2 a NOx v souvislosti s intenzitou dopravy 9. 1. 2007 Všebořická
9. 1. 2007 600
1600 1400
1000
300
800 600
200
400 100
200
0
0
NO
NOx
NO2
počet aut
počet aut
1200 400
H_ 00 _0 0 H_ 02 _0 0 H_ 04 _0 0 H_ 06 _0 0 H_ 08 _0 0 H_ 10 _0 0 H_ 12 _0 0 H_ 14 _0 0 H_ 16 _0 0 H_ 18 _0 0 H_ 20 _0 0 H_ 22 _0 0
koncentrace (µg/m
3
)
500
Rožnovský, J., Litschmann, T. (ed): „Bioklimatologické aspekty hodnocení procesů v krajině“, Mikulov 9. – 11.9.2008, ISBN 978-80-86690-55-1
Bohužel pro CO jsme měli z dopravní stanice k dispozici pouze data od května do prosince 2007. V průměrných měsíčních hodnotách je viditelná přímá závislost koncentrace CO na intenzitě dopravy v období od srpna do listopadu (obr. 7). Obr. 7: Závislost mezi intenzitou dopravy a imisemi CO na stanici Ústí nad Labem - Všebořická (hot spot) 2007 800
1000
780
800
760
600
740
400
720
200
700
0
počet automobilů
koncentrace (µg/m
3
)
1200
680 5
6
7
8
9
10
11
měsíce
12 CO
počet aut
Významná je i souvislost zvýšení koncentrace CO s nárůstem intenzity dopravy v hodinových hodnotách, jak ukazuje následující graf (obr. 8). Obr. 8: Denní vývoj koncentrace CO v korelaci s intenzitou dopravy 28. 11. 2007 - Všebořická
28. 11. 2007 1800
3500
1600
3000
1400
1000
2000
800 1500
600
1000
400
500
200
0
0
CO
počet aut
počet aut
1200
2500
H_ 00 _0 0 H_ 02 _0 0 H_ 04 _0 0 H_ 06 _0 0 H_ 08 _0 0 H_ 10 _0 0 H_ 12 _0 0 H_ 14 _0 0 H_ 16 _0 0 H_ 18 _0 0 H_ 20 _0 0 H_ 22 _0 0
koncentrace (µg/m
3
)
4000
Rožnovský, J., Litschmann, T. (ed): „Bioklimatologické aspekty hodnocení procesů v krajině“, Mikulov 9. – 11.9.2008, ISBN 978-80-86690-55-1
Obr. 9: Závislost mezi teplotou a imisemi na stanicích Ústí nad Labem - Všebořická (hot spot) a Kočkov 100
100
-10
90
-5
-5
80
5
50 10
40 30
15
0 60
5 10
40
teplota ve (°C)
60
teplota (°C)
0
70
koncentrace (µg/m
3
)
3
)
80 koncentrace (µg/m
-10
15 20
20
20
20
10
0
25
8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
25 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0 2004
2005
2006
měsíce Ústí n.L.-Všebořická (hot spot) PM10
2004
2007
2005
2006
Ústí n.L.-Všebořická (hot spot) NO
Ústí n.L.-Kočkov PM10
2007
měsíce Ústí n.L.-Kočkov NO
Ústí n.L.-Kočkov t2m
Ústí n.L.-Kočkov t2m °C
200
1200
-10 -5
-5
1000
0
10
80
15 40 20
5 600 10 400 15
200
25 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0
800 teplota (°C)
5
koncentrace (µg/m
120
3
)
0 teplota ve (°C)
koncentrace (µg/m
3
)
160
2004
2005
2006
2007
0
měsíce Ústí n.L.-Všebořická (hot spot) NOx
20 5
Ústí n.L.-Kočkov NOx
6
7
8
Ústí n.L.-Kočkov t2m
9
10
11
mě síce
12 CO
teplota (°C)
Obr. 10: Závislost mezi relativní vlhkostí a imisemi na stanicích Ústí nad Labem -Všebořická (hot spot) a Kočkov 100
90
90
80
80
70
70
60
60
50
50
40
40
30
30
20
20
10
10
0
0
100
90 80
80 70
60
60 50
40
40 30
20
20 10
0
0
2006
2007
2004
měsíce Ústí n.L.-Všebořická (hot spot) PM10
2005
2006
2007
měsíce Ústí n.L.-Všebořická (hot spot) NO Ústí n.L.-Kočkov NO Ústí n.L.-Kočkov PM10
rel. vlhkost (%)
rel. vlhkost (%)
250
1200
100
100 90
90 1000
80
80
60 50
100
40 30
50
20
)
70
3
koncentrace (µg/m
150
relativní vlhkost (%)
70
800
60 600
50 40
400
30
10 0
0
20
200
10
8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
koncentrace (µg/m
3
)
200
2004
2005
2006
2007
0
0 5
měsíce
6
7
8
9 měsíce
Ústí n.L.-Všebořická (hot spot) NOx
Ústí n.L.-Kočkov NOx
relativní vlhkost (%)
rel. vlhkost (%)
2005
8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2004
relativní vlhkost (%)
3
koncentrace (µg/m
relativní vlhkost (%)
)
3
koncentrace (µg/m
100
)
100
10
11
12 CO
rel. vlhkost (%)
Rožnovský, J., Litschmann, T. (ed): „Bioklimatologické aspekty hodnocení procesů v krajině“, Mikulov 9. – 11.9.2008, ISBN 978-80-86690-55-1
Z obrázků 9 je patrné, že koncentrace škodlivin v průběhu roku korelují s reciprokou hodnotou teploty. Průběh koncentrací NO a NOx je v celém sledovaném období 2004-2007 podobný – v zimních obdobích s klesající teplotou koncentrace rostou a v letních naopak při vyšších teplotách jsou koncentrace nižší. U PM10, jehož majoritním zdrojem není doprava, v extrémně chladné zimě 2005/06 byly koncentrace v lednu téměř dvojnásobné. Závislost koncentrace imisí na relativní vlhkosti v průměrných měsíčních
hodnotách je velmi významná. Výjimkou jsou opět hodnoty PM10 v lednu 2006 (viz obr. 10). Významná souvislost mezi teplotou, relativní vlhkosti a imisemi NO a NOx, tak i CO v hodinových datech je ve dnech, kdy klesá teplota k -4 °C a je vysoká relativní vlhkost a to především v ranních hodinách. Odpolední nárůst koncentrací imisí více souvisí se zvýšenou intenzitou dopravy (obr. 11 a 8).
Obr. 11: Denní vývoj imisí v souvislosti s teplotou a relativní vlhkostí na stanicích Ústí nad Labem -Všebořická (hot spot) a Kočkov Ústí nad Labem - Všebořická (hot spot) 21. 12. 2004
Ústí nad Labem - Všebořická (hot spot) 21. 12. 2004
)
600
65
NO
NOx
NO2
0
H
_2 2_ 0
0
20 _0 0
_1 8_ 0
H_
0
16 _0 0
H
NOx
NO2
rel. vlhkost
28. 11. 2007
3500
-3.0
-1.0 2000 0.0
1500
1.0
1000
2.0
500
95
3000
90
2500
85
2000
80
1500
75
1000
70
500
65
0
60
3
CO
22 _0 0
H_
20 _0 0
H_
0 18 _0 0 H_
H
_1 6_ 0
0 _1 4_ 0
H
12 _0 0
H_
0 _1 0_ 0
H
0 08 _0 0 H_
_0 6_ 0
04 _0 0
H
H_
0 02 _0 0 H_
H
_0 0_ 0
0
22 _0 0
H_
0
_2 0_ 0 H
_1 8_ 0
H
16 _0 0
H_
0 14 _0 0 H_
_1 2_ 0
H
0
10 _0 0
H_
0
_0 8_ 0 H
_0 6_ 0
H
H_
H_
04 _0 0
3.0
0 02 _0 0
0
teplota (°C)
2500
100
3500 )
-2.0
koncentrace (µg/m
3000
4000
teplota
CO
rel. vlhkost
relativní vlhkost (%)
-4.0
)
4000
_0 0_ 0
3
_1 4_ 0
NO
teplota
28. 11. 2007
koncentrace (µg/m
H_
hodiny
hodiny
H
H
_1 0_ 0
H_
H
0 12 _0 0
60
_0 0_ 0
2_ 00
0_ 00
0.0
0
H _2
8_ 00
H_ 2
6_ 00
H_ 1
4_ 00
H _1
2_ 00
H_ 1
0_ 00
H_ 1
8_ 00
H _1
6_ 00
H _0
4_ 00
H_ 0
2_ 00
H_ 0
H_ 0
0_ 00
0
100
0 02 _0 0
100
70
200
-1.0
H
200
75
300
0 08 _0 0
-2.0
H_
300
80
400
H_
-3.0
04 _0 0
400
85
500
_0 6_ 0
-4.0
90
H
3
-5.0
500
H _0
700
koncentrace (µg/m
700 600
95
800
teplota (°C)
)
3
koncentrace (µg/m
900
-6.0
relativní vlhkost (%)
-7.0
800
H_
900
Rožnovský, J., Litschmann, T. (ed): „Bioklimatologické aspekty hodnocení procesů v krajině“, Mikulov 9. – 11.9.2008, ISBN 978-80-86690-55-1
Epizody nepříznivých rozptylových podmínek, které se vyskytly na začátku roku 2006 a rovněž v předchozích letech, byly v severozápadních Čechách doprovázeny zvýšenými koncentracemi PM10 v ovzduší. Nejvyšší počet překročení hodnoty 50 µg.m-3 v roce 2006 bylo zaznamenáno na lokalitě Ústí nad Labem – Všebořická 117x .
PM10
Průměrná roční koncentrace
Počet překročení hodnoty 24hod. imisního limitu 50µg.m-3
2004
2004
2005
2006
2007
34
*
24
79
117
58
Ústí n.L. – Kočkov 32 28 29 23 Pozn.: * Počet překročení je pouze za období srpen - prosinec
39
34
29
18
Ústí n.L. – Všebořická
-
2005 39
2006 46
2007
Na stanici Ústí nad Labem – Všebořická, která je výrazně ovlivněna dopravou, byl v roce 2006 a 2007 překročen roční imisní limit 40 µg.m-3 pro NO2. NO2
Průměrná roční koncentrace 2004
2005
2006
2007
Ústí n.L. – Všebořická
-
38
44
42
Ústí n.L. – Kočkov
17
16
18
15
Poděkování: Tato práce byla podporována Grantovou agenturou akademie věd ČR v rámci grantu č. KJB307530701 – Výskyt letního a zimního smogu v klimatických podmínkách ČR.
