Аналіз повітря в Івано-Франківську за весь 2019 рік

І знову я хочу поділитися з вами аналізом даних з станцій громадського моніторингу EcoCity в Івано-Франківську за весь 2019 рік. Якщо говорити точніше, то з моменту початку ведення архіву даних.

Досліджуваний період триває з 1 березня до 29 грудня 2019 року. За цей час обрані станції моніторингу зробили понад 3 мільйонів замірів (3 342 141 повні щохвилинні заміри), а таблиця з усіма даними зі станцій має майже 20 мільйонів рядків.

Для початку треба обрати станції для дослідження. Було вирішено взяти станції, які встановлені давно і для них накопичений великий масив даних. Також були обрані станції в різних районах міста та одна поза містом в с. Загвіздя для порівняння умов з міськими.

Використовуючи дані за такі великі проміжки, як весь 2019 рік, ми визначаємо типову ситуацію для міста. Тобто такі умови зберігаються тут на постійно і не є тимчасовими або сезонними.

Мапа станцій, обраних для аналізу

Для початку складемо таку візуалізацію, як календар забруднення. Кожен день тут зафарбований кольором, який відображає рівень забруднення PM2.5.

Календар середньодобових концентрацій РМ2.5

Завдяки цій візуалізації, ми можемо побачити, що основне забруднення було весною та восени, і найбільш забрудненим можна назвати грудень. Тут можна знайти закономірність, оскільки весною, зазвичай, спалюється суха трава, а восени листя, сухе бадилля. В грудні ж падає температура і починається опалювальний сезон. Пізніше ми ще розглянемо деякі з цих висновків.

Тепер побудуємо діаграму концентрацій по годинах доби.

Концентрація РМ10 по годинах доби

Завдяки діаграмі можна визначити багато інформації про поведінку забруднення в різних районах міста.

На станціях, що знаходяться в центрі міста (Urban Space 100) погодинний хід забруднення доволі рівномірний протягом доби. Пікові значення забруднення різко не виражені на фоні мінімальних значень.

В той час станціях, що встановлені на зупинках (ЦУМ, Золота Нива, Пошта, Космос) максимальне забруднення досягається зранку і підвищується ввечері. Це пов’язано з тим, що зазвичай люди користуються транспортом зранку та ввечері і ці станції якраз находяться на популярних транспортних вузлах міста.

Станції, що находяться біля районів приватних будинків («Пекарський», «Тичини-Довга», «BeeGreen») та станція, що находиться в с. Загвіздя, фіксують максимальні рівні вночі. Пов’язано це з тим, що вночі працюють твердопаливні котельні, які уторюють більшу частину забруднення, особливо в холодні періоди року.

Тепер побудуємо «гістограму густоти» по концентраціях. Ця діаграма показує, скільки було випадків при яких була певна концентрація забруднювача. Завдяки цьому ми можемо, наприклад, побачити, скільки разів було перевищення.

На цих діаграмах червона лінія показує рекомендований середньодобовий максимальний рівень. Можна помітити, що перевищень по РМ2.5 більше ніж по РМ10. Також РМ2.5 більш розмірений по всіх концентраціях. Скоріш за все це пов’язано з спалюванням, через яке часто рівень перевищує нормальну концентрацію.

Тепер побудуємо «гістограму густоти» для відношення РМ2.5 та РМ10. Як уже було сказано вище, відношення цих двох показників дає нам цінну інформацію про походження забруднення. На гістограмі густити можна побачити, пил якого походження частіше зустрічається в місті.

Гістограма густоти відношення РМ2.5 до РМ10

Судячи з візуалізації, на більшості станцій моніторингу в більшості випадків відношення приблизно 1 до 1. Але на деяких станціях ситуація трохи відрізняється. На станції «Тичини-Довга» частіше відношення скривлюється в сторону РМ10. Біля тієї станції недалеко розташована твердопаливна котельня. А оскільки сажа належить до пилу фракції РМ10, не дивно, що переважає саме РМ10.

Біля станцій «Космос» та «Пошта» доволі часто стаються випадки, коли відношення складає 0.82 (РМ2.5 : РМ10 = 1 : 1,2), що може свідчити про те, що там переважає забруднення від спалювання. Оскільки ці станції знаходяться біля переповнених вулиць, можна судити, що це через викиди від роботи транспорту.

Подібне, але майже незначне підвищення можна помітити на гістограмах інших станцій. Наприклад, «Urban Space 100», «Золота Нива», «ЦУМ», «Promprylad.Renovation». Судячи з всього, це співвідношення з’являється, коли переважає забруднення від транспорту. Тому ми можемо його помітити на станціях, що знаходяться біля заповнених вулиць.

Можна також дослідити детальніше, як змінюється відношення з часом. Для цього побудуємо діаграму відношення РМ2.5 до РМ10 для станції «BeeGreen» по місяцях.

Гістограма густоти відношення РМ2.5 до РМ10 на станцій «BeeGreen» у різні місяці року.

Можна помітити, що в деякі місяці графік доволі згладжений, а у деякі переважає певний діапазон співвідношень між РМ2.5 і РМ10. Наприклад в грудні значно переважає співвідношення 0,5. Скоріш за все це пов’язано з тим, що таке співвідношення притаманне для диму під час опалювального сезону. Також щось подібне можна помітити у березні, квітні та  серпні. Скоріш за все це пов’язано зі спалюванням сухої трави.

Також можна побудувати гістограма густоти по місяцях для станції.

Гістограма густоти РМ2.5 по концентраціях на станції «BeeGreen» у різні місяці року.

Можна побачити, що влітку концентрації здебільшого низькі і дуже рідко виходять за межі норми. Але і восени, і весною з’являються перевищення нормальних показників. Взимку їх стає в рази більше і з’являються часті випадки з концентрацією більше 100 мкг/м3, що в чотири рази перевищує норму. Також багато випадків з перевищенням норми концентрації в два рази. Це знову ж таки пов’язано з твердопаливними обігрівальними пристроями.

Тепер подивимось на відношення показників забрудненості та напрямку вітру. Таким чином ми можемо напрямок, звідки приходе забруднення. Яскраво виражено це на станції «Тичини-Довга» де якраз в західному напрямку від неї находиться твердопаливна котельня. В моменти коли вітер дме з того напрямку концентрації РМ10 в середньому перевищують норму у 1,5-2 рази. Також можна помітити, що забруднення на «Promprylad.Renovation» та «BeeGreen» приходить з боку приватного сектору. Що доводить декілька наших попередніх тверджень про вплив обігрівальних пристроїв.

Взаємозалежність показника РМ10 та напрямку вітру

Тепер перейдемо до визначення несприятливих метеорологічних умов для Івано-Франківська. Ми звичайно проводили вже такі дослідження, але зараз зможемо їх уточнити з новими даними.

Взаємозв’язок з вологістю ми вже розглянули, і зрозуміли, що його розглядати некоректно, оскільки вологість впливає на сам оптичний сенсор і ми не можемо визначити, чи дійсно підвищується вологість, чи зростає похибка сенсора. Тому перейдемо до вивчення зв’язку показників мікропилу та температури. Побудуємо діаграму взаємозалежності.

Як ми бачимо, при температурах нижче нуля рівень забрудненості різко зростає у двох фракціях пилу. Особливо добре це виражено у станцій, що находяться біля районів з приватними будинками. Судячи з усього, при пониженні температури в котельнях збільшується кількість спалюваного палива. Через це в приватному секторі значно підіймається рівень концентрації мікропилу в повітрі. При спалюванні вугілля або деревини виділяється також РМ10, тому його рівень теж підіймається.

Можемо виділити одну умову – при температурі нижче 0 градусів стрімко зростає концентрація мікропилу у повітрі.

Побудуємо діаграму взаємозалежності рівня РМ від атмосферного тиску.

Взаємозалежність показників РМ10 та атмосферного тиску

Тут залежність РМ10 та атмосферного тиску незначна. При високому рівні атмосферного тиску рівень концентрації РМ підвищується. Це пояснюється тим, що при високому атмосферному тиску концентрація росте через скупчення пилу та його прилягання до нижніх шарів атмосфери.

Тепер побудуємо діаграму взаємозалежності РМ та швидкості вітру.

Взаємозалежність показників РМ10 та швидкості вітру

Тут яскраво виражена наступна залежність. При високих швидкостях вітру не було перевищень гранично допустимих концентрацій, а при швидкості вітру близькій до нуля концентрація забруднюючих речовин стрімко зростає. Причиною цього є те, що при відсутності вітру всі забруднюючі речовини накопичуються в атмосфері міста і не виносяться вітром за межі міста, а осідають в нижні шари атмосфери,  що викликає ріст їх  концентрації, тому показники забрудненості повітря зростають.

Для Івано-Франківська це дуже характерно, оскільки він находиться між гірських пагорбів, які перешкоджають руху повітряних мас і виходу за межі міста пилу. Отже, відсутність вітру – це ще одна умова високих концентрацій.

У висновку для Івано-Франківська можна виділити дві основні несприятливі екологічні умови: температура нижче нуля градусів та відсутність вітру. При таких умовах підвищується забруднення повітря у межах міста. Також деякий вклад робить високий атмосферний тиск та напрямок вітру (на локальному рівні).

Найшкідливішими та найбільшими забруднювачами повітря в Івано-Франківську взимку є твердопаливні котельні, які викидують як РМ10 (зола та великий пил) так і РМ2,5 (дим від спалювання). Взимку при зменшенні температури вони починають спалювати велику кількість палива, що ми моніторимо уже не перший рік. Також свій вклад робить приватний сектор, який користується твердопаливними котлами. Тому взимку найбільші рівні забруднення спостерігаються в приватному секторі.

А весною та восени це спалювання сухої трави та листя. В основному це проблема околиць міста, де ця практика особливо поширена.

Слід також сказати, що судячи з наших спостережень деякі станції уже вичерпали ресурс сенсорів і показують частково занижені показники, тому ситуація може відрізнятись від того, що вони показують.

Сенсори SDS011, що встановлені на станціях мають ресурс, за дослідженнями наших колег з Китаю та Європи, близько 1-2 роки. При цьому викривлення показників з’являється вже після пів року експлуатації при постійному включенні. На наших перших станціях сенсор був включений постійно, тому ми вже зараз можемо помітити ці викривлення. На нових станціях сенсори працюють тільки 30 секунд з 60. Тому вони будуть працювати довше.

Надалі ми не будемо брати до уваги дані з цих станцій і сповіщати власників про потребу замінити сенсор.

Долучайтесь до громадського моніторингу якості повітря — eco-city.org.ua