Historia Zakładu Ochrony Atmosfery liczy już 68 lat i sięga roku 1955, kiedy to dr inż. Jan Juda, młody naukowiec Wydziału Mechanicznego Konstrukcyjnego Politechniki Warszawskiej (obecnie Wydział MEiL), po uzyskaniu stopnia naukowego kandydata nauk technicznych (taką nazwę miał podówczas w Polsce stopień doktora), rozpoczął pionierskie w Polsce prace w zakresie miernictwa pyłów i z inspiracji swojego Mistrza i Promotora rozprawy doktorskiej, prof. Bohdana Stefanowskiego, utworzył Pracownię Konimetrii i Mechaniki Aerozoli PAN, której został kierownikiem. Pracownia mieściła się Zakładzie Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej, a administracyjnie należała do Zakładu Badań Naukowych Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego PAN w Zabrzu (obecnie Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN). W stosunkowo krótkim czasie Pracownia wyposażona została w nowoczesną importowaną aparaturę pomiarową, co w uzupełnieniu z klasycznym wyposażeniem laboratoryjnym sprawiło, że stała się pierwszą i najlepiej wyposażoną placówką miernictwa pyłów w Polsce. W roku 1970 Pracownia powróciła na Politechnikę do nowego Instytutu Inżynierii Środowiska na Wydziale Inżynierii Sanitarnej i Wodnej (aktualnie Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska), tworząc Zakład Ochrony Atmosfery (ZOA).

Profesor Jan Juda (1918-2003), wybitny naukowiec i nauczyciel akademicki, twórca szkoły ochrony powietrza w Polsce, w której wychowali się liczni uczniowie, zajmujący się zagadnieniami zanieczyszczenia i ochrony powietrza atmosferycznego, w tym dzisiejsi profesorowie, pracujący w kraju i za granicą, niestrudzenie kierował Pracownią/Zakładem przez 36 lat. Profesor był autorem ośmiu książek i ponad 100 publikacji naukowych, ekspertem WHO i UNESCO, członkiem wielu organizacji naukowych międzynarodowych i krajowych. Jego podręczniki dotyczące zanieczyszczenia i ochrony atmosfery – a zwłaszcza „Zanieczyszczenie atmosfery” (wspólnie z K. Budzińskim; WNT, 1961) „Pomiary zapylenia i technika odpylania” (WNT, 1968) oraz „Ochrona powietrza atmosferycznego” (wspólnie z St. Chróścielem; PWN, 1974) – miały pionierski charakter i stanowiły podstawowe źródło wiedzy dla wielu pokoleń studentów i specjalistów.

Na Wydziale Zakład Ochrony Atmosfery istniał przez 24 lata (1970-1994), kierowany kolejno przez prof. dr hab. inż. Jana Judę (1970-1991), doc. dr hab. inż. Stanisława Chróściela (1991-1992) i doc. dr inż.  Karola Budzińskiego (1992-1994). Jego zręby, obok wymienionych powyżej, tworzyło kilka zaledwie osób: dr inż. Jacek Jędrzejowski – Lwowiak o kresowym poczuciu humoru, mgr inż. Hanna Radwańska – królująca w laboratorium i mgr Maria Szymańska – energicznie zarządzająca codziennym życiem Zakładu. Liczba pracowników ZOA zmieniała się, wzrastając do 17 osób w roku 1985. Uwzględniając zachodzące zmiany personalne, w różnych okresach w Zakładzie pracowało 27 osób. Były w tym gronie takie osobistości jak prof. dr hab. inż. Maciej Nowicki, laureat (1996) najważniejszej europejskiej nagrody ekologicznej Der Deutsche Umweltpreis, tzw. Ekologicznego Nobla, inicjator i wieloletni Prezes (1992-2007) Fundacji EkoFundusz, zajmującej się ekokonwersją polskiego długu, Minister Ochrony Środowiska w rządach Jana Krzysztofa Bieleckiego i Donalda Tuska, założyciel Fundacji im. Nowickiego finansującej kształcenie młodych kadr w zakresie ochrony środowiska, oraz doc. dr hab. inż. Stanisław Chróściel (1930-1992), wybitny matematyk i fizyk, twórca pierwszego polskiego modelu rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w atmosferze, którego niewiele tylko zmodyfikowana postać obowiązuje w Polsce do dnia dzisiejszego, jako podstawa obliczeń inżynierskich stanu zanieczyszczenia atmosfery („Wytyczne obliczania stanu zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego”, 1978).

Zakład Ochrony Atmosfery był miejscem, w którym nie tylko rozwijano naukę i dydaktykę, ale także stworzono i dbano o prawdziwie rodzinną atmosferę. Poza wyjazdami na pomiary, wyjeżdżano również na wspólne wakacje, a dzieci większości pracowników chodziły do tego samego Liceum im. T. Reytana i kultywowały wspólnie przedwojenne tradycje harcerskie w jednej z najstarszych polskich drużyn harcerskich – 1 WDH „Czarna Jedynka”.

W roku 1994 z połączenia ZOA z Zakładem Meteorologii, powstał Zakład Meteorologii i Ochrony Atmosfery (ZMiOA), który działał w latach 1994-2007. Kierownictwo Zakładu objęły Kobiety. Pierwszym kierownikiem Zakładu MiOA była doc. dr hab. inż. Anna Madany (1935-2006), a następnie w latach 2005-2007 Zakładem kierowała prof. dr hab. inż. Katarzyna Juda-Rezler. W tym czasie Zespołem OA kierowali: w latach 1994-1998 doc. dr inż. Karol Budziński (1931-2008), a w latach 1998-2007 mgr inż. Aleksander Warchałowski. 

W 2007 r. po rozwiązaniu Instytutu (Systemów) Inżynierii Środowiska, Zakład Meteorologii i Ochrony Atmosfery wszedł w skład nowo-utworzonego Zakładu, przekształconego następnie (w roku 2010) w Katedrę Ochrony i Kształtowania Środowiska, którą od chwili powstania kieruje prof. dr hab. inż. Marek Nawalany. Kierownikiem Zespołu Ochrony Atmosfery, działającego w ramach Katedry jest prof. dr hab. inż. Katarzyna Juda-Rezler.

Prace badawcze realizowane zarówno w Zakładzie, jak i w Zespole OA miały i mają charakter badań teoretycznych i badań eksperymentalnych, prowadzonych zarówno w skali laboratoryjnej, jak i w terenie. Podstawowe dziedziny działalności Zakładu to – w początkowym okresie działania – przede wszystkim badania nad identyfikacją mineralogiczną drobnych pyłów, optymalizacją struktur wielowarstwowych filtrów włókninowych oraz metodyką i organizacją pomiarów zanieczyszczeń powietrza, a w okresie późniejszym – i do dnia dzisiejszego – matematyczne modelowanie rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń powietrza, diagnozy i prognozy zanieczyszczenia powietrza w Polsce, modelowanie zintegrowane w ochronie atmosfery  oraz globalne zmiany klimatyczne.

Jedną z podstawowych dziedzin badawczych, w której prace prowadzone są w sposób ciągły od roku 1960, jest matematyczne modelowanie rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń powietrza. Opracowana została cała rodzina oryginalnych modeli dla różnych skal przestrzennych i czasowych (grupa modeli gaussowskich, oraz grupa Eulerowskich modeli numerycznych). Wymieniona działalność badawcza była podstawą do wykonania szeregu prac aplikacyjnych. W roku 1975 opracowane zostały szczegółowe wytyczne obliczania stanu zanieczyszczenia powietrza wywołanego konkretnymi źródłami emisji. Wytyczne zostały w roku 1978 zatwierdzone jako obowiązująca metoda określenia wpływu poszczególnych emitorów na stan zanieczyszczenia powietrza. Jeśli chodzi o prace badawcze, to pracownicy Zakładu byli autorami jednych z pierwszych artykułów dotyczących modelowania jakości powietrza opublikowanych w prestiżowych czasopismach naukowych: Juda K, 1986: Atmospheric Environment, 20 (12), 2449-2558; Abert, Budziński & Juda-Rezler, 1994: Ecological Engineering, 3 (3), 225-244.

Prowadzone były także szerokie badania eksperymentalne z zastosowaniem techniki wizualizacji, w zakresie rozprzestrzeniania się smug zanieczyszczeń z wysokich kominów elektrowni Bełchatów. Badania te prowadzono przy wykorzystaniu samolotu i samochodu pomiarowego, będących w latach 80. i 90. XX w. własnością Zakładu. Przeprowadzono również szereg badań teoretyczno-eksperymentalnych w celu wyznaczenia lub określenia zależności empirycznych podstawowych parametrów modeli, takich jak: współczynniki dyfuzji atmosferycznej, prędkość suchego osiadania zanieczyszczeń, aerodynamiczna szorstkość podłoża i stałe szybkości reakcji chemicznych:  określone zależności stosowane są do dziś w obowiązujących metodach obliczania stężeń zanieczyszczeń w tzw. procedurze pozwoleniowej (Załącznik nr 3 do Rozporządzenia Ministra Środowiska w sprawie wartości odniesienia – Dz. U. 2010, Nr 16, poz. 87).

W ostatnich latach zaimplementowano w ZOA światowej klasy trójwymiarowe modele: Eulerowski model jakości powietrza CTM (Chemical Transport Model) – amerykański model CAMx (Comprehensive Air Quality Model with Extensions; ENVIRON, Novato, USA) oraz model klimatu skali regionalnej – RegCM (Regional Climate Model) opracowany w ICTP (Międzynarodowe Centrum Fizyki Teoretycznej – The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics; Triest, Włochy).

W latach 80. i 90. XX w. Zakład brał udział w dwóch dużych krajowych programach badawczych (które częściowo koordynował): PR 8 (1980-1985 Kompleksowy Rozwój Energetyki, Kierunek 7 – Ochrona Środowiska) i CPBP 04.10. (1990-1994 Ochrona i Kształtowanie Środowiska Przyrodniczego, Podprogram Nr 10: Strategia Ochrony Powietrza Atmosferycznego). Pracami w obu tych projektach kierował prof. Jan Juda.

Na szczególne podkreślenie zasługuje dwukrotne przeprowadzenie w Krakowie w latach 80’ XX w. (w ramach Programu PR8) – unikalnych do dnia dzisiejszego – miesięcznych kampanii pomiarowych połączonych z modelowaniem rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w atmosferze: MONAT-84 i MONAT-85. W tamtych latach podstawowym problemem jakości powietrza w Polsce – poza wysokimi stężeniami pyłów – były wysokie stężenia w atmosferze, pochodzącego z tych samych źródeł, dwutlenku siarki (SO₂). Główny celem przeprowadzanych badań było opracowanie metodyki prowadzenia akcji pomiarowych dla testowania matematycznych modeli dyspersji zanieczyszczeń, oraz walidacja kilku oryginalnych modeli, opracowanych przez polskich naukowców, w tym w ZOA. W czasie trwania eksperymentu MONAT-84 (1-29 luty 1984 r.) przeprowadzono inwentaryzację emisji SO₂ z 283 źródeł (60 punktowych i 223 powierzchownych), dwa razy dziennie mierzono stężenie SO₂ i pyłu drobnego w 24 punktach pomiarowych na obszarze Krakowa oraz wykonywano pomiary parametrów meteorologicznych w 15 stacjach  naziemnych, a sondaże atmosfery na 4 stacjach. Równocześnie na bieżąco wykonywano obliczenia rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń powietrza w mieście, przy czym modele dyspersji zasilane były zebranymi danymi emisyjnymi i meteorologicznymi, a ich wyniki walidowane przy wykorzystaniu wyników prowadzonych pomiarów. W eksperymentach, którymi z ramienia PW kierował prof. Maciej Nowicki, obok wszystkich pracowników Zakładu Ochrony Atmosfery, uczestniczyło ponad 150 osób z innych placówek naukowych.

Wyniki przeprowadzonych badań przekazane zostały do praktycznego wykorzystania administracji miasta Krakowa, zostały ponadto wykorzystane w 2 pracach doktorskich pracowników Zakładu oraz w kilku publikacjach w międzynarodowych czasopismach naukowych. Najważniejszym praktycznym wnioskiem z przeprowadzonych badań było wskazanie, że głównym sprawcą złej jakości powietrza w Krakowie jest tzw. niska emisja, czyli źródła spalania sektora komunalno-bytowego (przede wszystkim małe kotłownie i piece domowe opalane węglem), a nie – jak powszechnie wtedy sądzono – źródła przemysłowe. Wynikiem tych kampanii było zapoczątkowanie – już w latach 80’ XX w – eliminacji kotłowni i pieców węglowych na obszarze Starego Miasta w Krakowie.

Do tradycji pomiarowych ZOA powrócił w 2015 roku, kiedy to w ramach projektu NCN został wyposażony w sprzęt pomiarowy do poboru próbek pyłów atmosferycznych i rozpoczął pomiary – tym razem w stolicy. Był to zarazem powrót do zapoczątkowanych ponad 60 lat temu badań nad pyłami.

Obecnie pyły atmosferyczne są priorytetem badawczym ZOA, w zakresie ich właściwości, źródeł oraz oddziaływań zdrowotnych. Badania te mają także wymiar społeczny, ze względu na występujące powszechnie w Polsce wysokie stężenia pyłów PM10 i PM2.5 oraz duże zaniepokojenie społeczeństwa związane z coraz bardziej powszechną wiedzą o ich negatywnym wpływie na zdrowie.

Badania realizowane w Warszawie są unikatowe, ponieważ po raz pierwszy w Polsce przeprowadzono ciągłą, długoterminową kampanię pomiarową stężeń i składu (jony, materia węglowa, pierwiastki śladowe) drobnego pyłu zawieszonego PM2.5. Przez 15 miesięcy (w latach 2015-2017) codzienne pobierane były i analizowane pod względem składu chemicznego – w zaprzyjaźnionym Instytucie Podstaw Inżynierii Środowiska PAN w Zabrzu – dobowe próbki pyłu.

Badania mają na celu dokonanie szczegółowej analizy “podpisu chemicznego” warszawskiego pyłu atmosferycznego, określenie sezonowej zmienności stężeń poszczególnych składników, biodostępności metali śladowych, identyfikację źródeł emisji, a w następnej kolejności – powiązania wyróżnionych rodzajów pyłu z negatywnymi efektami zdrowotnymi występującymi w populacji.

Obecnie (2023) jesteśmy w trakcie publikacji wyników tych badań. Trzy artykuły już się ukazały – w czasopismach Science of The Total Environment (Elsevier, IF = 7,9), Atmospheric Environment (Elsevier, IF = 4,8) oraz w Atmospheric Chemistry and Physics (Copernicus/EGU, IF = 6,1).

Od 30 lat ZOA prowadzi badania naukowe we współpracy międzynarodowej. W latach 1990-2000 realizował projekty badawcze finansowane przez:

• Bank Światowy: World Bank Air Pollution Control Program for Silesia Region, 1990-1993, projekt kierowany przez doc. Karola Budzińskiego)
• Unię Europejską w ramach programów badawczych:
  • COPERNICUS: Emission Abatement Strategies and the Environment (EASE), 1994-1997, project kierowany przez prof. Helen ApSimon z Imperial College of Science, Technology and Medicine w Londynie; a w Politechnice Warszawskiej przez prof. Katarzynę Juda-Rezler,
  • ESPRIT Project CRIT 2: Evolutionary Real-time Opitimisation System for Ecological Power Control (EROS), 1997-2000, projekt kierowany przez prof. Zbigniewa Michalewicza z Instytutu Podstaw Informatyki PAN.

Projekty prowadzone po roku 2000 przedstawione są w zakładce PROJEKTY BADAWCZE.

Od początku swojego istnienia Zakład współpracował blisko z bardzo licznymi Uczelniami i Instytutami zajmującymi się zagadnieniami ochrony atmosfery w Europie i USA. Najbliższa współpraca łączyła nas z kolegami z Francji, Wielkiej Brytanii, Szwajcarii, Holandii, Niemiec, Czech, Norwegii i Grecji, a ostatnio także z kolegami z Włoch i Hiszpanii. Była to współpraca przy realizacji wspólnych projektów badawczych i dydaktycznych, jej wynikiem jest szereg wspólnych prac naukowych. Aktualna kierownik Zespołu – prof. Katarzyna Juda-Rezler – pracowała ponad rok w Norweskim Instytucie Badań Atmosfery NILU w Kjeller w Norwegii.

Wyniki działalności badawczej Zakładu prezentowane były na blisko 150 konferencjach i sympozjach naukowych w kraju i zagranicą. Wykaz publikacji naukowych obejmuje ponad 300 pozycji, w tym kilkanaście książek, kilkadziesiąt rozdziałów w monografiach, kilkanaście skryptów akademickich i kilkadziesiąt artykułów w międzynarodowych czasopismach naukowych.

Zakład kształcił i kształci studentów dziennych i zaocznych w szeroko rozumianej dziedzinie ochrony atmosfery. Pracownicy naukowi ZOA byli promotorami ponad 300 prac dyplomowych (magisterskich, licencjackich i inżynierskich). Przez wiele lat Zakład nasz prowadził także roczne studia podyplomowe z zakresu “Ochrony atmosfery”. Niezależnie od wymienionej działalności dydaktycznej pracownicy Zakładu prowadzili i prowadzą liczne wykłady na różnego typu kursach organizowanych przez Ministerstwo Ochrony Środowiska, Główny Inspektorat Ochrony Środowiska, i Stowarzyszenie Inżynierów NOT. Jako ciekawostkę można podać wykłady prowadzone na kursach organizowanych przez Związek Dziennikarzy. Zakład nasz współdziałał też w organizacji i prowadzeniu wykładów w Międzynarodowej Letniej Szkole Ochrony Środowiska E4  (Ecole Européenne d’Eté d’Environnement), której sesje odbywały się kolejno na Korsyce (1974), w Lozannie (1975), Wenecji (1976) i Louvain (1977).

Najwyższą formą kształcenia jest promotorstwo przewodów doktorskich. Pracownicy naszego Zakładu wypromowali 29 doktorów nauk technicznych (w tym 11 pracowników Zakładu) – prof. Jan Juda (9 osób), doc. Stanisław Chróściel (11), prof. Maciej Nowicki (3), prof. Katarzyna Juda-Rezler (6).

Troje pracowników ZOA uzyskało tytuły naukowe profesora nauk technicznych: prof. Jan Juda (1974), prof. Maciej Nowicki (1992) i prof. Katarzyna Juda-Rezler (2015).