4. ROCZNA I DOBOWA ZMIENNOŚĆ STĘśENIA RADONU W PRZYGRUNTOWEJ
4.2. Średnie roczne, sezonowe i miesięczne przebiegi dobowe stęŜenia Rn-222
4.2. Średnie roczne, sezonowe i miesięczne przebiegi dobowe stęŜenia Rn-222
Analiza czasowego przebiegu stęŜenia radonu wykazała obok rytmu rocz-nego takŜe dobowy cykl zmian stęŜenia tego gazu. Rysunek 4.9 przedstawia
średni przebieg dobowy stęŜenia Rn-222 w poszczególnych latach badanego
okresu. Największa aktywność promieniotwórcza radonu na 3 analizowanych stacjach przypada na godziny poranne od 03.00 do 08.00, a najmniejsza jest notowana w godzinach popołudniowych i przedwieczornych, tj. od 14.00 do 19.00.
Stacje Ciosny i Kraków cechują się podobieństwem średniego zakresu zmian dobowych stęŜenia Rn-222 w latach 2008–2010, o wartościach odpo-wiednio 4 Bq·m-3 i 5 Bq·m-3. Stację w centrum Łodzi wyróŜnia słabo zazna-czony rytm zmian dobowych o amplitudzie rzędu 1–2 Bq·m-3. Wśród prezen-towanych stacji, Kraków wyróŜnia się najszybszym przyrostem stęŜenia Rn-222 po wystąpieniu wartości minimalnej w ciągu doby, która średnio przy-pada na godz. 14.00 (2009 r.) i 15.00 (2008 r.). W Krakowie okres wzrostu stęŜenia Rn-222 w ciągu doby przypada średnio od godz. 15.00 do 06.00 rano. W Ciosnach minimalne stęŜenie rejestrowano średnio o godz. 15.00 (2009 r.), 16.00 (2008 r.) i 17.00 (2010 r.), podczas gdy w Łodzi najniŜsza aktywność promieniotwórcza Rn-222 występowała z opóźnieniem w stosunku do stacji zamiejskiej, tj. o godz. 17.00 w 2008 r. i 19.00 w 2009 r. W 2010 r. w Łodzi najniŜsze średnie godzinne stęŜenie w ciągu doby występowało o godz. 16.00. W godzinach wieczornych widoczny jest przyrost aktywności promieniotwór-czej radonu, zdecydowanie wyŜszy na stacji w Ciosnach niŜ w centrum miasta. Opisywana zmienność dobowa stęŜenia Rn-222 w środkowej Polsce znajduje
potwierdzenie m.in. w badaniach Krajny i Ośródki (2005), prowadzonych nad dynamiką dobową Po-218 na terenie Krakowa i Katowic.
Rys. 4.9. Średni przebieg dobowy stęŜenia Rn-222 w Łodzi, Ciosnach i Krakowie w latach 2008–2010
Fig. 4.9. Average course of daily Rn-222 concentration in Łódź, Ciosny and Kraków in 2008– 2010
Cechy przebiegu dobowego stęŜenia Rn-222 są dobrze udokumentowane w wielu publikacjach. Charakter dobowych zmian stęŜenia tego radionuklidu jest taki sam na wszystkich opisywanych stacjach połoŜonych w róŜnych re-gionach kuli ziemskiej - Europie (np. Porstendörfer i in. 1991, Butterweck i in. 1994, Hötzl i Winkler 1994, Dueñas i in. 1996a, Sesana i in. 1998, 2003, Win-kler i in. 2001, Perrino i in. 2001, Baciu 2005, Krajny i Ośródka 2005, Florea i Duliu 2012), Azji (np. Kataoka i in. 1992, 1998, Morizumi i in. 1996, Singh i in. 2005, Zhang i in. 2009, Chan i in. 2010, Ameryce Północnej (Hosler 1966), Ameryce Południowej (np. Magalhães i in. 2003), Afryce (np. El-Hussein i in. 2001), Australii (np. Martin i in. 2004). Wszyscy autorzy wymie-nionych publikacji są zgodni co do tego, Ŝe zjawisko zwiększania się stęŜenia Rn-222 w dolnej troposferze w godzinach nocnych i zmniejszanie w ciągu dnia nawiązuje do procesów zachodzących w warstwie granicznej atmosfery w
cy-klu dobowym, tj. rozwoju oraz zaniku turbulencji i procesów mieszania powie-trza.
Rys. 4.10. Średni przebieg dobowy stęŜenia Rn-222 w poszczególnych porach roku w Łodzi, Ciosnach i Krakowie w latach 2008–2010
Fig. 4.10. Average course of daily Rn-222 concentration in different seasons of the year in Łódź, Ciosny and Kraków in 2008–2010
Średnie wartości stęŜenia Rn-222 obliczone dla poszczególnych pór roku
i miesięcy wskazują na zmienność roczną zakresu wahań dobowych (tab. 4.3, rys. 4.10–4.13). Generalną prawidłowością na wszystkich stacjach jest zanik cyklu dobowego stęŜenia radonu w miesiącach zimowych, kiedy to przeciętny zakres wahań w centralnej Polsce nie przekracza 1 Bq·m-3, a w Krakowie 4 Bq·m-3. W pozostałych porach roku rytm zmian dobowych ujawnia się
wy-raźnie na stacjach zamiejskich, podczas gdy w Łodzi przeciętny zakres zmian dobowych stęŜenia nie przekracza 2 Bq·m-3 (rys. 4.10). Wśród analizowanych stacji Kraków cechuje się największymi dobowymi wahaniami stęŜenia Rn-222 we wszystkich porach roku. Średnio największe amplitudy dobowe stęŜenia Rn-222, tj. 10 Bq·m-3 notowano na tej stacji latem 2008 r. i jesienią 2009 r. Amplitudy dobowe stęŜenia Rn-222 w Krakowie są najniŜsze zimą i wynoszą przeciętnie 4 Bq·m-3 (2008) i 3 Bq·m-3 (2009) - rys. 4.10–4.13. W Ciosnach największy średni zakres wahań dobowych wystąpił latem 2008 r. i 2009 r., 7 Bq·m-3. Podobny średni zakres wahań dobowych stęŜenia Rn-222 był reje-strowany na tej stacji wiosną 2009 r., 6 Bq·m-3. W pozostałych latach średnie godzinne wartości stęŜenia Rn-222 wiosną w Ciosnach były wyraźnie niŜsze, z minimum w 2010 r. (rys. 4.10). W Łodzi zmienność sezonowa średniego dobowego przebiegu stęŜenia Rn-222 jest najsłabiej zaznaczona - średnie am-plitudy dobowe nie przekraczają 2 Bq·m-3. W Łodzi jesień wyróŜnia się na tle pozostałych pór roku - jesienią rejestrowano najwyŜsze w ciągu doby minimal-ne wartości stęŜenia Rn-222 (rys. 4.10). Na rysunkach 4.11–4.13
zaprezento-wano czasową zmienność stęŜenia Rn-222 w ujęciu dobowym
i rocznym. Na wszystkich stacjach charakter zmienności dobowej i rocznej stęŜenia Rn-222 nie wykazuje istotnych róŜnic między kolejnymi latami bada-nego okresu. Średnie przebiegi dobowe stęŜenia radonu w poszczególnych miesiącach wskazują, Ŝe od stycznia do marca brak jest rytmu dobowego
stę-Ŝeń w Łodzi i Ciosnach, podczas gdy w Krakowie jest mało wyraźny. Od
kwietnia zaznacza się wzrost średniej amplitudy dobowej stęŜenia Rn-222 na wszystkich stacjach z maksimum w czerwcu w Ciosnach (11 Bq·m-3), w sierp-niu w Krakowie (12 Bq·m-3) i we wrześniu w Łodzi (3 Bq·m-3) (rys. 4.11– 4.13).
Przedstawiona charakterystyka zmian dobowych stęŜenia Rn-222 w prze-biegu rocznym jest zgodna z wynikami uzyskanymi przez Kopcewicza (1968, 1974) dla Warszawy, gdzie wykazał on małą zmienność dobową stęŜenia Rn-222 w miesiącach od listopada do lutego, a największą w okresie letnim i wczesnej jesieni. Hötzl i Winkler (1994) porównując średni bieg dobowy stęŜenia Rn-222 w poszczególnych porach roku w Monachium stwierdzili po-dobną tendencję zmian jak w Polsce - najmniejszy zakres wahań, opisany sto-sunkiem maksimum dobowego do minimum, cechował zimę (1,5), a najwięk-szy lato (3,5).
Rys. 4.11. Przebieg roczny zmienności dobowej średnich godzinnych wartości stęŜenia Rn-222 w Łodzi, Ciosnach i Krakowie w 2008 r.
Fig. 4.11. Annual course of daily variability of mean hourly Rn-222 concentration in Łódź, Ciosny and Kraków in 2008
Rys. 4.12. Przebieg roczny zmienności dobowej średnich godzinnych wartości stęŜenia Rn-222 w Łodzi, Ciosnach i Krakowie w 2009 r.
Fig. 4.12. Annual course of daily variability of mean hourly Rn-222 concentration in Łódź, Ciosny and Kraków in 2009
Rys. 4.13. Przebieg roczny zmienności dobowej średnich godzinnych wartości stęŜenia Rn-222 w Łodzi i Ciosnach w 2010 r.
Fig. 4.13. Annual course of daily variability of mean hourly Rn-222 concentration in Łódź and Ciosny in 2010
Wśród cech przebiegu dobowego stęŜenia Rn-222 w poszczególnych po-rach roku i miesiącach moŜna zauwaŜyć, oprócz wyraźnych zmian średnich wartości maksymalnych, takŜe zmiany minimalnego poziomu rejestrowanego stęŜenia w ciągu doby. Średnio najniŜsze stęŜenia były rejestrowane na wszystkich stacjach wiosną i latem (tab. 4.3, rys. 4.10–4.13).
T a b e l a 4 . 3
Średnie maksymalne i minimalne wartości stęŜenia radonu (Rn-222)
oraz średni dobowy zakres wahań (ampl.) stęŜenia Rn-222 w powietrzu 2 m nad gruntem w Łodzi (Ł), Ciosnach (C) i Krakowie (K) w poszczególnych porach roku w latach 2008–2010
T a b l e 4 . 3 Average maximum and minimum values of radon (Rn-222) concentration and average of daily fluctuation range (ampl.) of Rn-222 concentration in the air 2 m above the ground
in Łódź (Ł), Ciosny (C) and Kraków (K) in different seasons of the year in 2008–2010
Wiosna (III-V) Lato (VI-VIII) Jesień (IX-XI) Zima (XII-II) Rok
Bq·m-3
Ł C K Ł C K Ł C K Ł C K Ł C K
Max. 5 7 12 5 10 15 7 9 16 6 6 12 6 8 13
Min. 3 3 6 3 4 6 4 4 8 5 5 8 4 4 7
Ampl. 2 4 6 2 6 9 3 5 8 1 1 4 2 4 6
Wśród cech przebiegu dobowego stęŜenia Rn-222 w poszczególnych po-rach roku i miesiącach moŜna zauwaŜyć, oprócz wyraźnych zmian średnich wartości maksymalnych, takŜe zmiany minimalnego poziomu rejestrowanego stęŜenia w ciągu doby. Średnio najniŜsze stęŜenia były rejestrowane na wszystkich stacjach wiosną i latem (tab. 4.3, rys. 4.10–4.13).
Wzrost minimalnych dobowych wartości stęŜenia Rn-222 zaobserwowano jesienią i zimą - w centralnej Polsce najniŜsza notowana średnia wartość w tych porach roku na obu stacjach to 5 Bq·m-3, a w Krakowie to 8 Bq·m-3. Analiza wartości ekstremalnych średniego godzinnego stęŜenia Rn-222 w poszczegól-nych miesiącach wykazała, Ŝe najniŜsze stęŜenia rejestrowano w centralnej Polsce w czerwcu o godz. 18.00 (2,8 Bq·m-3 w Ciosnach w 2008 r. i 2,7 Bq·m-3 w Łodzi w 2010 r.). W Krakowie najniŜsze średnie stęŜenie Rn-222, 4,5 Bqm-3, zarejestrowano w październiku 2009 r. o godz. 16.00 (rys. 4.12). NajwyŜsze
średnie godzinne stęŜenie Rn-222 wystąpiło w Ciosnach w czerwcu 2008 r.
o godz. 06.00, 13,5 Bq·m-3. W Łodzi średnie godzinne maksimum w latach 2008–2010 zanotowano w październiku 2008 r. o godz. 07.00, 7,6 Bq·m-3. W Krakowie w latach 2008–2009 najwyŜsza wartość średnia godzinna stęŜenia Rn-222 wyniosła 18,8 Bq·m-3 i wystąpiła w sierpniu 2008 r. o godz. 06.00 (rys. 4.11).
Wnioski
Główne cechy czasowego przebiegu stęŜenia Rn-222 w powietrzu na wy-sokości 2 m nad gruntem stwierdzone dla centrum Łodzi to m.in.:
- mały zakres wahań dobowych i rocznych średnich godzinnych wartości stęŜenia Rn-222,
- późniejsze występowanie wartości ekstremalnych w ciągu doby w sto-sunku do stacji zamiejskich - maksimum najczęściej notowano w prze-dziale czasowym od godz. 07.00 do godz. 09.00, a minimum od godz. 17.00 do godz. 19.00,
- występowanie w marcu rocznego minimum średnich godzinnych
warto-ści stęŜenia Rn-222,
- wzrost stęŜenia radonu jesienią i zimą z maksimum rocznym w paź-dzierniku w 2008 r., listopadzie w 2009 r. i lutym 2010 r.
Generalne prawidłowości przebiegu dobowego i rocznego stęŜenia Rn-222 wykazane dla stacji w Ciosnach to m.in.:
- występowanie latem rocznego maksimum stęŜenia Rn-222 w okresie od godz. 02.00 do godz. 06.00,
- występowanie jesienią (w 2008 r. i 2009 r.) i zimą (2010 r.) drugorzęd-nego maksimum roczdrugorzęd-nego, o niŜszej wartości stęŜenia Rn-222 niŜ latem, - występowanie w marcu rocznego minimum średnich godzinnych
warto-ści stęŜenia Rn-222,
- największy zakres zmian dobowych średnich godzinnych wartości
stę-Ŝenia Rn-222 w okresie od kwietnia do sierpnia.
Cechy czasowej zmienności stęŜenia Rn-222 uzyskane dla stacji w Krako-wie to m. in.:
- występowanie w marcu rocznego minimum średnich godzinnych
warto-ści stęŜenia Rn-222,
- wyraźny rytm zmian dobowych w okres od kwietnia do listopada,
- najwyŜsze średnie godzinne stęŜenie Rn-222 przypadające na miesiące jesienne - wrzesień i październik,
- wydłuŜenie jesienią przedziału czasu w ciągu doby z wysokim stęŜeniem Rn-222 (wyraźny wzrost stęŜenia Rn-222 pojawiający się juŜ od ok. godz. 01.00 i trwający do ok. godz. 08.00).
Analiza średniego rocznego stosunku wartości dobowego maksimum
stę-Ŝenia Rn-222 do minimum rejestrowanego na wysokości 2 m nad gruntem na
Największe wartości stosunku maksimum dobowego stęŜenia Rn-222 do mi-nimum na wszystkich stacjach występowały latem i wynosiły 1,6 (Łódź), 2,8 (Ciosny) i 2,5 (Kraków). Zimą maksymalne wartości dobowe przekraczały wartości minimalne średnio o 1,2 w Łodzi i Ciosnach oraz 1,4 w Krakowie.
Wyniki analizy czasowej zmienności stęŜenia Rn-222 na opisywanych sta-cjach pozostają w zgodności z wynikami badań innych autorów m.in. dla ob-szaru Polski (np. Kopcewicz 1968, 1974, Wach i in. 2009, Krajny i Ośródka 2005), Niemiec (np. Porstendörfer i in. 1991, Hötzl i Winkler 1994, Winkler i in. 2001), Rumunii (Baciu 2005, Florea i Duliu 2012).