Rozbor možných příčin výskytu špičkových koncentrací znečišťujících látek v podkrušnohoří v ranních hodinách

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F00020699%3A_____%2F21%3AN0000111" target="_blank" >RIV/00020699:_____/21:N0000111 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

<a href="http://www.ekomonitor.cz/sites/default/files/obrazky/seminare/Sbornik/211102_sbornik_oovss_xv.pdf" target="_blank" >http://www.ekomonitor.cz/sites/default/files/obrazky/seminare/Sbornik/211102_sbornik_oovss_xv.pdf</a>

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Rozbor možných příčin výskytu špičkových koncentrací znečišťujících látek v podkrušnohoří v ranních hodinách

Popis výsledku v původním jazyce

Nehledě na masivní pokles koncentrací SO2, který býval v minulosti dominantně sledovanou znečišťující látkou (ZL), dokumentovaný obr. 1, jsou na monitorovacích stanicích v podkrušnohorské oblasti často pozorovány izolované špičky v časových řadách koncentrací tohoto plynu. V roce 2015 tento již téměř pozapomenutý „starý ďábel“ způsobil smogovou situaci, spojenou právě s tímto jevem. Izolované špičkové koncentrace jsou markantní zejména v ranních hodinách letních dnů, kdy se vyskytují s pozoruhodnou pravidelností a kdy lze těžko připisovat jejich původ lokálnímu vytápění. Byly pozorovány i pro jiné polutanty, např. oxid dusnatý (Obr. 2). Byla zformulována pracovní hypotéza, že tento jev souvisí s transformací mezní vrstvy ovzduší v průběhu letního dne. Po západu slunce se u povrchu formuje noční radiační inverze, nad níž se nalézá tzv. reziduální vrstva (RV). Do RV mohou být emitovány ZL z vysokých zdrojů, které jsou transportovány nočním neturbulentním prouděním a vytvářejí vrstvu zvýšených koncentrací. Ráno po východu slunce a postupném ohřevu zemského povrchu vznikají vertikální turbulentní proudy, které zdola postupně erodují vrstvu inverze. V okamžiku, kdy turbulentní vrstva dosáhne hladiny zvýšené koncentrace, jsou ZL turbulentními víry přenášeny k povrchu, kde může vzniknout krátkodobá špička34zvýšeného znečištění (Obr. 3). Postupně se přízemní vrstva promíchá a koncentrace opět poklesne. Děj se může opakovat příští ráno, pokud jsou zachovány podmínky radiačního typu počasí. Observatoř Tušimice, kterou ČHMÚ dlouhodobě v podkrušnohorské oblasti provozuje, byla nedávno vybavena unikátní měřicí technikou, umožňující uvedenou pracovní hypotézu potvrdit. Jedná se o systém SODAR/RASS, detekující výškové profily proudění na základě zpětného rozptylu akustických vln, a pasivní mikrovlnný teplotní profiler. Teplotní profiler měří vertikální profil teploty vzduchu na základě detekce intenzity tepelného vyzařování atmosféry v pásmu 60 GHz ve vysokém časovém a prostorovém rozlišení (Obr. 4). Popsaná zařízení byla využita při analýze výskytu špičkové koncentrace SO2, detekované na OBS Tušimice dne 20.6.2021 (Obr. 5). Koncentrační špička se objevila mezi 05:30 a 06:30 UTC, kdy se koncentrace z hodnot cca 5 μg.m-3 rychle zvýšila na 76 μg.m-3 a následně opět poklesla pod úroveň 10 μg.m-3 (desetiminutové průměry). Na obr. 6 je znázorněn časový průběh změn tříd stability podle známé klasifikace Bubníka-Koldovského (BK) pro den 20.6.2021. Čas je vyznačen v minutách UTC, takže např. údaj 360 odpovídá 06:00 UTC. Stabilitní třídy jsou klasifikovány podle vertikálního gradientu teploty vzduchu, který byl měřen teplotním profilerem v intervalech po 5 minutách a výškovém rozlišení po 25 m do výšky 100 m a dále po 50 m nad touto hladinou. Třída BK I odpovídá silným inverzím, BK III mírně stabilnímu zvrstvení, BK IV je třída neutrální stratifikace a BK V instabilní konvektivní. Ze záznamu je patrné, že v noci se vytvořila přízemní inverze teploty do hladiny zhruba 150 m nad povrchem. Reziduální vrstva nad inverzí s izotermním zvrstvením podle BK klasifikace sahala do 600 až 700 m. Slunce v oblasti měření vyšlo v 03:00 UTC (180. minuta dne), podle záznamu profileru po 04:00 UTC (240. minuta) začala přestavba teplotního profilu, inverze se rozpadla v 05:00 UTC a zvrstvení krátce přešlo do třídy BK III ve vrstvě od země do 750 m. Před 06:00 UTC se se zvrstvení počalo labilizovat a tloušťka vrstvy s dobrými rozptylovými podmínkami (BK IV a BK V) před 10:00 UTC dosáhla 150 m. Po 10:00 vertikální rozsah vrstvy s intenzivním turbulentním mísením rychle narostl a kolem 12:00 zahrnoval celý rozsah měření profileru. Nárůst koncentrace začal po 05:30 UTC a maxima bylo dosaženo v 06:00 UTC (360. minuta dne). V tomto čase dosáhla vrstva s dobrým promícháváním tloušťky zhruba 100 m. Z této hladiny bylo tedy možné očekávat turbulentní transport ZL k zemskému povrchu. Obrázek 7 ukazuje, že podle záznamu sodaru v této době převládalo mezi 04:00 až 07:00 UTC ve vrstvě mezi hladinami 100 až 300 m nad povrchem proudění ve směru mezi 40° až 80°. V tomto sektoru směrů větru leží severovýchodně od observatoře elektrárna Tušimice, z jejíchž 100 m vysokých chladicích věží jsou emitovány odsířené spaliny (Obr. 8). Nabízí se závěr, že vrstva znečištěného vzduchu mohla být vytvořena tímto zdrojem. V úvahu je však třeba vzít i možný příspěvek dalších zdrojů, ležících ve vyznačeném sektoru ve větší vzdálenosti proti směru proudění.

Název v anglickém jazyce

Analysis of possible causes of peak pollutant concentrations in the Ore Mountains in the morning

Popis výsledku anglicky

Despite the massive decrease in SO2 concentrations, which used to be the dominant pollutant (DP) in the past, documented in Fig. 1, isolated peaks in the time series of this gas concentrations are often observed at monitoring stations in the Ore Mountains. In 2015, this almost forgotten "old devil" caused a smog situation associated with this phenomenon. Isolated peak concentrations are particularly striking in the morning hours of summer days, when they occur with remarkable regularity and when it is difficult to attribute their origin to local heating. They have also been observed for other pollutants, such as nitric oxide (Fig. 2). A working hypothesis was formulated that this phenomenon is related to the transformation of the boundary layer of the air during the summer day. After sunset, a nocturnal radiation inversion forms at the surface, above which there is a so-called residual layer (RL). DP from high sources can be emitted into the RL, which are transported by nocturnal non-turbulent flow and form a layer of increased concentrations. In the morning, after sunrise and gradual heating of the earth's surface, vertical turbulent currents are formed, which gradually erode the inversion layer from below. At the moment when the turbulent layer reaches the level of increased concentration, the DPs are transmitted by turbulent vortices to the surface, where a short-term peak34 of increased pollution can occur (Fig. 3). Gradually, the ground layer is mixed and the concentration decreases again. The story may repeat the next morning if the radiation-type weather conditions are maintained. The Tušimice Observatory, which has been operated by the CHMI for a long time in the Ore mountains area, was recently equipped with a unique measuring technique, enabling it to confirm this working hypothesis. These are the SODAR / RASS system, which detects altitude flow profiles based on backscattering of acoustic waves, and a passive microwave temperature profiler. The temperature profiler measures the vertical air temperature profile based on the detection of the intensity of thermal radiation in the atmosphere in the 60 GHz band in high temporal and spatial resolution (Fig. 4). The described devices were used in the analysis of the occurrence of the peak concentration of SO2, detected at OBS Tušimice on June 20, 2021 (Fig. 5). The concentration peak occurred between 05:30 and 06:30 UTC, when the concentration increased rapidly from about 5 μg.m-3 to 76 μg.m-3 and then fell again below the level of 10 μg.m-3 (ten-minute averages ). Fig. 6 shows the time course of changes in stability classes according to the well-known classification of Bubník-Koldovský (BK) for the day 20.6.2021. The time is marked in minutes UTC, so for example the data 360 corresponds to 06:00 UTC. Stability classes are classified according to the vertical air temperature gradient, which was measured by a temperature profiler at intervals of 5 minutes and an altitude resolution of 25 m to a height of 100 m and then 50 m above this level. Class BK I corresponds to strong inversions, BK III slightly stable stratification, BK IV is neutral stratification class and BK V is unstable convective. It is evident from the record that a ground-level temperature inversion formed at night about 150 m above the surface. The residual layer above the inversion with isothermal stratification according to the BK classification reached up to 600 to 700 m. The sun in the measurement area rose at 03:00 UTC (180th minute of the day) profile, the inversion disintegrated at 05:00 UTC and the stratification briefly passed to class BK III in the layer from the ground to 750 m. before 10:00 UTC it reached 150 m. After 10:00 the vertical range of the layer with intense turbulent mixing increased rapidly and around 12:00 it included the entire range of profiler measurements. The increase in concentration began after 05:30 UTC and the maximum was reached at 06:00 UTC (360th minute of the day). At this time, the layer with good mixing reached a thickness of about 100 m. From this level it was possible to expect turbulent transport of ZL to the earth's surface. Figure 7 shows that, according to the sodar record, at this time between 04:00 and 07:00 UTC prevailed in the layer between the levels 100 to 300 m above the surface, the flow in the direction between 40 ° and 80 °. In this sector of wind directions, the Tušimice power plant lies northeast of the observatory, from whose 100 m high cooling towers desulfurized flue gases are emitted (Fig. 8). It is concluded that a layer of polluted air may have been formed by this source. However, it is necessary to take into account the possible contribution of other sources, located in the marked sector at a greater distance upstream.

Druh

D - Stať ve sborníku

CEP obor

—

OECD FORD obor

10509 - Meteorology and atmospheric sciences

Projekt

—

Návaznosti

I - Institucionalni podpora na dlouhodoby koncepcni rozvoj vyzkumne organizace

Rok uplatnění

2021

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Název statě ve sborníku

Ochrana ovzduší ve státní správě, teorie a praxe XV

ISBN

978-80-88238-23-2

ISSN

—

e-ISSN

—

Počet stran výsledku

4

Strana od-do

33-36

Název nakladatele

Vodní zdroje EKOMONITOR spol. s r.o

Místo vydání

Pardubice

Místo konání akce

Praha

Datum konání akce

2. 11. 2021

Typ akce podle státní příslušnosti

CST - Celostátní akce

Kód UT WoS článku

—