Метеорологични измервания

5Оценка на качеството на атмосферния въздух

5.1Алгоритъм за оценяване на данните от измерване качеството на въздуха

5.1.1Основен анализ

1. Изследване на пълнотата на набора данни

Ако по време на измерванията не е било възможно да се осигури достатъчна достоверност на данните чрез непрекъснати тестове, това трябва да се направи след това. Извършването впоследствие е по-трудно и (това е най-големият недостатък) в този случай ще е твърде късно за корективни действия в процеса на измерване, ако след това бъдат открити съществени проблеми с данните от измерваниятa.

Ако се наложи изследването да се направи впоследствие, следните обяснения биха могли да се използват като основни насоки:

За изследването се изисква, или поне ще бъде от помощ, да се използва графично представяне на времевите редове на данните от измерванията. Хронологичното развитие на събраните измервателни стойности позволява предварителна обща оценка по отношение на правилното провеждане на измерванията. За тази оценка обаче се изисква известен опит, свързан с поведението на различните параметри на качеството на въздуха в атмосферата в приземния слой. За да се получи такъв опит, е необходимо редовно да се анализират практически казуси в областта на измерванията качеството на въздуха; с времето този опит се увеличава.

• 
  измервателния пункт
  
• 
  интензивността и пространственото разпределение на емисионните източници, които са от значение за мястото на измерването
  
• 
  метеорологичните условия по време на измерването
  

Времето най-общо и по-специално условията на преноса в атмосферата влияят до голяма степен на появата на високи или ниски концентрации на замърсителите във въздуха. Например при пробонабиране в открита област с ниско налягане (позволяваща свободно движение на въздушни маси), която като цяло се отличава с високи скорости на вятъра и валежи, може да се очаква намаление в концентрациите на замърсителите. Обратният ефект следва да се очаква при условия на инверсия (области с постоянно високо налягане, ниски скорости на вятъра, лошо вертикално смесване). Това е още по-силно изразено при формирането на инверсии в приземния слой. В тези случаи трябва да се очаква съществено увеличение в концентрацията на замърсителите.

Много полезно при оценката на измервателните данни е първо да се сравни хронологичното протичане при различните компоненти на едно и също място. След това, доколкото е възможно, би трябвало да се използват измервания от съседни измервателни пунктове (за предпочитане със същия тип станция¹⁷). Стига пространственото разпределение в структурата на емисиите да не се различава прекалено, метеорологичната обстановка над района често води до подобно хронологично протичане в концентрациите при различните станции, но евентуално на различно ниво на концентрацията.

Освен това покачването в концентрацията на определен компонент може да бъде свързано с поведението на други компоненти, произхождащи от същия източник. Така например при измервания в близост до пътния транспорт винаги би следвало да се очаква повече или по-малко подобно протичане в концентрациите на CO, NO, бензол и, с някои уговорки, също и прах (тъй като в този случай други източници също могат да оказват голямо влияние). Същевременно се очакват по-ниски концентрации на О3, тъй като увеличените концентрации на NO в близост до емисионния източник „автомобилен транспорт“ причиняват ефективно разлагане на O3. Ето защо високите концентрации на О3 (типични например за извънградската околна среда) при измервателните пунктове близо до транспорта винаги са много „подозрителни“ и могат да бъдат индикатор за грешка в измерването.

Отношението между различните компоненти може да се използва като друг симптом при извършването на тест за достоверност/реалистичност. Освен други фактори, то зависи и от местоположението. Обикновено в близост до емисионни източници на NO винаги би следвало да се очаква значително по-високо относително тегло на NO в сравнение с концентрацията на NO2. Това се отнася с още по-голяма сила за пътния транспорт като източник на замърсители.

Вариациите при краткосрочните измервания също могат да се използват за проверка. Това зависи от разстоянието до емисионните източници. В близост до източника са възможни значителни промени в концентрацията в краткосрочен аспект; колкото по-голямо е разстоянието до източника, толкова по-малки ще са флуктуациите и протичането на концентрацията ще става все по-стабилно.

Нереалистичните данни трябва да бъдат проверени. Трябва да се дадат отговори на следните въпроси:

• 
  В случай че освен автоматично събраните данни (на компютър в станцията) има налични други независими записи на данни от измерване чрез самопишещ уред с писец, тези записи трябва да се използват за сравнение. Разбира се, това е още по-необходимо, при положение че се е получила повреда в електронното регистриране на измервателните данни! Чрез анализ на данните от самопишещия уред може да се възстановят липсващи данни или, в някои случаи, да се коригират.
  
• 
  Техническото състояние на измервателното устройство по време на периода на изследване трябва да е обект на внимателна проверка. Не трябва да се забравя и документирането на поддръжката и ремонтите, отнасящо се до всяко устройство (протоколи за поддръжката, „история на поддръжката“).
  
• 
  Измервателното устройство било ли е надлежно калибрирано в периода на изследване? (необходимо е непрекъснато регистриране/ документиране на калибрационните стойности „нулева точка “ и „крайна точка “ (обхват))
  
• 
  Имало ли е ситуация с необичайна концентрация на замърсител в периода на изследване? (напр. обстановка на инверсия)
  
• 
  Имало ли е необичайна „емисионна ситуация “ в периода на изследване?
  

3. В случай че за грешните измервания има разбираеми от техническа гледна точка причини (дефекти в измервателното устройство), то съответните данни следва да не се вземат под внимание при оценката.

8. Нереалистичните данни не бива да се изтриват от първичната база данни! Те трябва само да се маркират и да се не отчитат при оценката. Направената впоследствие обработка на набора данни с резултатите от измерванията (маркиране или корекции) трябва да бъде разбираема и да може да се преразглежда.

- средногодишни стойности (дългосрочни норми) и

5.1.2Допълнителен анализ

За други оценки или такива, които се занимават с повече от споменатите норми, трябва да се определят други подходящи параметри. Типични допълнителни статистически параметри за оценка ситуацията по концентрация на замърсителите са например:

• 
  медианата
  
• 
  разсейването, минимумът и максимумът в набора данни (с 1- или ½-часови стойности)
  
• 
  перцентили на кумулативното разпределение на честотата (напр. 50-ти перцентил (отговаря на медианата), 98-ми, 99-ти перцентили)
  

Допълнителните оценки могат да се използват с цел характеризиране на специални разлики между различните пунктове, изследване на системни зависимости от времето на определен измервателен пункт или търсене на връзка с определени емисионен източници. По-долу е даден списък с такива възможности за оценка, без претенции за изчерпателност.

5.1.2.1Извеждане на средните дневни вариации.

Средната дневна вариация представлява типичната вариация в концентрацията на замърсителя през деня. Отчасти дневните вариации могат също да се разпознаят още при регистрирането на концентрациите. Те обаче могат да се установят много по-ясно, когато периодите на осредняване са по-дълги (месец, сезон, година, няколко години). Изборът на периода за осредняване също така позволява да се установят типични разлики, свързани с определени периоди (напр. сезонни разлики). В повечето случаи дневните вариации на концентрацията на замърсители се влияят от следните фактори:

• 
  дневни вариации на емисиите
  
• 
  дневни вариации на метеорологичните параметри, особено на стабилността на атмосферата в приземния слой, която определя преноса и оттук и разреждането на емисиите
  
• 
  вариращите условия в течение на деня, влияещи върху въздушно-химичните реакции, осъществяващи се в атмосферата и допринасящи и до образуването, и до разпадането на определени компоненти. Тези вариации са свързани с дневната вариация на слънчевата радиация.
  

Зависимостта на сутрешните и вечерните екстремни стойности от времето на изгрева и залеза доказват влиянието на дневните вариации на метеорологичните параметри, които на свой ред са свързани с дневната вариация на радиацията, върху протичането на концентрациите на замърсителите. Едно сравнение на дневните вариации през лятото (юни, юли, август) и през зимата (декември, януари, февруари) ясно показва тези влияния. Поради тесните взаимни връзки между дневните вариации на метеорологичните параметри и тези на концентрацията на замърсителя, евентуални разлики в дневните вариации на едни и същи компоненти на съседни станции често могат да доведат до извода за наличието на локални особености в условията на обмен в атмосферата.

5.1.2.2Извеждане на средните седмични вариации

Средната седмична вариация може да даде информация за влиянието на различните емисии върху различните дни на седмицата. Това може да подскаже какво е влиянието на различните емисионни източници върху измервателния пункт. Една седмична вариация на емисиите ще бъде отразена в седмичната вариация на концентрациите на замърсителите (поне при достатъчно дълъг период на осредняване). Например когато се предположи, че транспортът е основният емисионен източник, средно може да се очакват различия между дните с различен автомобилен обем (особено в края на седмицата). Обратно, когато преобладават източници на замърсители с непрекъснато ниво на емисиите, не би следвало да се очаква типична седмична вариация.

5.1.2.3Извеждане на годишните вариации

Годишната вариация на концентрацията на замърсителите обикновено се представя чрез протичането на средните месечни стойности. Годишните вариации характеризират средната ситуация по замърсяването на въздуха, която преобладава на мястото на измерване, и показват такива системни зависимости в този период, които не биха могли да се забележат по време на първоначалния анализ поради флуктуациите в краткосрочната измерена концентрация (които явно са с доста случаен характер). Годишните вариации в концентрацията на замърсителя могат да са причинени от:

• 
  годишна вариация на емисиите
  
• 
  годишната вариация на метеорологичните влияещи фактори, които определят условията на дисперсия в атмосферата
  
• 
  сезонни разлики в химичните реакции/процеси във въздуха, допринасящи за образуването и разрушаването на съответните компоненти

  Годишната вариация също може да варира от година на година в определени граници, като причината са различните метеорологични обстановки през съответните години (влияние на метеорологичните параметри).

  Чрез една годишна вариация на база на „плъзгащи се средномесечни стойности “ за 31 дена (изчисляване на средномесечна стойност за всеки ден на годината, като всяка средна стойност се отнася за периода, започващ 15 дена преди и 15 дена след съответния ден вкл.), при по-подробно “разлагане” може да стане видно, че извън сезонните разлики могат също да се появят систематични колебания в концентрацията, траещи около 4-5 седмици. За този тип оценка се изисква пълен набор от данни (да няма липсващи данни), включващи също така и периода, започващ 15 дена преди началото на годината и този, завършващ 15 дена след края на годината.
  

5.1.2.4Кумулативни разпределения на честотата

Представянето на набор данни (напр. средночасови стойности за дадена година) под формата на кумулативно разпределение на честотата улеснява бързата оценка на всички данни от измерване на определен пункт. Този тип анализ позволява директно да се направи справка колко често определени концентрации са били превишени или недостигнати в течение на годината. Кумулативното разпределение на честотата се определя или характеризира чрез задаване на различните „перцентили“ (50%, 98%, 99%...).

Обикновено разпределението на честотата на измерените концентрации на замърсители е несиметрично, т.e., измерените концентрации не са „нормално разпределени“, а обикновено имат логаритмично нормално разпределение. Това се изразява също и във формата на кумулативното разпределение на честотата, която е удължена, т.e. високите перцентили (напр. 98%) са свързани и с относително високи концентрации.

5.1.2.5Оценки, свързани с посоката на вятъра

Концентрацията на замърсители обикновено е свързана с посоката на вятъра. В зависимост от местоположението на потенциалните емисионни източници, посоката на вятъра определя дали като цяло има пренос на въздушни маси към измервателния пункт. Ето защо при провеждането на причинен анализ, свързан с емисионните източници, опитът е показал, че посоката на вятъра е най-важният параметър от всички метеорологични влияещи фактори. Освен това скоростта на вятъра играе важна роля при преноса на замърсителите.
Следвайки концепцията за розата на вятъра, представяща пространственото разпределение на посоката на вятъра на определено място, „розата на концентрацията “ представлява илюстрация на концентрациите на замърсителите в отношение към посоката на вятъра. За да се изчисли розата на концентрацията, резултатите от измерването на концентрацията трябва да бъдат групирани в класове съгласно посоката на вятъра, доминираща по време на измерването. Класифицирането обикновено се базира на центрирани 30°-ови сектори на посоката на вятъра. За всеки сектор с посока на вятъра се осредняват концентрациите на замърсителя, спадащи към него. По този начин няма да се вземат под внимание ситуациите с „циркулиращи ветрове“ (тихо време). Оценката може да се усъвършенства чрез по-нататъшно диференциране на данните в различни класове скорост на вятъра. Опитът е показал, че групирането на данните според сезона (лято/зима) или време на деня (ден/нощ) също може да доведе до интересни изводи. Изчисляването на розите на концентрацията могат да бъдат важен показател дали някой център на емисии допринася със съществен дял към концентрацията на замърсяване на даден измервателен пункт.

Анализът става труден, ако има голям дял на ситуациите с много ниска скорост на вятъра или тихо време. Анализът не може да доведе до еднозначни изводи. Такъв беше напр. случаят в района на Перник по време на допълнителните измервания, извършени в Tуининг-проекта.

Анализът на данните за вятъра и концентрацията се улеснява от докладите чрез осеви таблици, описани в следващия раздел. Чрез този инструмент може лесно да се установят напр. рози на вятъра на база ½-часови или 1-часови данни от измерването за скорост и посока на вятъра от една или повече години.

5.1.3Доклади с осеви таблици (pivot tables) като инструмент за анализ на наборите с данни за КАВ

Функциите за доклади чрез осеви таблици, включени в таблични видове софтуер като Microsoft Excel, могат да бъдат използвани при данните от измерванията като лесен за работа инструмент за интерактивен анализ на данни. С помощта на подходящ компютър със съответен софтуер (изискват се достътъчни RAM памет и скорост на процесора), много лесно могат да се обработват набори с данни с хиляди стойности от измервания и бързо да се получават напр. средни дневни, седмични и годишни вариации или дневни, месечни или годишни средни стойности. Може да се извършват също и по-сложни видове анализ като свързаните с посоката на вятъра.

По-долните бележки важат при използването на MS Excel 2000, (MS Excel е вероятно табличният софтуер, който се използва най-често от администра-тивните органи, отговарящи понастоящем по въпроси, свързани с качеството на атмосферния въздух, но подобни функции могат да се открият и в други таблични софтуерни приложения).

За да се оползотворяват възможностите на функциите на осевата таблица, данните от измерването следва да са в таблица на Еxcel (след като е била проверена достоверността им и са били извършени необходимите корекции на база данни от калибрирането и т.н.), да са подредени в колони, с описателни заглавия на колоните в първия ред. Напр. при SO2 може да има колони с датата и часа на измерванията и 1-часовите средни стойности от измерването. С помощта на съответните функции на MS Excel за дата и час могат да се включат колони със специални критерии в зависимост от анализа, който трябва да бъде извършен. Например ако ни интересува среднодневната за всеки ден на годината, се прилага функция, която извлича от набора данни от измервания, по-точно от колоната със заглавие “дата”, номера на съответния ден от годината – от 1 до 365), и записва този номер в нова колона, озаглавена напр. Ден_год. Когато се използва функцията за доклад за осева таблица чрез направляващото меню (wizard) за осева таблица (намира се от менюто 'data', подменю 'pivot table and pivot chart report'), трябва да се зададе обхвата на данните, подлежащи на обработка, след това се оформя таблица с описателни заглавия, която лесно може да бъде редактирана и преструктурирана (моля следвайте инструкциите, дадени в програмата), и могат да се зададат функциите, които желаем да се приложат върху първичните данни (напр. функция за осредняване). След това, следвайки инструкциите, е лесно да се създаде доклад, представящ на всеки ред номера на деня и след това съответната средна от всички 1-часови измерени стойности за SO2 през този ден. По такъв начин може да се направи напр. следното, с помощта на допълнителни колони с дадено съдържание, описано в таблица 5-1 по-долу, при условие че се разполага с данни от измерване от една календарна година:
Таблица 5-1 Примери за осеви доклади

Величина, за която да се докладва	Допълнителна колона, необходима за анализ, в която да има стойност за всеки ред с данни от измервания
средномесечна	месец (1 до 12)
средна дневна вариация	час на деня (1-24)
средна седмична вариация	ден от седмицата (1 дo 7)
средна месечна вариация	ден от месеца (1 дo 31)

Каталог: wp-content -> uploads -> file -> Air -> Naredbi KAV -> Instrukcii KAV
Instrukcii KAV -> Инструкция за информиране на населението при превишаване на установените алармени прагове за нивата на серен диоксид, азотен диоксид и озон
Instrukcii KAV -> Инструкция за разработване на програми за намаляване на емисиите и достигане на установените норми за вредни вещества, в районите за оценка и управление на качеството на атмосферния въздух
Air -> Министерство на околната среда и водите методика

Изтегляне 2.5 Mb.

Сподели с приятели: