Směšovací vrstva a její výška jako indikátor rozptylových podmínek
Znečištění ovzduší závisí mimo jiné i na povětrnostní situaci a to dosti silně. Problém se znečištěným ovzduším, kdy informace o kvalitě ovzduší také četně požadujeme a vyhledáváme, máme v našich podmínkách v chladné části roku, ale jen za specifické synoptické situace a tedy za určitého rázu počasí. V chladné části roku ovšem dochází k častému výskytu situací, kdy se znečišťující látky (nejčastěji prach a kouř) hromadí v ovzduší v blízkosti zemského povrchu a nejsou odvětrávány. Směšovací vrstva a její výška ve vztahu k rozptylovým podmínkám je tématem tohoto textu.
Znečišťující příměsi mohou být přirozené jako je třeba vulkanický prach, prach z půdy a podobně. Dále pak antropogenní, s nimiž máme právě problém, mezi které se řadí oxid siřičitý, prašné částice, benzen, oxid uhelnatý a další. Tyto vznikají u nás četně z průmyslové výroby zejména v oblastech, kde se nachází takovýchto závodů více na menším území, dále z dopravy nebo lokálních topenišť. Nejhustší doprava je zpravidla ve městech, s maximem v centrech velkých měst. Tam se naopak nesetkáme s topením na uhlí a podobné látky, které tyto produkují. Ty jsou stále problémem menších měst a hlavně vesnic, byť se postupně od topení na tato pevná paliva upouští. Jak směšovací vrstva určuje rozptylové podmínky?
Směšovací vrstva: Rozptylové podmínky
Jinými slovy podmínky pro rozptyl znečišťujících látek jsou především meteorologické a závisí na proudění vzduchu ve směru nahoru a dolů, ale i v horizontální rovině. Rozptylové podmínky dělíme na dobré, kdy se do výšky 1.5km nenachází žádná vrstva bránící rozptylu znečišťujících látek. Důležitá je rychlost proudění, takže pokud se takováto vrstva někde výše nachází, nemá při rychlejším větru vliv na rozptylové podmínky. Mírně nepříznivé rozptylové podmínky jsou jakýmsi středním stupněm. Nejsou dobré, ale ani nepříznivé. Nepříznivé rozptylové podmínky znamenají výskyt mohutné vrstvy. Ta brání rozptylu znečištění a to ve výšce do 1km, plus současně panuje bezvětří. Výška od povrchu do první vrstvy, která vylučuje rozptyl znečištění se nazývá směšovací vrstva. Součin této vrstvy a rychlosti větru nám ukazuje ventilační index, který je výsledkem modelování numerickými modely a je běžně předpovídán. Pro naše území ho předpovídá model Aladin, výstupové mapy tohoto parametru jsou již nějaký čas veřejně dostupné.
Směšovací vrstva je důležitá při hodnocení rozptylových podmínek a tedy kvality ovzduší
Směšovací vrstva a vztah ke smogové situaci
Ty známe velice dobře z našich podmínek a to především v chladné části roku. Smogová situace se může vyskytnout ale i v teplé části roku. Vyhlašování smogových situací či případně regulací se děje podle zákona o ochraně ovzduší (č. 201/2012 Sb.) a vyhlašování provádí ČHMÚ prostřednictvím Smogového varovného a regulačního systému dle pokynů Ministerstva ŽP. Vyhlašují se smogové situace, na základě překročení prahových hodnot koncentrací znečišťujících látek ve vzduchu. A to oxidu siřičitého, dusičitého, prachu PM10 nebo troposférického ozonu. U nás máme v chladné části roku problém s vysokými koncentracemi částic prachu PM10. A v létě naopak se zvýšenými koncentracemi přízemního ozonu O3.
Smog a kritéria vyhlašování smogových situací
Smogová situace je v případě částic PM10 vyhlášena při překročení koncentrace 100 mikro gramů na metr krychlový za 12 hodin. Regulace je vyhlášena při překročení koncentrace 150 mikro gramů za shodný čas. V případě ozonu jde o 180 a 240 mikro gramů za hodinu a zde nazýváme druhou hodnotu varováním (SVRS, ČHMÚ). Dále záleží na konkrétních podmínkách jako je četnost překročení na daném území a podobně. Slovo smog znamená kombinaci anglických slov smoke = kouř a fog = mlha. Doslova jde tedy o znečištěnou mlhu. Ale i když při situacích vhodných pro vznik smogu často existuje mlha nebo alespoň silné kouřmo, nemusí se vyskytovat vždy a přesto bude smogová situace. Smogová situace u nás často vzniká za trvalých mrazů, kdy jsou prachové částice ve vzduchu velmi četné.
Za takových situací k nám proniká mrazivý a také suchý vzduch, v němž nebudou nijak dobré podmínky pro vznik mlhy. Naopak dobré podmínky pro výskyt kondenzace a vznik mlhy při vysokých koncentracích prachových částic v ovzduší často budou. Částečky prachu jsou typickými kondenzačními jádry, na nichž kondenzace započne. Tak vznikají oblaky a do nich mlhy patří, jen se jedná o oblak u zemského povrchu – více informací nabízí stránka Oblaky.
Směšovací vrstva: Co je to průmyslové sněžení?
Určitě jste tento pojem slyšeli, někdy o něm bylo v médiích napsáno poměrně hodně. Jedná se o sněžení z nízké oblačnosti. Z této mohou srážky vypadávat a to v podobě mrholení nebo velmi drobného sněžení, kdy jsou úhrny srážek zcela zanedbatelné. Nicméně vlivem znečišťujících příměsí ve vzduchu jsou dodávána další kondenzační jádra a oblačnost se stává srážkově významnější. Teplota vzduchu by se měla pro průmyslové sněžení pohybovat kolem -5°C, mělo by být klidno či slabý vánek, nutný je výskyt nízké oblačnosti či mlhy během noci, nad ní nesmí být žádné oblaky.
Základna oblačnosti by měla být kolem 150m a tloušťka oblačnosti alespoň 200m. Horní vrstva oblaků se ochlazuje vlivem radiačního ochlazování nad oblačností, vzduchu je promícháván, kapičky v oblaku zmrznou. Vytvoří se větší částice v oblaku a poté již postačí jen podnět pro to, aby z oblaku začaly vypadávat. Tím mohou být další částice jako kondenzační jádra, další vlhkost nebo teplo. Toto sněžení se vyskytuje jen kolem zdrojů znečištění, takže panují velké rozdíly ve srážkách mezi od sebe málo vzdálenými místy. Naposledy napadlo úctyhodných 10cm sněhu tímto způsobem za vlivu tlakové výše na konci prosince 2010 v Plzni. V jedné části se mohlo jít druhý den sáňkovat, vedle byl holý trávník.
Směšovací vrstva, její výška a vliv na smogové situace
Směšovací vrstva a její aktuální výška přímo ovlivňuje smogovou situaci. Jinými slovy je na této výšce závislá koncentrace prachových částic PM10 v ovzduší. Čím leží výška této vrstvy níže, tím dochází k většímu nárůstu koncentrací prachu ve vzduchu. To vyplývá mimo jiné i z práce Koncentrace suspendovaných částic PM10 a výška směšovací vrstvy v Moravskoslezském kraji během chladných sezon 2016/2017 a 2017/2018 (Hladký, Volná, 2019). Vždy ovšem záleží na zdrojích znečištění, kterých je z hlediska našeho území v regionu Moravskoslezského kraje nejvíce. Z uvedené práce také vyplývá, že na stanici Věřňovice jsou nejvyšší koncentrace PM10 dosahovány při výšce směšovací vrstvy do 100m, většinou se jedná o výšku 100-200m a zde může být důvodem vliv další znečišťujících zdrojů nebo přesun škodlivin z jiných oblastí. V případě severovýchodu naší země jde o transport znečištění z Polska. Směšovací vrstva nám tedy ukazuje, jaké jsou podmínky pro usazování nečistot ve vzduchu. A tedy podmínky pro zhoršování kvality ovduší.
Sopečný prach nejen v troposféře má zásadní vliv na klima
Znečištěním ovzduší z přírodních zdrojů je například sopečný, tedy vulkanický prach. Tento ovšem může znamenat velký vliv v podobě náhlé a významné změny klimatu. Pokud jde totiž o extrémně silnou erupci, prachové částice se dostávají nad hranici troposféry. A zde nastává problém, neboť z troposféry se prach poměrně rychle odstraní, zejména je vymyt srážkami. Ze stratosféry již nikoli a některé druhy látek spojené s vulkanickou erupcí mohou setrvat ve stratosféře (výška cca nad 15km) dlouho. Oxid siřičitý zůstává ve stratosféře až 3 roky a mění se postupně v sírový aerosol. Tento pohlcuje sluneční záření a tím se ochlazuje Země. Které sopky jsou pro klima nejnebezpečnější? Jde o sopky v tropických oblastech, které mohou vyvrhnout popel na severní i na jižní polokouli. V této oblasti má pak zastínění intenzivního slunečního záření významnější vliv.
Použité zdroje
MÍKOVÁ, T. a kol. Když se blýská na časy. C-Press, 2018.
BEDNÁŘ, J. KOPÁČEK, J. Jak vzniká počasí? Praha: Karolinum, 2005
DVOŘÁK, P. Letecká meteorologie 2017. Cheb: Svět Křídel, 2017, www.svetkridel.cz
VOLNÁ, V. HLADKÝ, D. Koncentrace suspendovaných částic PM10 a výška směšovací vrstvy v Moravskoslezském kraji během chladných sezón 2016/2017 a 2017/2018. Meteorologické zprávy. Praha: ČHMÚ, 2019, roč. 72, č. 3, s. 77-87.
