IV.1 Suspendované částice

Znečištění ovzduší suspendovanými částicemi frakcí PM₁₀ a PM_2,5 zůstává jedním z hlavních problémů, které je třeba řešit při zajišťování kvality ovzduší ČR. Překračování imisních limitů PM₁₀ a PM_2,5 se stále podílí na vymezování oblastí s nadlimitním znečištěním ovzduší.

IV.1.1 Znečištění ovzduší suspendovanými částicemi v roce 2021

Suspendované částice PM₁₀

K překročení 24hodinového imisního limitu PM₁₀ (průměrnou 24hod. koncentraci 50 µg·m^‑3 je povoleno překročit 35× za rok) došlo v roce 2021 na necelých 3 % stanic (4 stanice z celkového počtu 152 s dostatečným počtem dat pro hodnocení; Obr. IV.1.1 a Obr. IV.1.2). Jednalo se o dvě průmyslové stanice – Ostrava-Radvance-ZÚ (57× překročeno) a Karviná (51× překročeno), o venkovskou stanici Věřňovice (56× překročeno) a městskou pozaďovou stanici Rychvald (42× překročeno). Všechny stanice s překročením imisního limitu leží na území aglomerace O/K/F-M.

Stanice Ostrava-Radvanice-ZÚ, Věřňovice, Karviná a Rychvald jsou, obdobně jako ostatní stanice v aglomeraci O/K/F-M, dlouhodobě ovlivněny dálkovým transportem znečištění z Polska. Stanice Ostrava-Radvanice-ZÚ je navíc ovlivněna průmyslovými emisemi a Karviná emisemi ze stavební činnosti. Na stanici Věřňovice se projevuje kombinace vlivu znečištění ovzduší z jižního Polska a vesnické zástavby na české straně hranice spolu se specifickými meteorologickými podmínkami v údolí Olše. Reprezentativnost stanice Věřňovice pro český venkov je proto omezená a výsledky měření z této stanice nejsou zahrnuty v dalších charakteristikách (roční chod měsíčních koncentrací a vývoj koncentrací).

Imisní limit pro průměrnou 24hodinovou koncentraci PM₁₀ byl v roce 2021 překročen na 0,1 % území ČR s cca 0,4 % obyvatel (Obr. IV.1.3). V porovnání s předchozími lety (0,001 % území v roce 2020, 0,3 % v roce 2019, 3,2 % v roce 2018, 8,3 % v roce 2017) se rok 2021 řadí mezi roky s menší plochou území ČR vystaveného nadlimitní koncentraci PM₁₀, což odpovídá nízkému počtu překročení imisního limitu na měřicích stanicích. Velká část území ČR (více než 87 %) byla v roce 2021 vystavena koncentraci do 35 µg·m^‑3, tedy koncentraci pod horní mezí pro posuzování stanovené vyhláškou č. 330/2012 Sb., o způsobu posuzování a vyhodnocení úrovně znečištění, rozsahu informování veřejnosti o úrovni znečištění a při smogových situacích. Nejvíce zatíženou souvislou oblastí byla, stejně jako v předešlých letech, aglomerace O/K/F-M (Obr. IV.1.4 a IV.1.6).

Imisní limit pro průměrnou roční koncentraci PM₁₀ (40 µg·m^‑3) nebyl v roce 2021, potřetí v řadě po letech 2019 a 2020 za celou historii měření PM₁₀ od roku 1993, překročen na žádné stanici ČR. Nejvyšší roční průměrné koncentrace byly naměřeny na stanicích v aglomeraci O/K/F-M (Obr. IV.1.6). Nejvyšší roční průměrné koncentrace byly, podobně jako v minulých letech, naměřeny na průmyslové stanici Ostrava-Radvanice ZÚ (34,3 µg·m^‑3), na venkovské stanici Věřňovice (32,4 µg·m^‑3) a na průmyslové stanici Karviná (31,5 µg·m^‑3).

Stejně jako v letech 2019 a 2020 nebylo v prostorovém rozlišení 1×1 km vymezeno žádné území ČR s nadlimitní roční průměrnou koncentrací PM₁₀ (Obr. IV.1.8). Nicméně i v letech předešlých došlo k překročení roční průměrné koncentrace PM₁₀ jen na malé části území ČR (0,1 % v roce 2018 a 0,02 % v roce 2017). Z hlediska pětiletého průměru ročních průměrných koncentrací je nejvíce zatíženou oblastí aglomerace O/K/F-M (Obr. IV.1.9).

Koncentrace PM₁₀ vykazují zřetelný roční chod s nejvyššími hodnotami v chladných měsících roku (Obr. IV.1.10), kdy dochází i k nejčastějšímu překračování hodnoty 24hodinového imisního limitu (více než 85 % případů překročení v lednu, březnu a prosinci). Vyšší koncentrace PM₁₀ v ovzduší během chladného období roku souvisí jak s vyššími emisemi částic ze sezonně provozovaných tepelných zdrojů, tak i s častějším výskytem zhoršených rozptylových podmínek v této části roku.

Roční chod koncentrací PM₁₀ v roce 2021 vykazuje méně výrazný průběh v porovnání s desetiletým průměrem, kde byla jasná dominance podzimních a zimních měsíců. V roce 2021 byly nejvyšší koncentrace PM₁₀ naměřeny v únoru, kdy došlo k výskytu mírně nepříznivých až nepříznivých podmínek. V únoru byly v několika dnech zaznamenány zvýšené koncentrace PM₁₀ na celém území ČR i v souvislosti s přenosem písečných částic ze Sahary. Ve zbývajících měsících chladného období roku, tj. v lednu, březnu a v posledních třech měsících roku byly koncentrace na podobné úrovni (Obr. IV.1.10).

Průměrné měsíční koncentrace PM₁₀ v roce 2021 v porovnání s desetiletým průměrem (2011–2020) byly, s výjimkou června, nižší ve všech měsících roku. Pokles koncentrací PM₁₀ na stanicích byl výrazný zejména v lednu (pokles téměř o 13 µg·m^‑3, tj. o 40 %) a v listopadu (pokles téměř o 11 µg·m^‑3, tj. o 36 %). Na začátku roku 2021 (leden–březen) panovaly standardní rozptylové podmínky s výjimkou února (zhoršené rozptylové podmínky), teplotně byly měsíce charakterizovány jako normální a srážkově normální až podnormální. Podmínky určující spotřebu paliv (emisní intenzitu), samočištění atmosféry a rozptyl znečišťujících látek v lednu–březnu 2021 tedy převážně byly průměrné až mírně zhoršené. Přesto průměrné měsíční koncentrace suspendovaných částic v porovnání s desetiletým průměrem 2011–2020 klesly, ačkoliv vzhledem k výše popsaným podmínkám by bylo možné předpokládat jejich nárůst k úrovním nebo nad úrovně průměrných desetiletých koncentrací. Tento pokles koncentrací poukazuje na snižující se produkci emisí suspendovaných částic díky postupné modernizaci emisních zdrojů (velké zdroje v souvislosti s uplatňováním BAT, kotle vytápějící domácnosti tuhými palivy, obnova vozového parku). Nižší průměrné měsíční koncentrace PM₁₀ v porovnání s desetiletým průměrem 2011–2020 byly zaznamenány i v teplotně a srážkově podnormálním dubnu, kdy lze ještě předpokládat částečný vliv emisí z lokálních topenišť.

Závěr roku (říjen–prosinec) byl teplotně a srážkově normální, pouze říjen je hodnocen jako srážkově podnormální. Rozptylové podmínky v porovnání s desetiletým průměrem 2011–2020 byly charakterizované jako standardní, nicméně v lednu došlo k méně častému výskytu nepříznivých podmínek v porovnání s desetiletými hodnotami a v říjnu a listopadu roku 2021 k výskytu nepříznivých podmínek nedošlo (Obr. III.3 a III.4). Na poklesu měsíčních koncentrací se v těchto měsících tedy podílely i relativně lepší rozptylové podmínky. V prosinci byly zaznamenány nepříznivé rozptylové podmínky, koncentrace PM₁₀ stouply nad hodnotu IL, následkem čehož byla vyhlášena jedna smogová situace na území aglomerace O/K/F-M bez Třinecka ve dnech 27.–29. 12. 2021 (viz kap. VI).

Pro letní období roku (duben–září) jsou typické koncentrace na nižší úrovni, kdy dochází k útlumu sezónních zdrojů. Koncentrace jsou ovlivněny zejména výskytem sucha, které vede k prašnosti a následnému navýšení koncentrací částic v ovzduší. Nejnižší průměrná měsíční koncentrace byla v roce 2021 naměřena v květnu a srpnu. V květnu navíc panovaly výrazně lepší rozptylové podmínky. Naopak nárůst koncentrací v červnu pravděpodobně souvisí s nízkým množstvím srážek v prvních dvou třetinách měsíce a silně nadnormální teplotou.

V roce 2021, podobně jako v roce 2020, byly na území ČR vyhlášeny nouzové stavy v souvislosti s výskytem koronaviru SARS-CoV-2. Z hlediska potenciální změny kvality ovzduší na území ČR byl nejvýznamnější měsíc březen, kdy byl zakázán i pohyb mezi okresy. Vzhledem k heterogenní skladbě emisních zdrojů PM₁₀ a jejich silnému vztahu s rozptylovými a meteorologickými podmínkami nelze očekávat v důsledku opatření nouzového stavu významné změny koncentrací. Na jedné straně docházelo k poklesu emisí suspendovaných částic a oxidů dusíku (prekurzorů sekundárních suspendovaných částic) z dopravy, na druhé straně pravděpodobná vyšší intenzita vytápění v důsledku setrvání obyvatelstva v domácím prostředí vedla k vyšším emisím částic z lokálních topenišť (ČHMÚ 2020). Podrobnější vyhodnocení vlivu nouzového stavu na změnu kvality ovzduší v ČR lze nalézt v ČHMÚ (2021).

Suspendované částice PM_2,5

Imisní limit pro roční průměrnou koncentraci PM_2,5 (20 µg·m^‑3) byl v roce 2021 překročen na 9 z 93 stanic (9,7 %). Všechny stanice (s výjimkou městské pozaďové stanice Zlín-ZŠ Kvítkova) s nadlimitní roční průměrnou koncentrací PM_2,5 v roce 2020 leží na území aglomerace O/K/F-M (Obr. IV.1.11). Pro srovnání s minulými lety lze konstatovat, že z hlediska imisního limitu platného do roku 2019 (25 µg·m^‑3) by v roce 2021 došlo k překročení pouze na stanici Ostrava-Radvanice ZÚ, kde byla naměřena roční průměrná koncentrace 26,6 µg·m^‑3. Druhá nejvyšší koncentrace byla naměřena na stanici Věřňovice (24,3 µg·m^‑3).

Imisní limit pro průměrnou roční koncentraci PM_2,5 byl v roce 2021 překročen na 0,3 % území s cca 1,5 % obyvatel (Obr. IV.1.12). V roce 2020 se jednalo o 0,04 % území ČR s cca 0,2 % obyvatel.

Nadlimitní roční průměrné koncentrace PM_2,5 byly v hodnoceném období 2011–2021 měřeny převážně na území aglomerace O/K/F-M (Obr. IV.1.13). Z hlediska pětiletého průměru ročních průměrných koncentrací PM_2,5 je nejvíce zatíženou oblastí aglomerace O/K/F-M (Obr. IV.1.14).

Měsíční koncentrace PM_2,5 vykazují velice podobný roční chod jako PM₁₀ včetně významného snížení průměrných měsíčních koncentrací v porovnání s jejich desetiletým průměrem (Obr. 4.1.15). Nejvyšší koncentrace byly měřeny v únoru. Průměrné měsíční koncentrace PM_2,5 v roce 2021 v porovnání s desetiletým průměrem (2011–2020) byly, s výjimkou června, nižší ve všech měsících roku. Pokles koncentrací PM₁₀ na stanicích byl výrazný zejména v lednu (pokles o 10 µg·m^‑3, tj. o 38 %), březnu (pokles o 6 µg·m^‑3, tj. o 25 %), srpnu (pokles o 6 µg·m^‑3, tj. o 45 %) a v listopadu (pokles téměř o 5 µg·m^‑3, tj. o 27 %).

Poměr suspendovaných částic frakce PM_2,5 a PM₁₀

Poměr frakcí PM_2,5 a PM₁₀ není konstantní, vykazuje sezonní průběh a je zároveň závislý na charakteru lokality (Obr. IV.1.16). V roce 2021 se tento poměr pohyboval v průměru z 68 stanic v ČR, kde se současně měří PM_2,5 a PM₁₀ a stanice mají dostatečný počet měření pro toto hodnocení, v rozmezí 0,59 (červenec) až 0,86 (leden). V Praze a Brně, kde je roční chod ovlivněn vysokým podílem dopravních lokalit, byl tento poměr v rozmezí 0,55 (červenec) až 0,81 (únor) a 0,58 (srpen) až 0,82 (prosinec). V Moravskoslezském kraji byl tento poměr v rozmezí 0,63 (srpen) až 0,90 (prosinec) a v Ústeckém kraji 0,59 (srpen) až 0,82 (leden). Při porovnání poměru frakcí PM_2,5 a PM₁₀ podle klasifikace lokalit je na venkovských lokalitách poměr v rozmezí 0,56 (srpen) až 0,86 (leden), na městských pozaďových 0,60 (srpen) až 0,86 (leden, prosinec), na předměstských pozaďových 0,64 (srpen) až 0,85 (leden, prosinec), na dopravních lokalitách je poměr v rozmezí 0,57 (srpen) až 0,85 (leden) a na průmyslových 0,63 (srpen) až 0,97 (prosinec).

Roční chod poměru frakcí PM_2,5 a PM₁₀ souvisí se sezonním charakterem některých emisních zdrojů. Emise ze spalovacích zdrojů vykazují vyšší zastoupení frakce PM_2,5 než např. emise ze zemědělské činnosti a resuspenze při suchém a větrném počasí. Vytápění v zimním období může být tedy důvodem vyššího podílu frakce PM_2,5 ve frakci PM₁₀. Nejvyšší poměr PM_2,5/PM₁₀ byl v roce 2021 zjištěn, bez ohledu na charakter lokality, v měsíci únoru. K tomuto přispěl fakt, že v únoru bylo zaznamenáno silně nadnormální množství srážek (kap. III). Poměry PM_2,5/PM₁₀ jsou obecně vyšší ve vlhkých měsících, neboť dochází k menšímu příspěvku resuspenze ke koncentraci PM₁₀ (Akinlade et al. 2015). Pokles během jarního období a začátku léta je v některých studiích vysvětlován také nárůstem množství větších biogenních částic, např. pylu (Gehrig, Buchmann 2003).

Na dopravních lokalitách je poměr PM_2,5 vůči PM₁₀ nejnižší. Při spalování paliv v dopravě se emitované částice nalézají především ve frakci PM_2,5, a poměr by měl tudíž být u dopravních lokalit vysoký. To, že tomu tak není, zdůrazňuje význam větších částic vířených z povrchu vozovky, a také emisí z otěrů pneumatik, brzdového obložení a ze silnic. Zastoupení hrubé frakce na dopravních stanicích narůstá i v důsledku resuspenze částic ze zimního posypu. K navýšení koncentrace PM₁₀ může dojít i v důsledku zvýšené abraze silničního povrchu posypem a následnou resuspenzí obroušeného materiálu (EC 2011). Naproti tomu vyšší poměr frakcí PM_2,5 a PM₁₀ v důsledku emisí ze spalovacích procesů je pozorován na průmyslových stanicích.

IV.1.2 Vývoj koncentrací suspendovaných částic PM₁₀ a PM_2,5

Vývoj koncentrací suspendovaných částic PM₁₀ na jednotlivých typech stanic je hodnocen za období posledních 11 let, tj. 2011–2021.

36. nejvyšší 24hodinová koncentrace PM₁₀ (v průměru ze všech stanic, pro které je k dispozici měření za celé hodnocené období) se v letech 2011–2021 pohybovala v rozmezí od cca 32 do 58 µg·m^‑3 (Obr. IV.1.17). Minimální koncentrace byly za hodnocené období zaznamenány v roce 2020, maximální v roce 2011. 36. nejvyšší 24hodinové koncentrace PM₁₀ v letech 2011–2016 pozvolně klesaly, v letech 2017 a 2018 byl pozorován nárůst a v letech 2019 a 2020 opět postupný pokles, přičemž výraznější pokles byl zaznamenán zejména mezi lety 2018 a 2019. Koncentrace v roce 2021 jsou v tomto období na druhé nejnižší úrovni po roce 2020, který byl z hlediska kvality ovzduší mimořádně příznivý. Oproti desetiletému průměru koncentrací ze všech stanic (46 µg·m^‑3) poklesly roční průměrné koncentrace PM₁₀ v roce 2021 (35 µg·m^‑3) o téměř 24 %.

Roční průměrné koncentrace PM₁₀ (v průměru ze všech stanic, pro které je k dispozici měření za celé hodnocené období) se v letech 2011–2021 pohybovaly v rozmezí od cca 18,0 do 29,4 µg·m^‑3 (Obr. IV.1.18). Minimální koncentrace byly za hodnocené období zaznamenány v roce 2020, maximální v roce 2011. Vývoj ročních průměrných koncentrací je obdobný jako vývoj 36. nejvyšších 24hodinových koncentrací PM₁₀. Koncentrace v roce 2021 jsou v tomto období na druhé nejnižší úrovni po roce 2020, který byl z hlediska kvality ovzduší mimořádně příznivý. Oproti desetiletému průměru koncentrací ze všech stanic (24,5 µg·m^‑3 za období 2011–2020) poklesla roční průměrná koncentrace PM₁₀ v roce 2021 (19,2 µg·m^‑3) o téměř 22 %.

Dlouhodobější vývoj ročních průměrných koncentrací PM_2,5 lze hodnotit za posledních devět let (z hlediska dostupnosti dat a ucelených časových řad na měřicích stanicích). Roční průměrné koncentrace PM_2,5 se v letech 2012–2021 pohybovaly v rozmezí od cca 13,1 do 20,0 µg·m^‑3 (Obr. IV.1.19). Minimální koncentrace byly za hodnocené období zaznamenány v roce 2020, maximální v letech 2012 a 2018. Oproti devítiletému průměru koncentrací ze všech stanic (18,3 µg·m^‑3 za období 2012–2020) poklesla roční průměrná koncentrace PM_2,5 v roce 2020 (14,6 µg·m^‑3) o 20 %.

Pokračující pokles koncentrací suspendovaných částic PM₁₀ a PM_2,5 lze přisoudit kombinaci faktorů, a to jak příznivým meteorologickým a rozptylovým podmínkám v některých měsících roku, tak pokračujícímu poklesu emisí díky již realizovaným opatřením pro zlepšení kvality ovzduší (výměna kotlů, postupující obnova vozového parku a opatření na velkých zdrojích). Vliv opatření spojených s nouzovými stavy vyhlášenými na území ČR v souvislosti s výskytem koronaviru SARS-CoV-2 na změnu koncentrací suspendovaných částic je neprůkazný.

IV.1.3 Emise PM₁₀ a PM_2,5

Při spalování paliv a při dalších průmyslových činnostech vznikají aerosoly, které mohou být pevné, kapalné nebo směsné. Souhrnně se tyto aerosoly v české legislativě označují jako tuhé znečišťující látky (TZL), v zahraniční literatuře pak jako Total Suspended Particulates (TSP). Emise TZL mají různé velikostní a chemické složení podle charakteru zdroje a způsobu vzniku. Mohou obsahovat těžké kovy a představují nosné médium pro VOC a PAH. Nejčastěji se při inventarizaci emisí v návaznosti na imisní limity rozlišuje velikostní frakce PM₁₀ a PM_2,5.

Emisní inventury PM₁₀ a PM_2,5 prováděné podle současných metodik zahrnují pouze primární emise těchto látek. Na koncentracích PM₁₀ a PM_2,5 měřených v ovzduší se přitom významně podílí sekundární aerosolové částice vznikající přímo v ovzduší z plynných prekurzorů fyzikálně-chemickými reakcemi. Podíl sekundárních anorganických aerosolů na celkové koncentraci PM_2,5 se může v městském prostředí pohybovat mezi 20 a 40 % (Vlček, Corbet 2011). Podle modelového odhadu může příspěvek sekundárních organických aerosolů biogenního původu v evropských podmínkách činit 2–4 µg·m^‑3 PM_2,5 (Fuzzi et al. 2015).

Ve srovnání s emisemi jiných znečišťujících látek jsou emise částic vnášeny do ovzduší z velkého počtu významnějších skupin zdrojů. Kromě zdrojů, ze kterých jsou tyto látky vypouštěny řízeně komíny nebo výduchy (průmyslové výroby, vytápění domácností, výfukové emise z dopravy), pochází významné množství emisí TZL ze zdrojů fugitivních (kamenolomy, skládky prašných materiálů, manipulace s prašnými materiály apod.). Jejich zdrojem jsou rovněž emise z otěrů pneumatik, brzdového obložení a abraze vozovek vypočítávané z dopravních výkonů. Kvalitu ovzduší ovlivňuje rovněž resuspenze částic (znovuzvíření), která do standardně prováděných emisních inventur není zahrnuta.

Mezi hlavní zdroje emisí částic v roce 2020 (Obr. IV.1.20 a Obr. IV.1.22) patřil sektor 1A4bi – Domácnosti: Vytápění, ohřev vody, vaření, který se podílel na znečišťování ovzduší v celorepublikovém měřítku látkami PM₁₀ 55,3 % a PM_2,5 71 %. Mezi další významné zdroje emisí PM₁₀ patřil sektor 3Dc – Polní práce, kde tyto emise vznikají při zpracování půdy, sklizni a čištění zemědělských plodin. Tento sektor představoval 10,5 % emisí PM₁₀. Z hlediska účinku na lidské zdraví jsou velkým rizikem emise částic pocházející z dopravy, především ze spalování paliv ve vznětových motorech, které produkují částice o velikosti jednotek až stovek nanometrů (Vojtíšek 2010). Mobilní zdroje (ČHMÚ 2022d) se na emisích PM₁₀ v roce 2020 podílely 11,7 % a na emisích PM_2,5 11,8 %.

Spotřebu pevných paliv v domácnostech, která se významnou měrou podílí na vývoji emisí, lze v období 2010–2020 charakterizovat rostoucím trendem, souvisejícím pravděpodobně s ekonomickou situací. Nicméně proti tomuto vlivu působila přirozená obnova vozového parku, snížení zemědělské produkce a především aplikace nejlepších dostupných technik pro snižování emisí TZL (tkaninové filtry) v energetice a průmyslu. Celkové emise PM₁₀ a PM_2,5 mají proto téměř v celém období 2010–2020 klesající trend (Obr. IV.1.21 a Obr. IV.1.23).

V jednotlivých oblastech ČR se podíl sektorů na celkových emisích liší podle konkrétní skladby zdrojů v dané oblasti. Vzhledem k tomu, že hlavní zdroj emisí PM₁₀ a PM_2,5 představuje lokální vytápění, je i produkce emisí těchto látek rozložena po celém území ČR s obytnou zástavbou. V území ČR emisně vynikají lokality, ve kterých probíhá těžba hnědého uhlí a jsou provozovány významné energetické zdroje využívající pevná fosilní paliva (Ústecký a Moravskoslezský kraj). Podíl emisí suspendovaných částic z dopravy je vyšší především ve velkých městech (Obr. IV.1.24 a Obr. IV.1.25).