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

Meteorologické podmínky mají největší vliv na antropogenní emise z vytápění. Emise z vytápění jsou stanovovány na základě 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 D_tref 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 odpovídá silně nadnormálním hodnotám a naopak nižší spotřeba paliv v roce 2015 podnormálním hodnotám denostupňů.

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. Naopak k výraznému a plošně rozsáhlému překračování imisních limitů dochází téměř výhradně za mírně nepříznivých a nepříznivých rozptylových podmínek. Četnost výskytu různých 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 2017

Teplotně byl rok 2017 nadnormální. Průměrná roční teplota vzduchu na území ČR byla 8,6 °C, což je o 0,7 °C vyšší než normál 1981–2010³. Rok 2017 se tak řadí jako 9.–10. nejteplejší od roku 1961. Během roku byly zaznamenány tři měsíce se zápornou odchylkou průměrné měsíční teploty od normálu 1981–2010. Leden s odchylkou –3,6 °C hodnotíme jako teplotně silně podnormální, duben a září se s odchylkou –1,0 °C pohybovaly na hranici teplotně podnormálních měsíců. Ostatní měsíce roku vykazovaly kladnou odchylku průměrné měsíční teploty od normálu 1981–2010. Nejvyšší kladná odchylka (+3,0 °C) byla zaznamenána v březnu, který hodnotíme jako teplotně silně nadnormální. Teplotně silně nadnormální byl také červen (odchylka +2,4 °C), nadnormální byly měsíce srpen a říjen (shodně odchylka +1,4 °C).

Ze srovnání denostupňů v jednotlivých měsících otopné sezony vyplývá, že v roce 2017 byla oproti dlouhodobému průměru 1987–2016 nižší produkce emisí z vytápění pouze v měsících lednu, dubnu a září. Ve všech ostatních měsících byla produkce emisí z vytápění vyšší (obr. III.2).

Srážkově byl rok 2017 normální. Průměrný roční úhrn srážek na území ČR činil 680 mm, což představuje 99 % normálu 1981–2010. Průměrný měsíční úhrn srážek pro většinu měsíců roku 2017 hodnotíme jako normální. Byly však zaznamenány dva srážkově silně nadnormální měsíce, a to duben (181 % normálu) a říjen (186 % normálu). Srážkově podnormální byl pouze měsíc květen, kdy měsíční úhrn srážek činil 62 % normálu 1981–2010.

Zastoupení jednotlivých typů rozptylových podmínek v měsících roku 2017 pro Českou republiku a aglomerace je uvedeno na obr. III.4. Nulové výskyty nepříznivých podmínek v dubnu až září jsou dány způsobem jejich hodnocení, které je prováděno na základě denních průměrů ventilačního indexu, což lépe odpovídá průměrným denním koncentracím znečišťujících látek. V porovnání s desetiletým průměrem 2007–2016 (tab. III.1) došlo v listopadu a prosinci 2017 k výraznějšímu poklesu výskytu nepříznivých rozptylových podmínek. V březnu naopak došlo k jejich výraznějšímu růstu. V ostatních měsících byl výskyt nepříznivých rozptylových podmínek většinou srovnatelný s desetiletým průměrem.

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.

Tab. III.1 Změna v procentuálním zastoupení rozptylových podmínek v roce 2017 oproti průměru
za období 2007–2016 na území ČR a v aglomeracích

 

Obr. III.1 Roční otopné sezóny v ČR vyjádřené v denostupních (D21) a jejich průměr za období 1987–2016

 

Obr. III.2 Roční chod denostupňů na území ČR v otopné sezóně 2017 (I–V, IX–XII) v porovnání s průměrem 1987–2016

 

Obr. III.3 Teplota, rozptylové podmínky a koncentrace PM₁₀ a O₃ v aglomeraci Ostrava/Karviná/Frýdek-Místek, 2017

 

Obr. III.4 Roční chod procentuálního výskytu rozptylových podmínek na území ČR a v aglomeracích, 2017
 

---

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.

³Standardní klimatické normály podle WMO jsou počítány jako 30leté průměry teploty, srážek a dalších klimatických prvků. Tyto normály jsou aktualizovány každých 30 let, v současnosti je tedy platné normálové období 1961–1990. Vzhledem k probíhajícím klimatickým změnám WMO doporučuje, přepočítávat klimatické normály pro operativní účely každých deset let. Současným standardním klimatickým normálem je tedy normál spočtený za období 1981–2010.