Iva Hůnová hunova@chmi.cz Pasivní dosimetry Ogawa pro měření koncentrací přízemního ozonu: zkušenosti s aplikací a výsledky měření ve vybraných horských lesích ve vegetačním období 2004–2005 Iva Hůnová hunova@chmi.cz Radostovice 2006

Úvod (přízemní ozon, pasivní dosimetry) Cíl studie Metody (Oblasti, odběr vzorků, výpočet koncentrací) Výsledky (Přesnost, koncentrace přízemního ozonu, vztah koncentrací a nadmořské výšky) Využití výsledků Závěry Radostovice 2006

Cíl studie Prověření pasivních dosimetrů Ogawa pro měření koncentrací přízemního ozonu v relativně čistých oblastech, v horském zalesněném terénu Je metoda vhodná pro rozšíření stávající monitorovací sítě při vymezení rizikových oblastí z hlediska potenciálního poškození vegetace ozonem? Radostovice 2006

Pracovní hypotézy V horském zalesněném terénu se mohou koncentrace přízemního ozonu do značné míry lišit. Nelze tedy využívat pro studie vymezení rizikových oblastí jediné stanice, která v rámci celorepublikového hodnocení bývá považována za reprezentativní pro celou oblast. Výsledky pasivních dosimetrů Ogawa jsou srovnatelné s referenční metodou (UV-absorbance, AIM). Koncentrace přízemního ozonu s rostoucí nadmořskou výškou roste. Radostovice 2006

Metody (1) 3 oblasti (souběžná měření s AIMem) Komerční dosimetry Ogawa 2-týdenní průměrné koncentrace ve vegetačních sezónách 2004 a 2005 Využití terénních blanků Radostovice 2006

Oblasti Orlické hory (Oblast 1) Novohradské hory (Oblast 2) NP České Švýcarsko (Oblast 3) Radostovice 2006

Radostovice 2006

Metody (2) 15-18 lokalit - rozpětí nadm. výšek: 232 – 1026 m n.m. Lesní mýtiny, louky, rašeliniště 1.5-2 m nad terénem Ochrana dosimetrů specielními kryty proti dešti a slunci Radostovice 2006

Radostovice 2006

Radostovice 2006

Radostovice 2006

Expozice Období měření 2004 2005 1 May 11–June 1 May 18–31 2 June 29– July 13 June 14–28 4 July 13–27 June 28–July 12 5 July 27– August 10 July 12–26 6 August 10–24 July 26–August 9 7 August 24– September 7 August 9–23 8 September 7–22 August 23–September 6 9 September 22–October 5 September 6–23   10 September 23–October 4 11 October 4–18 Radostovice 2006

Pasivní dosimetry NO2- + O3  NO3- + O2 Komerční dosimetry Ogawa, vyvinuté Harvard School of Public Health ve spolupráci s firmou Ogawa and Co, USA, vyráběné firmou Rupprecht and Patachnik Filtry impregnovány roztokem obsahujícím dusitany, oxidace NO2- na NO3- , po expozici jsou NO3- analyzovány iontovou chromatografií, NO3- úměrné koncentraci O3, který se podílel na reakci NO2- + O3  NO3- + O2 Reakce specifická pro ozon Koutrakis et al., 1993 – validace metody Radostovice 2006

Hlavní nevýhody Měřené hodnoty integrované za určité delší časové období (několik dnů až týdnů) Citlivost k meteorologickým podmínkám (lze do určité míry eliminovat vhodnou konstrukcí a zakrytováním dosimetru) Určitým problémem je výpočet koncentrací Radostovice 2006

Radostovice 2006

Radostovice 2006

Výpočet koncentrací přízemního ozonu Na základě teoretického účinného odběrového průtoku – konstanta pro daný dosimetr (závisí na geometrii dosimetru a difuzním koeficientu pro měřenou látku), 21.8 ml/min pro dosimetr Ogawa Na základě empirického účinného odběrového průtoku (na základě kalibrace na souběžné měření kontinuální, stanice AIM) Radostovice 2006

Radostovice 2006

mNO3- je množství NO3- [µg] na filtru, kde mNO3- je množství NO3- [µg] na filtru, v1 je rychlost vzniku NO3- na lokalitě s pasivním filtrem [µg NO3-/hod], v2 je rychlost vzniku NO3- na lokalitě se souběžným měřením  pasivním odběrem a kontinuální metodou [µg NO3-/hod], t je doba expozice [hod], k je konverzní faktor [ppb O3/µg NO3-/hod], cpas je průměrná koncentrace O3 z pasivního dosimetru [ppb O3], cref je průměrná koncentrace O3 z AIMu [ppb O3], r je koncentrace NO3- v extrahovaném filtru exponovaného vzorku [mg.l-1], rb je koncentrace NO3- v extrahovaném filtru terénního blanku [mg.l-1], V je objem extrakčního roztoku [ml], v našem případě ultračisté vody. Radostovice 2006

Výsledky Radostovice 2006

Přesnost Radostovice 2006

Koncentrace přízemního ozonu Koncentrace přízemního ozonu se při použití teoretického a empirického účinného odběrového průtoku významně liší, a to 2-4 krát Při použití teoretického účinného odběrového průtoku dochází k výraznému podhodnocení koncentrací Radostovice 2006

Ambient ozone levels Radostovice 2006

Závislost mezi koncentracemi a nadmořskou výškou Radostovice 2006

Tab. 1:. Průměrné hodnoty a rozmezí účinného odběrového průtoku. [cm3 Tab. 1: Průměrné hodnoty a rozmezí účinného odběrového průtoku [cm3.min-1] spočtené na základě srovnání výsledků měření pasivními dosimetry s výsledky kontinuální metody na lokalitách AIM (teoretická hodnota podle SOP [15] je 21,8 cm3.min-1)   Průměr (rozmezí) [cm3.min-1] Oblast/Rok 2004 2005 Šerlich 6,96 (4,37–9,63) 7,51 (6,83–7,99) Hojná Voda 10,47 (7,83–11,68) 6,89 (5,62–12,15) Sněžník neměřeno 7,96 (6,77–9,57) Rudolice 8,14 (6,88–9,29) Mikulov 6,13 (5,34–7,49) Radostovice 2006

Využití výsledků (1) Sledování relativních prostorových rozdílů koncentrací Nelze přímo srovnat s kritickými hodnotami Kritické hodnoty/limity pro vegetaci: průměrná denní koncentrace 65 µg.m-3 a AOT40 (10 000/3 000 ppb.h) Pro vymezení rizikových oblastí – AOT40 AOT40 (výpočet z průměrných hodinových koncentrací) x z pasivních dosimetrů průměrné koncentrace za určité delší časové období (2 týdny) Metody pro odhad AOT40 z měření pasivních dosimetrů Radostovice 2006

Využití výsledků (2) Několik odborných skupin Karlsson et al., 2002 Krupa, Nosal , Legge, 2001, 2003 (simulace histogramu hodinových koncentrací) Tuovinen, 2002 (20 % chyba) Olcese, Toselli, 2006 (jednoduchá metoda pro nahrazení týdenních průměrných hodnot koncentrací O3 rozložením hodinových hodnot, bez předchozího kontinuálního měření na lokalitě, 30% chyba) Gerosa et al., 2006 (funkce nadmořské výšky a času) Radostovice 2006

Radostovice 2006

Radostovice 2006

Radostovice 2006

Závěry (1) Pasivní dosimetry Ogawa jsou vhodné pro měření koncentrací přízemního ozonu v horském zalesněném terénu Jejich aplikace přináší prakticky využitelné výsledky, jejich výhody jsou mnohem významnější než nevýhody Zvláštní pozornost je třeba věnovat výpočtu koncentrace přízemního ozonu, použití empirického účinného odběrového průtoku Žádoucí je mít alespoň jedno souběžné měření pasivního dosimetru a kontinuální metody pro každou oblast Radostovice 2006

Při správné aplikaci mohou pasivní dosimetry přispět významným způsobem k našim znalostem o prostorovém rozložení koncentrací přízemního ozonu Pasivní dosimetry jsou velmi dobrým nástrojem pro environmentální studie Radostovice 2006

Poděkování Výměny filtrů zajišťovali pracovníci P ČHMÚ Hradec Králové a studenti ÚŽP PřF UK v Praze. Chemické analýzy exponovaných filtrů byly odzkoušeny v Centrální laboratoři ČHMÚ v Praze Libuši a rutinně prováděny pracovníky laboratoře P ČHMÚ v Ostravě. Konzultace ohledně aplikace pasivních dosimetrů poskytli RNDr. R. Přibil, CSc. a RNDr. J. Hovorka, PhD z ÚŽP PřF UK v Praze. Konzultace ohledně výpočtu koncentrací ozonu poskytl Dr. A. Bytnerowicz z USDA Forest Service, Riverside, California. Radostovice 2006

Dotazy??? Radostovice 2006