środa, 20 lipca 2022 14:16

Skąd się bierze krakowski smog?

Autor Tomasz Stępień
Skąd się bierze krakowski smog?

Jakie czynniki meteorologiczne decydują o napływie i zatrzymaniu smogu w Krakowie? Jak wpływa na to rzeźba terenu? Czy zanieczyszczenia w sezonie grzewczym pochodzą w głównej mierze z Krakowa czy spoza miasta? To kluczowe pytania jakie postawili sobie naukowcy z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Odpowiedzi przynoszą ich badania przeprowadzone w trakcie pandemii COVID-19. Wyniki zostały opublikowane w jednym z najczęściej cytowanych czasopism na świecie Scientific Reports.

W ramach badań prowadzonych w trakcie pandemii naukowcy z Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska gromadzili dane pochodzące z kilkudziesięciu czujników zlokalizowanych na terenie Krakowa i okolic. Najważniejsze wnioski płynące z badań dotyczą jednoznacznego powiązania położenia Krakowa i zanieczyszczeń powietrza, które w znacznym stopniu są transportowane z sąsiednich gmin.

- W badaniach zastosowaliśmy kompleksowe podejście geostatystyczne do czasoprzestrzennej analizy stężeń pyłu zawieszonego (PM). Dane pochodzą z gęstej sieci czujników firmy Airly i referencyjnych stacji pomiarowych Głównego Inspektoratu Ochrony Środowiska. Wyniki wskazują na związek między topografią, zmiennymi meteorologicznymi i stężeniami PM. Głównymi czynnikami są prędkość wiatru i ukształtowanie terenu. Badanie stosunku PM2,5/PM10 pozwoliło na szczegółową analizę przestrzennej migracji zanieczyszczeń, z uwzględnieniem zróżnicowania źródeł. Badania te wskazują, że niekorzystne położenie Krakowa sprawia, że ​​jest on podatny na akumulację zanieczyszczeń z sąsiedztwa. Głównym źródłem zanieczyszczenia powietrza w badanym okresie było ogrzewanie paliwami stałymi poza miastempodkreśla dr inż. Mateusz Zaręba z zespołu badające zanieczyszczenia. Okres pandemii zapewnił wyjątkowe warunki dla obserwacji wpływu ogrzewania paliwem stałym na stężenia PM ze względu na niski poziom zanieczyszczeń związanych z ograniczonym transportem samochodowym.

Badacze wykazują, że główne źródła zanieczyszczeń zmieniały się na przestrzeni lat. Na początku lat 70. głównym źródłem był przemysł metalurgiczny. Wraz ze wzrostem liczby ludności miasta, udział ogrzewania z paliw kopalnych jako źródła zanieczyszczeń zaczął wzrastać i jest obecnie dominującym źródłem w miesiącach zimowych. W Krakowie obowiązuje całkowity zakaz używania paliw stałych do ogrzewania, więc główne źródła zanieczyszczeń znajdują się poza miastem.

W okresie późnej jesieni, zimy i wczesnej wiosny głównym źródłem zanieczyszczeń pozostaje w Krakowie ogrzewanie paliwem stałym. Drugim głównym czynnikiem jest transport samochodowy, który również zmienia się w zależności od pory roku.

Obecny problem zanieczyszczenia powietrza w Krakowie związany jest z położeniem geograficznym tego miasta – wykazują naukowcy.  - Szczególne położenie Krakowa, ograniczonego od północy i południa wzniesieniami determinuje oś pradoliny Wisły jako główną drogę napływu zanieczyszczeń. Pomimo wielu przepisów zakazujących stosowania paliw kopalnych do ogrzewania, zanieczyszczenia nadal migrują do miasta z lokalizacji zewnętrznych, co w niektóre zimowe dni czyni je jednym z najbardziej zanieczyszczonych miast na świecie – podkreśla prof. Tomasz Danek.

Celem pracy było szczegółowe zbadanie wpływu czynników meteorologicznych
i morfologii terenu na zanieczyszczenie powietrza w Krakowie oraz migrację tych zanieczyszczeń metodami geostatystycznymi. Wyniki badań pokazują, że zanieczyszczenia powietrza w Krakowie w badanym okresie spowodowane było głównie migracją zanieczyszczeń z sąsiedztwa, gdzie dozwolone jest stosowanie paliw kopalnych do ogrzewania. – W badaniu przeanalizowaliśmy stężenia PM2.5 i PM10 w Krakowie i gminach ościennych. Ponadto pokazaliśmy główne kierunki migracji zanieczyszczeń powietrza w powiązaniu z kierunkiem wiatru. Zastosowaliśmy analizę statystyczną do zbadania zależności między stężeniami PM2.5 i PM10, a innymi właściwościami fizycznymi atmosfery. Pomiar obejmował ciśnienie atmosferyczne, temperaturę i wilgotność. Zbieraliśmy dane wczesną wiosną 2021 r., kiedy transport samochodowy był ograniczony z powodu częściowego lockdownu w trakcie COVID-19 w Polsce. Pozwoliło to na obserwację zanieczyszczeń powietrza z ogrzewania paliwem stałym przy znacznie obniżonym zanieczyszczeniu generowanym przez ruch drogowy- wyjaśnia prof. T. Danek.

Główne wnioski z badania są następujące:

  • Dominującymi czynnikami w badanym okresie sprzyjającymi migracji zanieczyszczeń do miasta były prędkość i azymut wiatru. Największą rolę
    w zatrzymaniu zanieczyszczeń odgrywało ciśnienie atmosferyczne.
  • Dominującym czynnikiem wpływającym na generowanie zanieczyszczeń
    z zewnątrz jest temperatura, a konkretnie subiektywne odczucie chłodu.
  • Skomplikowana morfologia terenu i usytuowanie miasta w dolinie jest kluczowym czynnikiem wpływającym na transport i zatrzymywanie zanieczyszczeń. Występująca w Krakowie tendencja do powstawania mgieł dodatkowo spowalnia odpływ zanieczyszczeń.
  • Potrzebne są skoordynowane działania pomiędzy Krakowem i ościennymi gminami w celu poprawy jakości powietrza w całej aglomeracji. Działania samego miasta Krakowa, choć istotne, to nigdy nie będą wystarczające.

- Innymi wnioskami, które płyną z naszych badań jest z pewnością fakt, że badania wieloletnich trendów stężeń pyłów PM10 w Krakowie dowodzą, że kampanie informacyjne i edukacja są ważnymi czynnikami inicjującymi zmiany prowadzące do polepszenia jakości powietrza – podkreśla mgr inż. Elżbieta Węglińska

Badaniami, pod kierownikiem prof. Tomasza Danka z Wydziału Geologii, Geofizyki  i Ochrony Środowiska AGH w Krakowie, zajmował się zespół w składzie: dr inż. Mateusz Zaręba oraz doktorantka Elżbieta Węglińska z Katedry Geoinformatyki i Informatyki Stosowanej. Pełna treść artykułu dostępna jest na stronie:
https://www.nature.com/articles/s41598-022-15160-3

Standaryzowany model GWR pyłów PM10 i PM2.5 (wraz z ich stosunkiem) napływających do Krakowa (bazujący na analizie czynników meteorologiczny i topografii terenu)/źródło: AGH
Mapy temperatury, pyłów PM1, PM2.5 oraz PM10 napływających do Krakowa w dniu 18 marca 2020 r. Białe strzałki wskazują obszary, w których temperatura była poniżej strefy komfortu t/źródło: AGH
Mapa (1) topograficzna Krakowa z lokalizacjami czujników Airly wraz z granicami dzielnic Krakowa i główne rzeki/źródło: AGH
Kraków

Kraków - najnowsze informacje