Artykuł w prestiżowym czasopiśmie naukowym – „Atmospheric Chemistry and Physics” – podsumowujący wyniki pomiarów powietrza uzyskanych z naszego balonu.

W dniu dzisiejszym ukazał się w prestiżowym czasopiśmie naukowym – „Atmospheric Chemistry and Physics” – artykuł będący podsumowaniem wyników pomiarów powietrza uzyskanych w czasie codziennych lotów naszego krakowskiego balonu. 

Tytuł artykułu:
„Wpływ uskoku wiatru występującego na terenach zurbanizowanych o skomplikowanej topografii na pionowy rozkład stężenia pyłów frakcji PM₁₀”. (Measurement report: Effect of wind shear on PM₁₀ concentration vertical structure in the urban boundary layer in a complex terrain).

Autorzy badań:
Piotr Sekuła, Anita Bokwa, Jakub Bartyzel, Bogdan Bochenek, Łukasz Chmura, Michał Gałkowski, Mirosław Zimnoch.

Podsumowanie artykułu:

Niekorzystne warunki jakości powietrza uważane są za jeden z najistotniejszych problemów środowiskowych nie tylko w Krakowie, ale w skali kraju i świata. Wysokie stężenia zanieczyszczeń mają szeroki wpływ na zdrowie populacji, od drobnych zaburzeń fizjologicznych aż po wystąpienie poważnych schorzeń układu oddechowego i sercowo-naczyniowego (Faridi et al., 2018). Na jakość powietrza z jednej strony wpływa ilość emitowanych zanieczyszczeń z lokalnych źródeł, a z drugiej strony warunki meteorologiczne wpływające na przewietrzanie miasta oraz rozcieńczanie zanieczyszczeń poprzez pionowe ruchy mas powietrza. W pewnych sytuacjach meteorologicznych w samym powietrzu mogą też zachodzić reakcje chemiczne, tworzące szkodliwe związki takie jak ozon (Trompetter et al. 2013, Zhou et al. 2020). 

To, jak zanieczyszczenia przenoszą się do wyższych partii naszej atmosfery, zależy od wielu czynników – w tym pory roku, warunków meteorologicznych (Wang et al., 2018), topografii (Trompetter et al., 2013; Strbova et al., 2017) oraz transportu krótko- i dalekozasięgowego (Li and Han, 2016). 

W poniżej zaprezentowanych badaniach omówiono wpływ uskoku wiatru (nagła zmiana kierunku i prędkości wiatru w profilu pionowym) na pionowy profil stężenia pyłu zawieszonego PM₁₀ w mieście położonym w dolinie na przykładzie Krakowa.

Badania możliwe były dzięki współpracy z firmą Balon Widokowy sp. z o.o. która udostępniła swoją infrastrukturę do wykonywania pomiarów profili pionowych parametrów meteorologicznych i koncentracji pyłu zawieszonego w atmosferze Krakowa. Loty balonowe odbywały się w okolicy Wawelu, nad rzeką Wisłą, w pobliżu stacji monitoringu jakości powietrza na ul. Krasińskiego i ul. Dietla. Pomiary stężenia PM₁₀ wykonywane były z wykorzystaniem urządzenia pomiarowego zbudowanego przez Zespół Fizyki Środowiska AGH o nazwie Personal Dust Monitor (PoDust v1.1). Pierwsze pomiary stężenia PM₁₀ na balonie wykonaliśmy już w listopadzie 2019. Dane zebrane tamtej zimy (do marca 2020) wykorzystaliśmy do zbadania, jak wiatr zmienia stężenie zanieczyszczenia nad Krakowem. Profile pionowe stężenia PM₁₀uzyskane w ramach kampanii pomiarowej zostały sklasyfikowane z wykorzystaniem metody opartej na dopasowaniu krzywej sigmoidalnej zaprezentowanej na wykresie 1.

Powszechnie uważa się, że im większa prędkość wiatru, tym lepiej jest przewietrzane miasto i tym lepsza jest jakość powietrza. Badania pokazały, że przy specyficznych warunkach wietrznych związanych z cyrkulacją południową, której często towarzyszy wiatr halny może występować odwrotny efekt powodujący tworzenie się w dolinie miasta zastoiska zimnego powietrza i pogorszenie jakości powietrza.

Planowane są dalsze badania, w tym pomiary balonem w okresie nocnym podczas epizodów wystąpienia wysokiego stężenia PM10. Dodatkowo przewidujemy określenie udziału cząstek o różnej średnicy aerodynamicznej i różnym pochodzeniu w pyle zawieszonym PM10 za pomocą czujnika opartego na metodzie rozpraszania wiązki lasera pod różnym kątem. Badania te będą możliwe dzięki nawiązaniu współpracy z naukowcami z Francji, którzy podobne badania prowadzili z wykorzystaniem balonu widokowego w Paryżu.

Spośród wyróżnionych typów profilu pionowego zanieczyszczenia na szczególną uwagę zasługuje typ III (przebieg pionowy stężenia zanieczyszczenia o kształcie litery S). W niniejszych badaniach, w dniach, w których odbywały się loty balonem, występowanie profilu pionowego zanieczyszczenia PM10 typu III (kształt litery S) związane było z adwekcją mas powietrza z południa (możliwy negatywny wpływ wiatru halnego dla tego kierunku adwekcji). Najważniejszym czynnikiem wpływającym na modyfikację tego profilu pionowego PM10 okazał się uskok wiatru oraz wystąpienie przygruntowej inwersji termicznej (wzrost temperatury z wysokością) w ciągu dnia. Powyższe czynniki przyczyniały się do zatrzymania lokalnego zanieczyszczenia wewnątrz doliny Wisły.

Pełny tekst – opracowanie dostępne za darmo (open access) pod adresem:
doi.org/10.5194/acp-21-12113-2021