IV.4 PŘÍZEMNÍ OZON (O₃)
 

IV.4.1 Znečištění ovzduší O₃ v roce 2013
 

Znečištění ovzduší O₃ v roce 2013 vzhledem k imisním limitům pro ochranu zdraví

V roce 2013 byl O₃ měřen na 63 lokalitách, z nichž na 19 % (12 lokalit) došlo k překročení imisního limitu za tříleté období 2011–2013, popř. kratší (tab. XIII.11). V porovnání s předchozím tříletým obdobím 2010–2012 došlo k poklesu počtu překročení hodnoty imisního limitu 120 µg.m^-3 na 35 % lokalit (22 lokalit), na 54 % (34 lokalit) došlo k nárůstu a na 11 % (7 lokalit) nebyl zaznamenán rozdíl.

Situace se tedy oproti předchozímu tříletému období 2010–2012 změnila (obr. IV.4.2). Ve srovnávání tříletých hodnocených období hrají roli emise prekurzorů a meteorologické podmínky, tj. intenzita slunečního svitu, teplota, rychlost větru a výskyt srážek, resp. relativní vlhkost (Blanchard et al. 2010; Ooka et al. 2011). Vztah mezi množstvím emitovaných prekurzorů a koncentracemi přízemního O₃ však není lineární. Tato nelinearita je způsobena dálkovým přenosem O₃ a jeho prekurzorů a dalšími faktory, mezi které se řadí změna klimatu, emise nemetanových těkavých organických látek (NMVOC) z vegetace a požáry lesních porostů (EEA 2013a). Vzhledem ke značně komplikované atmosférické chemii vzniku a zániku O₃, jeho závislosti na absolutním množství i relativním zastoupení jeho prekurzorů v ovzduší, související i s dálkovým přenosem, a dále i na meteorologických podmínkách, je obtížné meziroční změny blíže komentovat.

Koncentracemi O₃ jsou nejméně zatížené dopravní lokality ve městech, kde je O₃ odbouráván chemickou reakcí s NO (více viz kapitola IV.4.3). Lze předpokládat, že koncentrace O₃ jsou podlimitní i v dalších dopravně zatíženějších městech, ve kterých však z důvodu absence měření nelze pomocí stávající metodiky konstrukce map toto pravděpodobné snížení dokladovat. Naopak nejvyšší koncentrace jsou měřeny na venkovských pozaďových lokalitách (tab. XIII.11). K podobným závěrům do-spěli také Munir et al. (2012), kteří studovali vliv silniční dopravy na koncentrace přízemního O₃. Z jejich výsledků vyplývá, že koncentrace přízemního O₃ měřené ve městech jsou až o 26 % nižší než koncentrace měřené na venkově. Zároveň 86 % variability koncentrací O₃ mezi venkovskými a městskými lokalitami bylo vysvětleno dopravou. Největší pozitivní vliv na úbytek O₃ ve městech měla autobusová doprava.

K překročení imisního limitu O₃ došlo v roce 2013 (průměr za tříleté období 2011–2013) na 25,6 % území ČR s cca 8,2 % obyvatel (obr. IV.4.1). V porovnání s předchozím rokem (průměr za období 2010–2012) se plocha zasaženého území zvýšila o 9 % (z 16,6 %).

Tab. IV.4.1 prezentuje počty hodin překročení informativní prahové hodnoty pro O₃ 180 µg.m^-3 za období měření 2000–2013 na vybraných stanicích AIM. Podrobnější vyhodnocení týkající se překračování prahové hodnoty 180 µg.m^-3 lze nalézt v kapitole VI. Smogový varovný a regulační systém.

Roční chod průměrných měsíčních koncentrací O₃ (maximální 8hodinový klouzavý průměr za daný měsíc) je charakterizován nárůstem koncentrací v jarních a letních měsících (obr. IV.4.3) z důvodu příznivých podmínek pro vznik O₃, jako je vysoká intenzita slunečního záření, vysoké teploty a nízká vlhkost vzduchu. Také v tomto případě je zřejmé, že nejvyšší maximální 8hodinové klouzavé průměry jsou zaznamenávány na venkovských lokalitách, na kterých rovněž dochází nejčastěji k překročení hodnoty imisního limitu (obr. IV.4.2). Zřetelněji je sezónní trend ročních chodů maximálních denních 8hodinových klouzavých průměrů O₃ pozorovatelný ve třech po sobě jdoucích letech (2011–2013) na nejzatíženějších lokalitách (obr. IV.4.4), mezi které se v roce 2013 řadily Štítná n. Vláří, Červená, Mikulov-Sedlec a další (obr. IV.4.7).

Znečištění ovzduší O₃ v roce 2013 vzhledem k imisním limitům pro ochranu ekosystémů a vegetace

Z celkového počtu 34 venkovských a předměstských stanic, pro které je podle legislativy relevantní výpočet expozičního indexu AOT40¹, došlo podle hodocení pro rok 2013 (jedná se o průměr za roky 2009–2013) k překročení imisního limitu pro ochranu vegetace pro O₃ na jediné lokalitě, a to Štítná n. Vláří s hodnotou 19 861,8 µg.m^-3.h (tab. XIII.20, obr. IV.4.5). Druhé nejvyšší hodnoty expozičního indexu za posledních pět let bylo dosaženo na lokalitě Kuchařovice (obr. IV.4.6). Oproti předchozímu hodnocenému období 2008–2012 došlo ke snížení počtu lokalit s překročením (z 15 % (5 lokalit) na 3 % (1 lokalita), z celkového počtu 34 lokalit). Pokles hodnoty expozičního indexu AOT40 za rok 2013 byl oproti roku 2012 zaznamenán na 91 % lokalit (30 lokalit), zatímco jeho nárůst byl zjištěn na 9 % lokalit (3 lokality); u jedné lokality (Frýdlant údolí) nebylo předešlé období hodnoceno.

IV.4.2 Vývoj koncentrací O₃

Trend 26. nejvyššího denního maximálního 8hodinového klouzavého průměru koncentrací O₃ má od roku 1996 klesající tendenci (obr. IV.4.8), ze které se výrazně vymykají roky 2003 (resp. průměr za tříleté období 2001–2003) a 2006 (resp. průměr za období 2004–2006). V roce 2003 byla 26. nejvyšší hodnota maximálního 8hodinového klouzavého průměru nejvyšší za celé sledované období. Tento rok se v celé Evropě vyznačoval výrazně nadprůměrnými koncentracemi přízemního O₃ (Sicard et al. 2011; Cristofanelli et al. 2007; Pires et al. 2012) s nadprůměrnými teplotami během letního období (EEA 2014a). Roky 2003 a 2006 byly charakteristické příznivými podmínkami pro vznik přízemního O₃. Do roku 2008 došlo v několika letech k překročení imisního limitu (= 120 µg.m^-3), v následujících letech se 26. nejvyšší hodnoty maximálního 8hodinového průměru pohybovaly pod imisním limitem. Také z tohoto hodnocení je zřejmé, že vyšších hodnot je dosahováno zpravidla na venkovských lokalitách oproti městským a předměstským pozaďovým (obr. IV.4.8).

Klesající tendence koncentrací přízemního O₃ byla zaznamenána nejen v Evropě (Sicard et al. 2013; EEA 2013a), ale také v USA (Butler et al. 2011). V letech 1990–2010 bylo na stanicích v Evropě a USA také vypozorováno snížení rozdílů mezi koncentracemi měřenými na lokalitách venkovských a městských (Paoletti et al. 2014). Zároveň na těchto stanicích došlo ke snížení maximálních měřených hodnot. Zmiňovaný pokles koncentrací přízemního O₃ je mimo jiné připisován redukci emisí jeho prekurzorů, zejména NO_x, ve vyspělých státech (Sicard et al. 2013).

Také vývoj expozičního indexu AOT40 se v letech 2009–2013 (průměr za 5 let) na většině lokalit vyznačuje klesajícím trendem (obr. IV.4.10). Z ročních hodnot expozičního indexu AOT40 v letech 2009–2013 tento trend sice není tak výrazný, je zde však lépe vidět, jak vysokých hodnot expoziční index v daném roce dosahoval (obr. IV.4.11).

IV.4.3 Vznik přízemního ozonu

Přízemní ozon (O₃) nemá v atmosféře vlastní významný zdroj. Jedná se o tzv. sekundární látku vznikající v celé řadě velmi komplikovaných nelineárních fotochemických reakcí, které detailně popisují např. Seinfeld a Pandis (2006). Prekurzory O₃ jsou oxidy dusíku (NO_x) a nemetanické těkavé organické látky (NMVOC), v globálním měřítku hrají roli i metan (CH₄) a oxid uhelnatý (CO). Důležitou reakcí je fotolýza NO₂ zářením o vlnové délce 280–430 nm, při které vzniká NO a atomární kyslík. Reakcí atomárního a molekulárního kyslíku pak za přítomnosti katalyzátoru dochází ke vzniku molekuly O₃. Současně probíhá titrace O₃ oxidem dusnatým za vzniku NO₂ a O₂. Pokud je při této reakci O₃ nahrazen radikály, jeho koncentrace v atmosféře rostou. Důležitou úlohu při těchto reakcích hraje zejména radikál OH.
NO_x vznikají při veškerých spalovacích procesech. NMVOC jsou emitovány z celé řady zdrojů antropogenních (doprava, manipulace s ropou a jejími deriváty, rafinérie, použití barev a rozpouštědel atd.), ale i přirozených (např. biogenní emise z vegetace).

Při vzniku O₃ z prekurzorů nezáleží pouze na absolutním množství prekurzorů, ale i na jejich vzájemném poměru (Sillman et al. 1990; Fiala, Závodský 2003). V oblastech, kde je režim limitovaný NO_x, charakterizovaný relativně nízkými koncentracemi NO_x a vysokými koncentracemi VOC, narůstají koncentrace O₃ s rostoucími koncentracemi NO_x, zatímco se mění jen málo se vzrůstajícími koncentracemi VOC. Naopak v oblastech s režimem limitovaným VOC, dochází k poklesu koncentrací O₃ s rostoucími koncentracemi NO_x a nárůstu koncentrací O₃ s rostoucími koncentracemi VOC. Oblasti s vysokým poměrem NO_x/VOC jsou typicky znečištěné oblasti okolo center velkých měst. Závislost vzniku O₃ na počátečních koncentracích VOC a NO_x se často vyjadřují na diagramech ozonových isoplet. Jedná se o zobrazení maximální dosažené koncentrace ozonu jako funkce počáteční koncentrace NO_x a VOC (Moldanová 2009). Významnou roli při vzniku O₃ hrají nejen koncentrace prekurzorů, ale i meteorologické podmínky (Colbeck, Mackenzie 1994). Imisní koncentrace O₃ rostou s rostoucím ultrafialovým zářením a teplotou, naopak klesají s rostoucí relativní vlhkostí vzduchu. Vysoké koncentrace bývají spojeny s déletrvající anticyklonální situací. Kromě výše popsaného fotochemického mechanismu se koncentrace O₃ mohou zvyšovat i epizodicky v důsledku průniku stratosférického O₃ do troposféry a též při bouřkách. V poslední době se též zvyšuje význam dálkového přenosu O₃ v rámci proudění na severní polokouli do Evropy a Severní Ameriky ze zdrojových oblastí jihovýchodní Asie. O₃ je z atmosféry odstraňován reakcí s NO a suchou depozicí.

 

Tab. IV.4.1 Počty hodin překročení informativní prahové hodnoty pro ozon (180 μg.m^-3) za rok na vybraných stanicích AIM, 2000–2013

Tab. XIII.11 Stanice s nejvyššími hodnotami maximálních denních 8hod. klouzavých průměrných koncentrací ozonu

Tab. XIII.20 Stanice s nejvyššími hodnotami AOT40 ozonu na venkovských a předměstských stanicích
 

 

Obr. IV.4.1 Pole 26. nejvyššího maximálního denního 8hod. klouzavého průměru koncentrace přízemního ozonu v průměru za 3 roky, 2011–2013

Obr. IV.4.2 Počty překročení hodnoty imisního limitu pro maximální denní 8hod. klouzavý průměr koncentrace přízemního ozonu v průměru za 3 roky, 2011–2013

Obr. IV.4.3 Roční chod průměrných měsíčních koncentrací max. 8hod. klouzavý průměr O₃ (průměry pro daný typ stanice), 2013

Obr. IV.4.4 Stanice s nejvyššími hodnotami max. denních 8hod. klouzavých průměrných koncentrací přízemního ozonu v období 2011–2013

Obr. IV.4.5 Pole hodnot expozičního indexu AOT40, průměr za 5 let, 2009–2013

Obr. IV.4.6 Stanice s nejvyššími hodnotami expozičního indexu AOT40 za posledních 5 let, 2009–2013

Obr. IV.4.7 26. nejvyšší hodnoty maximálního denního 8hod. klouzavého průměru koncentrací přízemního ozonu v průměru za 3 roky v letech 2003–2013 na vybraných stanicích 2003–2013

Obr. IV.4.8 Trendy ročních charakteristik O₃ v České republice, 1996–2013

Obr. IV.4.9 Trendy vybraných imisních charakteristik O₃ (index, rok 1996 = 100), 1996–2013;
(index, rok 2000 = 100), 2000–2013

Obr. IV.4.10 Roční hodnoty expozičního indexu AOT40 v letech na vybraných stanicích 2009–2013

Obr. IV.4.11 Hodnoty expozičního indexu AOT40 v letech 2003–2013 na vybraných stanicích, průměr za 5 let

---

¹Pro hodnocení ochrany vegetace před nadměrnými koncentracemi ozonu využívá národní legislativa ve shodě s příslušnou směrnicí EU expoziční index AOT40. Kumulativní expozice ozonem AOT40 se spočte jako suma diferencí mezi hodinovou koncentrací ozonu a prahovou úrovní 80 µg.m^-3  (= 40 ppb) pro každou hodinu, kdy byla překročena tato prahová hodnota. Podle požadavků nařízení vlády č. 597/2006 Sb., se AOT40 počítá pro období tří měsíců od května do července, změřených každý den mezi 8:00 a 20:00 SEČ (= 7:00 až 19:00 světového času UTC).