Znečištění ovzduší na území České republiky v roce 2021

PŘÍLOHA I - Podrobná specifikace prezentovaných imisních map

Plošné mapy jsou z výsledků měření v jednotlivých lokalitách konstruovány s využitím a kombinací mnoha informací (ČHMÚ 2022d). Nejistoty jednotlivých map jsou závislé zejména na hustotě sítě měřicích stanic a na rovnoměrnosti pokrytí území ČR stanicemi, dále na nejistotách jednotlivých měření, vstupů do modelů, modelových výpočtů a na použitém způsobu konstrukce plošných map. Mapy mají nejmenší nejistotu v blízkosti měřicích stanic. Přestože jsou nejistoty zejména některých map dosti vysoké, jedná se o odhady imisního pole, které adekvátně odpovídají použitým podkladům a stavu současného poznání. K nejistotám map je nutno přihlížet při jejich interpretaci.

V dalších odstavcích jsou uvedeny podklady, které byly použity pro konstrukci imisních map pro rok 2021, a specifikace jednotlivých map prezentovaných v této ročence.

Použitá data

  1. Měřená imisní data - použity jsou roční charakteristiky naměřených dat z databáze ISKO.
  2. Výstupy z rozptylových modelů - použity jsou výstupy z modelů:
    • CAMx - Eulerovský model, rozlišení 2,3 × 2,3 km, rok 2021:
      • meteorologie: model ALADIN 2021 v rozlišení 2,3 × 2,3 km
      • aktualizované podle hlášení za rok 2021 dostupných k 3. 4. 2022; plošné zdroje REZZO 3 – lokální vytápění (podklady 2020, denostupně 2021), zemědělství – chovy (2019 a 2020) a polní práce, hnědouhelné a černouhelné doly (2021), kamenolomy – povrchová těžba, fugitivní emise z výroby koksu, železa a oceli, sléváren a ostatních zdrojů, skládky, výstavba, použití rozpouštědel; mobilní zdroje REZZO 4 – silniční doprava dle sčítání ŘSD (2016), nesilniční doprava, Letiště Václava Havla Praha (2016, aktualizováno na rok 2021 dle poměru emisí CO2 pro ČR (EUROCONTROL 2022)), ostatní mezinárodní letiště (2020, aktualizováno na rok 2021 dle poměru emisí CO2 pro ČR (EUROCONTROL 2022))
      • antropogenní emise pro Polsko za rok 2019: Centrální emisní databáze pro modelování kvality ovzduší v Polsku (KOBiZE 2022)
      • antropogenní emise mimo ČR a Polsko: základní látky – CAM S-REG-AP v4.2-ry pro rok 2019 (Kuenen et al. 2021); benzo[a]pyren, kadmium a olovo (2019) (EMEP/CEIP 2022; tyto emise kadmia a olova byly použity i pro území Polska)
      • biogenní emise VOC z rostlin a NO z půdy: model MEGAN v2.1 (Guenther et al. 2012)
      • okrajové podmínky – v čase a prostoru proměnné z globálního modelu WACCM (NCAR 2022)
    • SYMOS - Gaussovský model, rozlišení 1 × 1 km (referenční body v zástavbě v síti 250 × 250 m a mimo zástavbu 500 × 500 m zprůměrované do sítě 1 × 1 km; mimo ČR 1 × 1 km), rok 2021 (meteorologie: větrné růžice 2021 z modelu ALADIN v síti 2,3 × 2,3 km a výškách 120, 330, 500 a 700 m podle efektivní výšky zdroje, antropogenní emise: jako u modelu CAMx (mimo emisí z databáze EMEP/CEIP)). V případě PM2,5 byl model shlazen ve čtverci 3 × 3 km.
    • CAMS ensemble forecast - medián ansámblu Eulerovských modelů, rozlišení 0,1 x 0,1°, rok 2021 (meteorologie: ECWMF 2021, emise: CAMS-REG-AP; podrobnosti viz COPERNICUS (2022))
    V případě jednotlivých modelů byly použity vždy aktuální výstupy, které byly k dispozici v době přípravy ročenky.
  3. Emise z dopravy: rozlišení 1 × 1 km, zdroj: silniční doprava dle sčítání ŘSD (2016).
  4. Nadmořská výška: rozlišení 1 × 1 km, zdroj: ZABAGED, Zeměměřičský úřad.
  5. Hustota populace: rozlišení 1 × 1 km, zdroj: ČSÚ.

Odhad nejistoty

Pro odhad nejistoty příslušné mapy byla použita metoda křížového ověřování (cross-validace), viz Horálek et al. (2007). Odhad koncentrací v místech měření je vytvořen vždy s vypuštěním daného měření pomocí ostatních dat, a tím je objektivně odhadnuta kvalita mapy mimo místa měření. Tento postup byl opakovaně použit pro všechna místa měření. Odhadnuté hodnoty byly porovnány s naměřenými hodnotami pomocí standardní chyby odhadu (root-mean-square error, RMSE), resp. relativní standardní chyby odhadu (RRMSE):

$$RMSE = {\sqrt{{1 \over N} \sum_{i=1}^N{(Ż(s_i)−Z(s_i))^2}}}$$

$$RRMSE= {RMSE \over {{1 \over N}\sum_{i=1}^N Z(s_i) }}×100$$

kde
Z(si)je naměřená hodnota koncentrace v i-tém bodě
Ż(si)je odhad v i-tém bodě pomocí ostatních dat
Nje počet měřicích stanic

Odhad nejistoty byl z výpočetních důvodů počítán jen pro interpolaci reziduí; celková nejistota mapy je proto obecně poněkud větší. Též je třeba zmínit, že jde o střední nejistotu celé mapy, prostorové rozložení nejistoty nebylo odhadováno.

Parametry jednotlivých map

Pro mapy jednotlivých škodlivin jsou v Tab. 1–8 prezentovány doplňkové veličiny použité v lineárním regresním modelu a jejich parametry (c, a1, a2, …), parametry interpolace pomocí krigingu (range, nugget, partial sill) a převrácené hodnoty vzdálenosti (váha IDW) a u většiny map je též uvedena odhadnutá nejistota mapy (RMSE). Tyto parametry jsou uvedeny vždy pro jednotlivé imisní vrstvy (venkovská, městská, dopravní).

V počtech stanic jsou zahrnuty i zahraniční (německé a polské) stanice, které byly při tvorbě některých map použity.

Pro sloučení městské a venkovské vrstvy bylo použito mezí klasifikačních intervalů (ČHMÚ 2022d): α1 = 200 obyv·km–2, α2 = 1000 obyv·km–2. Pro sloučení pozaďové a dopravní vrstvy bylo použito mezí klasifikačních intervalů (ČHMÚ 2022d): τ1 = 3 t·rok–1·km–2, τ2 = 8 t·rok–1·km–2 (pro mapy PM10 a PM2,5), resp. τ1 = τ2 = 10 t·rok–1·km–2 (pro mapy NO2 a NOX), přičemž pro mapy PM10 a PM2,5 byly použity emise tuhých znečišťujících látek (TZL), zatímco pro mapy NO2 a NOX byly použity emise NOX.

Tab. 1 Parametry map PM10
Lineární regresní model + interpolace reziduí Roční průměr 36. nejvyšší denní průměr
venkov městské pozadí doprava venkov městské pozadí doprava
c (konstanta)3.513.910.7-5.024.218.6
a1 (model CAMx)1.720.690.881.820.610.73
a2 (nadmořská výška)-0.0055-0.0073-0.0139
range [km]4590547255
nugget04.60019.00
partial sill2.92.24.511.61.313.8
váha IDW11
RMSE [µg·m−3]1.82.72.34.25.23.5
relat. RMSE [%]11141014159


Tab. 2 Parametry map PM2,5
Lineární regresní model + interpolace reziduí Roční průměr
venkov městské pozadí doprava
c (konstanta)0.7-2.4-2.1
a1 (venkovská mapa PM10)0.62
a2 (městská pozaďová mapa PM10)0.86
a3 (dopravní mapa PM10)0.79
a4 (model SYMOS)0.62
range [km]101002
nugget01.10
partial sill1.20.21.9
váha IDW1


Tab. 3 Parametry mapy benzo[a]pyrenu
Lineární regresní model + interpolace reziduí Roční průměr
venkov města
c (konstanta)0.10.1
b1 (konstanta)0.2
b2 (konstanta)0.2
a1 (exp(b1*venkovská mapa PM2,5))0.04
a2 (exp(b2*městská mapa PM2,5))0.03
range [km]306
nugget00
partial sill0.020.25
RMSE [µg·m−3]> 0.50.5
relat. RMSE [%]> 5035


Tab. 4 Parametry map NO2 a NOX
Lineární regresní model + interpolace reziduí NO2 - roční průměr NOX - roční průměr
venkov městské pozadí doprava venkov městské pozadí doprava
c (konstanta)8.016.718.88.925.731.3
a1 (model SYMOS NO2)4.431.50
a3 (model SYMOS NOX)2.350.62
a4 (model SYMOS NOX — REZZO4)1.9
a5 (nadmořská výška)-0.01-0.01-0.01-0.03
váha IDW111111
RMSE [µg·m−3]1.12.45.52.35.216.3
relat. RMSE [%]141622222334


Tab. 5 Parametry map přízemního ozonu
Lineární regresní model + interpolace reziduí 26. nejvyšší maximální denní 8hod. průměr Expoziční index AOT40
venkov městské pozadí venkov městské pozadí
c (konstanta)111.723.0161468114
a1 (model CAMS)0.900.84
a2 (nadmořská výška)0.011.12
váha IDW11.111
RMSE [µg·m−3]4.04.227272617
relat. RMSE [%]341616


Tab. 6 Parametry mapy benzenu
Lineární regresní model + interpolace reziduí Roční průměr
venkov městské pozadí
c (konstanta)-1.2-1.1
a1 (model CAMx)6.877.15
váha IDW11.6
RMSE [µg·m−3]0.10.3
relat. RMSE [%]1622


Tab. 7 Parametry map arsenu a kadmia
Lineární regresní model + interpolace reziduí Arsen – roční průměr Kadmium – roční průměr
venkov města celková mapa
c (konstanta)0.45.61.12.51.22.0
a1 (model CAMx)0.990.460.890.400.710.43
váha IDW1.51.71111
RMSE [µg·m−3]4.76.31.11.51.21.0
relat. RMSE [%]434531353122


Tab. 8 Parametry map SO2
Lineární regresní model + interpolace reziduí 4. nejvyšší denní průměr Roční průměr Zimní průměr
venkov městské pozadí venkov městské pozadí venkov městské pozadí
c (konstanta)2.54.41.81.91.31.2
a1 (model CAMx)10.50.70.50.80.6
váha IDW1.83111.11
RMSE [µg.m–3]65.81.51.61.31.2
relat. RMSE [%]434238363125