Identyfikacja źródeł występowania wysokich stężeń pyłów w atmosferze wybranych miast Polski

Badania prowadzone w projekcie dotyczyły identyfikacji źródeł odpowiedzialnych za wysokie stężenia pyłu drobnego (aerozoli), występujące w ostatnich latach dość często w wielu miastach polskich. Dla przykładu tzw. epizody pyłowe zaobserwowane w styczniu 2006 r. charakteryzowały się najwyższymi stężeniami pyłu PM₁₀ (do której to frakcji należą cząstki o średnicy aerodynamicznej mniejszej niż 10 mikrometrów) notowanymi w Polsce w historii obserwacji, przekraczającymi do 15 razy poziomy dopuszczalne obowiązujące w Unii Europejskiej.

Aerozole atmosferyczne są obecnie przedmiotem intensywnych badań naukowców z różnych dziedzin na całym świecie, ze względu na ich szerokie spektrum oddziaływania, związane z zanieczyszczeniem atmosfery, wpływem na jej bilans radiacyjny, a zatem i na zmiany klimatu, a także wpływem na środowisko. Wysokie stężenia pyłów budzą, zwłaszcza ostatnio, duże zaniepokojenie społeczeństwa ze względu na coraz bardziej powszechną wiedzę o ich negatywnym wpływie na zdrowie ludzkie. W istocie, pyły mają znaczący wpływ na występowanie i/lub potęgowanie wielu chorób, a notowane objawy mają bardzo szerokie spektrum – od pogorszenia samopoczucia i niewielkich zmian w funkcjonowaniu układu oddechowego (stany zapalne krtani i tchawicy, łagodne, przemijające stany zapalne płuc) – aż do zwiększonego ryzyka przedwczesnej śmierci z powodu chorób układu krążenia, układu oddechowego oraz mózgowo-naczyniowego, lub nowotworów – najczęściej raka płuc. Wpływają także negatywnie na rozwój płodu i noworodków. Jednakże w związku z niejednorodnością tego zanieczyszczenia, ocena jego wpływu na zdrowie ludzkie jest wyjątkowo trudna, jako że cechy pyłów zależą od ich rozmiarów, składu chemicznego, powierzchni cząstek oraz kształtu. Przy braku tak szczegółowej charakterystyki aerozoli, wiedzę na temat ich oddziaływań możemy do pewnego stopnia pozyskać przypisując występujące zanieczyszczenie konkretnym źródłom emisji.

Do identyfikacji źródeł pyłów zastosowano metodykę badawczą, będącą kombinacją 7 różnych metod. Choć badania takie w krajach Europy Zachodniej i USA są wykonywane zazwyczaj za pomocą metody dodatniej faktoryzacji macierzy (PMF) oraz modelu chemicznego bilansu masy (CMB), to ich wykorzystanie wymaga wprowadzenia dużej liczby specyficznych danych wejściowych, m.in. wartości pomiarowych licznych składników pyłów (metali śladowych, jonów, węgla elementarnego i organicznego), szczegółowych profili emisyjnych poszczególnych typów źródeł, i innych. Dane takie nie są w Polsce szeroko dostępne, a również dedykowane kampanie pomiarowe przeprowadzane są znacznie rzadziej niż w w/w krajach, i tylko w wybranych obszarach. Zaproponowana metodyka miała zatem za cel takie połączenie metod, które umożliwiłoby identyfikację głównych typów źródeł pyłów, przy wykorzystaniu rutynowo dostępnych danych pomiarowych. Zastosowano w niej m.in. analizę składowych głównych połączoną z wielowymiarową analizą regresji (PCA-MLRA), model trajektorii wstecznych mas powietrza, tzw. podejście Lenschowa, a także analizę danych synoptycznych i meteorologicznych.

Opracowana metodyka została zastosowana do analizy kilku epizodów z lat 2005-2012, wybranych z utworzonego katalogu epizodów, zawierającego 77 takich przypadków. Otrzymane rezultaty pozwoliły zidentyfikować i wyznaczyć markery trzech głównych grup źródeł pyłu. Są to zanieczyszczenia powietrza pochodzące z transportu z dalekich odległości, zanieczyszczenia transportowane w skali regionalnej ze źródeł przemysłowych oraz lokalne źródła spalania węgla – instalacje małej mocy (paleniska domowe/źródła komunalno-bytowe). Uzyskane wyniki potwierdzają przydatność proponowanej metodyki do realizacji postawionych celów badawczych, ponadto wiedza i doświadczenie zdobyte w trakcie realizacji projektu zostaną wykorzystane w dalszych badaniach nad identyfikacją źródeł pyłów. Otrzymana zależność wskazująca, że w czasie epizodów obejmujących obszar całego kraju maksymalne stężenia PM₁₀ występują zazwyczaj 2-3 dni po wystąpieniu maksymalnych wartości ciśnienia atmosferycznego oraz minimalnej wartości temperatury powietrza, może mieć znaczenie dla społeczeństwa, znajdując zastosowanie w smogowych systemach alarmowych, które to systemy powinny być tworzone w celu ochrony zdrowia mieszkańców miast i aglomeracji.

Wartością dodaną projektu jest rozszerzenie dotychczas stosowanych w Polsce metod badawczych o kombinację zaawansowanych technik analizy trajektorii wstecznych mas powietrza, umożliwiającą wyznaczenie prawdopodobnych obszarów źródłowych zanieczyszczenia powietrza.

Badania zrealizowane w projekcie będą kontynuowane, a odpowiednie wnioski o finansowanie projektów badawczych, opracowane w ramach konsorcjów krajowych i międzynarodowych, zostały już złożone do Narodowego Centrum Nauki oraz Komisji Europejskiej.

Wyniki uzyskane w projekcie poszerzają wiedzę na temat aerozoli w atmosferze, co ma znaczenie zarówno dla rozwoju nauk atmosferycznych, jak i badań nad zmianami klimatu, a także pokrewnych dziedzin nauki.