Rzut oka na jakość powietrza we Wrocławiu w pierwszych miesiącach sezonu grzewczego 2021/2022

Połowa sezonu grzewczego za nami, można więc pokusić się już o pewne podsumowanie minionego okresu. Wystąpiły w nim sytuacje z bardzo złą jakością powietrza, ale były również takie, w których jakość powietrza była bardzo dobra.

Główne wnioski:

• w omawianym okresie, od 1 października do 31 grudnia, dni, w których stwierdzono występowanie wyłącznie bardzo dobrych i dobrych warunków aeorosanitarnych było 53, przy czym w październiku takich dni było 29, a w listopadzie i grudniu po 12.

• dni w których choć raz wystąpiły warunki umiarkowane było 13 – dwa w październiku, cztery w listopadzie i siedem w grudniu.

• dni w których jakość powietrza bezpośrednio zagrażała naszemu zdrowiu (czyli takich, w których choć raz notowano dostateczną, zła lub bardzo złą jakość powietrza) było w całym omawianym przedziale czasowym 26; notowano je w listopadzie (14 dni) i grudniu (12 dni).

• obserwowana zmienność warunków aerosanitarnych, czyli naprzemienne występowanie okresów z pogorszoną jakością powietrza i okresów w których jakość powietrza była dobra, związana była z naprzemiennym występowaniem pogody wyżowej, odpowiedzialnej za pogarszanie się sytuacji aerosanitarnej, i pogody niżowej, odpowiedzialnej za jej poprawę.

Poniżej przedstawiamy szczegółową analizę warunków aerosanitarnych, panujących we Wrocławiu w okresie od października do grudnia 2021 r.

Źródła danych

W opracowaniu wykorzystano dane:

• o jakości powietrza z Państwowego Monitoringu Środowiska:
  • ze stacji tła miejskiego: Wrocław Wyb. Conrada-Korzeniowskiego,

  • ze stacji komunikacyjnej: Wrocław al. Wiśniowa,
• o warunkach meteorologicznych z Obserwatorium UWr (Wrocław – Biskupin).

Warunki pogodowe a jakość powietrza

W sezonie grzewczym sytuacje sprzyjające pogarszaniu się jakości powietrza wynikają przede wszystkim z uwarunkowań meteorologicznych, takich jak:

• spadki temperatury powietrza, powodujące zwiększone zapotrzebowanie na ciepło, a tym samym zwiększoną emisję zanieczyszczeń z naszych domowych kominów

• występowanie okresów z niewielką prędkością wiatru i okresów z inwersją temperatury, utrudniających rozpraszanie zanieczyszczeń powietrza i sprzyjających ich kumulacji oraz wzrostowi stężeń.

Aby zidentyfikować takie sytuacje związane z warunkami termicznymi w analizowanym okresie, wydziela się tak zwane dni charakterystyczne:

• przymrozkowe, czyli takie w których temperatura choć na chwilę spada poniżej 0 °C,

• mroźne – takie w których temperatura maksymalna nie przekracza 0 °C,

• bardzo mroźne, w których temperatura minimalna jest poniżej -10 °C.

Liczba dni charakterystycznych w poszczególnych klasach pozwala określić w jakim stopniu dany miesiąc sprzyjał pogarszaniu się jakości powietrza.

W odniesieniu do wiatru charakterystyką obrazującą sytuacje sprzyjające pogarszaniu warunków aerosanitarnych może być np. częstość występowania cisz (czyli sytuacji, w których prędkość wiatru jest poniżej 0,5 m/s), czy sytuacji ze słabym wiatrem o prędkości poniżej 1 m/s.

Można również zastosować kryterium synoptyczne – np. wyodrębniając okresy występowania pogody wyżowej lub niżowej. Jest to pomocne kryterium, ze względu na specyficzne cechy tych typów pogód.

Zimą w warunkach pogody niżowej (cyklonalnej) spodziewać się można zachmurzenia, opadów, wysokich prędkości wiatru oraz ociepleń i wymiany mas powietrza, co sprzyja usuwaniu oraz rozpraszaniu zanieczyszczeń i poprawie warunków aerosanitarnych.

W pogodzie wyżowej (antycyklonalnej) należy natomiast spodziewać się pogody bezchmurnej (radiacyjnej), sprzyjającej jesienią nocnym przymrozkom, a zimą występowaniu mrozów. Towarzyszy jej również tworzenie się nocnych inwersji termicznych, związanych ze swobodnym wypromieniowaniem energii przy bezchmurnym niebie, a w konsekwencji wychłodzeniu podłoża i powietrza przy gruncie. Cecha charakterystyczna takiej pogody jest również niewielka prędkość wiatru, związana z małym zróżnicowaniem ciśnienia atmosferycznego w układach wyżowych. Można, więc uogólnić, że pogoda antycyklonalna sprzyja pogarszaniu się jakości powietrza.

Charakterystyka warunków meteorologicznych w okresie październik – grudzień 2021

Pierwsza połowa okresu grzewczego 2021 (tj. okres od października do grudnia) we Wrocławiu była porównywalna pod względem temperatury z przeciętnymi warunkami panującymi w wieloleciu referencyjnym 1991-2020. Średnia dobowa temperatura powietrza wynosiła w tym okresie w stolicy Dolnego Śląska 5,3°C, analogiczna średnia dla wielolecia to 5,2. Najchłodniejszym miesiącem był grudzień ze średnią temperaturą 0,8°C. Wtedy też odnotowano dni mroźne i bardzo mroźne W październiku i listopadzie również notowano spadki temperatury poniżej zera, lecz tylko w nocy – w dzień notowano temperatury dodatnie.

Średnia prędkość wiatru dla całego analizowanego okresu wyniosła 2,1 m/s. Najniższa średnia prędkość wiatru odnotowana została w październiku (1.9 m/s), najwyższa – w grudniu (2,2 m/s). Jednocześnie to właśnie w grudniu odnotowano najwięcej godzin z ciszą – 7,8% wszystkich przypadków, niemal dwukrotnie więcej niż w pozostałych miesiącach (Tab. 1, Rys.1).

W pierwszej części omawianego okresu sytuacje w których występowała obniżona prędkość wiatru skorelowane były występowaniem pogody radiacyjnej, z głębokimi spadkami temperatury powietrza w ciągu nocy (wypromieniowanie przy bezchmurnym niebie) i wyraźnymi wzrostami temperatury w ciągu dnia (swobodny dopływ promieniowania słonecznego przy bezchmurnym niebie; Rys. 2). W drugiej części omawianego okresu powiązanie warunków wiatrowych i termicznych było mniej wyraźne, choć i tu można zauważyć, że głębokim ochłodzeniom towarzyszyło obniżenie prędkości wiatru. Z kolei wzrost prędkości wiatru w większości przypadków skorelowany był z wystąpieniem ociepleń, zwłaszcza w grudniu (Rys. 2).

Zmienność ta związana jest oczywiście z uwarunkowaniami synoptycznymi – naprzemiennym występowaniem pogody cyklonalnej, z intensywnym napływem relatywnie ciepłych mas powietrza polarnomorskiego z zachodu oraz pogody antycyklonalnej, o znacznie mniejszej dynamice, sprzyjającej przymrozkom i mrozom.

Charakterystyka warunków aerosanitarnych w pierwszej połowie sezonu grzewczego 2021/2022

Początek sezonu grzewczego 2021/2022 (okres od października do grudnia) był bardzo zróżnicowany pod względem warunków aerosanitarnych. Należy zaznaczyć, że przez większą jego część stężenia pyłu zawieszonego utrzymywały się na poziomie nie stanowiącym zagrożenia dla mieszkańców Wrocławia, lub stanowiącym niewielkie zagrożenie. Mimo to odnotowano również kilkudniowe epizody ze znacznie pogorszona jakością powietrza, w tym takie, w których dobowe stężenie pyłu zawieszonego przekroczyło poziom dopuszczalny. Łącznie takich dni – ze stężeniem średniodobowym pyłu PM₁₀ wyższym niż 50 µg/m³ (Tab. 2, Rys. 3) odnotowano 15. Na szczęście poziomy alertowe (poziom informowania i poziom alarmowy) dla pyłu zawieszonego PM₁₀ nie zostały przekroczone.

Maksymalne stężenie średnie dobowe zarejestrowane we Wrocławiu na stacji tła miejskiego GIOŚ wynosiło dla PM₁₀ 85,8 µg/m³; maksymalne stężenie godzinowe dla tego zanieczyszczenia osiągnęło 165,9 µg/m³. Dla pyłu PM2.5 maksima wynosiły odpowiednio 82,4 µg/m³ i 163,0 µg/m³. Odnotowano je w dniu 26.12.2021 r. (Tab. 2). Podobnie wysokie wartości stężeń godzinowych PM (przekraczające 100 µg/m³) odnotowano również w grudniu, w dniach 3, 4, 12, 13, 14, 25. Tak wysokie wartości wystąpiły łącznie 23 razy, za każdym razem w ciągu nocy, w przedziale godzin od 18:00 do 7:00.

Z punktu widzenia wpływu jakości powietrza na zdrowie najwygodniej ocenić ją według tzw. indeksu jakości powietrza. Wg danych ze stacji tła miejskiego GIOŚ (ul. Conrada-Korzeniowskiego) zła i bardzo zła klasa jakości powietrza występowała głównie w godzinach rannych i wieczornych, tj. podczas porannego i wieczornego wzrostu emisji zanieczyszczeń, związanego z rozpalaniem w piecach, jak również w ciągu nocy, zwłaszcza w sytuacjach bezwietrznych, gdy emitowane z kominów zanieczyszczenia stopniowo kumulowały się w atmosferze (rys. 3). W ciągu dnia warunki aerosanitarne często ulegały poprawie (mniejsze zapotrzebowanie na ciepło, lepsze warunki do rozpraszania zanieczyszczeń).

W oparciu o dane ze stacji tła miejskiego można stwierdzić, że wzrosty stężenia pyłu, zwłaszcza drobnego PM_2.5 występowały przede wszystkim w sytuacjach, kiedy średnia dobowa temperatura powietrza była niższa niż 5°C. Takich dni w analizowanych miesiącach było 40 (2 przypadły na październik, w listopadzie było ich 14, natomiast w grudniu aż 24), co stanowi około 43% całego okresu.

Taka sytuacja przekłada się oczywiście na warunki aerosanitarnie i ich wpływ na zdrowie. Analizując występowanie poszczególnych klas jakości powietrza można stwierdzić, że dni, w których stwierdzono występowanie wyłącznie bardzo dobrych i dobrych warunków aerosanitarnych było 53 (57 %). W październiku takich dni było 29, w listopadzie i grudniu po 12. Ich występowanie wiązało się z relatywnie ciepłą i wietrzną pogodą, choć zdążały się również dni chłodne z korzystną jakością powietrza. Dni w których wystąpiły warunki umiarkowane było 13 (14 %) – dwa w październiku, cztery w listopadzie i siedem w grudniu. W takich warunkach zanieczyszczenie powietrza stanowi już pewne zagrożenie dla zdrowia, zwłaszcza dla osób z grup ryzyka. Dni w których jakość powietrza bezpośrednio zagrażała naszemu zdrowiu (czyli takich, w których choć raz notowano dostateczną, zła lub bardzo złą jakość powietrza) było w całym omawianym przedziale czasowym 26, co stanowi 29% całego okresu. Notowano je w listopadzie (14 dni) i grudniu (12 dni).

Najgorsze warunki aerosanitarne, kiedy stężenia PM10 przekroczyły poziom dopuszczalny wystąpiły w listopadzie i grudniu (ryc. 6 – 7). Każdorazowo taki epizod wiązał się z utrzymująca się nad Polską pogoda wyżową – ilustrują to przedstawione na 8 – 10 mapy synoptyczne. Jego zakończenie warunkowane było zmianą sytuacji synoptycznej – najczęściej nadejściem niżu, wymianą mas powietrza, wzrostem prędkości wiatru i wzrostem temperatury. Jako przykład można tu podać zakończenie epizodu wysokich stężeń PM, przypadające na druga dekadę listopada (rys. 6, 7), zakończonego przejściem nad Polską frontu atmosferycznego, związanego z niżem przemieszczającym się nad Skandynawią (patrz  mapa synoptyczna z 19.11.2021; rys. 11). Warto zwrócić również uwagę na epizod z końca grudnia, kiedy to po okresie silnych mrozów (którym towarzyszyły najgorsze w omawianym okresie warunki aerosanitarne), nastąpiła radykalna zmiana warunków meteorologicznych, w tym ocieplenie sięgające powyżej 15°C.  Wiązała się ona z intensywnym napływem ciepłych mas powietrza z sektora południowego, zapoczątkowany przez niż z centrum nad Europą Środkową (rys. 12).

14 listopad

10-14 grudzień

26-28 grudzień