Vizualizace a grafy používané k hodnocení kvality ovzduší – jak je interpretovat28 min čtení

Vizualizace a grafy používané k hodnocení kvality ovzduší – jak je interpretovat28 min čtení

Hodnocení kvality ovzduší je velmi komplexní proces, ve kterém se používají kromě základní statistiky a grafů také různé pokročilé statistické metody a speciální vizualizace, které pomáhají s identifikací zdrojů znečištění ovzduší a zhodnocení situace. V tomto článku si prostřednictvím konkrétních příkladů ukážeme některé z těchto diagramů a zejména pak vysvětlíme na konkrétních příkladech, jak je interpretovat tak, aby to pochopil i někdo, kdo se s těmito typy grafů ještě nesetkal. Jak vypadá koncentrační růžice a co znamená? Jaký je rozdíl mezi koncentrační růžicí a váženou koncentrační růžicí? Co znamenají zvláštní grafy v podobě donutů?

Úvod
Čárový (linový graf)
Sloupcový graf
Koláčový graf
Větrná růžice
Koncentrační růžice
Vážená koncentrační růžice
Anulární růžice
Další typy grafů a modifikace
Závěr

 

Úvod

Při hodnocení kvality ovzduší nás zajímá hned několik proměnných. Absolutní hodnoty koncentrací znečišťujících látek jsou základem, ale samy o sobě ke komplexnímu zhodnocení stavu nestačí. Zajímá nás například také, odkud foukalo, jak rychle foukalo, variabilita koncentrací během dne, týdne, měsíce a roku, dlouhodobý trend, teplota a vlhkost vzduchu či množství srážek. Směr a rychlost větru leccos napoví o zdroji znečištění a pomáhají s jeho identifikací, teplota a vlhkost vzduchu můžou stejně jako srážky, ať už kapalné či pevné (déšť či sníh), výrazně ovlivňovat kvalitu ovzduší. Chod koncentrace během dne, týdne či roku rovněž napomáhá s identifikací zdroje znečištění.

Z výše uvedeného plyne, že s obyčejným čárovým či sloupcovým grafem si často nevystačíme. Často velké množství dat je třeba souhrnně a na první pohled jasně zobrazit, aby bylo možné zjistit vztahy mezi jednotlivými parametry a vyvodit patřičné závěry. Za tímto účelem se používají speciální programy či skripty, které vytváří specifické diagramy podle potřeby. Některé z těchto diagramů je možné snadno vygenerovat v řadě různých tabulkových editorů, jiné vyžadují složitější techniky a znalost některých programovacích jazyků (například R).

Pojďme se nyní podívat na často používané vizualizace od těch nejjednodušších po složitější, s příkladem využití a vysvětlením.

Čárový (liniový) graf

Nejjednodušším grafem je klasický čárový graf. Používá se například k vyjádření chodu koncentrací v průběhu času. Na ose X je v takovém případě čas, na ose Y koncentrace určité znečišťující látky. Na ukázce níže jsou znázorněny koncentrace oxidu dusičitého (NO2) na stanici Brno-Zvonařka v období od 1. září 2018 do 28. února 2019 v hodinovém intervalu. Interpretace grafu je pravděpodobně v tomto případě velmi snadná pro kohokoliv. Čím dále je linie od osy X, tím vyšší jsou koncentrace v danou chvíli. Jelikož se jedná o koncentrace znečišťující látky, není v tomto případě možné, aby byly hodnoty záporné.

Další ukázka představuje jednodušší typ čárového grafu, kde je znázorněn průměrný denní chod koncentrací. Jak je vidět, je tento typ grafu vhodný také pro srovnávání několika datových souborů – může se jednat například o srovnání dvou a více různých časových období na totožné stanici či srovnání dat ze dvou a více lokalit ve shodné období. Níže uvedená ukázka ilustruje srovnání průměrného denního chodu suspendovaných (prachových) částic PM10 v hodinovém kroku pro období září 2018 až únor 2019 s dlouhodobým průměrem na stanici Brno-Zvonařka.

V tomto konkrétním příkladu můžeme na základě grafického znázornění snadno vyhodnotit, že byly koncentrace v období září 2018 až únor 2019 vyšší než během desetiletého průměru 2008 až 2017 a to během všech hodin dne. Zároveň je dobře vidět, že nejvíce se rozdíl projevoval v době dopravních špiček, tedy ráno a odpoledne.

Sloupcový graf

Dalším ze známých a obecně často používaných grafů je tzv. sloupcový graf. Ten se používá především ke srovnání více hodnot. Konkrétním příkladem v hodnocení kvality ovzduší je srovnání ročních průměrných koncentrací. Nejjednodušší typ sloupcového grafu je zobrazen níže a ukazuje průměrné roční koncentrace PM10 na stanici Brno-Zvonařka v období 2008 až 2018. Přidanou hodnotou je číselné vyjádření hodnoty daného sloupce nad grafem. Graf umožňuje okamžitě vyhodnotit, kdy byla průměrná roční koncentrace nejvyšší, zda se koncentrace spíše zvyšují, snižují nebo stagnují.

Absence některých sloupců znamená, že v daný rok nebylo k dispozici dostatečné množství dat pro stanovení ročního průměru. ČHMÚ úsek kvality ovzduší využívá pravidlo minimálně 90% dostupnosti dat. Pokud není k dispozici alespoň 90 % dat, průměr nebo například počet překročení se nepovažuje za relevantní, jelikož může být vzhledem k absenci určitého období zkreslený. Většina znečišťujících látek vykazuje typický roční chod koncentrací (u PM například jsou koncentrace nejvyšší v chladnou část roku, naopak u přízemního ozonu v nejteplejší část roku). Pokud by tedy v datech chybělo například celé teplé období, takto vypočítaný průměr PM by byl pravděpodobně vyšší než v letech s kompletními daty a vedl k zavádějícímu vyhodnocení, že koncentrace rostly, což ve skutečnosti nemusela být pravda.

Pro lepší vyhodnocení trendu je možné přímo do grafu vyznačit trend vypočítaný statisticky. Na níže uvedeném grafu je vyznačen počet překročení 24h imisního limitu PM10 na stanici Brno-Zvonařka v letech 2008 až 2018 včetně vykreslení lineárního trendu. Pokud trendová křivka stoupá zleva doprava, znamená to postupný nárůst, naopak klesající křivka zleva doprava znamená pokles. Existují i složitější typy trendů, například exponenciální či polynomický. V grafu je navíc zvýrazněn zeleně také imisní limit. 24h imisní limit PM10 se považuje za překročený, pokud dojde během kalendářního roku k více než 35 překročením prahové hodnoty 50 µg/m3 v denním průměru PM10. Pokud tedy sloupec sahá nad zelenou čáru, která značí 35 překročení, byl v daný rok imisní limit překročen.

Ve výše uvedeném konkrétním příkladu můžeme říci, že v období 2008 až 2018 došlo každý rok k překročení 24h imisního limitu PM10. Zároveň je vidět, že nejvyšší počet překročení byl zaznamenán v roce 2010 a celkově byl počet překročení vysoký zejména na začátku 11leté periody. Lineární trend zobrazený přerušovanou červenou čarou ukazuje klesající trend počtu překročení. V posledním roce 2018 je sice počet překročení vyšší, v dlouhodobém hledisku 11 let však počet překročení klesá.

Koláčový graf

Velmi známým a oblíbeným grafem je také tzv. koláčový graf. Využívá se k vyjádření podílů jednotlivých složek z celku. U kvality ovzduší se využívá například pro zobrazení podílu zdrojů znečištění ovzduší na celkových emisích. Níže uvedený graf ukazuje podíl různých kategorií zdrojů na celkových emisích PM10 za rok 2016. Z grafu je na první pohled vidět nejvyšší podíl lokálního vytápění domácností. Velikost výseče (středový úhel) vyjadřuje procentuální zastoupení dané kategorie. Pokud by tedy výseč představovala přesně polovinu “koláče” byl by podíl dané složky přesně 50 %.


Větrná růžice

Nyní se již dostáváme od obecně používaných grafů k více specializovaným, využívaným často v meteorologii či při hodnocení kvality ovzduší. Velmi důležitým grafem je tzv. větrná růžice. V nejjednodušší podobě se jedná o vizualizaci ukazující podíl jednotlivých směrů větru na celkové době. Laicky řečeno, ilustruje jak často odkud fouká. Velikost výseče ukazuje časový podíl daného směru na celkové době. Růžice má tvar kruhu, nahoře sever, napravo východ, dole jih a nalevo západ. Počet výsečí je variabilní, nejčastěji se používá 8, 12 či 16 výsečí, které odpovídají patřičným směrům větru. Například v případě 8 výsečí je to S, SV, V, JV, J, JZ, Z, SZ.

Níže je uvedena větrná růžice ze stanice Brno-Zvonařka za agregované období 2008-2017.

Jaká by byla interpretace této konkrétní růžice? Jedná se o velmi jednoduchý typ větrné růžice, který dává informaci pouze o četnosti jednotlivých směrů. Z výše uvedeného tedy můžeme říci, že nejčastější bylo v dané lokalitě v dané období západní proudění. Z tohoto směru foukalo přibližně 22 % celkového času. Dalšími relativně více zastoupenými směry jsou směr severozápadní a jihovýchodní.

Existují však i složitější větrné růžice, které můžou vyjádřit v jednom zobrazení ještě další parametr. Následující větrná růžice je totožná s předchozí, rozdíl je ve zbarvení růžice. To v tomto případě není uniformní, ale odpovídá četnosti rychlostí větru v daném směru.

Růžice je zkonstruována ze shodných dat, proto se tvar růžice nijak neliší, dominuje západní směr větru. Zbarvení jednotlivých výsečí však podává ještě dodatečnou informaci o rychlostech větru v daném směru. V tomto konkrétním příkladu platí, že čím tmavší je barva, tím vyšší je rychlost větru. Z růžice je tedy patrné, že při nejvyšších rychlostech větru pozorovaných na dané lokalitě nejčastěji fouká od severozápadu, jihovýchodu či SSZ. Analýza větrné růžice je při hodnocení kvality ovzduší naprosto klíčová a napomáhá identifikaci zdroje znečištění.

Koncentrační růžice

Dalším speciálním typem grafu používaným pro hodnocení kvality ovzduší je tzv. koncentrační růžice. Ta vyjadřuje vztah tří veličin – nejčastěji směru větru, rychlosti větru a koncentraci konkrétní látky. V typickém příkladu růžice vyjadřující tyto uvedené parametry je směr větru vyjádřen na kruhu stejně jako v případě větrné růžice, rychlost větru je vyjádřena vzdáleností od středu růžice a koncentrace v dané kombinaci směru a rychlosti větru je vyjádřena barevně.

Podívejme se na konkrétní příklad koncentrační růžice PM10 zkonstruované za rok 2018 pro stanici Brno-Zvonařka. Kruh opět odpovídá směru větru, tedy nahoře sever atd. Vzdálenost od středu ukazuje rychlost větru a barevná škála od modré po tmavě červenou vyjadřuje průměrnou koncentraci PM10 při dané kombinaci směru a rychlosti větru. 

Z růžice je na první pohled patrné, že nejvyšší hodnoty PM10 v dané období byly zaznamenány při severovýchodním proudění a při nižších rychlostech větru i při proudění jihovýchodním. Pro ilustraci využití si tuto konkrétní situaci zkusíme i interpretovat. Stanice Brno-Tuřany se nachází přímo na ploše brněnského letiště. Výhodou této polohy je úplná otevřenost krajiny v okolí, tedy velmi reprezentativní měření směru a rychlosti větru. Z růžice jsme zjistili, že vysoké koncentrace jsou zaznamenávány při vyšších rychlostech větru ze severovýchodu. Vysvětlením je v tomto případě dálkový transport. Při severovýchodním proudění přichází k lokalitě ovzduší ze směru od Moravskoslezského kraje, popřípadě i přeshraničně z Polska. V těchto oblastech jsou koncentrace znečišťujících látek dlouhodobě vyšší a při vyšších rychlostech větru se tyto dostávají až do Jihomoravského kraje.

Při nižších rychlostech větru je obecně kvalita ovzduší horší a projevují se zde i lokální vlivy. V konkrétním případě stanice v Tuřanech to může být například lokální vytápění v oblastech na jihovýchod od stanice či v určitá období velmi intenzivní zemědělská činnost.

Jak jsme si tedy ukázali, výpovědní hodnota této růžice může být velmi významná. Má však i své slabiny a je potřeba brát toto při hodnocení v potaz. Pokud totiž růžici špatně vyhodnotíme, můžeme dojít k zavádějícím tvrzením. Problémem může být například situace, kdy je určitá konkrétní kombinace směru a rychlosti větru relativně vzácná, a právě v době kdy se tato kombinace vyskytne jsou koncentrace nízké či vysoké. Příčina tohoto jednorázového nárůstu či poklesu může být různá, v růžici se však toto projeví, protože je v dané kombinaci směru a rychlosti větru málo dat a jedna hodnota může velmi výrazně ovlivnit finální průměr.

Tento typ růžice tedy slouží zejména ke zhodnocení směru a rychlosti větru při nejvyšších koncentracích určité látky. Pro zjištění podílu určitého směru na celkovém průměru se používá jiný typ růžice, kterou si ukážeme vzápětí.

Zároveň je nutné říci, že koncentrační růžice může vyjadřovat i vztah mezi jinými třemi veličinami. Jednou z veličin je vždy směr větru, zbarvení ale může vyjadřovat například poměr mezi částicemi PM2,5 a PM10.

Vážená koncentrační růžice

Tento typ růžice je podobný klasické koncentrační růžici, vyjadřuje však odlišnou agregaci dat. Kruh opět značí směr větru, vzdálenost od středu nejčastěji rychlost větru a zbarvení v tomto případě značí podíl dané kombinace směru a rychlosti větru na celkovém průměru dané znečišťující látky za určité časové období. Z toho plyne, že je tento typ růžice velmi závislý na větrné růžici – častější proudění z určitého směru vede ke zvýšení celkového podílu daného směru na množství znečišťující látky dostávající se do dané lokality.

Níže uvedená vážená koncentrační růžice je zkonstruovaná z dat z lokality Brno-Zvonařka za období 2008 až 2017 pro PM10.

Pokud bychom měli velmi jednoduše vysvětlit rozdíl mezi koncentrační a váženou koncentrační růžicí, pak nám například koncentrační růžice poodhalí, jaká byla situace při maximálních koncentracích dané znečišťující látky v dané lokalitě, vážená koncentrační růžice nám ukáže který směr větru a při jaké rychlosti přicházelo znečištění v největší míře za celé období. Obě růžice se přitom můžou velmi výrazně lišit. Příkladem tohoto rozdílu je již dříve zmiňovaná stanice Brno-Zvonařka. Koncentrační růžice ukazuje, že nejvyšší koncentrace jsou zaznamenávány při jihovýchodním proudění. Tímto směrem je v blízkosti stanice rušná čtyřproudá dopravní komunikace a je proto vysoce pravděpodobné, že oněch maximálních hodnot je dosahováno například při velmi intenzivní dopravě, která se může zkombinovat i s dalšími vlivy. Vážená koncentrační růžice však ukazuje největší podíl na celkovém znečištění ze severozápadního, tedy zcela opačného, směru. Tento fakt souvisí s tím, že jak jsme viděli z větrné růžice této stanice, nejčastěji zde fouká právě ze západu a severozápadu. Koncentrace z tohoto směru tedy sice můžou být nižší, ale protože je tento směr větru nejzastoupenější, celkové množství znečištění z tohoto směru se během času kumuluje a nakonec tvoří větší podíl než méně častá maxima z jihovýchodního směru. Nejvyšší podíl blízko středu růžice znamená, že měly největší podíl situace s nízkou rychlostí větru. To souvisí obecně s faktem, že vyšší rychlosti větru jsou na stanici méně časté (viz větrná růžice vyjadřující i rozměr rychlosti větru).

Vážená koncentrační růžice opět existuje v řadě modifikací a může vyjadřovat více typů veličin a využívat různé typy agregace dat. Tím se však v tomto článku nebudeme zabývat, protože možností je obrovská spousta.

Anulární růžice

Tento typ růžice na první pohled zaujme svým vzhledem, který připomíná “donut”. Opět se jedná o diagram vyjadřující tři veličiny, z nichž jednou z nich je směr větru. Barevně je nejčastěji zobrazena koncentrace určité znečišťující látky. Gradient od středu k okraji růžice pak může vyjadřovat různé parametry. Příkladem je denní doba (hodiny od 0 do 23) nebo měsíce (od 1 do 12).

Nejlépe si vysvětlíme princip tohoto zobrazení na příkladu. Níže uvedená růžice ukazuje průměrnou koncentraci PM10 na stanici Brno-Tuřany v závislosti na denní době (0 až 23 h) a směru větru. Z růžice je patrné, že nejvyšší hodnoty byly zaznamenány při východním směru větru a v prostřední část dne.

Následující růžice je mírně odlišná od té předchozí. Třetím rozměrem totiž v tomto případě není denní doma, ale roční doba, tedy měsíce od ledna do prosince. V tomto konkrétním případě se jedná o růžici z dat ze stanice Brno-Tuřany za pětileté období 2014-2018 pro PM10. Z grafu je na první pohled patrné, že nejvyšší koncentrace PM10 byly zaznamenány v chladnou část roku (oblast blízko středu značí začátek roku, okraj konec roku). Tuto informaci by bylo možné zobrazit i klasických sloupcovým či čárovým grafem. Zde ale můžeme vidět i další rozměr a to směr větru. Můžeme tedy konstatovat, že nejvíce se to projevovalo při východním proudění. Vyšší koncentrace PM10 v chladnou část roku souvisí mj. s obecně častějšími zhoršenými rozptylovými podmínkami, ale samozřejmě také se zdroji PM10. Nejvýznamnějším zdrojem PM10 je v ČR lokální vytápění domácností a to se projevuje takřka výhradně v chladnou část roku.

V tomto konkrétním případě se v růžici velmi projevuje vliv začátku roku 2017. Ten byl spojený s velmi špatnými rozptylovými podmínkami (nízké teploty, severovýchodní proudění) a vyhlášením několika smogových situací. Vyšší koncentrace jsou ale patrné i u okraje růžice, což odpovídá konci roku, tedy opět chladnému období.

A nyní se pro zajímavost podívejme ještě na další růžici. Ta odpovídá totožné stanici a totožnému období, tedy lokalitě Brno-Tuřany a období 2014-2018. Tentokrát je ale růžice zkonstruována pro koncentrace přízemního ozonu. Ten má zcela odlišný roční chod od PM10. Nejvyšší koncentrace ozonu jsou zaznamenávány v teplé a jasné dny v létě. Přízemní ozon je tzv. sekundární polutant, nemá svůj přímý zdroj, ale vzniká složitými fotochemickými reakcemi v atmosféře z primárních znečišťujících látek. Fotochemické reakce jsou reakce, které ke svému proběhnutí potřebují světlo, které tyto reakce katalyzuje. Koncentrace ozonu jsou proto vysoké právě v teplé a jasné dny, kdy je intenzita slunečního záření nejvyšší.

Na první pohled je zřejmé, že nejvyšší hodnoty jsou dosahovány v teplou část roku (červené zbarvení uprostřed růžice mezi středem a okrajem). Zároveň je patrné, že jsou nejvyšší koncentrace zaznamenávány při jihovýchodním proudění. Na dopravních stanicích jsou koncentrace ozonu nižší v důsledku reakcí s oxidy dusíku, které vznikají ve větší míře právě z dopravy a jsou vyšší na dopravních stanicích. Koncentrace ozonu bývají nejvyšší na venkovských lokalitách a v horských oblastech, kde je vyšší míra slunečního záření a kde je nižší intenzita dopravy. Výše uvedené vyšší koncentrace od jihovýchodu tedy můžou souviset s teplými oblastmi na jihu. Na západ, severozápad a severovýchod od stanice leží město Brno, kde jsou koncentrace snižovány emisemi oxidů dusíku z dopravy.

Další typy grafů a modifikace

Grafů a vizualizací používaných při hodnocení kvality ovzduší je samozřejmě daleko více a počet možných kombinací parametrů, barev a agregací v jednotlivých grafech je obrovský, proto zde nelze všechny uvést. Přesto si ukažme ještě několik příkladů grafů a vizualizací, které je možné provést.

Kalendář

Pokud chceme rychle mít přehled o vývoji koncentrací během roku, můžeme použít například kalendářní zobrazení, kde barva políček reprezentuje denní průměrnou koncentraci dané látky. Lze také například využít stylu písma ke zvýraznění dalšího parametru a tím může být například překročení imisního limitu. Konkrétně tedy můžeme zkonstruovat například kalendář průměrných denních koncentrací PM10 a dny, kdy došlo k překročení 24h imisního limitu (50 µg/m3) zvýraznit tučně.

Níže uvedený příklad ukazuje průměrné denní koncentrace PM10 na stanici Brno-Arboretum v roce 2018. Intenzita barvy reprezentuje hodnotu koncentrace, tučně jsou zvýrazněny dny, kdy koncentrace přesáhla 50 µg/m3. Na první pohled je tedy patrné, že nejvyšší byly denní průměry na začátku března (v konkrétním případě roku 2018 se jednalo o nejchladnější periodu roku). V teplou část roku (prostřední řada) vidíme v podstatě ve všechny dny relativně nízké denní průměry (viz příčiny vyšších koncentrací PM10 v chladnou část roku výše). K překročení hodnoty 24h imisního limitu došlo v lednu, únoru, březnu, říjnu a prosinci, nejčastěji v březnu (6x)

 

Typů kalendářního zobrazení je řada. Ukažme si ještě jeden. Tím je reprezentace vztahu mezi koncentrací PM10, denní dobou (0 až 23 h) a jednotlivými měsíci v jednotlivých letech. Každý rok je zde reprezentován černým obdélníčkem. Zleva doprava je průběh roku v měsíčním kroku, tedy zcela vlevo leden, zcela vpravo prosinec. Gradient zespodu nahoru v jednotlivých obdélnících představuje denní dobu. Na tomto konkrétním příkladu ze stanice Brno-Zvonařka vidíme, že nejvyšší průměr byl zaznamenán v únoru 2011 a to během ranní a odpolední dopravní špičky.

Zde je krásně vidět, jak lze obrovské množství dat na první pohled snadno interpretovat. Tato vizualizace je zkonstruována z hodinových průměrných koncentrací. Pokud provedeme zjednodušení a budeme předpokládat 100% dostupnost dat, pak je takováto vizualizace vygenerována přibližně z 6 * 365,25 * 24 = 52596, tedy více než 52 tisíc hodnot.

Teplotní plošný graf

Následující příklad grafu ze stanice Brno-Zvonařka je plošným grafem (lze také označit za sloupcový graf bez mezer mezi sloupci) koncentrací PM10, který má ještě třetí rozměr definovaný barvou. V tomto případě se jedná o graf, kde osa X znázorňuje časový průběh, osa Y koncentraci PM10 a barevná škála znázorňuje teplotu vzduchu. Opět zde vidíme typický vztah mezi teplotou a koncentrací PM10. Koncentrace jsou nižší při vyšších teplotách, naopak vyšší hodnoty koncentrací mají spíše nádech do modra či fialova (nižší teplota vzduchu).

Další ukázkou vztahu mezi směrem větru, koncentrací znečišťující látky a teplotou vzduchu ukazuje následující diagram, který je v podstatě klasickou koncentrační růžicí, kterou jsme si již popsali, ale místo rychlosti větru představuje vzdálenost od středu teplotu vzduchu a byla zvolena jiná barevná škála. Použita jsou data z pozaďové stanice Brno-Lány pro koncentrace PM1 za rok 2018. Je vidět, že nejvyšší jsou koncentrace jednoznačně při nízkých teplotách vzduchu a to nezávisle na směru větru. I v rámci chladného období však vidíme jisté rozdíly, absolutně nejvyšší byly koncentrace při jihozápadním proudění.

A nyní pro ukázku totožná růžice, tentokrát pro přízemní ozon, kde jak jsme si již vysvětlili, je roční chod opačný. Jedná se opět o stanici Brno-Lány a rok 2018 a je jasně vidět, že nejvyšší koncentrace přízemního ozonu (O3) jsou zaznamenávány při nejvyšších teplotách a to opět nezávisle na směru větru. Absolutně nejvyšší pak při jihozápadním proudění.

Chod koncentrací

Následující diagram je příkladem souhrnného vyjádření chodu koncentrací konkrétní znečišťující látky. Jedná se o příklad ze stanice Brno-Zvonařka sestavený na základě agregované desetileté periody 2008 až 2017 pro PM10. Horní graf ukazuje průměrný týdenní chod. Pokud se dobře podíváme je patrné, že ve všední dny jsou zaznamenávány dvě špičky. První ráno při ranní dopravní špičce a druhá odpoledne při odpolední dopravní špičce, což je pro dopravní stanici typické. Ranní špička je vyšší a ohraničenější. Pravděpodobným vysvětlením je, že konec pracovní doby je variabilnější a proto je nárůst déle trvající, ale méně nárazový. O víkendu pak vidíme, že ač také pozorujeme určitý chod, celkově jsou koncentrace v maximu nižší, zcela nejnižší pak v neděli. Je také zajímavé si povšimnout nižší koncentrací v pondělní ráno. To souvisí s nižšími koncentracemi v neděli, takže až do začátku ranní špičky jsou koncentrace v první čtvrtině pondělka nižší než v ostatní všední dny a tento fakt se projevuje i na grafu zcela vpravo dole, kde vidíme, že je v pondělí průměrná koncentrace nižší než v ostatní všední dny. Nesouvisí to však s tím, že by byla nižší intenzita dopravy, ale s nižšími počátečními koncentracemi vzhledem k předchozímu nepracovnímu dni, což se na denním průměru projeví.

Denní chod jako agregaci ze všech dní pak vidíme na grafu vlevo dole. Ten dobře ilustruje dvě špičky – krátkodobější a intenzivnější ranní a déle trvající, ale méně intenzivní odpolední. Prostřední graf dole pak ukazuje roční chod, kde je dobře patrný již několikrát popsaný roční chod koncentrací suspendovaných částic, kdy jsou v průměru koncentrace vyšší v chladnou část roku (horší rozptylové podmínky, vliv některých zdrojů jako například vytápění).


Níže uvedený kombinovaný graf (ze stanice Brno-Arboretum za rok 2018) představuje vlevo část, kde jsou linové grafy průběhu koncentrací všech znečišťujících látek a meteorologických parametrů sledovaných v dané lokalitě. Červenou barvou jsou pak vyšrafovány oblasti chybějících dat. Lze tedy snadno najít mezery v datech. V pravé části jsou pak sloupcové grafy četnosti rozmezí jednotlivých hodnot.

Veškeré výše uvedené grafy je možné dělit podle různých časových úseků, níže uvedený soubor růžic je ukázkou rozdělení anulárních růžic za rok 2018 pro stanici Brno-Masná a PM2,5. Výhodou tohoto typu zpracování je jednotná škála a tedy možnost přímého srovnání jednotlivých ročních období. Růžice zimy v tomto případě nepředstavuje jednu konkrétní zimu, ale agregaci ledna, února a prosince v rámci jednoho kalendářního roku.

Níže uvedený soubor koncentračních růžic pro PM10 je sestaven z dvoutýdenního období projektového měření v rámci měření kvality ovzduší během ohňostrojové přehlídky Ignis Brunensis 2018. Růžice jsou rozdělené po hodinách. Všimněte si zejména čtvrtém obrázku zleva v dolní řadě, ten odpovídá růžici v době odpalování ohňostroje a je vidět, že právě v tuto hodinu bylo naměřeno absolutní maximum v daném období.

Tímto způsobem tedy vzniká prakticky neomezené množství možných zobrazení, kdy můžeme kombinovat nejen typ grafu či vizualizace, ale i použité parametry, agregaci, kombinaci atd.

 

Závěr

Cílem tohoto článku bylo představit ukázky způsobů hodnocení kvality ovzduší prostřednictvím různých typů grafů a diagramů. Je patrné, že se nejdná o jednoduchou problematiku. O žádném z výše uvedených vizualizací nelze říci, že by byla “nejlepší” či “nejvíce vypovídající”. Vždy je třeba kombinovat více typů zobrazení a zvolené parametry přizpůsobit konkrétní situaci. Platí zde známé rčení – fantazii se meze nekladou. Můžeme volit různé kombinace parametrů, barev, měřítek atd. a vytvořit tak diagram, který nejlépe popíše to, co nás zajímá a co zkoumáme.

Následně už je jen potřeba vybrat nejvhodnější nástroj (software), kterým můžeme dané zobrazení vytvořit. V některých případech si vystačíme s jednoduchým tabulkovým editorem, v jiných případech už je třeba určité znalosti některých programovacích jazyků a vytvořit skript, který nám dané zobrazení vytvoří. Často se také pracuje dávkově, tzn. je ve skriptu vytvořen cyklus, který dané zobrazení vytvoří z většího počtu datových souborů, čímž vznikne konzistentní soubor zobrazení pro různé lokality atd.

Poslední fází je pak samotné vyhodnocení, které většinou představuje tu nejnáročnější část hodnocení. Nejedná se již o rutinní způsob práce či naučené příkazy, ale o nutnost znalosti jak teoretického chování konkrétní znečišťující látky, znalosti lokality a jejího okolí (okolní zdroje znečištění, terén, osídlení, typ a charakteristiku zóny atd.) a vzít v potaz celou řadu faktorů dohromady za účelem sestavení pravděpodobného vysvětlení daného zobrazení a následně zkombinováním všech dostupných dat a zobrazení vytvořit komplexní zhodnocení stavu ovzduší pro lokalitu/y a období zájmu.

 

 

vedoucí oddělení kvality ovzduší

Rád si hraji s daty, tvořím webové aplikace a hledám cesty, jak věci někam posunout. Na ČHMÚ pracuji na pozici vedoucího oddělení kvality ovzduší, jsem administrátorem tohoto blogu, Facebook, Instagram a Twitter účtu ČHMÚ, jsem členem skupiny mobilní aplikace ČHMÚ a mám na starost anglickou větev našeho Facebook účtu. Podílím se na projektech napříč různými odděleními ČHMÚ.

Na ČHMÚ pracuji od roku 2014, práce mě moc baví a to nejen díky náplni, ale i skvělým kolegyním a kolegům.

Jsem také autorem nejpoužívanější šablony stránek pro uživatele meteostanic, používané ve více než 65 zemích ve více než 30 jazycích.

Sdílet

Napsat komentář