III. METEOROLOGICKÉ A ROZPTYLOVÉ PODMÍNKY

Kvalitu ovzduší ovlivňují kromě vlastních zdrojů znečišťování meteorologické podmínky. Mají vliv na množství emisí z antropogenních i přírodních zdrojů, určují rozptylové podmínky, ovlivňují tvorbu sekundárních znečišťujících látek v ovzduší a odstraňování znečišťujících látek z ovzduší.

Vliv meteorologických podmínek na emise

Z antropogenních emisí jsou meteorologickými podmínkami ovlivňovány především emise z vytápění. Emise z vytápění se odhadují podle počtu otopných dní a teplot, které se během nich vyskytly. Dálkové zásobování teplem je upraveno vyhláškou č. 194/2007 Sb.¹ Domácnosti s vlastním spalovacím zařízením se samozřejmě chovají poněkud odlišně od centrálních dodavatelů tepla. Proto se pro účely této ročenky na rozdíl od vyhlášky považují za otopné ty dny, v nichž průměrná denní teplota v daném místě klesla pod 13 °C. Teplotní poměry v otopné sezóně (leden–květen, září–prosinec) nebo její části jsou charakterizovány pomocí tzv. denostupňů – tedy součtu rozdílů referenční vnitřní teploty a průměrné denní venkovní teploty v otopných dnech:

kde D_tref jsou denostupně, t_ref referenční teplota vnitřního vzduchu (21 °C) a t_d je průměrná denní teplota v jednotlivých otopných dnech. Níže uváděné denostupně pro území ČR (obr. III.1 a obr. III.4) odpovídají průměrným hodnotám z více než 200 klimatologických stanic ČHMÚ. Na základě hodnocení z minulých let (ČHMÚ 2013a) lze konstatovat, že vyšší spotřeba pevných paliv i zemního plynu v roce 2010 a jejich nižší spotřeba v roce 2000 odpovídají silně nadnormálním, respektive podnormálním hodnotám denostupňů v těchto letech (obr. III.1).

Nízké teploty mohou navyšovat spalovací emise z motorových vozidel, obzvláště při studených startech (Vojtíšek 2013, Chan et al. 2013, ATEM 2012). Na teplotě jsou závislé také emise těkavých organických látek z rozpouštědel a skladování a distribuce benzínu. Teplota a fotosynteticky aktivní složka slunečního záření mají vliv na biogenní emise nemetanických těkavých organických látek (např. isoprenu a terpenů), které slouží jako prekurzor sekundárních organických aerosolů i přízemního ozonu. Významné jsou přitom hlavně emise z lesních porostů (např. Zemánková et al. 2010, Bednář et al. 2013). Vítr (s rychlostí přibližně nad 4 m.s^-1) může způsobit zvíření již usazeného prachu a vést tak k nárůstu resuspenze (znovuzvíření již usazených částic). Meteorologické podmínky ovlivňují také vytěkávání perzistentních organických látek z půdy, kam se dostaly zejména v důsledku zemědělské činnosti.

Vliv meteorologických podmínek na rozptylové podmínky

Rozptylové podmínky jsou určeny především stabilitou mezní vrstvy atmosféry a rychlostí proudění. Mezní vrstvou označujeme tu část atmosféry přiléhající k zemskému povrchu, v níž je v důsledku interakce se zemským povrchem rozvinuta mechanická a termická turbulence a dochází v ní k intenzivnímu vertikálnímu přenosu hybnosti, tepla, vodní páry a znečišťujících příměsí.

Čím větší je stabilita mezní vrstvy, tím větší je schopnost atmosféry utlumovat počáteční vertikální vychýlení objemu vzduchu a zamezovat tak vertikálnímu promíchávání. Stabilita přitom závisí na průběhu teploty s výškou. Při nejstabilnějších situacích teplota vzduchu s výškou roste (inverzní zvrstvení) a podmínky pro vertikální promíchávání jsou nejméně příznivé. Při nestabilním zvrstvení teplota s výškou klesá rychleji, než by odpovídalo běžným podmínkám v atmosféře. Projevuje se pak uspořádaná termická konvekce a termická turbulence, jejíž vlastní příčinou jsou archimédovské síly uplatňující se v poli turbulentních fluktuací vzduchu (Bednář 2008). Rychlost a směr větru ovlivňuje horizontální rozptyl emisí. Kromě toho vede silnější vítr k rozvoji mechanické turbulence a přispívá tak k vertikálnímu promíchávání.

Jedna z možností, jak číselně vyjádřit rozptylové podmínky, je tzv. ventilační index (VI), který odpovídá součinu výšky mezní vrstvy atmosféry a průměrné rychlosti větru v ní. Průměrná rychlost větru v této vrstvě má zase vztah k horizontálnímu rozptylu emisí. Takto vyjádřený ventilační index nabývá v podmínkách ČR zpravidla hodnot od stovek do 30 000 m².s^-1 , přičemž hodnoty nad 3000 m².s^-1 označujeme jako dobré rozptylové podmínky, hodnoty mezi 1100 a 3000 m².s^-1 jako mírně nepříznivé a pod 1100 m².s^-1 za nepříznivé. Situace s nepříznivými rozptylovými podmínkami neznamená nutně vysoké koncentrace znečišťujících látek. Obráceně ale můžeme říci, že k výraznému a plošně rozsáhlému překračování imisních limitů dochází téměř výhradně za mírně nepříznivých a nepříznivých rozptylových podmínek. Četnost výskytu typů rozptylových podmínek má charakteristický denní chod (obr. III.2). Tento chod je nejvýraznější v teplé polovině roku a naopak téměř neznatelný v zimních měsících. Roční chod četností výskytu rozptylových podmínek na stanici Praha-Libuš je na obr. III.3.

Vliv meteorologických podmínek na tvorbu sekundárních polutantů a chemismus

Meteorologické podmínky, a to zejména teplota, relativní vlhkost vzduchu a sluneční záření, přímo ovlivňují chemické a fyzikální procesy probíhající mezi znečišťujícími látkami v ovzduší (např. Baek et al. 2004). Vliv meteorologických podmínek může být i nepřímý, např. v důsledku intenzivního promíchávání dochází k naředění emitovaných látek a tedy i ke snížení rychlosti reakcí. Pro průběh fotochemických reakcí je rozhodující sluneční záření. V letním období vysoké teploty a zejména intenzivní sluneční záření způsobují vysoké koncentrace ozonu (Blažek et al. 2013).

Odstraňování znečišťujících látek

Znečišťující látky jsou z atmosféry odstraňovány prostřednictvím suché a mokré depozice. Při mokré depozici jsou znečišťující látky vymývány z ovzduší na zemský povrch srážkami. Mokrou depozici dělíme na oblačnou, probíhající v oblaku a zahrnující rozpouštění plynných látek, zachytávání aerosolových částic nebo jejich využití jako kondenzační jádra, a podoblačnou, při níž dochází k zachytávání částic a k rozpouštění plynných látek v již padajících kapkách. Účinnost vymývání závisí na trvání srážkové činnosti, typu srážek a jejich intenzitě. Suchá depozice zahrnuje všechny ostatní procesy, a i když je její intenzita nižší než u mokré depozice, může v delším časovém úseku přispívat hlavní měrou k odstraňování látek z ovzduší.

Meteorologické podmínky v roce 2013

Teplotně byl rok 2013 mírně nadnormální s průměrnou roční teplotou na území ČR 7,9 °C, což je 0,4 °C nad dlouhodobým normálem 1961–1990. Z měsíců byl v porovnání s normálem chladnější zejména březen s průměrnou teplotou –0,7 °C (3,2 °C pod normálem). Březnové odchylky od normálu se na území jednotlivých krajů pohybovaly v rozmezí –4,7 °C v Karlovarském kraji až –2,6 °C v Jihomoravském kraji. Naopak mimořádně nadnormální byl červenec s celorepublikovým průměrem 19,4 °C (2,5 °C nad normálem) a dále prosinec a listopad (2,2, resp. 1,4 °C nad normálem). Odchylky od normálu se v jednotlivých krajích pohybovaly v červenci od +2 do +3,2 °C a v prosinci od +1,6 do +3,1 °C.

Ze srovnání denostupňů v jednotlivých měsících otopné sezóny vyplývá, že v roce 2013 byla oproti dlouhodobému průměru 1983–2012 vyšší produkce emisí z vytápění v březnu, květnu a září, a naopak mírně nižší v říjnu až prosinci (obr. III.4). Celkově byl rok 2013 mírně nadprůměrný (obr. III.1).

Srážkově byl rok 2013 s průměrným úhrnem 727 mm srážek (108 % dlouhodobého průměru 1961–1990) normální, nicméně jednotlivé měsíce se od normálu lišily. Prosinec, červen, duben a listopad byly srážkově podnormální (prosincové úhrny se pohybovaly od 29 % ve Středočeském kraji a Praze do 60 % normálu v Libereckém kraji), nadnormální byly zejména červen a květen a dále také leden, únor a září. V červnu se úhrny pohybovaly od 117 % normálu ve Zlínském kraji do 219 % ve Středočeském kraji a Praze (ČHMÚ 2013c).

Zastoupení typů rozptylových podmínek v jednotlivých měsících roku 2013 na stanicích Praha-Libuš a Prostějov je na obr. III.5. Tyto dvě stanice byly zvoleny proto, že se na nich provádí aerologické sondáže a díky tomu je možné na nich vypočítat ventilační index. Navíc lze do určité míry považovat stanici Praha-Libuš za reprezentativní pro Čechy a Prostějov pro Moravu. Na stanici Praha-Libuš pokleslo v únoru 2013 zastoupení dobrých rozptylových podmínek oproti období 2004–2012² o 18 %. Dále byl jejich výskyt nižší nejen v lednu a březnu, ale rovněž v červenci a srpnu (období s vysokými koncentracemi ozonu). Naopak častěji než obvykle se dobré rozptylové podmínky vyskytovaly v měsících září až listopad.

Na stanici Prostějov byl podnormální výskyt dobrých rozptylových podmínek zejména v dubnu (o 11 %; ve stejném měsíci vzrostl však výskyt mírně ne-příznivých podmínek) a v lednu. V březnu narostl výskyt nepříznivých podmínek na úkor mírně nepříznivých. Lepší rozptylové podmínky byly hlavně v červenci a říjnu (tab. III.1).

Vysoké koncentrace ozonu na přelomu července a srpna 2013

V roce 2013 nastala čtyři období vysokých koncentrací ozonu: v dubnu (zejména od 24. do 27. 4.), v červnu (zejména od 17. do 21. 6.) a v červenci a srpnu (zejména od 16. 7. do 6. 8.). Níže je blíže rozebráno období od 1. 7. do 31. 8. 2013, kdy se na stanici Praha-Libuš vyskytlo 21 z celkového počtu 23 dnů s denními maximy klouzavých 8hodinových průměrů ozonu nad 120 µg.m^-3 a všechny dny s maximálními 1h koncentracemi nad 180 µg.m^-3.

Vysoké koncentrace na stanici Praha-Libuš nastaly během teplotně nadprůměrných dnů s trváním slunečního svitu zpravidla 10–15 hodin a převažujícími mírně nepříznivými až nepříznivými rozptylovými podmínkami. Období od 22. do 28. 7. a od 2. do 6. 8. charakterizoval vysoký počet tropických dnů, tj. dnů s maximální teplotou nad 30 °C (obr. III.6³). Obrázek také naznačuje, že vysoké koncentrace ozonu se nevylučují s intenzivní srážkovou činností, pochází-li tato z konvektivní oblačnosti a není výrazně omezena délka slunečního svitu (viz také Blažek et al. 2013).

Počasí nad územím ČR bylo v období od 6. do 23. 7. pod vlivem severozápadní a ke konci severovýchodní anticyklonální situace, jen 11. a 12. 7. území zasáhla severní cyklonální situace. Anticyklonální situace přetrvávaly i po zbytek období, byly však přerušovány brázdami nízkého tlaku s různou délkou trvání. Od 26. do 29. 7. (smogová situace pro Prahu a Středočeský kraj – viz kap. VI. Smogový varovný a regulační systém) ovlivňovalo střední Evropu nevýrazné pole vyššího tlaku vzduchu, ve kterém nad naše území proudil tropický vzduch od jihozápadu. Příliv tropického vzduchu ukončila zvlněná studená fronta, která nás začala od severozápadu ovlivňovat 28. 7. a 29. 7. postupovala přes naše území dále k jihovýchodu. 3. 8. (vyhlášena druhá smogová situace pro Prahu a Středočeský kraj) k nám po zadní straně tlakové výše proudil tropický vzduch od jihu, z Německa do Čech postupovala brázda nízkého tlaku vzduchu. Večer nás začala od severozápadu ovlivňovat zvlněná studená fronta, která 4. 8. postupovala přes naše území k východu. Od 6. 8. se nad Německem vlnila studená fronta a před ní na naše území proudil tropický vzduch od jihu, 8. a 9. 8. postupovala tato zvlněná studená fronta přes naše území k východu.

Vysoké koncentrace PM₁₀ v lednu a únoru 2013

Na začátku roku 2013 nastaly tři rozsáhlejší epizody vysokých koncentrací PM₁₀, a to 13.–28. 1., 12.–18. 2. a 20.–28. 2. (poslední situace byla již však omezena převážně na Moravskoslezský kraj). Podzimní epizody 6.–14. 10. a 12.–23. 11. byly také omezeny převážně na oblast severní Moravy.

Převážnou část epizod v lednu a únoru bylo území ČR pod vlivem tlakových níží (obr. III.7⁴). Vysoké koncentrace PM₁₀ v zimním období tedy nejsou nutně spojeny výhradně s polem vysokého tlaku, i když absolutní maxima koncentrací jsou ve většině případů v ČR dosahována za anticyklonálních situací východního a jihovýchodního typu. Během těchto tří epizod převážně panovaly nepříznivé až mírně nepříznivé rozptylové podmínky a teploty byly, obzvláště v druhé polovině ledna, hluboko pod dlouhodobým průměrem. Vysoké koncentrace ve dnech 15. a 16. února byly zase spojeny s velmi nepříznivými rozptylovými podmínkami. Výrazně teplotně podprůměrný březen se neprojevil výrazně zvýšenými koncentracemi, protože od 14. března panovaly výrazně dobré rozptylové podmínky – viz obr. III.8⁵, který dává celkový přehled o ročním průběhu teplot, rozptylových podmínek a koncentracích ozonu a PM₁₀ v aglomeraci Ostrava/Karviná/Frýdek-Místek.
 

Tab. III.1 Změna v procentuálním zastoupení rozptylových podmínek v roce 2013 oproti průměru za období 2004–2012 na stanici Praha-Libuš a Prostějov

 

Obr. III.1 Roční otopné sezóny v ČR vyjádřené v denostupních (D21) a jejich průměr za období 1983–2012

 

Obr. III.2 Denní chod procentuálního výskytu rozptylových podmínek na stanici Praha-Libuš v letech 2004–2012

 

Obr. III.3 Roční chod procentuálního výskytu rozptylových podmínek na stanici Praha-Libuš v letech 2004–2012

 

Obr. III.4 Roční chod denostupňů na území ČR v otopné sezóně 2013 (I–V, IX–XII) v porovnání s průměrem 1983–2012
 

Obr. III.5 Roční chod procentuálního výskytu rozptylových podmínek na stanici Praha-Libuš a Prostějov v roce 2013
 

Obr. III.6 Epizoda s vysokými koncentracemi ozonu na stanici Praha-Libuš, 1. 7.–31. 8. 2013

Obr. III.7 Epizody s vysokými koncentracemi PM₁₀ v aglomeraci Ostrava/Karviná/Frýdek-Místek bez Třinecka v lednu a únoru 2013

Obr. III.8 Teplota, rozptylové podmínky, typy povětrnostních situací a koncentrace PM₁₀ a O₃ v aglomeraci Ostrava/Karviná/Frýdek-Místek bez Třinecka v roce 2013

---

¹Podle vyhlášky č. 194/2007 Sb. se dodávka tepla zahájí v otopném období (tj. období od 1. září do 31. května), klesne-li průměrná denní teplota venkovního vzduchu v místě pod +13 °C ve dvou po sobě následujících dnech a podle vývoje počasí nelze očekávat zvýšení této teploty nad +13 °C v následujícím dni. Vytápění se v otopném období omezí nebo přeruší tehdy, jestliže průměrná denní teplota venkovního vzduchu v příslušném místě nebo lokalitě vystoupí nad +13 °C ve dvou po sobě následujících dnech a podle vývoje počasí nelze očekávat pokles této teploty pro následující den. Při následném poklesu průměrné denní teploty venkovního vzduchu pod +13 °C se vytápění obnoví.

²Toto období bylo zvoleno z důvodu dostupnosti aerologických sondáží na stanici Prostějov.

³Maximální denní teplota T_max je zobrazena pouze ve dnech, kdy přesáhla 30 °C (tropické dny). Zelené čárky označují typ povětrnostní situace (nejvýše položené odpovídají anticyklonálnímu typu, níže položené brázdě nízkého tlaku a nejnižší cyklonální situaci). U ventilačního indexu je pro každý den zobrazen průměr a 4. nejvyšší hodinová hodnota. Sluneční svit se na stanici Praha-Libuš neměří, proto byly použity údaje ze stanice Praha-Ruzyně. Teplota se na stanici Praha-Libuš měří až od roku 1971.

⁴U PM₁₀ jsou zobrazeny pouze denní průměry ze stanic SVRS (viz kap. VI Smogový varovný a regulační systém) v aglomeraci O/K/F-M bez Třinecka, které přesáhly 50 µg.m^-3. Zelené čárky označují typ povětrnostní situace (nejvýše položené odpovídají anticyklonálnímu typu, níže položené brázdu nízkého tlaku a nejnižší cyklonální situaci). U ventilačního indexu je pro každý den zobrazen medián a 83,3% percentil odpovídající 4. nejvyšší hodinové hodnotě.

⁵Oblastní průměry denních koncentrací PM₁₀ a denních maxim klouzavých 8hodinových průměrů O3 jsou počítány ze stanic SVRS (aglomerace O/K/F-M bez Třinecka pro PM₁₀ a aglomerace O/K/F-M pro ozon). Zelené čárky označují typ povětrnostní situace (nejvýše položené odpovídají anticyklonálnímu typu, níže položené brázdu nízkého tlaku a nejnižší cyklonální situaci). U ventilačního indexu je pro každý den zobrazena 4. nejvyšší hodinová hodnota.