IV.4 Přízemní ozon (O3)

IV.4.1 Znečištění ovzduší přízemním ozonem v roce 2021

Znečištění ovzduší přízemním ozonem v roce 2021 vzhledem k imisním limitům pro ochranu lidského zdraví

Imisní limit přízemního ozonu (O3) byl za tříleté období 2019–2021 (imisní limit je překročen, jestliže byl maximální denní 8hodinový klouzavý průměr O3 vyšší než 120 µg·m‑3 alespoň 26× v průměru za 3 roky) překročen pouze na 4 ze 65 stanic (6 %), na kterých byly koncentrace O3 měřeny (Obr. IV.4.1 a IV.4.2). Jednalo se o tři regionální stanice (Krkonoše-Rýchory, Rudolice v Horách, Sněžník) a jednu pozaďovou předměstskou stanici (Ústí nad Labem-Kočkov). Za předchozí tříleté období 2018–2020 byl imisní limit přízemního O3 překročen na 34 z 67 stanic (51 %), za období 2017–2019 na 36 z 64 stanic (56 %), za období 2016–2018 na 33 z 65 (51 %) a za období 2015–2017 na 21 z 71 (30 %).

K překročení imisního limitu O3 došlo ve tříletém období 2019–2021 na pouhých 0,2 % území ČR s 0,02 % obyvatel (Obr. IV.4.3). V porovnání s předchozími tříletými obdobími (62 % území s 52 % obyvatel za období 2018–2020, 71 % území s 57 % obyvatel za období 2017–2019, 80 % území s 52 % obyvatel za období 2016–2018 a 31 % území s 9 % obyvateli za období 2015–2017) byl imisní limit pro O3 překročen na nejmenším území s nejnižším podílem obyvatel. V rámci jednotlivých let za období 2019–2021 došlo na téměř 70 % stanic v roce 2021 k nejnižšímu počtu překročení hodnoty imisního limitu (Obr. IV.4.4). Pro přízemní O3 nebyla v roce 2021 vyhlášena žádná smogová situace (více viz kap. VI).

Roční chod průměrných měsíčních koncentrací přízemního O3 (maximální 8hodinový průměr za daný měsíc) je charakterizován nárůstem koncentrací v jarních a letních měsících z důvodu výskytu příznivých meteorologických podmínek (vysoká intenzita slunečního záření, vysoké teploty, nižší vlhkost vzduchu) pro vznik přízemního O3 (Obr. IV.4.5). Nejvyšší koncentrace O3 byly v roce 2021 naměřeny v červnu, tedy v nejteplejším měsíci roku 2021.

Z ročního chodu průměrných měsíčních koncentrací vyplývá, že významný propad koncentrací O3 v roce 2021 byl způsoben poklesem koncentrací v teplejších měsících roku. V těchto měsících obvykle dochází k výskytu vysokých až nejvyšších koncentrací v rámci kalendářního roku, někdy vedoucích až k vyhlášení smogové situace. Propad koncentrací o cca 7–17 % v dubnu, květnu, červenci a srpnu v roce 2021 v porovnání s desetiletým průměrem za období 2011–2020 koresponduje s převážně normálními až silně podnormálními teplotami a normálními až nadnormálními srážkami v těchto měsících (tzn. potlačení meteorologických podmínek příznivých pro vznik přízemního ozonu).

Nejnižší hodnoty koncentrací přízemního O3 jsou měřeny na dopravně zatížených lokalitách (Obr. IV.4.5, IV.4.9), kde je přízemní O3 odbouráván chemickou reakcí s NO (NO je součástí NOX). Lze předpokládat, že koncentrace O3 jsou nižší až podlimitní i v dalších dopravně zatíženějších oblastech, ve kterých však z důvodu absence měření nelze pomocí stávající metodiky tvorby map toto pravděpodobné snížení dokladovat. Hodnoty koncentrací přízemního O3 na venkovských, předměstských a městských stanicích dosahují podobných úrovní a jsou v porovnání s koncentracemi na dopravních stanicích vyšší (Obr. IV.4.5). Toto potvrzuje i studie Paoletti et al. (2014), kdy v letech 1990–2010 bylo na stanicích v Evropě a USA pozorováno snížení rozdílů mezi koncentracemi měřenými na lokalitách venkovských a městských. Zároveň na těchto stanicích došlo ke snížení maximálních měřených hodnot. Zmiňovaný pokles koncentrací přízemního O3 je mimo jiné připisován redukci emisí jeho prekurzorů, zejména NOX ve vyspělých státech. Snížení koncentrací v relativně čistých oblastech je přisuzováno snížení emisí jak NOX, tak i VOC v širším (evropském až globálním) měřítku (Sicard et al. 2013).

Obr. IV.4.1 26. nejvyšší hodnoty maximálního denního 8hod. klouzavého průměru koncentrací přízemního ozonu v průměru za 3 roky měřené na stanicích imisního monitoringu, 2019–2021 [0,50 MB]
Obr. IV.4.2 Počty překročení hodnoty imisního limitu pro maximální denní 8hod. klouzavý průměr koncentrace přízemního ozonu v průměru za 3 roky, 2019–2021 [0,52 MB]
Obr. IV.4.3 Pole 26. nejvyššího maximálního denního 8hod. klouzavého průměru koncentrace přízemního ozonu v průměru za 3 roky, 2019–2021 [0,51 MB]
Obr. IV.4.4 Počet překročení hodnoty imisního limitu pro maximální denní 8hod. klouzavý průměr koncentrace přízemního ozonu za rok na vybraných stanicích, 2019–2021 [1,45 MB]
předměstské – 2021
městské – 2021
dopravní – 2021
venkovské – 2021
regionální – 2021
předměstské – 10letý průměr (2011–2020)
městské – 10letý průměr (2011–2020)
dopravní – 10letý průměr (2011–2020)
venkovské – 10letý průměr (2011–2020)
regionální – 10letý průměr (2011–2020)
IIIIIIIIIIIIIVIVVVVIVIVIIVIIVIIIVIIIIXIXXXXIXIXIIXII160140120100806040koncentrace [µg·m⁻³]
Stáhnout jako SVG
Stáhnout jako PNG
Stáhnout jako CSV
Obr. IV.4.5 Roční chod průměrných měsíčních koncentrací max. 8hod. klouzavého průměru O3 (průměry pro daný typ stanice), 2021 a v průměru let 2011–2020. Desetileté průměry jsou vyznačeny tečkovaně shodnou barvou.

Znečištění ovzduší přízemním ozonem v roce 2021 vzhledem k imisním limitům pro ochranu ekosystémů a vegetace

Imisní limit přízemního O3 pro ochranu vegetace 18 000 µg·m‑3·h (průměr za pět let, Tab. I.2) byl překročen na 14 stanicích (35,9 %) z celkového počtu 39 venkovských a předměstských stanic, pro které byl podle legislativy relevantní výpočet expozičního indexu AOT40 (jedná se o průměr za roky 2017–2021). Nejvyšší hodnoty indexu AOT40 byly za hodnocené období 2011–2021 zjištěny v letech 2018 a 2019 (v průměru pro 32 venkovských a předměstských stanic s úplnou časovou řadou 2011–2021). V roce 2021 byly hodnoty indexu AOT40 čtvrté nejvyšší za období 2011–2021 (Obr. IV.4.6, Obr. IV.4.7). Nejvyšší hodnoty indexu AOT40 byly v roce 2021 zjištěny na stanicích Krkonoše-Rýchory, Rudolice v Horách, Sněžník, Ústí nad Labem-Kočkov a Praha 4-Libuš. K výskytu nadlimitních hodnot AOT40 došlo v roce 2021 zejména v horských oblastech Ústeckého a Libereckého kraje, dále v části jižní Moravy a na hranic Prahy a Středočeského kraje (Obr. IV.4.8).

Roční hodnoty indexu AOT40 dlouhodobě překračuji hodnotu dlouhodobého imisního limitu (6 000 µg·m‑3·h) na všech venkovských a předměstských stanicích (stejný soubor stanic pro posledních pět let, Obr. IV.4.9). V rámci hodnoceného pětiletí byly roční hodnoty indexu AOT40 v roce 2021 na většině stanicích druhé nebo první nejnižší.

Obr. IV.4.6 Hodnoty expozičního indexu AOT40 na vybraných stanicích, průměr za 5 let, 2011–2021 [1,08 MB]
předměstské
venkovské
regionání
všechny
10letý průměr (2011–2020)
IL.
20112011201220122013201320142014201520152016201620172017201820182019201920202020202120211977917801158231384511867989079125934395619780AOT40 [µg·m⁻³.h]
Stáhnout jako SVG
Stáhnout jako PNG
Stáhnout jako CSV
Obr. IV.4.7 Hodnoty expozičního indexu AOT40, průměr za 5 let, 2011–2021
Obr. IV.4.8 Pole hodnot expozičního indexu AOT40, průměr za 5 let, 2017–2021 [0,51 MB]
Obr. IV.4.9 Roční hodnoty expozičního indexu AOT40 na vybraných stanicích v porovnání s dlouhodobým imisním cílem (DIC), 2017–2021 [1,27 MB]

IV.4.2 Vývoj koncentrací přízemního ozonu

Vývoj koncentrací přízemního O3, na rozdíl od přecházejícího hodnocení založených převážně na tříletých obdobích, hodnotíme na základě maximální 8hod. průměrné koncentrace a 26. maximální 8hod. průměrné koncentrace v daném roce. První z těchto imisních charakteristik je možné porovnat s dlouhodobým imisním cílem pro přízemní O3 resp. s hodnotou imisního limitu (120 µg·m‑3). Maximální roční 8hod. průměrná koncentrace (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 135 do 173 µg·m‑3, 26. nejvyšší maximální 8hod. průměrná koncentrace pak od cca 109 do 129 µg·m‑3.

Maximální denní 8hod. a 26. nejvyšší maximální 8hod. průměrné koncentrace O3 nevykazují od roku 2011 výrazný vývoj (Obr. IV.4.10 a IV.4.11); nejvyšší koncentrace byly naměřeny v letech 2013, 2015 a 2018. Všechny tyto roky jsou charakterizovány výskytem meteorologických podmínek vhodných pro vznik O3 – v roce 2013 došlo k výskytu vysokých koncentrací O3 zejména na přelomu července a srpna během řady tropických dnů. Roky 2015 a 2018 byly teplotně mimořádně nadprůměrné a srážkově silně podprůměrné (ČHMÚ 2016, 2019). Koncentrace v roce 2021 (135 µg·m‑3 pro maximální denní 8hod. a 109 µg·m‑3 pro 26. maximální denní 8hod. průměrnou koncentraci) byly v rámci jedenáctiletého období 2011–2021 nejnižší (pro maximální denní 8hod. společně s rokem 2020). V porovnání s desetiletým průměrem 151 µg·m‑3 a 117 µg·m‑3 koncentrace klesly o 11 % a o 7 %. Pokles ročních charakteristik koncentrací přízemního ozonu je výsledkem již zmíněných propadů koncentrací během teplejší části roku (duben–září s výjimkou června).

Ve srovnávání koncentrací hrají zásadní roli emise prekurzorů a meteorologické podmínky, tj. intenzita a délka slunečního svitu, teplota, rychlost větru a výskyt srážek, resp. relativní vlhkost vzduchu (Blanchard et al. 2010; Ooka et al. 2011). Vztah mezi množstvím emitovaných prekurzorů a koncentracemi přízemního O3 však není lineární. Tato nelinearita je způsobena komplikovanou atmosférickou chemií vzniku a zániku O3, dálkovým přenosem O3 a jeho prekurzorů a dalšími faktory, mezi které se řadí meteorologické podmínky, změna klimatu, emise nemetanických těkavých organických látek (NMVOC) z vegetace a požáry lesních porostů (EEA 2013b). Vzhledem k výše uvedeným faktorům nelze meziroční změny blíže komentovat.

Na základě výsledků dlouhodobého monitoringu v ČR, kdy je k dispozici na řadě stanic již 25letá řada imisních koncentrací přízemního O3, je možné – navzdory vysoké meziroční variabilitě O3 – smysluplně hodnotit jeho dlouhodobé trendy (Weatherhead et al. 1998). Detailní analýza časoprostorových trendů dlouhodobého měření 26 stanic různého typu (městské, venkovské, horské) za období 1994–2015 ukázala, že navzdory podstatnému snížení emisí prekursorů i snížení imisních koncentrací přízemního O3 na většině stanic představuje přízemní O3 v ČR stále značný problém. Jasně se prokázalo, že pro žádoucí snížení imisních úrovní přízemního O3 je kritický poměr NO/NO2, a samotný současný významný pokles celkových emisí NOX není tedy pro snížení O3 postačující (Hůnová, Bäumelt 2018).

předměstské
městské
dopravní
venkovské
regionální
DIC max. 8hod.
201120112012201220132013201420142015201520162016201720172018201820192019202020202021202117715914212410689715335180koncentrace [µg·m⁻³]
Stáhnout jako SVG
Stáhnout jako PNG
Stáhnout jako CSV
všechny stanice
10letý průměr (2011-2020)
DIC max. 8hod.
201120112012201220132013201420142015201520162016201720172018201820192019202020202021202117315613812110487695235170koncentrace [µg·m⁻³]
Stáhnout jako SVG
Stáhnout jako PNG
Stáhnout jako CSV
Obr. IV.4.10 Koncentrace O3 (max. denní 8hod. klouzavý průměr) na jednotlivých typech stanic, 2011–2021

IV.4.3 Vznik přízemního ozonu

Přízemní O3 nemá v atmosféře vlastní významný zdroj. Jedná se o tzv. sekundární látku vznikající v celé řadě velmi komplikovaných nelineárních fotochemických reakcí (např. Seinfeld, Pandis 2006). Prekurzory přízemního O3 jsou oxidy dusíku (NOX) a nemetanické těkavé organické látky (NMVOC), v globálním měřítku hrají roli i metan (CH4) a oxid uhelnatý (CO). Důležitou reakcí je fotolýza oxidu dusičitého (NO2) slunečním zářením o vlnové délce 280–430nm, při které vzniká oxid dusnatý (NO) a atomární kyslík (O). Reakcí atomárního a molekulárního kyslíku (O2) pak za přítomnosti katalyzátoru dochází ke vzniku molekuly přízemního O3. Současně probíhá titrace O3 oxidem dusnatým za vzniku NO2 a O2. Pokud je při této reakci přízemní O3 nahrazen radikály, jeho koncentrace v atmosféře rostou. Důležitou úlohu při těchto reakcích hraje zejména radikál OH (podrobněji např. Hůnová, Bäumelt 2018). NOX vznikají při veškerých spalovacích procesech. NMVOC jsou emitovány z celé řady zdrojů antropogenních (doprava, manipulace s ropou a jejími deriváty, rafinerie, použití barev a rozpouštědel atd.), ale i přirozených (např. biogenní emise z vegetace).

Při vzniku přízemního O3 nezáleží pouze na absolutním množství prekurzorů, ale i na jejich vzájemném poměru (Sillman et al. 1990; Fiala, Závodský 2003). Ve venkovských oblastech, kde je režim limitovaný NOX, charakterizovaný relativně nízkými koncentracemi NOX a vysokými koncentracemi VOC, narůstají koncentrace O3 s rostoucími koncentracemi NOX, zatímco se vzrůstajícími koncentracemi VOC se mění jen málo. Naopak v oblastech s režimem limitovaným VOC dochází k poklesu koncentrací O3 s rostoucími koncentracemi NOX a k nárůstu koncentrací O3 s rostoucími koncentracemi VOC. Zvýšení koncentrací O3 v důsledku poklesu emisí NOX, respektive rostoucího poměru NO2/NO (modernizace a denitrifikace velkých emisních zdrojů) bylo pozorováno v severozápadních echách (Hůnová, Bäumelt 2018).

Oblasti s vysokým poměrem NOX/VOC jsou typicky znečištěné oblasti okolo center velkých měst. Závislost vzniku přízemního O3 na počátečních koncentracích VOC a NOX se často vyjadřují na diagramech ozonových isoplet. Jedná se o zobrazení maximální dosažené koncentrace přízemního O3 jako funkce počáteční koncentrace NOX a VOC (Moldanová 2009). Významnou roli při vzniku přízemního O3 hrají nejen koncentrace prekurzorů, ale i meteorologické podmínky (Colbeck, Mackenzie 1994). Imisní koncentrace přízemního O3 rostou s rostoucím ultrafialovým zářením a teplotou vzduchu, naopak klesají s rostoucí relativní vlhkostí vzduchu. Tyto závislosti byly prokázány i na výsledcích dlouhodobých měření ČHMÚ (Hůnová et al. 2019b). Vysoké koncentrace bývají spojeny s déletrvající anticyklonální situací. Kromě výše popsaného fotochemického mechanismu se koncentrace přízemního O3 mohou zvyšovat i epizodicky v důsledku průniku stratosférického O3 do troposféry a také při bouřkách. V poslední době se rovněž zvyšuje význam dálkového přenosu přízemního O3 v rámci proudění na severní polokouli do Evropy a Severní Ameriky ze zdrojových oblastí jihovýchodní Asie. Přízemní O3 je z atmosféry odstraňován reakcí s NO, mechanismem suché či mokré depozice a interakcí s rostlinami (stomatárním tokem).

předměstské
městské
dopravní
venkovské
regionální
IL
2011201120122012201320132014201420152015201620162017201720182018201920192020202020212021132119106927966534026130koncentrace [µg·m⁻³]
Stáhnout jako SVG
Stáhnout jako PNG
Stáhnout jako CSV
všechny stanice
10letý průměr (2011-2020)
IL
2011201120122012201320132014201420152015201620162017201720182018201920192020202020212021129116103907765523926130koncentrace [µg·m⁻³]
Stáhnout jako SVG
Stáhnout jako PNG
Stáhnout jako CSV
Obr. IV.4.11 Koncentrace O3 (26. nejvyšší max. denní 8hod. klouzavý průměr), 2011–2021