Rekordně nízké koncentrace karcinogenního benzo[a]pyrenu v únoru 2020 v České republice a dlouhodobý vývoj koncentrací BaP v ČR18 min čtení

Již mnohokrát jsme zde psali, jak velký vliv mají na kvalitu ovzduší meteorologické podmínky. Naposledy v souvislosti s kvalitou ovzduší během nouzového stavu. V tomto článku si tento vliv ilustrujeme na konkrétním příkladu a situaci v únoru 2020. Pokusíme se také statisticky zhodnotit dlouhodobý vývoj koncentrací této znečišťující látky a nebude chybět ani její krátký popis a popis toho, co nejvíce pomůže snižovat její koncentrace.

Meteorologické podmínky a kvalita ovzduší
Meteorologická situace v únoru 2020
Benzo[a]pyrenu – co to je a jeho zdroje
Koncentrace BaP v únoru 2020
Dlouhodobý vývoj
Závěr

Meteorologické podmínky a kvalita ovzduší

Na kvalitu ovzduší mají výrazný vliv meteorologické podmínky, stručně a zjednodušeně si tento vliv popíšeme:

• rychlost větru – má na kvalitu ovzduší velmi významný vliv. Udává míru rozptylu znečišťujících látek od zdroje do širšího okolí. Obecně můžeme říci, že vyšší rychlosti větru mají na kvalitu ovzduší příznivý vliv. Naopak nízké rychlosti větru vedou ke zvýšení koncentrací znečišťujících látek, které se dostatečně nerozptylují. Existují samozřejmě výjimky, jako například situace na stanici Brno-Zvonařka, kterou jsme zde popisovali v minulosti, kde vyšší rychlosti větru vzhledem k vysoké prašnosti na povrchu blízko stanice, naopak vedou k významnému víření prachu do ovzduší.
• směr větru – udává směr šíření znečišťujících látek do okolí. Jedná se o významný parametr při identifikaci zdrojů znečišťování ovzduší.
• teplota vzduchu – velmi významný faktor, který ovlivňuje kvalitu ovzduší přímo i nepřímo.
  • přímý vliv – teplotní zvrstvení atmosféry se do značné míry podílí na míře rozptylu ve vertikálním směru. Za běžného stavu se s narůstající výškou teplota snižuje. Pokud dojde k opaku (tzv. teplotní inverze, dochází k ní především v zimě), jsou teploty v určité výšce nad zemí vyšší, a tedy nedochází k přirozenému stoupání vzduchu a ten se kumuluje u povrchu. Představit si můžeme tuto situaci jako pokličku, která vede ke kumulaci znečištění u země, aniž by vzrostly samotné emise ze zdrojů.
  • nepřímý vliv – nejproblematičtějším zdrojem znečišťování ovzduší v České republice je v současnosti lokální vytápění domácností. Je to jednoznačně hlavní zdroj emisí suspendovaných částic PM₁₀ i PM_2,5 v ČR, takřka výhradní zdroj karcinogenního polycyklického aromatického uhlovodíku benzo[a]pyrenu a také významný zdroj dalších znečišťujících látek, jako například oxidu uhelnatého.
• srážky – srážky pevného (sněžení, kroupy) i kapalného (déšť) skupenství smývají znečišťující látky z ovzduší, tzv. mokrou depozicí. Mají tedy pozitivní vliv na kvalitu ovzduší.

To, jaký může mít rozptylová situace vliv na kvalitu ovzduší, si ukážeme v následujícím článku.

Meteorologická situace v únoru 2020

Meteorologická situace v únoru roku 2020 byla pro kvalitu ovzduší extrémně příznivá.

Teplota

Z operativních dat ČHMÚ vyplývá, že průměrná teplota v únoru 2020 pro Českou republiku byla +3,7 °C. Přitom normál 1961—1990 je pouze -1,1 °C a dlouhodobý průměr 1981—2010 -0,9 °C. Průměrná únorová teplota tedy byla o přibližně 5 °C vyšší, než je pro tento měsíc běžné. Takto vysoká odchylka od normálu je velmi výjimečná a jedná se o mimořádně teplotně nadprůměrný měsíc. Na stanici Praha-Klementinum, která má nejdelší časovou řadu pozorování (od r. 1775) se jednalo o jednoznačně nejteplejší únor v historii měření (průměrná měsíční teplota +6,9 °C znamená +4,8 °C nad průměr 1981-2010).

Srážky

Srážkově byl únor 2020 silně nadrnomální. V průměru napršelo na našem území dle operativních dat ČHMÚ 78 mm srážek, což je 205 % normálu 1961—1990 i dlouhodobého průměru 1981—2010, které shodně činí 38 mm.

Rychlost větru

Během února 2020 jsme zaznamenali několik dní, kdy byly rychlosti větru po celém území velmi vysoké. Připomenout můžeme například bouři Sabine (někdy chybně označovanou jako orkán, rychlosti orkánu však dosaženo nebylo), který se přes ČR prohnal kolem 10. února a kdy například na Sněžce dosahovala rychlost větru v nárazech až 51 m/s (184 km/h) a velmi vysoké rychlosti větru byly zaznamenány i v nížinách. Vysoké rychlosti větru však byly zaznamenány i v další dny.

 

Pokud se podíváme na první kapitolu o vlivu meteorologických podmínek na kvalitu ovzduší a tuto srovnáme se situací v únoru 2020, vyplyne nám, že panovaly extrémně příznivé podmínky a předpoklad pro velmi dobrou kvalitu ovzduší.

Nyní se podíváme, zda se toto opravdu projevilo a v jaké míře.

Benzo[a]pyrenu – co to je a jeho zdroje

Benzo[a]pyren (BaP) je polycyklický aromatický uhlovodík, prokázaný karcinogen, pro který je v legislativě stanoven imisní limit pro ochranu zdraví pro roční koncentraci. Ten má hodnotu 1 ng.m^-3. Celkově je tato znečišťující látka označována za nejproblematičtější znečišťující látku v ČR. To proto, že je její roční limit překračován na největším podílu území ze všech znečišťujících látek. Co je zdrojem BaP? Jednoznačně lokální vytápění domácností, konkrétně tedy především vytápění ve starých kotlích na pevná paliva (dřevo, uhlí). Tato znečišťující látka je problematická z několika důvodů. Zaprvé je obtížné stav zlepšovat (jedná se o znečištění na úrovni jednotlivce, na rozdíl od průmyslu, který lze snadno regulovat a dopravy, kterou lze rovněž regulovat například prostřednictvím STK a platných limitů, zde je situace velmi obtížná). Zadruhé je obtížné mapovat aktuální situaci. To zejména proto, že se můžou koncentrace BaP velmi lišit i na relativně krátké vzdálenosti. Nejvyšší koncentrace BaP jsou měřeny v malých obcích s vysokým podílem vytápění na pevná paliva. Situace se tedy může značně odlišovat vesnici od vesnice a převážná většina stanic imisního monitoringu je ve městech. Mapa odhadu koncentrací BaP je tedy zatížena vysokou nejistotou. Měřit BaP je velmi časově i finančně náročné a není v tuto chvíli možné provádět měření ve všech obcích.

Snaha snížit emise BaP a celkové znečištění touto látkou spočívá například v kotlíkových dotacích ministerstva životního prostředí, které usnadňují a zpřístupňují lidem možnost obnovy starého kotle na pevná paliva. Naopak problémem je fakt, že řada domácností, které mají doma k dispozici plynovou přípojku, přechází naopak na tyto méně vhodné způsoby vytápění z pohledu kvality ovzduší v podobě vytápění na pevná paliva a to zejména z finančních důvodů. Tento trend zvyšování počtu domácností vytápěných na pevná paliva je patrný přibližně od konce první dekády tohoto tisíciletí. Tomuto navíc nahrává současná kůrovcová kalamita, která sráží cenu dřeva na úplné minimum.

Pozitivním faktem je, že z následujících dat vyplývá, že koncentrace BaP se dlouhodobě přeci jen daří snižovat. Meziroční rozdíly jsou dány z větší části meteorologickými podmínkami – především tím, jak tuhá byla zima a také tím, zda docházelo k tvorbě teplotních inverzí. V dlouhodobějším pohledu je pak již možné pozorovat určité trendy, které souvisí spíše s celkovým množstvím emisí BaP. Zmínit je nutné také tzv. dálkový transport, kterým se může BaP šířit i na velké vzdálenosti, včetně transportu BaP z jiných zemí (v ČR největší problém představuje transport z Polska, které sice také přijímá aktivní opatření ke snížení koncentrací BaP, ty jsou však na řadě míst velmi vysoké).

Koncentrace BaP bývají výrazně vyšší v zimním (chladném) období roku, naopak v letních měsících jsou téměř zanedbatelné.

Koncentrace BaP v únoru 2020

Nejprve se podívejme, jak extrémní byl únor 2020 z pohledu kvality ovzduší, konkrétně koncentrací benzo[a]pyrenu. Pro analýzu byla použita operativní data Českého hydrometeorologického ústavu o koncentracích BaP z celkem 16 stanic imisního monitoringu napříč Českou republikou*. Byla použita data od roku 2011, tedy desetiletá řada, u některých stanic nebyla k dispozici tak dlouhá časová řada (byly vybrány stanice, kde jsou k dispozici alespoň pětiletá data od r. 2016). Na 14 z nich z nich byly v roce 2020 průměrné koncentrace BaP jednoznačně nejnižší za hodnocené období. V řadě případů byl navíc rozdíl velmi výrazný. Například na stanici ve Studénce činí průměr 2015-2019 koncentrace BaP v únoru 6,6 ng.m^-3. V roce 2020 však byla průměrná koncentrace této látky pouze 0,9 ng.m^-3, tedy 13 % průměru. Na stanici v Praze-Libuši činí průměr 2015—2019 1,92 ng.m^-3, průměr 2011—2019 2,07 ng.m^-3. Hodnota v únoru 2020 byla na této stanici pouze 0,3 ng.m^-3, tedy přibližně 15 % dlouhodobého průměru. Na všech 16 stanicích byla průměrná koncentrace BaP v únoru 2020 nižší než je průměr 2015—2019, u stanic, kde jsou k dispozici data za delší časové období, je průměr za celé toto období (od r. 2011 či později) rovněž vyšší, než hodnota průměru v únoru 2020.

Následující graf ukazuje srovnání průměrné koncentrace BaP v únoru 2020 oproti průměru 2019, 2015—2019 či 2011—2019 (tam kde jsou k dispozici data) na stejné stanici.

Pro lepší představu je níže ještě graf, kde jsou hodnoty převedeny procentuálně na poměry, tedy poměr mezi průměrnou koncentrací BaP v únoru 2020 oproti průměru BaP na dané stanici za únory 2015—2019 a u stanic, kde je k dispozici delší časová řada ještě srovnání poměru průměrů 2020/2011—2019.

Z grafu je patrné, že koncentrace v únoru 2020 byly na únor opravdu velmi nízké. Jinak byl poměr 2020/2015—2019 na všech stanicích pod 50 %, často i pod 30 %, či dokonce 20 % (tedy méně než pětinové oproti dlouhodobému průměru). Výjimku tvoří dvě stanice v Ústeckém kraji – Doksany a Teplice. Zde je možnou příčinou odlišná skladba zdrojů BaP. V Doksanech má velký vliv na koncentrace BaP průmysl spíše než lokální vytápění, takže se vliv meteorologie, ani pokles dopravy, která je zde zanedbatelná, pravděpodobně neprojevil, naopak průmysl omezen nebyl.

Dlouhodobý vývoj

Můžeme s jistotou říci, že za takto výrazný rozdíl v průměru 2020 oproti jiným rokům může výše zmíněná velmi příznivá rozptylová situace. Otázkou pak ještě zůstává, zda se snižují také emise BaP, tedy zda se situace zlepšuje i díky postupnému omezování hlavních zdrojů emisí BaP. Odpovědět na tuto otázku je velmi složité právě z toho důvodu, že odfiltrovat vliv meteorologických parametrů je v praxi nemožné. Můžeme se o to pokusit složitými modely a výpočty založenými na neuronových sítích, ale neexistuje žádný způsob, jak v praxi přesně zkontrolovat, jak přesné tyto odhady jsou. Obecně můžeme předpokládat, že za delší časový úsek dochází ke zprůměrování meteorologických podmínek – jeden rok je únor teplejší, další chladnější. Toto nám alespoň částečně umožňuje vývoj hodnotit, byť i toto může být problematické vzhledem k tomu, že jsou zimy stále častěji mírnější. Na druhou stranu, i pokud by bylo pozorováno postupné dlouhodobé snižování koncentraci BaP a bylo tomu tak právě proto, že se projevuje vliv globálního oteplování, nic to nemění na faktu, že by se koncentrace BaP dlouhodobě snižovaly – což je hlavním cílem.

Pro účely zhodnocení dlouhodobého vývoje je jednoznačně vhodnější použít data pro celoroční průměr, kde je výpočet průměru založen na větším množství dat. Do této analýzy byly zahrnuty pouze stanice, kde je k dispozici alespoň 7 ročních průměrných koncentrací BaP za období 2011—2019 (celkem 24 stanic*). Existuje řada způsobů, jak je možné data hodnotit. Je možné využívat také chemicko-transportní modely, které dokáží interpolovat data ze stanic na celé území s využitím znalosti o způsobu šíření konkrétních znečišťujících látek ovzduší včetně zahrnutí naměřených meteorologických dat do modelu a například terénu v dané lokalitě. Níže uvedené hodnocení tedy představuje pouze velmi zjednodušené hodnocení, které podává orientační představu. Největším problémem a nejistotou tohoto hodnocení je umístění stanic. Jak již bylo zmíněno výše, situace se může i poměrně na velmi malé vzdálenosti značně odlišovat v závislosti především na způsobu vytápění v dané lokalitě. Typickým příkladem mohou být dvě malé obce, z nichž jedna je plynofikovaná a plyn je používán jako hlavní zdroj pro vytápění a obec nedaleko, kde se topí především na pevná paliva.

Hodnocení meziročních rozdílů naměřených koncentrací nelze dávat přímo do souvislosti s množstvím emisí. Jsou totiž velmi ovlivněny meteorologickými podmínkami v daném roce, především pak délkou otopné sezóny a počtem dní s velmi nízkými teplotami a četností výskytu teplotních inverzí. Z tohoto důvodu byly vypočítány klouzavé pětileté průměry za období 2011—2015, 2012—2016, 2013—2017, 2014—2018 a 2015—2019 a tyto srovnány. Následně byl z těchto 5 klouzavých pětiletých průměrů vypočítán celkový průměr, tedy průměr pěti pětiletých klouzavých průměrů. V poslední fázi výpočtu byl každý pětiletý klouzavý průměr srovnán s celkovým průměrem klouzavých průměrů. Tímto způsobem bylo možné názorně zobrazit postupný vývoj na jednotlivých stanicích a přepočtem na poměry byl eliminován vliv absolutních hodnot. Zajímá nás v tomto případě tedy pouze vývoj koncentrací.

Pozitivním faktem je, že až na jednu výjimku (stanice Žďár nad Sázavou) byl klouzavý průměr 2015—2019 na všech stanicích nejnižší. Z analyzovaných stanic byl největší procentuální pokles i pokles v absolutních hodnotách pozorován na stanici Ostrava-Mariánské Hory, kde došlo k poklesu z roční průměrné koncentrace BaP 3,22 ng.m^-3 (2011—2015) na 1,78 ng.m^-3 (2015—2019). Jedná se o průmyslovou lokalitu, kde kvalitu ovzduší ovlivňují nejen lokální topeniště, ale také okolní průmyslové provozy. Jak říká Blanka Krejčí, vedoucí oddělení kvality ovzduší ČHMÚ Ostrava, v posledních letech došlo k zásadnímu omezení a změnám v okolních provozech, což přispělo k takto výraznému poklesu na této konkrétní stanici.

Níže uvedený graf ilustruje poměr klouzavého pětiletého poměru na dané stanici k celkovému průměru těchto klouzavých průměrů. Je patrné, že dochází k postupnému poklesu na všech analyzovaných stanicích.

Ve srovnání s celkovým průměrem klouzavých průměrů představoval klouzavý průměr 2015—2019 71,4 % (Ostrava-Mariánské Hory) až 98,2 % (Žďár nad Sázavou), ve všech případech byl pod 100 % (tedy pod celkovým průměrem). Průměr poměru klouzavého průměru 2015—2019 ze všech stanic ku celkovému průměru klouzavých průměrů ze všech stanic byl 90,2 %. Naopak průměrný poměr klouzavého průměru 2011—2015 vůči celkovému průměru klouzavých průměru byl 108,3 %. Pokud srovnáme průměrný poměr koncentrací mezi klouzavým průměrem 2011—2015 a 2015—2019 vyjde nám přibližně 0,84. Velmi zjednodušeně tedy můžeme říci, že na výše uvedených stanicích došlo během pětiletého období k poklesu průměrné roční koncentrace BaP o přibližně 15 %.

Pokud se podíváme na seznam stanic, je na první pohled patrné, že se jedná především o stanice ve větších městech. To znamená, že tento pokles může, ale i nemusí platit pro republiku jako celek. Minimálně však můžeme říci, že ve všech těchto lokalitách pokles pozorován je. Ačkoliv ještě nevíme, co nás čeká na konci roku, jaké budou teploty a rozptylová situace, máme prozatím vzhledem k velmi dobrému začátku roku (viz předchozí kapitola o únoru a také relativně teplý leden) nakročeno k dalšímu roku s velmi nízkými a možná i nejnižšími koncentracemi BaP.

Závěr

Meteorologické podmínky mají naprosto zásadní vliv na kvalitu ovzduší. Tuto frázi jsme velmi často zmiňovali zejména na jaře v souvislosti s hodnocením vlivu nouzového stavu na kvalitu ovzduší. Ilustrovat tento vliv jsme se v tomto článku pokusili detailní analýzou meteorologických dat z února 2020 a jejich srovnáním s koncentracemi polycyklického aromatického uhlovodíku benzo[a]pyrenu v tomto měsíci. Vycházeli jsme přitom z operativních dat Českého hydrometeorologického ústavu.

Z výsledků je patrné, že vzhledem k mimořádně příznivým rozptylovým podmínkám a teplotám v únoru 2020, byly koncentrace BaP na většině stanic s dostupnými daty rekordně nízké pro daný měsíc. Na některých stanicích představovaly dokonce koncentrace BaP v únoru 2020 pouze přibližně 15 % průměru 2015—2019.

V poslední kapitole jsme se pak pokusili zhodnotit dlouhodobější vývoj průměrných ročních koncentrací BaP pomocí výpočtu pětiletých klouzavých průměrů mezi roky 2011—2019. Z těchto dat se ukazuje, že minimálně na analyzovaných stanicích dochází k pozvolnému poklesu koncentrací BaP, v průměru za 5 let o přibližně 15 %.

Jaké jsou příčiny změn koncentrací BaP? Jednak jsou to již zmíněné meteorologické podmínky. Ty se sice v dlouhodobějším časovém úseku průměrují, ale vzhledem k dlouhodobému pozvolnému oteplování, danému globálními změnami, a stále častějšími mírnými zimami, může docházet k ovlivňování i dlouhodobějších průměrů. Dále je to také předpokládaný pokles emisí BaP, který vychází především z postupné obměny starých kotlů na pevná paliva v domácnostech. Tomuto napomáhají například kotlíkové dotace MŽP. Hodnocení účinnosti těchto programů je velmi složité a za tímto účelem provádí ČHMÚ také projektová měření v malých obcích, avšak vzhledem k nutnosti dostupnosti dlouhodobějších dat, zatím nejsou k dispozici konečné závěry těchto analýz.

* některé ze stanic zasílajících data do státní sítě imisního monitoringu nejsou ve vlastnictví ČHMÚ, který si pouze ověřuje a zajišťuje kvalitu dat a metodiku měření. Ze stanic použitých v této studii se jedná o stanici Brno-Masná (ZÚ Ostrava), Praha-Šrobárova (SZÚ, ZÚ Ústí nad Labem), Žďár nad Sázavou (ZÚ Ostrava), Plzeň-Roudná (ZÚ Ústí nad Labem), Ostrava-Mariánské Hory (ZÚ Ostrava), Ostrava-Radvanice ZÚ (ZÚ Ostrava)