Krakowski smog pod lupą naukowców

Jakie czynniki meteorologiczne decydują o napływie i zatrzymaniu smogu w Krakowie? Jak wpływa na to rzeźba terenu? Czy zanieczyszczenia w sezonie grzewczym pochodzą w głównej mierze z Krakowa czy spoza miasta? Pytania te postawili naukowcy z Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Akademii Górniczo-Hutniczej (AGH) w Krakowie.

Aby na te pytania odpowiedzieć, przeprowadzili oni badania w trakcie pandemii. W ramach tych badań zgromadzili dane pochodzące z kilkudziesięciu czujników umiejscowionych na terenie Krakowa i w jego okolicach. Najważniejsze wnioski płynące z badań dotyczą jednoznacznego powiązania położenia Krakowa i zanieczyszczeń powietrza, które w znacznym stopniu są transportowane z sąsiednich gmin - poinformowała uczelnia.

"W badaniach zastosowaliśmy kompleksowe podejście geostatystyczne do czasoprzestrzennej analizy stężeń pyłu zawieszonego (PM). Dane pochodzą z gęstej sieci czujników firmy Airly i referencyjnych stacji pomiarowych Głównego Inspektoratu Ochrony Środowiska. Wyniki wskazują na związek między topografią, zmiennymi meteorologicznymi i stężeniami PM. Głównymi czynnikami są prędkość wiatru i ukształtowanie terenu. Badanie stosunku PM2,5/PM10 pozwoliło na szczegółową analizę przestrzennej migracji zanieczyszczeń, z uwzględnieniem zróżnicowania źródeł" - relacjonuje członek zespołu badającego zanieczyszczenia, dr inż. Mateusz Zaręba.

"Badania te wskazują, że niekorzystne położenie Krakowa sprawia, że jest on podatny na akumulację zanieczyszczeń z sąsiedztwa. Głównym źródłem zanieczyszczenia powietrza w badanym okresie było ogrzewanie paliwami stałymi poza miastem" – podkreśla dr Zaręba, cytowany w informacji prasowej przesłanej serwisowi Nauka w Polsce.

Autorzy pracy, której wyniki opublikowano w "Scientific Reports" podkreślają, że czas pandemii zapewnił dobre warunki dla obserwacji wpływu ogrzewania paliwem stałym na stężenia PM ze względu na niski poziom zanieczyszczeń związanych z ograniczonym transportem samochodowym.

Z analiz wynika, że główne źródła zanieczyszczeń zmieniały się z czasem. Na początku lat 70. głównym źródłem był przemysł metalurgiczny. Wraz ze wzrostem liczby ludności miasta, udział ogrzewania z paliw kopalnych jako źródła zanieczyszczeń zaczął wzrastać i jest obecnie dominującym źródłem w miesiącach zimowych. W Krakowie obowiązuje całkowity zakaz używania paliw stałych do ogrzewania, więc główne źródła zanieczyszczeń znajdują się poza miastem.

W okresie późnej jesieni, zimy i wczesnej wiosny głównym źródłem zanieczyszczeń pozostaje w Krakowie ogrzewanie paliwem stałym. Drugim głównym czynnikiem jest transport samochodowy, który również zmienia się w zależności od pory roku. Obecny problem zanieczyszczenia powietrza w Krakowie związany jest z położeniem geograficznym tego miasta – wykazują naukowcy.

"Szczególne położenie Krakowa, ograniczonego od północy i południa wzniesieniami, determinuje oś pradoliny Wisły jako główną drogę napływu zanieczyszczeń. Pomimo wielu przepisów zakazujących stosowania paliw kopalnych do ogrzewania, zanieczyszczenia nadal migrują do miasta z lokalizacji zewnętrznych, co w niektóre zimowe dni czyni je jednym z najbardziej zanieczyszczonych miast na świecie" – podkreśla kierujący zespołem badawczym prof. Tomasz Danek z Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska AGH.

Celem pracy było szczegółowe zbadanie wpływu czynników meteorologicznych i morfologii terenu na zanieczyszczenie powietrza w Krakowie oraz migrację tych zanieczyszczeń metodami geostatystycznymi. Wyniki badań pokazują, że zanieczyszczenia powietrza w Krakowie w badanym okresie spowodowane było głównie migracją zanieczyszczeń z sąsiedztwa, gdzie dozwolone jest stosowanie paliw kopalnych do ogrzewania - podsumowują naukowcy.

"W badaniu przeanalizowaliśmy stężenia PM2.5 i PM10 w Krakowie i gminach ościennych. Ponadto pokazaliśmy główne kierunki migracji zanieczyszczeń powietrza w powiązaniu z kierunkiem wiatru. Zastosowaliśmy analizę statystyczną do zbadania zależności między stężeniami PM2.5 i PM10, a innymi właściwościami fizycznymi atmosfery. Pomiar obejmował ciśnienie atmosferyczne, temperaturę i wilgotność" - wyjaśnia prof. Danek.

Przedstawiając główne wnioski z badania, naukowcy podkreślają, że w badanym okresie dominującymi czynnikami sprzyjającymi migracji zanieczyszczeń do miasta były prędkość i azymut wiatru. Największą rolę w zatrzymaniu zanieczyszczeń odgrywało ciśnienie atmosferyczne. Dominującym czynnikiem wpływającym na generowanie zanieczyszczeń z zewnątrz jest z kolei temperatura, a konkretnie subiektywne odczucie chłodu. Skomplikowana morfologia terenu i usytuowanie miasta w dolinie jest kluczowym czynnikiem wpływającym na transport i zatrzymywanie zanieczyszczeń. Występująca w Krakowie tendencja do powstawania mgieł dodatkowo spowalnia odpływ zanieczyszczeń.

Zaznaczają oni też, że poprawa jakości powietrza w całej aglomeracji wymaga skoordynowanych działań pomiędzy Krakowem a ościennymi gminami. "Działania samego miasta Krakowa, choć istotne, nigdy nie będą wystarczające" - podkreślają a informacji prasowej.

"Badania wieloletnich trendów stężeń pyłów PM10 w Krakowie dowodzą, że kampanie informacyjne i edukacja są ważnymi czynnikami inicjującymi zmiany prowadzące do polepszenia jakości powietrza" – podkreśla doktorantka Elżbieta Węglińska z Katedry Geoinformatyki i Informatyki Stosowanej AGH.

Kraków to jedno z tych polskich miast, które mają największe problemy z jakością powietrza. Jednocześnie są tam podejmowane inicjatywy, które mogą poprawić tę sytuację (np. dni darmowego transportu publicznego w najbardziej "smogowe" dni). Od września 2019 w Krakowie obowiązuje uchwała antysmogowa - z analiz naukowców z AGH wynika, że wpłynęła ona pozytywnie na jakość powietrza w mieście i sprawiła, że poprawia się ono szybciej, niż w reszcie województwa małopolskiego.

O wynikach prof. Piotr Kleczkowski i Katarzyna Kotarba informowali w styczniu 2021 r. Naukowcy ci porównywali tempo spadku stężenia substancji zanieczyszczających w Krakowie oraz w całym województwie małopolskim. Jeśli chodzi o stężenia pyłu PM10 i PM2,5, to porównano dane z sezonów 2012/2013 i 2019-2020. Z analizy wynika, że zmiana średniego stężenia pyłu PM10 jest wyższa w Krakowie niż w całym województwie z wyłączeniem Krakowa. O ile spadek (liczony w sezonach grzewczych) w Krakowie wynosi 45,42 proc., tak w Małopolsce jest on mniejszy – 28,73 proc. Podobna tendencja występuje w przypadku pyłu PM2,5 – w Krakowie można zaobserwować zmianę na poziomie 43,76 proc., a w całym województwie z wyłączeniem Krakowa – 32,15 proc.

Mierzono też stężenia benzo(a)pirenu w sezonach 2014/2015 i 2019/2020. W Krakowie spadek średniego stężenia wynosił 42,82 proc., podczas gdy w całym województwie na przestrzeni badanych lat stężenia benzo(a)pirenu wzrosły o 14,41 procent. Porównując, liczba dni w sezonie grzewczym, kiedy stężenie dobowe PM10 przekracza poziom alarmowy (150 µg/m sześc.), to spadła ona z 11 (2012/2013) do zera (2019/2020). Równie widoczny spadek zaobserwowano w przypadku dni z przekroczeniem dobowej normy dla PM10 (50 µg/m sześc.) – ze 125 dni (2012/2013) do 64 (2019/2020).

Nauka w Polsce

zan/ ekr/