Porównanie wartości dobowych

Analiza rozbieżności między wynikami pomiarów i obliczeniami modelu została również przeprowadzona dla wartości dobowych, ze szczególnym uwzględnieniem epizodów podwyższonych stężeń, tak, by można było odpowiedzieć na pytanie czy model odzwierciedla epizody wykazane w pomiarach.

Analizę ograniczono do okresu 1995-2004 tak, by umożliwić porównanie wyników pomiędzy stacjami. Posłużono się interpretacją graficzną uzyskanych wyników, uznając to narzędzie za najlepiej ilustrujące zmiany wartości z dnia na dzień i pozwalające uchwycić zgodność (bądź jej brak) epizodów wykazanych przez obie porównywane metody. Przebiegi wartości uzyskanych z pomiarów i z obliczeń zestawiono obok siebie tak, by stanowiły swoje lustrzane odbicie. Zachowano wspólną skalę dla wyników pomiarów i obliczeń modelowych dla wszystkich stacji. Wskazanym epizodom przypisano daty – czarną czcionką, jeśli są one zgodne dla obydwu serii wyników i czerwoną, jeśli występowały tylko w jednej z analizowanych serii.

6.3.1. Związki siarki

Dla serii pomiarów i obliczeń modelowych uzyskanych na stacjach nizinnych widoczny jest wyraźny przebieg sezonowy stężenia dwutlenku siarki w powietrzu – wyższe wartości pochodziły z chłodnej połowy roku a niższe z ciepłej (Rys. 6.23). Szczególnie wyraźnie różnice między sezonami widoczne są dla Diablej Góry i Jarczewa, przy czym na pierwszej stacji uzyskiwane były mniejsze wartości – zarówno w chłodnej, jak i w ciepłej porze roku. Na uwagę zasługuje fakt, że piki w

Tabela 6.10. Współczynniki korelacji dla dobowych wyników pomiarów i obliczeń modelowych wysokości opadu oraz stężenia zanieczyszczeń w opadach i ich depozycji do podłoża na stacjach w poszczególnych sezonach w okresie 1995-2004. Współczynniki korelacji są istotne z p<0,05.

stacja/kwadrat sezon h S-SO₄ N-NO₃ N-NH₄ S-SO₄ N-NO₃ N-NH₄

sezon ciepły 0.42 0.34 0.34 0.16 0.36 0.36 0.30 sezon chłodny 0.68 0.27 0.44 0.35 0.44 0.52 0.46 sezon ciepły 0.46 0.45 0.41 0.30 0.34 0.24 0.32 sezon chłodny 0.64 0.30 0.29 0.27 0.32 0.42 0.44 sezon ciepły 0.43 0.29 0.24 0.22 0.39 0.32 0.33 sezon chłodny 0.60 0.37 0.50 0.46 0.27 0.40 0.36 sezon ciepły 0.47 0.42 0.35 0.23 0.32 0.20 0.25 sezon chłodny 0.42 0.34 0.28 0.30 0.27 0.15 0.15 stężenie depozycja Suwałki+Diabla Góra Jarczew Łeba Śnieżka

przebiegu wyników obliczeń modelowych uzyskiwały wyższe wartości niż w przebiegu wyników pomiarów, co było szczególnie widoczne w początkowych latach porównywanego okresu. Intuicyjnie można by oczekiwać odwrotnego układu, który łatwo wytłumaczyć błędami pomiarowymi (które mogą się zdarzać mimo wdrożonego na stacjach systemu zapewnienia jakości i prowadzonej kontroli wyników) lub lokalnym zakłóceniom procesu pomiarowego, których nie odzwierciedla model. W przypadku stacji górskiej prawidłowości te były widoczne jedynie w serii rezultatów obliczeń, gdyż wyniki pomiarów były niemal pozbawione cechy sezonowości. Analiza rozbieżności wyników dobowych potwierdza spostrzeżenia z analizy wartości miesięcznych i sezonowych – w dniach chłodnego półrocza model zawyżał wyniki w stosunku do rezultatów pomiarów, co wyraźnie widać na przykładzie epizodów

wysokich stężeń SO2. Miały one miejsce głównie w chłodnych miesiącach i

wykazywały daleko idącą zgodność w kwadratach nizinnych, co obrazują wykresy na

Rys. 6.23. Większość przypadków najwyższych stężeń SO2 obserwowanych na

stacjach znalazła odzwierciedlenie w wynikach obliczeń modelowych (czasem z niewielkim przesunięciem w czasie) i na ogół były to jeszcze wyższe wartości od zmierzonych.

Bardzo wyraźny był przebieg sezonowy stężenia siarczanów w powietrzu, obliczonego przy użyciu zunifikowanego modelu EMEP-u – wyższe wartości były charakterystyczne dla chłodnej połowy roku a niższe dla ciepłej (Rys. 6.24). Znaczące piki w tym przebiegu miały miejsce na ogół w styczniu i grudniu. Tak wyraźnej sezonowości nie widać dla danych pomiarowych, a epizody podwyższonych stężeń miały miejsce nie tylko zimą, ale także w innych porach roku, szczególnie wiosną i jesienią. Stąd mniejsza zgodność czasowa wysokich wartości

stężenia SO4^2- w powietrzu niż obserwowana dla SO2. Również amplituda wartości

stężenia obliczonego była większa niż danych pomiarowych, głównie dlatego, że wartości zmierzone w ciepłej połowie roku były większe od obliczonych, a w chłodnej na ogół mniejsze. Przebieg wartości zmierzonych jest bardziej wypłaszczony niż przebieg rezultatów obliczeń – dla wszystkich stacji, a szczególnie dla stacji wysokogórskiej. Największą zgodność czasową występowania wartości maksymalnych w poszczególnych latach wykazywały serie pomiarów i obliczeń dla Jarczewa. Niemal wszystkie epizody odnotowane przez stację pomiarową znalazły odbicie w wynikach obliczeń (tego samego dnia lub z niewielkim przesunięciem). W Diablej Górze i Łebie zdarzyło się więcej sytuacji, w których wskazane przez pomiary

podwyższone wartości stężenia SO4^2- w powietrzu nie zostały potwierdzone przez

rezultaty obliczeń (czerwona czcionka dat epizodów na wykresach zgromadzonych na Rys. 6.24). Również na tych stacjach częściej niż w Jarczewie model wskazywał wysokie wartości w dniach, w których wyniki pomiarów nie odbiegały od notowanych w danym okresie.

Na uwagę zasługuje fakt, że niektóre epizody wysokiego stężenia związków siarki - potwierdzone zarówno przez pomiary, jak i obliczenia - miały miejsce na wszystkich stacjach nizinnych w odstępie 1-2 dni (np. w lutym’96, grudniu’96, połowie stycznia’2002).

Dla Śnieżki zgodność epizodów była bardzo rzadko odnotowywana, a zdarzały się sytuacje, gdy pomiary wskazywały istnienie epizodu w sezonie letnim, a obliczenia modelowe – w zimowym.

Rys. 6.23. Dobowe wyniki pomiarów i obliczeń modelowych stężeń dwutlenku siarki w powietrzu [µgS m-3]. Lata 1995-2004.

Rys. 6.24. Dobowe wyniki pomiarów i obliczeń modelowych stężeń siarczanów w powietrzu [µgS m-3]. Lata 1995-2004.

Analizę dobowych wartości stężenia w opadach i depozycji zanieczyszczeń z opadami do podłoża uzupełniono – podobnie, jak w poprzednich podrozdziałach – analizą dobowych wysokości opadu, pochodzących z pomiarów i obliczeń modelowych. Na Rys. 6.25 pokazano przebiegi dobowych wartości sum opadów uzyskane z obliczeń modelowych dla kwadratów ze stacjami i pomiarów na poszczególnych stacjach. Stacja wysokogórska i kwadrat zlokalizowany w górach (Śnieżka) charakteryzowały się większymi sumami opadów niż stacje i kwadraty nizinne – zarówno w przypadku opadów przeciętnych, jak i ekstremalnych. Większość epizodów opadowych miała miejsce w ciepłej połowie roku, szczególnie w lipcu. Były to głównie opady burzowe, o charakterze nawalnym. Jednak na stacji górskiej i nadmorskiej częściej niż na pozostałych notowano opady o sumach dobowych większych od przeciętnych także w chłodnej połowie roku (szczególnie w grudniu). Najlepszą zgodność epizodów opadowych obserwowano w kwadracie z Jarczewem, a następnie w kwadracie z Diablą Górą. Na stacji nadmorskiej i wysokogórskiej pomiary wykazywały częściej epizody, które nie znalazły potwierdzenia w obliczeniach i odwrotnie. Należy jednak podkreślić, że pomiary

prowadzone były punktowo, a wyniki obliczeń reprezentują kwadraty 50x50 km. Stąd

też spotykane często przesunięcie o jeden dzień epizodów w serii wyników pomiarów w stosunku do serii obliczeń. Odwołania do przebiegów sum dobowych opadów pojawiać się będą w dalszej części tego rozdziału, gdy omawiane będą przebiegi dobowych wartości depozycji zanieczyszczeń z opadami do podłoża.

Najmniejsze wartości stężenia siarczanów w opadach spotykane były w Diablej Górze i w Łebie i wykazywały tendencję malejącą – co potwierdziły zarówno pomiary, jak i obliczenia modelowe (Rys. 6.26). Tendencja spadkowa była również widoczna w wynikach uzyskanych dla kwadratów z Jarczewem i Śnieżką, przy większych wartościach dobowych. W kwadracie z Jarczewem wyniki obliczeń były systematycznie zawyżane w stosunku do wartości uzyskiwanych z pomiarów. Podwyższone - w stosunku do przeciętnych – stężenie siarczanów w opadach było we wszystkich analizowanych kwadratach wykazywane częściej niż to wynikało z pomiarów. W serii wyników obliczeń epizody te miały miejsce częściej w chłodnej połowie roku niż w ciepłej, natomiast w serii wyników pomiarów zdarzały się one równie często w chłodnej, jak i w ciepłej połowie roku. W większości przypadków stężenia o charakterze ponadprzeciętnym wykazane w poszczególnych kwadratach przez model były wyższe od stężeń maksymalnych zmierzonych na stacjach. Zgodność czasowa epizodów podwyższonych stężeń siarczanów w opadach, jakie stwierdzono na podstawie pomiarów i obliczeń modelowych była na wszystkich stacjach mniejsza niż obserwowana dla stężenia związków siarki w powietrzu.

Na Rys. 6.27 przedstawiono przebieg dobowych wielkości depozycji siarczanów do podłoża z opadami. W stosunku do innych rysunków porównujących dobowe wyniki pomiarów i obliczeń modelowych wprowadzono dodatkowe oznakowanie dat epizodów – kolorem niebieskim zaznaczono dni, w których podwyższona wielkość depozycji związana jest z epizodem opadowym (wynika w głównej mierze z

ponadprzeciętnej dobowej sumy opadu). Epizody depozycji i stężenia SO4^2- w

opadach nie pokrywają się w czasie ze względu na fakt, iż największe stężenia zanieczyszczeń charakteryzują na ogół opady o małych sumach dobowych. Tym samym maksymalnym stężeniom na ogół nie odpowiadają maksymalne wielkości depozycji. Zdarzały się jednak epizody depozycji wynikające z epizodów opadowych – szczególnie na stacji wysokogórskiej (wykazywane głównie przez pomiary). Podwyższone wartości dobowe depozycji spotykane były we wszystkich porach roku, a te które wynikały głównie ze znaczącej dobowej sumy opadu miały miejsce na ogół

w ciepłej połowie roku i były związane z opadami burzowymi, które nie znajdowały odzwierciedlania w obliczeniach modelowych.

Rys. 6.25. Dobowe wyniki pomiarów i obliczeń modelowych wysokości opadów [mm]. Lata 1995-2004.

Rys. 6.26. Dobowe wyniki pomiarów i obliczeń modelowych stężenia siarczanów w opadach [mgS dm-3]. Lata 1995-2004.

Rys. 6.27. Dobowe wyniki pomiarów i obliczeń modelowych depozycji siarczanów z opadami do podłoża [mgS m-2]. Lata 1995-2004.

6.3.2. Związki azotu

W przebiegu wartości dobowych stężenia dwutlenku azotu w powietrzu zmienność sezonowa, charakteryzująca się występowaniem większych wartości w chłodnej połowie roku niż w ciepłej, jest bardziej wyraźna dla serii pomiarowych uzyskanych na stacjach niż dla rezultatów obliczeń modelowych dla kwadratów z tymi stacjami (Rys. 6.28). Porównując wyniki z poszczególnych stacji można zauważyć wyraźniejsze różnice pomiędzy sezonami dla Diablej Góry i Łeby niż dla Jarczewa (i oczywiście niż dla Śnieżki) oraz nieznaczną tendencję wzrostową

dobowych wartości stężenia NO2 na tej stacji w ostatnich latach (zwłaszcza w okresie

2002-2003). Może to świadczyć o większym znaczeniu lokalnych źródeł emisji NO2 w

rejonie stacji w Jarczewie (w jej bezpośrednim sąsiedztwie), których nie uwzględnia model (lokalny ruch samochodowy). W Jarczewie notowano największe wartości stężenia dwutlenku azotu spośród porównywanych stacji. Także dla Łeby wyniki pomiarów – zarówno w chłodnym jak i w ciepłym sezonie – były wyższe niż w Diablej Górze. W Jarczewie i Łebie rezultaty pomiarów uzyskiwały wyższe wartości niż wyniki obliczeń modelowych, zwłaszcza w chłodnym sezonie. Największą zgodność

czasową występowania epizodów wysokich stężeń NO2 uzyskano dla Jarczewa i dla

Śnieżki. W kwadracie z Diablą Górą i Łebą nie wszystkie zmierzone maksymalne stężenia znalazły odzwierciedlenie w obliczeniach modelowych i odwrotnie.

Natomiast - w przeciwieństwie do SO2 - wielkości epizodów w pomiarach i

obliczeniach były zbliżone.

Również w przypadku dwutlenku azotu miał miejsce epizod w połowie stycznia’2002, widoczny – jak dla związków siarki – na wszystkich stacjach nizinnych.

Przebiegi wartości dobowych stężenia HNO3+NO3^- w powietrzu uzyskanych z

pomiarów i obliczeń były bardzo zbliżone do siebie w kwadratach z Diablą Górą i Jarczewem, nieco mniej w kwadracie z Łebą (Rys. 6.29). Podobnie, jak dla innych zanieczyszczeń powietrza, rozbieżności zanotowano na Śnieżce, gdzie zmiany sezonowe były bardzo nieznaczne (szczególnie po roku 1999), a większe wartości wyników pomiarów występowały w ciepłym półroczu, a nie w chłodnym, jak wskazywał model. Na stacjach nizinnych zgodność czasowa epizodów była zadowalająca (najwięcej przypadków, gdy wartości maksymalne z pomiarów nie znalazły odzwierciedlenia w wynikach obliczeń odnotowano w Diablej Górze). Epizody wskazane przez model w zimowych miesiącach w kwadracie ze Śnieżką nie znalazły potwierdzenia w pomiarach na szczycie góry. Piki w przebiegu rezultatów

obliczeń modelowych stężenia HNO3+NO3^- w powietrzu osiągały większe wartości

niż wynikały z pomiarów.

Zestawienie wyników pomiarów stężenia azotanów w powietrzu dotyczy tylko trzech stacji – Jarczewa, Łeby i Śnieżki. Zarówno model, jak i pomiary na stacjach nizinnych wykazywały wyraźną zmienność sezonową wyników (Rys. 6.30). Największe wartości - notowane w chłodnym sezonie – były wyższe w serii pochodzącej z obliczeń modelowych. Największa zgodność charakteryzowała wyniki uzyskane dla kwadratu ze stacją w Jarczewie, natomiast w Łebie zdarzały się sytuacje, gdy model wskazywał wysoką wartość, a pomiary tego nie potwierdzały.

Podobnie, jak dla sumy HNO3+NO3^- i innych zanieczyszczeń powietrza zauważa się

rozbieżność wyników pomiarów i obliczeń przejawiającą się nie tylko dużą dysproporcją rezultatów, ale także ich odwrotnym przebiegiem sezonowym. Co za tym idzie zbieżność epizodów była niewielka i występowała rzadziej niż w przypadku

Rys. 6.28. Dobowe wyniki pomiarów i obliczeń modelowych stężeń dwutlenku azotu w powietrzu [µgN m-3]. Lata 1995-2004.

Rys. 6.29. Dobowe wyniki pomiarów i obliczeń modelowych stężeń sumy HNO₃+NO₃- w powietrzu [µgN m-3]. Lata 1995-2004.