Grafická ročenka 2014
III. METEOROLOGICKÉ A ROZPTYLOVÉ PODMÍNKY
Kvalitu ovzduší ovlivňují kromě vlastních zdrojů znečišťování ovzduší i meteorologické podmínky. Mají vliv na množství emisí z antropogenních i přírodních zdrojů, určují rozptylové podmínky, ovlivňují tvorbu sekundárních znečišťujících látek v ovzduší a odstraňování znečišťujících látek z ovzduší.
Vliv meteorologických podmínek na emise
Z antropogenních emisí jsou meteorologickými podmínkami ovlivňovány především emise z vytápění. Emise z vytápění se odhadují podle počtu otopných dní a teplot, které se během nich vyskytly. Dálkové zásobování teplem je upraveno vyhláškou č. 194/2007 Sb.1 Domácnosti s vlastním spalovacím zařízením se chovají poněkud odlišně od centrálních dodavatelů tepla. Proto se pro účely této ročenky na rozdíl od vyhlášky považují za otopné ty dny, v nichž průměrná denní teplota v daném místě klesla pod 13 °C. Teplotní poměry v otopné sezóně (leden–květen, září–prosinec) nebo její části jsou charakterizovány pomocí tzv. denostupňů – tedy součtu rozdílů referenční vnitřní teploty a průměrné denní venkovní teploty v otopných dnech:
kde Dtref jsou denostupně, tref referenční teplota vnitřního
vzduchu (21 °C) a td je průměrná denní teplota v jednotlivých
otopných dnech.
Níže uváděné denostupně pro území ČR (obr. III.1 a III.2) odpovídají průměrným hodnotám z více než 200 klimatologických stanic ČHMÚ. Z porovnání obrázku III.1 a II.4 je zřejmé, že vyšší spotřeba paliv v roce 2010 a jejich nižší spotřeba v roce 2014 odpovídají silně nadnormálním, respektive podnormálním hodnotám denostupňů v těchto letech.
Nízké teploty mohou navyšovat spalovací emise z motorových vozidel, obzvláště při studených startech (ATEM 2012, Chan et al. 2013, Vojtíšek 2013). Na teplotě jsou závislé také emise těkavých organických látek (VOC) z rozpouštědel a skladování a distribuce benzínu. Teplota a fotosynteticky aktivní složka slunečního záření mají vliv na biogenní emise nemetanických těkavých organických látek (např. isoprenu a terpenů), které slouží jako prekurzor sekundárních organických aerosolů i přízemního ozonu. Významné jsou přitom hlavně emise z lesních porostů (např. Bednář et al. 2013, Zemánková et al. 2010). Vítr (s rychlostí přibližně nad 4 m.s-1) může způsobit zvíření již usazeného prachu, a vést tak k nárůstu resuspenze (znovuzvíření již usazených částic). Meteorologické podmínky ovlivňují také vytěkávání perzistentních organických látek z půdy, kam se dostaly zejména v důsledku zemědělské činnosti.
Vliv meteorologie na rozptylové podmínky
Rozptylové podmínky jsou určeny především stabilitou mezní vrstvy atmosféry a rychlostí proudění. Mezní vrstvou označujeme tu část atmosféry přiléhající k zemskému povrchu, v níž je v důsledku interakce se zemským povrchem rozvinuta mechanická a termická turbulence a dochází v ní k intenzivnímu vertikálnímu přenosu hybnosti, tepla, vodní páry a znečišťujících příměsí.
Čím větší je stabilita mezní vrstvy, tím větší je schopnost atmosféry utlumovat počáteční vertikální vychýlení objemu vzduchu, a zamezovat tak vertikálnímu promíchávání. Stabilita přitom závisí na průběhu teploty s výškou. Při nejstabilnějších situacích teplota vzduchu s výškou roste (inverzní zvrstvení) a podmínky pro vertikální promíchávání jsou nejméně příznivé. Při nestabilním zvrstvení teplota s výškou klesá rychleji, než by odpovídalo běžným podmínkám v atmosféře. Projevuje se pak uspořádaná termická konvekce a termická turbulence, jejíž vlastní příčinou jsou archimédovské síly uplatňující se v poli turbulentních fluktuací vzduchu (Bednář 2008). Rychlost a směr větru ovlivňuje horizontální rozptyl emisí. Kromě toho vede silnější vítr k rozvoji mechanické turbulence, a přispívá tak k vertikálnímu promíchávání.
Jedna z možností, jak číselně vyjádřit rozptylové podmínky, je tzv. ventilační index (VI), který je definován jako součin výšky směšovací vrstvy a průměrné rychlosti větru v ní2.
Takto vyjádřený ventilační index nabývá v podmínkách ČR zpravidla hodnot od stovek do 30 000 m2.s-1, přičemž hodnoty nad 3 000 m2.s-1 označujeme jako dobré rozptylové podmínky, hodnoty mezi 1 100 a 3 000 m2.s-1 jako mírně nepříznivé a pod 1 100 m2.s-1 za nepříznivé. Situace s nepříznivými rozptylovými podmínkami neznamená nutně vysoké koncentrace znečišťujících látek. Obráceně ale můžeme říci, že k výraznému a plošně rozsáhlému překračování imisních limitů dochází téměř výhradně za mírně nepříznivých a nepříznivých rozptylových podmínek. Četnost výskytu typů rozptylových podmínek závisí na denní době a části roku. V dlouhodobém průměru lze říci, že zatímco v zimě jsou během dne jednotlivé typy rozptylových podmínek zastoupeny spíše rovnoměrně, v létě dochází přes den k výraznému poklesu výskytu nepříznivých rozptylových podmínek.
Vliv meteorologických podmínek na tvorbu sekundárních polutantů
a chemismus atmosféry
Meteorologické podmínky, a to zejména teplota, relativní vlhkost vzduchu a sluneční záření, přímo ovlivňují chemické a fyzikální procesy probíhající mezi znečišťujícími látkami v ovzduší (např. Baek et al. 2004). Vliv meteorologických podmínek může být i nepřímý, např. v důsledku intenzivního promíchávání dochází k naředění emitovaných látek a tedy i ke snížení rychlosti reakcí. Pro průběh fotochemických reakcí je rozhodující sluneční záření. V letním období vysoké teploty a zejména intenzivní sluneční záření přispívají k vysokým koncentracím ozonu (Blažek et al. 2013).
Odstraňování znečišťujících látek
Znečišťující látky jsou z atmosféry odstraňovány prostřednictvím suché a mokré depozice. Při mokré depozici jsou znečišťující látky vymývány z ovzduší na zemský povrch srážkami. Mokrou depozici dělíme na oblačnou, probíhající v oblaku a zahrnující rozpouštění plynných látek, zachytávání aerosolových částic nebo jejich využití jako kondenzačních jader, a podoblačnou, při níž dochází k zachytávání částic a k rozpouštění plynných látek v již padajících kapkách. Účinnost vymývání závisí na trvání srážkové činnosti, na typu srážek a jejich intenzitě. Suchá depozice zahrnuje všechny ostatní procesy, a i když je její intenzita nižší než u mokré depozice, může v delším časovém úseku přispívat k odstraňování látek z ovzduší hlavní měrou.
Meteorologické podmínky v roce 2014
Teplotně byl rok 2014 mimořádně nadnormální s
průměrnou roční teplotou na území ČR 9,4 °C, což je o 2,0 °C
vyšší než dlouhodobý průměr 1961–1990. Rok 2014 se tak stal
nejteplejším od roku 1961, kdy jsou průměry pro ČR připravovány.
Většina měsíců roku 2014 byla teplotně nadnormální, nebo dokonce
silně nadnormální. Pouze měsíce květen a červen byly teplotně
normální a měsíc srpen teplotně podnormální. Největší teplotní
odchylka od normálu byla zaznamenána v březnu (+3,7 °C).
Ze srovnání denostupňů v jednotlivých měsících otopné sezóny
vyplývá, že v roce 2014 byla oproti dlouhodobému průměru
1984–2013 vyšší produkce emisí z vytápění pouze v měsíci květnu
a ve všech ostatních měsících byla nižší (obr. III.2).
Srážkově byl rok 2014 normální, průměrný srážkový úhrn 672 mm představuje 99 % dlouhodobého průměru 1961–1990. Nejvíce srážek napadlo v květnu, průměrný srážkový úhrn byl 114 mm (155 % dlouhodobého průměru). Nejméně srážek bylo zaznamenáno v únoru, průměrný úhrn 10 mm činí 26 % dlouhodobého průměru.
Zastoupení typů rozptylových podmínek v jednotlivých měsících roku 2014 je pro Českou republiku a aglomerace uvedeno na obr. III.4. Nulové výskyty nepříznivých podmínek v únoru a v teplé části roku jsou způsobeny tím, že se hodnocení provádí na základě denních průměrů ventilačního indexu, které lépe odpovídají průměrným denním koncentracím. V porovnání se sedmiletým průměrem 2007–2013 (tab. III.1) došlo v únoru, listopadu a prosinci 2014 zpravidla k poklesu výskytu nepříznivých rozptylových podmínek. Výjimkou byla aglomerace O/K/F-M, kde v listopadu jejich výskyt výrazně vzrostl. Naopak v lednu byl výskyt nepříznivých rozptylových podmínek většinou srovnatelný se sedmiletým průměrem nebo poněkud vyšší.
Na obrázku III.3 je pak pro aglomeraci O/K/F-M ukázána vazba mezi meteorologickými podmínkami a koncentracemi znečišťujících látek; zobrazen je roční průběh ventilačního indexu, teploty a nadlimitních hodnot PM10 a O3 v aglomeraci, popř. na stanicích, které lze pro ilustrační účely považovat za reprezentativní pro oblast aglomerace.
Obr. III.1 Roční otopné sezóny v ČR vyjádřené v denostupních (D21) a jejich průměr za období 1984–2013
Obr. III.2 Roční chod denostupňů na území ČR v otopné sezóně 2014 (I–V, IX–XII) v porovnání s průměrem 1984–2013
Obr. III.3 Teplota, rozptylové podmínky a koncentrace PM10 a O3 v aglomeraci Ostrava/Karviná/Frýdek-Místek, 2014
Obr. III.4 Roční chod procentuálního výskytu rozptylových
podmínek na území ČR a v aglomeracích, 2014
1Podle vyhlášky č. 194/2007 Sb. se dodávka tepla zahájí v otopném období (tj. období od 1. září do 31. května), klesne-li průměrná denní teplota venkovního vzduchu v místě pod +13 °C ve dvou po sobě následujících dnech a podle vývoje počasí nelze očekávat zvýšení této teploty nad +13 °C v následujícím dni. Vytápění se v otopném období omezí nebo přeruší tehdy, jestliže průměrná denní teplota venkovního vzduchu v příslušném místě nebo lokalitě vystoupí nad +13 °C ve dvou po sobě následujících dnech a podle vývoje počasí nelze očekávat pokles této teploty pro následující den. Při následném poklesu průměrné denní teploty venkovního vzduchu pod +13 °C se vytápění obnoví.
2V praxi a pro účely této ročenky se ventilační index počítá jako součin mezní vrstvy atmosféry a průměrné rychlosti větru v ní.
