Grafická ročenka 2017
IV.4 PŘÍZEMNÍ OZON
IV.4.1 Znečištění ovzduší přízemním ozonem v roce 2017
Znečištění ovzduší přízemním ozonem v roce 2017 vzhledem k imisním limitům pro ochranu zdraví
Imisní limit přízemního ozonu (O3) za tříleté období 2015-20171 byl překročen na 30 % lokalit, tj. 21 ze 71 lokalit, na kterých byly koncentrace O3 měřeny (tab. XIII.10; obr. IV.4.4 a obr. IV.4.7). V porovnání s předchozím obdobím 2014–2016 došlo k nárůstu počtu překročení imisního limitu na 39 % lokalit (26 lokalit), na 22 % (15 lokalit) došlo k poklesu a na 39 % (26 lokalit) nebyl zaznamenán rozdíl.
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 nemetanických 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 (kap. IV.4.3) je obtížné meziroční změny blíže komentovat.
Ze sledovaných lokalit jsou nejnižší koncentrace O3 měřeny na dopravních stanicích, 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 oblastech, 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.10).
K překročení imisního limitu O3 došlo ve tříletém období 2015–2017 na 31,2 % území ČR s cca 8,6 % obyvatel (obr. IV.4.1 a obr. IV.4.2). V porovnání s předchozím obdobím 2014–2016 se plocha zasaženého území zvýšila o 13,1 procentního bodu (z 18,1 %).
Tab. XIII.12 prezentuje počty hodin překročení informativní prahové hodnoty pro O3 (tj. hodinové průměrné koncentrace 180 μg.m-3) za období měření 2003-2017 na vybraných stanicích AIM. Podrobnější vyhodnocení týkající se překračování prahové hodnoty 180 μg.m-3 lze nalézt v kapitole VI.
Roční chod průměrných měsíčních koncentrací O3 (maximální 8hodinový klouzavý průměr za daný měsíc) je charakterizován nárůstem koncentrací v jarních a letních měsících (obr. IV.4.8) z důvodu příznivých meteorologických 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.4.7).
Znečištění ovzduší přízemním ozonem v roce 2017 vzhledem k imisním limitům pro
ochranu ekosystémů a vegetace
Imisní limit O3 pro ochranu vegetace 18 000 μg.m-3.h byl překročen na 7 lokalitách z celkového počtu 35 venkovských a předměstských stanic, pro které byl podle legislativy relevantní výpočet expozičního indexu AOT40 (jde o průměr za roky 2013–2017)2. Jednalo se o stanice Kuchařovice, Štítná n. Vláří, Ostrava-Radvanice OZO, Brno-Tuřany, Mikulov-Sedlec, Rudolice v Horách a Červená hora (tab. XIII.11). Oproti předchozímu hodnocenému pětiletí 2012–2016 došlo k poklesu počtu lokalit s překročením z 23 % (8 lokalit) na 20 % (7 lokalit) z celkového počtu 35 lokalit hodnocených v obou obdobích. Nárůst hodnoty expozičního indexu AOT40 za rok 2017 byl oproti roku 2016 zaznamenán na 46 % lokalit (16 lokalit), zatímco jeho pokles byl zjištěn na 54 % lokalit (19 lokalit).
IV.4.2 Vývoj koncentrací O3
Trend 26. nejvyššího denního maximálního 8hodinového klouzavého průměru koncentrací O má od 3 roku 2000 klesající tendenci, ze které se výrazně vymykají roky 2003 (resp. průměr za tříleté období 2001–2003), 2006 (resp. průměr za období 2004–2006) a 2015 (resp. průměr za období 2013–2015). V roce 2003 byla 26. nejvyšší hodnota maximálního 8hodinového klouzavého průměru nejvyšší za celé sledované období (obr. IV.4.9), 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 2014). Roky 2003, 2006 a 2015 byly charakteristické příznivými podmínkami pro vznik přízemního O3. Do roku 2008 došlo v několika letech k překročení imisního limitu, v následujících letech se 26. nejvyšší hodnoty maximálního 8hodinového průměru pohybovaly pod imisním limitem, ale v roce 2015 byl imisní limit opět překročen. Také z tohoto hodnocení je zřejmé, že vyšších hodnot je dosahováno zpravidla na venkovských lokalitách oproti městským a předměstským pozaďovým (obr. IV.4.9).
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 NOx, ve vyspělých státech (Sicard et al. 2013).
Expoziční index AOT40 (pětiletý průměr za roky 2013-2017) zaznamenal v roce 2017 mírný nárůst v porovnání s rokem 2016 (obr. IV.4.5 a obr. IV.4.10).
Detailní analýza časoprostorových trendů dlouhodobého měření 26 stanic různého typu (městské, venkovské, horské) za období 1994–2015 prokázala, že navzdory podstatnému snížení emisí prekursorů i snížení imisních koncentrací O3 na většině stanic, představuje O3 v ČR stále značný problém. Jasně se prokázalo, že pro žádoucí snížení imisních úrovní O3 je kritický poměr NO/NO2 , a samotné současné významné snížení emisí NOX není tedy pro snížení O postačující (Hůnová, Bäumelt 2018).
IV.4.3 Vznik přízemního ozonu
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 (NOx) 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.
NOx vznikají při veškerých spalovacích procesech. NMVOC jsou emitovány z celé řady zdrojů antropogenních (doprava, manipulace s ropou a jejími deriváty, rafinerie, 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 NOx, charakterizovaný relativně nízkými koncentracemi NOx a vysokými koncentracemi VOC, narůstají koncentrace O3 s rostoucími koncentracemi NOx, zatímco se vzrůstajícími koncentracemi VOC se mění jen málo. Naopak v oblastech s režimem limitovaným VOC dochází k poklesu koncentrací O3 s rostoucími koncentracemi NOx a nárůstu koncentrací O3 s rostoucími koncentracemi VOC. Oblasti s vysokým poměrem NOx/VOC jsou typicky znečištěné oblasti okolo center velkých měst. Závislost vzniku O3 na počátečních koncentracích VOC a NOx se často vyjadřují na diagramech ozonových isoplet. Jedná se o zobrazení maximální dosažené koncentrace ozonu jako funkce počáteční koncentrace NOx 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. XIII.11 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, 2015-2017
Obr. IV.4.2 26. nejvyšší hodnoty maximálního denního 8hod.
klouzavého průměru koncentrací přízemního ozonu v průměru za 3
roky měřené na stanicích imisního monitoringu, 2015–2017
Obr. IV.4.3 Pole hodnot expozičního indexu AOT40, průměr za 5
let, 2013–2017
Obr. IV.4.4 Počet překročení 8hod. imisního limitu přízemního ozonu za rok na vybraných stanicích, 2015-2017
Obr. IV.4.5 Hodnoty expozičního indexu AOT40 na vybraných
stanicích, průměr za 5 let, 2007-2017
Obr. IV.4.9 Roční hodnoty expozičního indexu AOT40 na vybraných
stanicích, 2013–2017
Obr. IV.4.7 Počty překročení hodnoty imisního limitu pro maximální denní 8hod. klouzavý průměr
koncentrace přízemního ozonu v průměru za 3 roky, 2015-2017
Obr. IV.4.8 Roční chod průměrných měsíčních koncentrací max.
8hod. klouzavého průměru O3 (průměry pro daný typ stanice), 2017
Obr. IV.4.9 Trendy ročních charakteristik O3 v České republice,
2001–2017
Obr. IV.4.10 Trendy vybraných imisních charakteristik O3 (index,
rok 2001 = 100), 2001–2017
1 Roční imisní limit je překročen, jestliže byl maximální denní 8hodinový klouzavý průměr O3 vyšší než 120 μg.m-3 alespoň 26krát v průměru za 3 roky.
2Pro 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).
