5. ZMIENNOŚĆ STĘśENIA RADONU W PRZYGRUNTOWEJ WARSTWIE
5.6. RóŜnice stęŜenia Rn-222 między centrum Łodzi a terenem zamiejskim
wyróŜniająca je ze środowiska geograficznego. Indywidualizm klimatu miasta wynika przede wszystkim ze zmienionych cech podłoŜa, tj. przewaŜającego udziału powierzchni sztucznych o duŜej pojemności cieplnej nad powierzch-niami naturalnymi, geometrycznej struktury zabudowy oraz mniejszych strat ciepła na parowanie, zanieczyszczenia powietrza poprzez pyły i gazy - głównie CO2, emisji ciepła sztucznego do atmosfery (Landsberg 1981, Oke 1995).
Głównym przejawem odrębności klimatu miasta jest wzrost temperatury powietrza w stosunku do otaczających obszarów zamiejskich. NadwyŜka ciepła w mieście intensyfikuje procesy konwekcyjne, co prowadzi do wzrostu za-chmurzenia i opadów. Wzrost ten moŜe ujawniać się poprzez intensyfikację procesów burzowych i opadów o charakterze konwekcyjnym. Miasto poprzez wzrost szorstkości aerodynamicznej wpływa modyfikująco na pole wiatru, zmniejszając jego prędkość i zmieniając kierunek. W Łodzi redukcja prędkości wiatru w stosunku do obszarów zamiejskich wynosi 35–40% (Fortuniak i in. 2006). W specyficznych warunkach pogodowych (sytuacje antycyklonalne ze słabym wiatrem ogólnej cyrkulacji) silny rozwój konwekcji moŜe generować tzw. bryzę miejską (napływ do wnętrza miasta chłodniejszego powietrza z ob-szarów podmiejskich), a tym samym wzrost prędkości wiatru w mieście. To zjawisko ma znaczenie dla dyspersji zanieczyszczeń i moŜe polepszać stan sanitarny powietrza o ile nie ma emiterów zanieczyszczeń na peryferiach mia-sta. Za kolejną specyficzną cechę klimatu miasta odpowiedzialny jest aerozol miejski - przyczynia się on do wzrostu zamglenia, silniejszego pochłaniania i rozpraszania promieniowania słonecznego. Największe osłabienie promie-niowania dotyczy ultrafioletowej części widma (Oke 1995). Miasto takŜe wpływa na wilgotność powietrza, co jest procesem bardziej złoŜonym w sto-sunku do temperatury powietrza - generalnie absolutna zawartość pary wodnej jest wyŜsza za miastem w ciągu dnia, a w ciągu nocy sytuacja jest odwrotna w wyniku intensywnej kondensacji pary wodnej na terenie niezurbanizowanym (Fortuniak 2010).
Najlepiej poznaną osobliwością klimatu miasta jest zjawisko miejskiej wyspy ciepła (UHI – urban heat island), opisane po raz pierwszy w literaturze przez Lucka Howarda na podstawie badań temperatury powietrza w Londynie w latach 1807–1816 (Howard 1833). W sprzyjających warunkach atmosfe-rycznych, podczas bezchmurnej i bezwietrznej pogody wzrost temperatury powietrza w mieście w stosunku do terenów otaczających moŜe sięgać kilkuna-stu stopni. Miejska wyspa ciepła wywołuje róŜne klimatyczne skutki wtórne, m.in. oŜywienie wymiany pionowej powietrza w postaci intensywnej
turbulen-cji termicznej i konwekturbulen-cji, powstanie wyŜej opisanej cyrkulaturbulen-cji o charakterze „bryzy miejskiej”, szybszy zanik pokrywy śnieŜnej itp.
Studia eksperymentalne nad UHI w Łodzi rozpoczęto w latach 60. XX w. PołoŜenie geograficzne miasta (brak w otoczeniu zbiorników wodnych, rzeki, małe deniwelacje terenu od 180 m do 270 m n.p.m.) oraz wielkość i struktura zabudowy (gęsta zabudowa centrum o udziale powierzchni sztucznych 90–100% z jednorodną warstwą dachową na wysokości 15–20 m) tworzą wy-jątkowo korzystny poligon dla badań indywidualności klimatu obszarów zur-banizowanych na tle innych miast Polski. Łódź cechuje się takŜe duŜą emisją ciepła sztucznego do atmosfery, porównywalną z emisją ciepła wielkich miast Europy i Ameryki. W centrum Łodzi średni roczny strumień ciepła moŜe przewyŜszać 100 W·m-2, a w miesiącach zimowych dopływ ciepła antropoge-nicznego jest większy od ilości ciepła słonecznego docierającego do po-wierzchni czynnej (Kłysik 1996).
W Łodzi zarejestrowano najwyŜsze w Polsce natęŜenie miejskiej wyspy ciepła sięgające 12°C - takie rekordowe róŜnice temperatury powietrza między miastem a terenem zamiejskim obserwowano w niewielu miastach na świecie (Kłysik, Fortuniak 1999). W duŜych miastach polskich najwyŜsze wartości UHI, w sprzyjających dla tego zjawiska warunkach pogodowych, wynoszą najczęściej 5–8°C. Poza Łodzią, wyŜsze niŜ 8°C natęŜenie UHI wystąpiło w Warszawie (10,4°C) i Wrocławiu (8,4°C) (za Fortuniakiem 2010). Miejska wyspa ciepła ma wybitnie dynamiczny charakter cechujący się rytmem dobo-wym i rocznym. Maksimum dodatnich kontrastów termicznych między mia-stem a terenem zamiejskim przypada na godziny nocne, a róŜnice temperatury zanikają po wschodzie Słońca. W Łodzi, dodatnie róŜnice temperatury na ko-rzyść miasta występują przez około 75% dni w roku, a średnia miesięczna war-tość UHI w Łodzi nie przekracza 2°C. W średnim przebiegu rocznym najwięk-sze kontrasty termiczne występują latem, a najmniejnajwięk-sze zimą. W zimie rzadziej występują warunki do tworzenia trwałej nadwyŜki ciepła, z uwagi na często panujące warunki pogodowe z duŜym zachmurzeniem i silnym wiatrem - przy prędkości wiatru powyŜej 4 ms-1 UHI zanika (wpływ atlantyckich cyklonów z frontami atmosferycznymi). Przypadki ekstremalnej nadwyŜki ciepła w Ło-dzi, rzędu 8–9°C, a nawet 12°C, są jednak najczęściej obserwowane zimą pod-czas adwekcji chłodu, bezchmurnej i bezwietrznej pogodzie i duŜej emisji cie-pła sztucznego (Kłysik i Fortuniak 1999, Fortuniak 2003, Fortuniak i Kłysik 2004, Fortuniak i in. 2006).
Opisana specyfika klimatu obszarów zurbanizowanych oraz osobliwości klimatu Łodzi były przesłanką do poszukiwań odpowiedzi na pytanie o wpływ lokalnego zróŜnicowania warunków atmosferycznych na stęŜenie promienio-twórcze radonu. Zatem kolejnym zagadnieniem badawczym prezentowanym
w rozdziale 5 niniejszej pracy są wyniki analizy róŜnic stęŜenia radonu między centrum Łodzi a stacją w Ciosnach na tle elementów meteorologicznych. W tym wątku badań poszukiwano odpowiedzi na następujące pytania: jaki jest charakter i częstość róŜnic stęŜenia Rn-222 między Łodzią a stacją w Ciosnach; jakie są cechy zmienności tych róŜnic w cyklu dobowym i rocz-nym; jakie makroskalowe warunki meteorologiczne sprzyjają wzrostowi róŜnic stęŜenia tego radionuklidu między stacjami; jaki jest przebieg róŜnic koncen-tracji tego radionuklidu na stacjach na tle temperatury powietrza; jaki jest prze-bieg róŜnic temperatury powietrza w warstwie 0,2–2,0 m oraz prędkości wia-tru; czy zjawisko miejskiej wyspy ciepła zarejestrowane w latach 2008–2010 i jego konsekwencje m.in. w postaci „bryzy miejskiej” wpływają na poziom koncentracji Rn-222 w Łodzi; jakie stęŜenie tego radionuklidu występuje w tym czasie na obszarze zamiejskim.
Rys. 5.67. Częstość względna oraz liczba przypadków róŜnic stęŜenia Rn-222 między Łodzią a stacją w Ciosnach w latach 2008–2010 (A - wszystkie wartości, B - wartości maksymalne dobowe)
Fig. 5.67. Relative frequency and the number of cases of Rn-222 concentration differences be-tween Łódź and Ciosny stations in 2008–2010 (A - all values, B - maximum daily values)
Analizy częstości róŜnic stęŜenia Rn-222 między centrum Łodzi a stacją w Ciosnach dokonano na podstawie całej serii pomiarów godzinnych oraz w oparciu o róŜnice maksymalnych dobowych średnich godzinnych stęŜeń Rn-222. W szeregach danych dominowały wartości ujemne, co oznaczało większą frekwencję wyŜszych stęŜeń na stacji zamiejskiej. W przypadku całej serii pomiarów ujemne róŜnice stanowią 60% przypadków, a wśród róŜnic maksymalnych dobowych stęŜeń ujemne wartości mają aŜ 76% udziału (rys. 5.67). Histogram częstości dla obu serii danych wskazuje na największą fre-kwencję przedziału –5–0 Bq·m-3 i lewostronną skośność rozkładu. RóŜnice
wartości godzinnych zmieniają się w zakresie od –35 Bq·m-3 (31.05.2009, godz. 08.00) do 12 Bq·m-3 (31.12.2008, godz. 12.00), a róŜnice między dobo-wymi maksimami od –33 Bq·m-3 (31.05.2009, godz. 08.00) do 6 Bq·m-3 (09.11.2008, godz. 05.00).
W przebiegu rocznym róŜnic stęŜenia Rn-222 między Łodzią a stacją za-miejską obserwowana jest duŜa zmienność z dnia na dzień i znaczący wzrost udziału wartości ≤ –10 Bq·m-3 w miesiącach letnich. Wartości ≤ –20 Bq·m-3 występują od kwietnia do września (rys. 5.68, tab. 5.24).
T a b e l a 5 . 2 4 Częstość względna róŜnic stęŜenia Rn-222 ≤ –10 Bq·m-3 między Łodzią a stacją w Ciosnach w poszczególnych miesiącach w latach 2008–2010 (a); absolutne maksimum godzinnych róŜnic
stęŜenia Rn-222 między Łodzią a stacją w Ciosnach (b)
T a b l e 5 . 2 4 Relative frequency of Rn-222 concentration differences ≤ –10·Bq m-3 between Łódź and Ciosny stations in each month in 2008–2010 (a); absolute maximum hourly Rn-222
concentration differences between Łódź and Ciosny stations (b)
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
a 0,0 0,1 0,5 3,2 4,3 14,0 10,0 2,0 2,0 3,0 0,5 2,0 2008 b -9,0 -10,0 -14,0 -17,0 -21,0 -28,0 -31,0 -23,0 -24,0 -19,0 -16,0 -18,0 a 1,2 1,2 0,1 6,8 5,7 -* - 7,0 12,2 1,5 1,4 - 2009 b -19,0 -16,0 -10,0 -23,0 -35,0 - - -22,0 -26,0 -17,0 -16,0 - 2010 a 0,7 0,3 - 0,6 0,2 5,4 7,9 3,0 1,3 1.7 0,1 0,4 b -13,0 -12,0 -9,0 -14,0 -11,0 -20,0 -33,0 -18,0 -16,0 -18,0 -11,0 -14,0 * brak danych
Udział dodatnich róŜnic stęŜenia Rn-222 między Łodzią a stacją w Ciosnach, jak wyŜej opisano, jest wyraźnie mniejszy i cechuje generalnie chłodną porę roku (rys. 5.68). Okres jesienno-zimowy w związku ze zwiększoną
aktywno-ścią cyklonalną charakteryzuje się wzrostem prędkości wiatru ogólnej
cyrkula-cji w Polsce. Miasto ze względu na zwiększony współczynnik szorstkości aerodynamicznej, a tym samym osłabienie przepływu powietrza moŜe być bardziej uprzywilejowane w okresie silnych wiatrów do wzrostu stęŜenia Rn-222 niŜ stacja w Ciosnach. Średnie miesięczne róŜnice stęŜenia Rn-Rn-222 między Łodzią a stacją zamiejską obliczone dla poszczególnych godzin wskazują na wzrost róŜnic w godzinach nocnych i zanik w ciągu dnia we wszystkich porach roku z wyjątkiem zimy (rys. 5.69). Przebieg dobowy stęŜenia Rn-222 ze zwró-ceniem uwagi na występujące róŜnice wartości między stacjami był przedmio-tem analiz prezentowanych we wcześniejszych rozdziałach pracy, zaprzedmio-tem
zosta-nie w tym miejscu pominięty. NaleŜy jednak zaakcentować wyraźny ujemny charakter róŜnic stęŜenia dominujący niemal przez całą dobę we wszystkich miesiącach. Największa średnia godzinna przewaga stęŜenia Rn-222 w Cio-snach w stosunku do miasta przypadała w czerwcu o godz. 06.00 średnio ok. –8,0 Bq·m-3 (rys. 5.69).
Rys. 5.68. RóŜnice maksymalnego dobowego stęŜenia Rn-222 w powietrzu 2 m n.p.g. między centrum Łodzi a stacją zamiejską w Ciosnach w latach 2008–2010
Fig. 5.68. Differences in daily maximum of Rn-222 concentration in the air 2 m above the gro-und between the centre of Łódź and the rural station in Ciosny in 2008–2010
Rys. 5.69. Przebieg roczny zmienności dobowej róŜnic stęŜenia Rn-222 w powietrzu 2 m n.p.g. między centrum Łodzi a stacją zamiejską w Ciosnach na tle róŜnic temperatury powietrza mię-dzy stacjami w latach 2008–2010
Fig. 5.69. Annual course of daily variability of Rn-222 concentration differences in the air 2 m above the ground between the centre of Łódź and the rural station in Ciosny on the background of the air temperature differences between the stations in 2008–2010
W celu odpowiedzi na pytanie o makroskalowy czynnik pogodowy deter-minujący lokalne zróŜnicowanie stęŜenia Rn-222 zbadano charakter cyrkulacji i kierunki adwekcji mas powietrza w dniach z róŜnicą stęŜenia Rn-222 ≤ –10 Bq·m-3 między Łodzią a stacją w Ciosnach. W analizowanych latach 2008– 2010 liczba dni o danym progu róŜnic stęŜenia Rn-222 między stacjami wyno-siła 204, tj. 19%. W badanej grupie dni cyrkulacja antycyklonalna dominowała, ze swym udziałem 71%, nad cyrkulacją cyklonalną. Wśród kierunków adwek-cji mas powietrza najbardziej sprzyjające do koncentraadwek-cji Rn-222 za miastem i kształtowania róŜnic stęŜeń miasto–obszar zamiejski (≤ –10 Bq·m-3) był kierunek E i S podczas cyrkulacji antycyklonalnej. Najrzadziej takie róŜnice stęŜenia Rn-222 występowały podczas cyrkulacji cyklonalnej z adwekcją po-wietrza z sektora NW i N (tab. 5.25). Cyrkulację atmosferyczną, tak jak wspo-mniano we wcześniej prezentowanych wynikach badań na łamach tego opra-cowania oraz innych (np. Podstawczyńska i Piotrowski 2010a, 2010b), naleŜy traktować w dwóch aspektach – jako czynnik sprzyjający ujawnieniu się lokal-nego zróŜnicowania warunków meteorologicznych oraz jako czynnik transpor-tu atmosferycznego radionuklidu z dalszych terenów na miejsce pomiarów. Kierunek adwekcji E i S, przy którym rejestrowano wzrost stęŜenia Rn-222 za miastem, wskazuje na kontynentalny rodowód mas powietrza nasycających się od podłoŜa radonem. Transport Rn-222 z miejsc o większym potencjale rado-nowym (np. teren Azji) niŜ środkowa Polska mógł mieć wkład we wzrost
stę-Ŝenia Rn-222 za miastem i zwiększanie ujemnych róŜnic stęstę-Ŝenia tego
radio-nuklidu między badanymi stacjami. Istotne znaczenie dla powstania tych róŜnic miała takŜe druga składowa stęŜenia Rn-222 w danym miejscu, wyraźnie ujawniająca się w sytuacjach antycyklonalnych, tj. zróŜnicowanie mikroklima-tu otoczenia stacji pomiarowych, co będzie omówione w dalszej części tego rozdziału.
T a b e l a 5 . 2 5 Częstość względna kierunków wiatru geostroficznego podczas cyrkulacji antycyklonalnej
i cyklonalnej w dniach z róŜnicą stęŜenia Rn-222 ≤ –10 Bq·m-3 między Łodzią a stacją w Ciosnach w latach 2008–2010
T a b l e 5 . 2 5 Relative frequency of geostrophic wind directions during anticyclonic
and cyklonic circulation in the days with difference in Rn-222 concentration ≤ –10 Bq·m-3 between Łódź and Ciosny stations in 2008–2010
Cyrkulacja N NE E SE S SW W NW
Antycyklonalna 2,5 8,8 14,7 8,8 11,2 8,3 9,3 7,4
Analiza map synoptycznych w dniach z ekstremalnymi róŜnicami stęŜenia Rn-222 ≤ –20 Bq·m-3 wykazała, iŜ typ pogody panujący w tym czasie w Polsce (okres wiosenno-letni) był kształtowany przez ośrodki wysokiego ciśnienia z centrum nad Skandynawią - bezchmurnie, wiatr ogólnej cyrkulacji 1–2 m·s-1. Takie warunki atmosferyczne sprzyjały znacznym kontrastom termicznym między badanymi stacjami i wykształceniu zjawiska miejskiej wyspy ciepła o duŜym natęŜeniu (np. 8,9°C, 30.04.2009, godz. 04.00). NadwyŜce ciepła towarzyszyło znaczne zróŜnicowanie przebiegu elementów meteorologicznych na badanych stacjach (róŜnic temperatury w warstwie przygruntowej powie-trza, prędkości wiatru). To były przesłanki do szczegółowej analizy róŜnic stęŜenia Rn-222 w odniesieniu do spektakularnej cechy klimatu obszarów zur-banizowanych jaką jest miejska wyspa ciepła. To zagadnienie było juŜ przed-miotem wstępnych analiz, których wyniki opisano w publikacjach m.in. Pod-stawczyńska i in. 2010, PodPod-stawczyńska i Piotrowski 2010a, 2010b. Na rys. 5.69 przedstawiono średnią miesięczną dobową zmienność róŜnic stęŜenia Rn-222 między Łodzią a stacją w Ciosnach na tle róŜnic temperatury powie-trza. Przebieg izoterm ilustrujących najwyŜsze natęŜenie średniej godzinnej miejskiej wyspy ciepła nawiązuje do przebiegu największych róŜnic stęŜenia Rn-222. Przeciętnie największa nadwyŜka ciepła w mieście występowała w czerwcu w drugiej połowie nocy i przed wschodem Słońca. Na ten miesiąc oraz tę porę doby przypadała największa róŜnica stęŜenia Rn-222 między sta-cjami na korzyść stacji zamiejskiej (rys. 5.69). Wykres korelacyjny między miejską wyspą ciepła a róŜnicami stęŜenia Rn-222 potwierdza zaobserwowaną relację, tj. ujemne róŜnice stęŜenia między Łodzią a stacją w Ciosnach general-nie wzrastają wraz ze wzrostem nadwyŜki ciepła w mieście. NajwyŜsze róŜnice ujemne stęŜenia, ≤ –20 Bq·m-3, przypadały w okresie największego natęŜenia UHI (rys. 5.70). Analiza korelacyjna róŜnic stęŜenia Rn-222 z róŜnicami pręd-kości wiatru zilustrowana na rys. 5.70 wykazała, Ŝe w czasie maksymalnych ujemnych róŜnic stęŜenia Rn-222 między Łodzią a stacją zamiejską, prędkość wiatru w mieście była wyŜsza niŜ na obszarze niezurbanizowanym. Jest to zjawisko znane w literaturze jako „bryza miejska”, występujące w czasie
du-Ŝych kontrastów termicznych miasto–obszar zamiejski.
W dalszym etapie analizy porównano przebiegi dobowe stęŜenia Rn-222 na tle zmian temperatury powietrza, prędkości wiatru i róŜnic temperatury w warstwie powietrza 2,0 m–0,2 m w 3 grupach dni, tj. z miejską wyspą ciepła o wartościach > 3°C i > 5°C oraz w dniach z róŜnicą temperatury powietrza < 1°C między Łodzią a stacją w Ciosnach. Liczbę dni z wymienionymi róŜni-cami temperatury powietrza wyznaczono stosując niestandardowy przedział 24–godzinny od południa do południa z uwagi na specyfikę zjawiska miejskiej wyspy ciepła. W ten sposób wykluczono zaliczanie danej UHI, której
maksi-mum przypada w nocy, do dwóch kolejnych dób (Fortuniak 2003). Frekwencja dni z miejską wyspą ciepła o wartości > 3°C i > 5°C w badanym okresie wyno-siła odpowiednio 33% (362 dni) i 12% (135 dni). W latach 2008–2010 największe róŜnice temperatury powietrza między centrum Łodzi a stacją za-miejską wystąpiły w nocy z 29 na 30 kwietnia 2009 r. - 8,9°C. Dni z róŜnicą temperatury powietrza < 1°C między stacjami odnotowano 23% (253 dni).
Rys. 5.70. RóŜnice stęŜenia Rn-222 w powietrzu 2 m n.p.g. między centrum Łodzi a stacją za-miejską w Ciosnach w zaleŜności od róŜnicy temperatury (t) powietrza w latach 2008–2010 oraz róŜnicy prędkości wiatru (v) w latach 2008 i 2010
Fig. 5.70. Differences in Rn-222 concentration in the air 2 m above the ground between the centre of Łódź and rural station in Ciosny depending on the air temperature difference (t) in 2008–2010 and wind speed difference (v) in the years 2008 and 2010
W tabeli 5.26 przedstawiono średnie wartości stęŜenia Rn-222 i wybranych elementów meteorologicznych oraz ich zakres wahań dobowych w analizowa-nych 3 grupach dni. Dane te dają ogólny pogląd na zróŜnicowanie warunków mikroklimatycznych panujących na badanych stacjach w wybranych dniach. Ogólną prawidłowością jest, Ŝe róŜnice stęŜenia Rn-222 między stacjami ujaw-niają się w dniach z kontrastami termicznymi miasto–obszar zamiejski > 3°C i > 5°C, które występują w ciepłej porze roku. Tym kontrastom termicznym w badanym okresie towarzyszą znaczne amplitudy dobowe temperatury powie-trza (za miastem aŜ 13,8°C) oraz znaczny (ok. 5°C) zakres wahań róŜnic tem-peratury w warstwie 2,0 m–0,2 m występujący tylko na stacji w Ciosnach. W tym czasie wyŜszą prędkość wiatru notuje się w mieście. W dniach z róŜni-cami temperatury powietrza między stacjami < 1°C róŜnice stęŜenia Rn-222 miasto–obszar zamiejski zanikają, a średnia dobowa temperatura powietrza nie przekracza 5,5°C. W tych dniach dobowa zmienność wybranych parametrów jest niewielka. W dniach z brakiem kontrastów termicznych między stacjami
występuje niŜsze ciśnienie atmosferyczne, większa wilgotność względna i większa prędkość wiatru szczególnie za miastem (tab. 5.26). Opisane prawi-dłowości zostały dodatkowo zilustrowane średnimi dobowymi przebiegami stęŜenia Rn-222 oraz współzmiennością wybranych elementów meteorologicz-nych w analizowameteorologicz-nych 3 grupach dni (rys. 5.71).
Rys. 5.71. Średni przebieg dobowy stęŜenia Rn-222, temperatury powietrza na wysokości 2 m n.p.g., róŜnicy temperatury powietrza w warstwie 2,0 m–0,2 m i prędkości wiatru na stacjach w Łodzi i Ciosnach w dniach ze zjawiskiem miejskiej wyspy ciepła w Łodzi (tŁódź-tCiosny) > 5,0°C i > 3,0°C i w dniach z róŜnicami temperatury powietrza między stacjami < 1°C w latach 2008– 2010
Fig. 5.71. Average daily course of Rn-222 concentration, the air temperature at 2 m above the ground,difference in the air temperature in the layer 2.0 m–0.2 m and wind speed at stations in Łódź and Ciosny in the days with urban heat island phenomenon in Łódź (tŁódź-tCiosny) > 5.0°C and > 3.0°C and in the days of the air temperature differences between stations < 1°C in 2008– 2010
W dniach z temperaturą powietrza w Łodzi wyŜszą o > 5,0°C w stosunku do stacji Ciosny, średnie godzinne stęŜenie Rn-222 w centrum miasta zmieniało się w zakresie od 3,3 Bq·m-3 o godz. 16.00 do 5,5 Bq·m-3 o godz. 08.00, pod-czas gdy na stacji zamiejskiej stęŜenie Rn-222 charakteryzuje się większym zakresem dobowej zmienności, z minimum 3,6 Bq·m-3 o godz.16.00 i z maksi-mum 13,9 Bq·m-3 o godz. 06.00 (rys. 5.71). W przebiegu dobowym dodatnie róŜnice stęŜenia Rn-222 między Łodzią a stacją w Ciosnach ujawniają się od godz. 18.00 do 10.00, wykazując silny związek ze zmniejszeniem prędkości wiatru za miastem oraz zjawiskiem inwersji przygruntowej temperatury powie-trza w Ciosnach (rys. 5.71). W dniach z nadwyŜką temperatury powiepowie-trza w Łodzi > 3,0°C zakres wahań stęŜenia Rn-222 był mniejszy, nie przekraczają-cy 11 Bq·m-3 w Ciosnach i 5,6 Bq·m-3 w Łodzi. W analizowanych dniach w Łodzi nie obserwowano przygruntowej inwersji temperatury, a przeciętne róŜnice pionowe temperatury powietrza w warstwie 1,8 m były ujemne przez całą dobę i zmieniały się od –0,1°C do –1,1°C, co świadczy o słabo chwiejnej stratyfikacji atmosfery, sprzyjającej mieszaniu powietrza.
T a b e l a 5 . 2 6
Średnia dobowa wartość stęŜenia Rn-222, temperatury powietrza (t2m), prędkości wiatru (v), wilgotności względnej (f), ciśnienia atmosferycznego (p) oraz amplitudy dobowej temperatury
powietrza (tampl_doba) i zakresu wahań dobowych stęŜenia Rn-222 (Rn-222ampl) oraz róŜnicy temperatury powietrza w warstwie 2,0 m–0,2 m (t2,0 m–0,2 m ampl) w Ciosnach (C) i Łodzi (Ł)
w latach 2008–2010 w dniach z róŜnicą temperatury powietrza między stacjami > 5°C, > 3°C i < 1°C
T a b l e 5 . 2 6 Average daily value of Rn-222 concentration, air temperature (t2m), wind speed (v), relative humidity (f), atmospheric pressure (p) and the amplitude of the daily air temperature
(tampl_doba) and range of daily variation of Rn-222 concentration (Rn-222ampl) and difference in the air temperature in the layer 2.0 m–0.2 m (t2,0 m–0,2 m ampl) in Ciosny (C) and Łódź (L)
in 2008–2010 in the days with difference of the air temperature between stations > 5°C, > 3°C and < 1°C
tŁ-tC °C Rn-222 Bq·m-3 Rn-222ampl Bq·m-3 t2 m °C tampl_doba °C t2,0 m-0,2 m ampl °C v m·s-1 f % p hPa Ł 4,3 2,2 13,8 8,9 1,1 1,1 56 994 > 5 C 7,7 10,3 12,0 13,8 4,9 0,8 64 1002 Ł 4,6 1,8 12,3 7,5 0,8 1,1 65 992 > 3 C 7,0 7,0 11,2 10,9 3,8 0,9 71 1000 Ł 4,7 0,6 5,2 2,6 0,2 1,4 89 987 < 1 C 4,9 0,7 5,5 2,6 0,8 1,7 86 995
W dniach z nadwyŜką temperatury powietrza w Łodzi > 5,0°C i > 3,0°C
średnia pionowa róŜnica temperatury powietrza w warstwie 1,8 m na stacji
zamiejskiej zmieniała się odpowiednio od 2,6°C w nocy do –2,3°C w dzień i od 1,8°C w nocy do –2,3°C w dzień. Porównując przebieg dobowy stęŜenia Rn-222 w Ciosnach do przebiegu dobowego pionowej róŜnicy temperatury powietrza w warstwie przygruntowej stwierdzono, Ŝe wzrost stęŜenia Rn-222 rozpoczyna się wraz z pojawieniem się wartości dodatnich badanych róŜnic, a maksimum dobowe stęŜenia Rn-222 występuje o godz. 06.00, w czasie zani-ku inwersji przygruntowej powietrza (rys. 5.71).
W Łodzi, w dniach z miejską wyspą ciepła, w godzinach nocnych reje-strowano większą prędkość wiatru niŜ na stacji w Ciosnach, co sprzyjało re-dukcji stęŜeń Rn-222 w centrum miasta i dodatnim róŜnicom stęŜeń między miastem a terenem zamiejskim (rys. 5.71).
W dniach z róŜnicami temperatury powietrza < 1°C między Łodzią a stacją zamiejską nie obserwowano róŜnic stęŜenia Rn-222 między stacjami oraz wy-raźnego rytmu dobowego zmian wartości stęŜeń na obu stacjach. W tych dniach odnotowano takŜe małą zmienność dobową prędkości wiatru oraz pio-nowych róŜnic temperatury powietrza w warstwie 2,0 m–0,2 m. Na obu sta-cjach zarejestrowano ujemne pionowe róŜnice temperatury powietrza, nie przekraczające –0,6°C na stacji w Ciosnach i –0,4°C w Łodzi oraz wyŜszą prędkość wiatru niŜ w dniach z miejską wyspą ciepła (rys. 5.71). Wartości wymienionych elementów meteorologicznych dowodzą intensywnej turbulen-cji w atmosferze nie sprzyjającej koncentraturbulen-cji Rn-222 przy gruncie na obu sta-cjach.
Porównując średnie stęŜenie Rn-222 w Łodzi w trzech grupach analizowa-nych dni moŜna stwierdzić, Ŝe róŜnice są niewielkie. Średni dobowy poziom stęŜenia Rn-222 w Łodzi w dniach z brakiem nadwyŜki temperatury powietrza w mieście był zbliŜony do tego rejestrowanego w dniach z UHI, jedynie róŜnił się zakresem wahań dobowych (tab. 5.26). Zatem warunki atmosferyczne pod-czas rozwiniętej miejskiej wyspy ciepła w Łodzi nie wpłynęły na istotny wzrost stęŜenia tego gazu w przygruntowej warstwie powietrza tak jak to miało miejsce na stacji zamiejskiej w Ciosnach.
A.
B.
Rys. 5.72. A. Przebieg dobowy stęŜenia Rn-222 na tle róŜnic temperatury powietrza między