Jakość powietrza w Bydgoszczy w pierwszych miesiącach sezonu grzewczego 2021/2022

W ostatnich dniach przedstawiliśmy podsumowanie pierwszych miesięcy sezonu grzewczego dla Wrocławia. W tym samym okresie, tj. od 1 października do 31 grudnia 2021 r. w Bydgoszczy również zaobserwowano sytuacje zarówno z bardzo złą jakością powietrza, jak i takie, w których jakość powietrza była bardzo dobra. Jednocześnie, w przeciwieństwie do Wrocławia, przekroczenie poziomu dopuszczalnego dla stężenia dobowego pyłu zawieszonego PM₁₀ w Bydgoszczy wystąpiło już w październiku. Złą jakość powietrza potwierdziły także pomiary mobilne, o wynikach których pisaliśmy tutaj.

Główne wnioski:

• w omawianym okresie, od 1 października do 31 grudnia, dni, w których stwierdzono występowanie wyłącznie bardzo dobrych i dobrych warunków aerosanitarnych (wg kryteriów Polskiego Indeksu Jakości Powietrza) było 56, przy czym w październiku takich dni było 21, w listopadzie 18, zaś w grudniu 17,
• dni, w których maksymalne stężenia PM mieściły się w zakresie klasy umiarkowanej było 25 (10 w październiku, 9 w listopadzie i 6 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 11; odnotowano je w listopadzie (3 dni) i grudniu (8 dni),
• podobnie jak we Wrocławiu obserwowana zmienność warunków aerosanitarnych (naprzemienne występowanie okresów z pogorszoną jakością powietrza i okresów, w których jakość powietrza była dobra) związana była z częstymi zmianami pogody kształtowanej przez układy ciśnienia.

Poniżej przedstawiamy szczegółową analizę warunków panujących w Bydgoszczy 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: Bydgoszcz ul Warszawska,
  • ze stacji komunikacyjnej: Bydgoszcz pl. Poznański,
• o warunkach meteorologicznych z sieci IMGW-PIB (stacja synoptyczna Toruń)

Ze względu na brak ogólnodostępnych danych meteorologicznych dla Bydgoszczy, w opracowaniu wykorzystano dane z najbliższej stacji meteorologicznej, zlokalizowanej w Toruniu. Dane te, zwłaszcza w odniesieniu do generalnych cech zmienności warunków pogodowych, można uznać za reprezentatywne również dla obszaru Bydgoszczy.

Warunki pogodowe a jakość powietrza

Mechanizmy odpowiadające za relacje miedzy warunkami meteorologicznymi a jakością powietrza, czyli mówiąc wprost, wpływ pogody na warunki aerosanitarne opisano w analogicznym artykule poświęconym Wrocławiowi – zainteresowanych odsyłamy do tego artykułu. Poniżej przedstawiono charakterystykę tła meteorologicznego dla Torunia w okresie październik – grudzień 2021.

Charakterystyka warunków meteorologicznych w okresie październik – grudzień 2021

Pierwsza połowa okresu grzewczego (tj. okres od października do grudnia) była w otoczeniu Bydgoszczy cieplejsza niż średnia z wielolecia 1991-2020. Średnia dobowa temperatura powietrza odnotowana tym okresie w Toruniu wynosiła 4,8°C, analogiczna średnia dla wielolecia to 4,4°C. Najchłodniejszym miesiącem był grudzień ze średnią temperaturą -0,9°C. Wtedy też odnotowano dni mroźne i bardzo mroźne, kiedy temperatura maksymalna w ciągu dnia nie przekroczyła 0°C. W październiku i listopadzie również notowano spadki temperatury poniżej zera, lecz tylko w nocy i nad ranem – w ciągu dnia notowano temperatury dodatnie.

Średnia prędkość wiatru dla całego analizowanego okresu wyniosła 3,0 m/s. Najniższa średnia prędkość wiatru została odnotowana w październiku (2,7 m/s), najwyższa – w grudniu (3,4 m/s). Był to okres wietrzny, a cisza atmosferyczna została odnotowana zaledwie przez kilkanaście godzin, przy czym najwięcej ich przypadło na miesiąc listopad (7 godzin – 54 % wszystkich przypadków), nawet dwukrotnie więcej niż w pozostałych miesiącach (Tab. 1, Rys.1).

W pierwszej części omawianego okresu sytuacje, w których występowała obniżona prędkość wiatru skorelowane były z występowaniem pogody wyżowej, 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.

Tab. 1 Charakterystyka warunków termicznych i wiatrowych w pierwszej połowie sezonu grzewczego 2021/2022 (na podstawie danych IMGW)

Miasto	Okres	Tśr [°C]	Tmax [°C]	Tmin [°C]	Liczba dni			V [m/s]	Częstość cisz [%] (V<0,5 m/s)
					Bardzo mroźne (Tmin<-10°C)	Mroźne (Tmax<0°C)	Przymrozkowe (Tmin<0°C)
Toruń	2021-10	9,6	21,4	-2,1	brak	brak	4	2,7	0,3
	2021-11	5,6	15,7	-1,8	brak	brak	6	2,9	1,0
	2021-12	-0,9	11,4	-15,2	3	12	14	3,4	0,5
	Cały okres	4,8	21,4	-15,2	3	12	24	3,0	0,6

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 były na poziomie niestanowiącym zagrożenia dla mieszkańców Bydgoszczy lub stanowiącym niewielkie zagrożenie. Mimo to odnotowano również kilkudniowe epizody ze znacznie pogorszoną 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 16 na stacji przy ul. Warszawskiej i 21 na stacji przy pl. Poznańskim. Niestety w dniu 27.12.2021 r. na stacji przy pl. Poznańskim został przekroczony poziom informowania dla pyłu zawieszonego PM₁₀ (100 µg/m³), gdyż stężenie dobowe wyniosło 133,3 µg/m³ i była to najwyższa wartość dla tego okresu. Poziom alarmowy dla pyłu zawieszonego PM₁₀ (150 µg/m³) nie został przekroczony.

Maksymalne stężenie godzinowe PM₁₀ (272,1 µg/m³) odnotowano w dniu 10.11.2021 r. na stacji przy ul. Warszawskiej (Tab. 2). Podobnie wysokie wartości stężeń godzinowych PM₁₀ (przekraczające 150 µg/m³) odnotowano również 10-11 listopada i 26 grudnia – łącznie było to 14 godzin (od 19:00 do 03:00) na stacji przy ul. Warszawskiej oraz 10-11 listopada i 27 grudnia – łącznie 9 godzin (od 21:00 do 05:00) na stacji przy pl. Poznańskim.

Tab. 2 Stężenie pyłu PM_X od października do grudnia 2021 (źródło: GIOŚ).

Stężenie [µg/m3]	Bydgoszcz, pl. Poznański (GIOŚ) stacja komunikacyjna		Budgoszcz ul. Warszawska (GIOŚ) stacja tła miejskiego
	PM10	PM2.5	PM10	PM2.5
średnia dla całego okresu	35,0	18,0	34,0	18,6
maksymalna średnia dbowa	133,3	81,1	97,8	68,5
minimalna średnia dobowa	5,2	1,2	6,6	3,7
maksymalna wartość godzinna	259,4	155,1	272,1	163,6
minimalna wartość godinna	2,1	1	2,1	1,0
Liczba dni z przekroczeniem poziomu dopuszczalnego 24h PM10 (>50 µg/m3)	21	nie dotyczy	16	nie dotyczy

Ocenę wpływu jakości powietrza na zdrowie najlepiej przeprowadzić w oparciu o godzinowy indeks jakości powietrza. Wg danych ze stacji tła miejskiego GIOŚ (ul. Warszawska), w październiku notowano wyraźną dobową zmienność warunków aerosanitarnych – pogorszenia rano oraz popołudniu, wieczorem i w nocy, poprawa – przed świtem oraz w godzinach okołopołudniowych. W listopadzie zmienność dobowa była mniej wyraźna, choć również w tym miesiącu wzrost stężenia PM_2.5 występował 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. 4). W ciągu dnia warunki aerosanitarne ulegały poprawie, gdyż występowało mniejsze zapotrzebowanie na ciepło i lepsze warunki do rozpraszania zanieczyszczeń. W grudniu zła i bardzo zła klasa jakości powietrza występowała niemalże w ciągu całej doby, co było związane z niskimi temperaturami powietrza (Rys. 5), które wpływały na zwiększone zapotrzebowanie na ciepło, a tym samym na częstotliwość użytkowania urządzeń grzewczych. Wyraźnie gorsze warunki notowano po południu, wieczorem i w nocy, najwyraźniejsza poprawa występowała przed świtem.

Rys. 4. Frekwencja klas Polskiego Indeksu Jakości Powietrza w poszczególnych godzinach doby, dla pyłu PM_2.5 w Bydgoszczy na stacji przy ul. Warszawskiej.

W oparciu o dane ze stacji tła miejskiego (Rys. 5) można stwierdzić, że wzrost stężenia pyłu, zwłaszcza drobnego PM_2.5, występował przede wszystkim w sytuacjach, kiedy średnia dobowa temperatura powietrza była niższa niż 5°C. Takich dni w analizowanych miesiącach było 45 (3 przypadły na październik, w listopadzie było ich 14, natomiast w grudniu aż 29), co stanowiło ok 49% całego okresu.
Taka sytuacja przekładała się oczywiście na warunki aerosanitarne i ich wpływ na zdrowie. Analizując występowanie poszczególnych klas jakości powietrza (Rys. 6) można stwierdzić, że dni, w których stwierdzono występowanie wyłącznie bardzo dobrych i dobrych warunków aerosanitarnych było 56 (61 %). W październiku takich dni było 21, w listopadzie 18, zaś w grudniu 17. Ich występowanie wiązało się z relatywnie ciepłą i wietrzną pogodą, choć zdarzały się również dni chłodne z korzystną jakością powietrza. Dni, w których wystąpiły warunki umiarkowane było 25 (27 %) (10 dni w październiku, 9 – w listopadzie i 6 – w grudniu). W takich warunkach zanieczyszczenie powietrza stanowiło 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 odnotowano dostateczną, złą lub bardzo złą jakość powietrza) było w całym omawianym okresie 11, co stanowi 12% wszystkich dni. Podobnie jak we Wrocławiu, odnotowano je tylko w listopadzie (3 dni) i grudniu (8 dni).

Dni, kiedy stężenia PM₁₀ przekroczyły poziom dopuszczalny były odnotowywane od początku października (Rys. 7 – 9). Każdorazowo taki epizod wiązał się z utrzymująca się nad Polską pogodą wyżową (ilustrują to przedstawione na Rys. 10 – 15, 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 sytuację z pierwszej dekady października, gdy w ciągu dnia było ciepło, a temperatura powietrza przekraczała 15,0°C, natomiast w nocy odnotowano spadki temperatury oraz przymrozki. Takie warunki związane były z napływem chłodnych mas powietrza ze wschodu (patrz mapa synoptyczna z 09.10.2021; Rys. 10). Ochłodzenie w połączniu z niską prędkością wiatru w ciągu dnia przyczyniło się do podwyższonych stężeń pyłu zawieszonego (Rys. 7). Należy zwrócić uwage, że podczas tego samego epizodu we Wrocławiu również odnotowano wzrost stężeń PM, lecz był on znacznie mniej wyraźny, a stężenia – inaczej niż w Bydgoszczy nie przekroczyły poziomu dopuszczalnego.

Inny przykład, to trwający przez kilka dni w listopadzie epizod wysokich stężeń PM zakończył się w drugiej połowie miesiąca wraz z rozwojem zatoki niskiego ciśnienia rozciągającej się od Grenlandii po Morze Norweskie (patrz mapa synoptyczna z 18.11.2021; Rys. 12) oraz przejściem nad Polską frontu atmosferycznego.

Także przypadający na druga dekadę grudnia okres wysokich stężeń PM związany z pogodą antycyklonalną zakończył się wraz z rozwojem niżu na Morzu północnym i przejściem ciepłego frontu atmosferycznego oraz wymianą mas powietrza (Rys. 9). Zmiana warunków synoptycznych spowodowała wzrost temperatury i prędkości wiatru, co wpłynęło na poprawę warunków aerosanitarnych (patrz mapa synoptyczna z 14.12.2021; Rys. 14). 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 10°C. Wiązała się ona z napływem ciepłych mas powietrza z sektora południowego, spowodowanego bruzdą niskiego ciśnienia w pasie od Atlantyku po Półwysep Krymski (Rys. 14).

Warto podkreślić, że pomimo bardzo podobnych warunków synoptycznych we Wrocławiu i w Bydgoszczy, więcej epizodów wysokich stężeń wystąpiło w Bydgoszczy. Również stężenia pyłu zawieszonego podczas epizodów stężeń występujących w tych samych okresach czasu, wyższe były w Bydgoszczy aniżeli w stolicy Dolnego Śląska. Taka sytuacja jest spowodowana inną strukturą emisji, a także lokalizacją miasta i ukształtowaniem terenu sprzyjającym większej kumulacji zanieczyszczeń.