JYVÄSKYLÄN ILMANLAATU

Transkriptio

1 JYVÄSKYLÄN ILMANLAATU YHTEENVETORAPORTTI JYVÄSKYLÄN KAUPUNKI JULKAISU 1/2013 RAKENTAMINEN JA YMPÄRISTÖ

2 JYVÄSKYLÄN ILMANLAATU YHTEENVETORAPORTTI Jyväskylän kaupunki Rakentaminen ja ympäristö 2013 ISBN

3 ALKUSANAT Jyväskylän seudun ilmanlaadun mittausjärjestelmä aloitti toimintansa vuonna Tätä ennen 1980-luvulla oli mitattu rikkidioksidipitoisuutta johtokykymittareilla ja kerätty kokonaisleijumanäytteitä. Nykyään mittauskohteina ovat rikkidioksidi, typenoksidit, hiilimonoksidi, otsoni ja leijuvat hiukkaset. Lisäksi ilmanlaadun tarkkailujärjestelmään on liitetty sääasema. Nykyinen ilmanlaadun mittausjärjestelmä on toteutettu Jyväskylän kaupungin ympäristönsuojelusta vastaavien viranomaisten sekä ilmaa kuormittavien toiminnan harjoittajien yhteistyönä. Mittausjärjestelmän ylläpidosta on käytännössä vastannut Jyväskylän kaupungin ympäristötoimi, joka on tämän raportin tilaaja. Raportti tilattiin J.P.Pulkkisen kalibrointi Ky:ltä, joka on vastannut osaltaan mittausten laadunvarmennuksesta. Tässä raportissa on yhteenveto ja analyysi ilmanlaadun mittaustuloksista Jyväskylän seudulta vuosilta Tuloksia on myös verrattu aiempien vuosien mittaustuloksiin. Aiemmat mittaustulokset on esitetty allekirjoittaneen laatimissa (Laukkanen 1994, 1997, 2000, 2004, 2006 ja 2009) Jyväskylän ympäristötoimen julkaisemissa raporteissa. Tässä selvityksessä aineiston käsittelyyn osallistuivat allekirjoittaneen lisäksi Juha Pulkkinen, joka myös laati kuvaukset mittausmenetelmistä ja toimi tämän työn mittausteknisenä asiantuntijana ja muutenkin kommentoi työtä. Timo Sahi opasti Jyväskylän ilmansuojelutilanteeseen ja mittausjärjestelmään. Lausun lämpimät kiitokseni kaikille edellä mainituille antoisasta yhteistyöstä. Helsingissä Timo Laukkanen

4 2 TIIVISTELMÄ Ilmanlaadun mittausverkko perustettiin Jyväskylään 1980-luvun lopulla. Tämän raportin tarkastelujakson vuosien aikana mitattiin typenoksidien, rikkidioksidin, hiilimonoksidin ja hengitettävien hiukkasten (PM 10 ) pitoisuutta jatkuvatoimisesti kaupungin keskustassa ja Palokassa. Lisäksi Palokassa mitattiin otsonipitoisuutta ja keskustassa kokonaisleijumaa suurtehokeräimellä. Keskustassa käynnistettiin tarkastelujaksolla pienhiukkasten (PM 2,5 ) mittaukset. Säätä havainnoitiin Pupuhuhdan mäellä. Keskustan mittausaseman tulokset edustavat kaupungin keskustan yleistä ilmanlaatua. Palokan mittausaseman tulokset edustavat kehittyvän alueen ilmanlaatua, johon vaikuttavat erityisesti läheisiltä vilkkailta liikenneväyliltä ja liikekeskuksista kulkeutuvat epäpuhtaudet sekä paikallinen rakennustoiminta. Matalalta tapahtuvat rikkidioksidipäästöt ovat pienentyneet Jyväskylässä merkityksettömiksi, kun rikki on poistunut kevyestä polttoöljystä ja liikennepolttoaineista. Rikkidioksidipäästöt ovat keskittyneet lähes täysin voimaloihin ja lämpökeskuksiin, joissa on korkeat piiput. Matalat rikkidioksidipitoisuuden tasot osoittavat, että suurten pistelähteiden vaikutus Jyväskylän ilmanlaatuun on vähäinen. Liikenteen päästöjen pienentyessä hiilimonoksidin pitoisuustasot ovat olleet paljon alle ohjearvojen enimmäistasojen jo useita vuosia. Myös typenoksidien kokonaispitoisuudet ovat pienentyneet, mutta viime vuosina varsinkin Palokassa pitoisuudet ovat kääntyneet jopa kasvuun. Pakokaasuja, joita hiilimonoksidin ja typenoksidien pitoisuus ilmentävät, oli eniten ilmassa ruuhka-aikoina alku- ja lopputalvella ja alkukeväällä. Typpidioksidipitoisuudet kohosivat, kun ilmamassassa oli runsaasti typpimonoksidia typpidioksidiksi hapettavaa otsonia. Kohonneita typpidioksidipitoisuuksia saattoi ilmetä myös sydäntalvella, kun pakokaasuja jäi runsaasti ilmaan. Tällöin pakokaasujen suorilla typpidioksidipäästöillä saattoi olla mainittavaa merkitystä kaupunki-ilman yleiseen typpidioksidipitoisuuteen. Typpidioksidipitoisuuden ohje- tai raja-arvot eivät kuitenkaan ylittyneet. Palokassa mitattu otsonipitoisuus oli alle ohjausarvojen. Otsonipitoisuutta laski pakokaasujen sisältämä typpimonoksidi, jonka otsoni hapettaa typpidioksidiksi. Todellista hapetuspotentiaalia kuvaava otsonin ja typpidioksidin yhteispitoisuus oli suurimmillaan kauniina keväisinä iltapäivinä. Keskimääräinen hapetuspotentiaali ei vaihdellut paljoa eri viikonpäivinä, joten paikallisten päästöjen vaikutus siihen oli vähäinen. Kokonaisleijumapitoisuus ja hengitettävien hiukkasten pitoisuus ylitti enää yhtenä vuotena keskustassa vuorokausiohjearvon. Hengitettävien hiukkasten mitattu pitoisuus ylitti molemmilla mittausasemilla vuosittain raja-arvopitoisuuden, mutta ylityksiä oli enintään 8 kpl vuodessa sallitun määrän ollessa 35 kpl. Keväinen teiden pölyäminen oli edelleen tärkein syy kohonneisiin karkeiden hiukkasten pitoisuuksiin, mutta PM 2,5 - pitoisuuden osalta tätä riippuvuutta ei juuri havaittu.

5 3 SISÄLTÖ ALKUSANAT... 1 TIIVISTELMÄ... 2 SISÄLTÖ Johdanto Mittausjärjestelmä ja -parametrit Ilmanlaadun mittausmenetelmät ja -asemat Mittausaineiston keruu, käsittely ja raportointi Mitatut epäpuhtauskomponentit ja mittausperiaatteet Säänmittaus ja sääparametrit Ilmanlaadun mittaustulokset suhteessa ohjausarvoihin Mittausaineiston määrä ja ajallinen edustavuus Mittaustulosten vertailu ohjearvoihin Raja-arvoista johdetut tunnusluvut Otsonipitoisuuden tavoite- ja kynnysarvoista johdetut tunnusluvut Päästöt ja ilmanlaadun kehitystrendit 2000-luvulla Tieliikenteen pakokaasupäästöt Energiantuotanto ja sen pistepäästöt Muut päästölähteet Päästöjen vaikutus ilmanlaatuun Rikkidioksidipäästöt ja ilmanlaatu Typenoksidien päästöt ja ilmanlaatu Otsonipitoisuus ja hapetuspotentiaali Liikenteen hiilimonoksidin päästöt ja ilmanlaatu Hiukkaspitoisuudet Pakokaasusaastutus Päästöt Epäpuhtauspitoisuuksien korrelaatio Pakokaasu indeksi Otsoni, typpidioksidi ja hapetuspotentiaali Pölyäminen ja hiukkaset (TSP, PM 10 ) Yhteenveto ja johtopäätökset LÄHTEET... 71

6 4 Liite 1: Pistelähteet ja mittausasemat Liite 2: Keskustan mittausasema Liite 3: Palokan mittausasema Liite 4: Mittaustiedon käsittelyjärjestelmä Liite 5: Pupuhuhdan sääasema... 76

7 5 1 Johdanto Laajentuneessa Jyväskylän kaupungissa asuu nykyään runsaat asukasta. Raskaan teollisuuden osuus alueen elinkeinoelämässä on vähentynyt ja teollisuus on uudistunut, minkä seurauksena teollisuuden päästöjen merkitys ilman laadun kannalta on pienentynyt ratkaisevasti viimeisten vuosikymmenten aikana. Myös energiantuotannon vaikutus ilman laatuun on vähentynyt vuosikymmenten aikana, kun energiantuotanto on keskittynyt ja polttoaineiden rikkipitoisuus on pienentynyt. Samalla energiantuotannon määrä on kasvanut ja Jyväskylän suurimman ilmanepäpuhtauksien pistelähteen Rauhalahden voimalan rinnalla käynnistyi Keljonlahden voimala. Molemmat voimalaitokset tuottavat sähköä valtakunnan verkkoon ja kaukolämpöä kaupunkiin käyttäen pääpolttoaineinaan turvetta ja biopolttoaineita. Teollisuuden ja energiantuotannon vaikutusten pienentyessä liikenteen päästöjen merkitys ilman laadulle on kasvanut vilkkaasti liikennöidyillä alueilla. Huomattava parannus Jyväskylän keskustan ilman laadun kannalta oli läpikulkuliikenteen ohjautuminen pois keskustasta ja kävelyalueen muodostaminen ydinkeskustaan pari vuosikymmentä sitten. Moottori- ja pakokaasujen käsittelytekniikat ovat kehittyneet vähäpäästöisempään suuntaan, mutta liikennemäärien ja autojen koon kasvu hidasti päästöjen pienentymistä 1990-luvun lopulta. Ympäristönsuojelulaki (86/2000, 25 ) velvoittaa kunnan seuraamaan alueellaan ympäristön yleisestä tilaa ja julkaisemaan seurannan tuloksia. Ympäristöseurannan osana ilmanlaadun seuranta on viranomaistoimintaa, josta Jyväskylässä huolehtii käytännössä kaupungin ympäristötoimi. Viranomaisen tehtäviin kuuluu tiedottaa ympäristöseurannan tuloksista, mitä tämän raportin on tarkoitus tukea. Raportissa keskitytään tarkastelemaan ilmanlaatua ja siihen vaikuttavia tekijöitä ilmanlaadun ja päästötietojen pohjalta vuosina Mittausaineistosta lasketaan mm. erilaisiin ohjausarvoihin verrattavia tunnuslukuja, havainnollistetaan ilmanlaadun kehitystä kuvaavia trendejä sekä tarkastellaan erityyppisten ilmanlaadun suhteen ongelmallisten tilanteiden esiintymistä ja syitä.

8 6 Ympäristönsuojelulaki (5 ) velvoittaa myös toiminnanharjoittajia olemaan selvillä toimintansa ympäristövaikutuksista. Niinpä ilmanlaadun mittaamisen kustannuksiin osallistuvat myös merkittävimmät ilmaa kuormittavat toiminnanharjoittajat, sillä mittausjärjestelmä tuottaa tietoa niiden päästöjen vaikutuksista ilmanlaatuun. Jyväskylän ilmanlaadun mittausjärjestelmä tuotti tarkastelujakso aikana säähavaintoineen yhteensä satoja tuhansia tunti- ja vuorokausikeskiarvojen mittaustuloksia, joista muodostui tämän tutkimuksen aineisto. Lisäksi tarkasteluun liitettiin tuloksia Jyväskylän aikaisempien vuosien mittauksista. Aiemmat mittaustulokset on esitetty allekirjoittaneen laatimissa (Laukkanen 1994, 1997, 2000, 2004, 2006 ja 2009) Jyväskylän ympäristöviraston tai ympäristötoimen julkaisemissa raporteissa. Aineistoa on käsitelty tilastollisesti kuvaten ilmanlaatua ja sen kehittymistä tunnuslukujen kautta.

9 7 2 Mittausjärjestelmä ja -parametrit Nykyisen kaltainen jatkuva ilmanlaadun mittaaminen aloitettiin Jyväskylän seudulla vuonna Laajimmillaan mittausjärjestelmään kuului neljä jatkuvatoimista mittausasemaa, joissa jokaisessa oli rikkidioksidi- ja typenoksidianalysaattori. Lisäksi oli useita leijuman keräyspaikkoja ja keskustan mittausasemalla mitattiin myös hengitettävien hiukkasten ja hiilimonoksidin pitoisuutta. Keskustan mittausasemaa lukuun ottamatta mittauspaikkoja siirreltiin yleensä muutaman vuoden välein. Ilmanlaadun mittausjärjestelmä oli syntyessään yksi laajimmista maassamme. Näin laaja mittausasemaverkko siirtyvine mittausasemineen oli perusteltua, koska kyseessä oli perustiedon hankkiminen ilmanlaadusta koko Jyväskylän yhteistoiminta-alueelta. Nykyään mittaustarve Jyväskylässä on vähentynyt, mutta ilmanlaadun hallitsemiseksi tarvittava ilmanlaatutieto on monipuolistunut. Mittausasemia on 2000-luvulla kaksi, kaupungin keskustan ja Palokan asema. Ilmanlaadun mittausasemien lisäksi mittausjärjestelmään on kuulunut lähes alusta asti Pupuhuhdan mäellä sijaitseva sääasema. 2.1 Ilmanlaadun mittausmenetelmät ja -asemat Molemmilla ilmanlaadun mittausasemalla mitataan jatkuvatoimisesti rikkidioksidia, typenoksideja, hiilimonoksidia ja hengitettäviä hiukkasia (PM 10 ). Palokassa mitataan myös otsonipitoisuutta ja keskustan mittausasemalla kerätään kokonaisleijumanäytteitä. Keskustassa käynnistettiin tarkastelujaksolla pienhiukkasten (PM 2,5 ) mittaukset. Mittausasemien sijainti ja keskeiset pistelähteet on esitetty liitteen 1 kartassa. Mittausasemien ympäristö on kuvattu tarkemmin liitteissä 2 ja 3. Mittausmenetelmät ja -laitteet on esitelty taulukossa 2.1. Komponenttikohtainen kuvaus mittausmenetelmistä löytyy luvusta 2.3.

10 TAULUKKO 2.1. Jyväskylän ilmanlaadun mittausmenetelmät ja -laitteet. Asema Mittauskomponentit Keskusta NO, NO 2 8 Mittausmenetelmä kemiluminesenssi (1- kammio) Mittauslaitteen tyyppi Monitor Labs 9840B SO 2 UV-fluoresenssi Monitor Labs 9850B CO PM 10 ei-dispersiivinen IRabsorptio massan aiheuttama värähtelytaajuuden muutos Monitor Labs 9830B TEOM 1400C massan aiheuttama värähtelytaajuuden muutos TEOM 1405D (2011) TEOM 1400C (2010) PM 2,5 TSP suurtehokeräys, SFS-3863 GMW Lämpötila Palokka NO, NO 2 termoelementti kemiluminesenssi (1- kammio) Monitor Labs 9841B SO 2 UV-fluoresenssi Monitor Labs 9850B CO PM 10 ei-dispersiivinen IRabsorptio massa aiheuttama värähtelytaajuuden muutos Monitor Labs 9830B TEOM 1400 O 3 UV-absorptio (254 nm) Monitor Labs 9810 Analysaattorit kalibroitiin aluksi käyttäen joko niiden omia sisäisiä permeaatiouuneja (rikkidioksidimittaukset) tai erillistä Monitor Labsin permeaatiouuni-rotametri-laimenninta. Vuoden 1991 jälkeen mittausten laadunvarmennus parani edelleen, kun siirryttiin käyttämään erillistä kannettavaa kalibraattoria, jolloin analysaattorien omista alueentarkistuspisteistä voitiin luopua kokonaan. Analysaattorit kalibroidaan kuukausittain. Tämän lisäksi ulkopuolinen konsultti tekee monipistekalibroinnin säännöllisesti kolme kertaa vuodessa ja lisäksi tarpeen mukaan. Tiedonkeruuseen ja mittausjärjestelmän ohjaukseen käytetään SyncAir ohjelmistoa.

11 9 Keskustan mittausasema Keskustan mittausasema sijaitsee Jyväskylän lyseon kiinteistöllä. Kiinteistöllä on mitattu ilmanlaatua jatkuvatoimisesti vuodesta 1988 lähtien, mutta mittauspaikka siirrettiin koulurakennuksen toiselle puolelle pihan reunalle mittauskoppiin helmikuussa Aiemmin mittausaseman lähistöllä oli linja-autoasema ja rakennustyömaita, mitkä on otettava huomioon verrattaessa mittaustuloksia aikaisempiin tuloksiin. Nykyinen mittauspaikka on parin kolmenkymmenen metrin päässä vilkkaasta Yliopiston kadusta. Keskustan mittausaseman tulokset edustavat Jyväskylän kaupungin keskustan ilmanlaatua. Autoja pysäköidään mittausaseman viereen ja varsinkin tyhjäkäynnin aikaan tyynellä säällä niiden päästöt voivat vaikuttaa merkittävästi mittaustuloksiin. Muuten liikenne pihalla lienee vähäistä. Kokonaisleijuman keräyspiste kaupungin keskustassa on ollut samassa paikassa luvun lopulta lähtien. Se sijaitsee mittauskoppiin nähden koulurakennuksen toisella puolella. Keräyspisteen etäisyys lähimpään hiljaiseen tiehen on n. 3 m, ja Yliopistonkatu on n. 50 m:n päässä. Näytteenottokorkeus on n. 3,5 m. Tarkastelujaksolla mittauspisteen pohjoispuolella oli rankennustyömaita, millä saattoi olla vaikutusta mittaustuloksiin. Aiemmin mittauspisteen vieressä oli linja-autoasema. Mittauskoppi ja leijumakeräin sekä niiden sijainti on kuvattu liitteessä 2. Liitteestä 1 puolestaan näkee mittausaseman sijainnin suhteessa keskeisiin pistelähteisiin. Rauhalahden voimala sijaitsee mittausasemasta n. 3,5 km päässä itä-kaakossa ja Keljonlahden voimala n. 7 km päässä etelä-lounaassa.

12 10 Palokan mittausasema Palokan mittausasema sijaitsee taajaman tuntumassa päiväkodin pysäköintialueella. Näytteet kerätään mittauskopin katolta vajaan kolmen metrin korkeudelta. Mittauskopin länsipuolella on mäkistä puistoa ja muualla aseman ympäristössä on matalia pientaloja. Vajaan puolen kilometrin päässä mittausasemasta itään on vilkas Nelostie ja parin sadan metrin päässä etelässä kulkee Palokanorsi. Näillä läheisillä vilkasliikenteisillä alueilla on ollut viime vuosina paljon uutta liikekeskusrakentamista. Mittausasemalle kulkeutuu sekä keskeisistä piste- että aluelähteiden päästöjä etelän ja kaakon suunnista, koska Savelan voimala on n. 5 km:n päässä ja Keljonlahden voimala n. 12 km päässä etelässä, Rauhalahden voimala sijaitsee vajaan 8 km:n päässä kaakossa, ja Jyväskylän keskusta on mittausasemasta katsottuna etelä-kaakossa. Mittausaseman länsi- ja itäpuolella puolen ja yhden kilometrin etäisyydellä ovat paikalliset lämpökeskukset. Mittausaseman sijainti suhteessa keskeisiin pistelähteisiin näkyy liitteessä 1 ja liitteessä 3 on kuvattu mittausaseman sijainti yksityiskohtaisemmin. Päiväkotiin suuntautuva liikenne voi aamuisin ja iltapäivisin vaikuttaa jonkin verran mittaustuloksiin. Aseman lähistöllä oleva puusto voi toimia puolestaan otsoninieluna. Muuten mittaustulokset edustanevat varsin hyvin esikaupunkitaajaman ilmanlaatua, johon erityisesti taajaman tuntumassa olevat vilkkaat liikenneväylät ja kasvava kauppakeskittymä vaikuttavat. 2.2 Mittausaineiston keruu, käsittely ja raportointi Mittausjärjestelmän automaattiset analysaattorit tuottivat primäärisinä mittaustuloksina pitoisuuksien hetkellisarvoja, jotka kerättiin mittausasemilla sijaitseviin tietokoneisiin minuutin keskiarvoina. Mittaustulokset siirrettiin välittömästi kiinteän ADSL-yhteyden avulla Jyväskylän kaupungin ympäristötoimen mittausjärjestelmän keskustietokoneeseen. Mittausohjelmisto laski minuuttikeskiarvoista tuntikeskiarvot, joista muodostui ilmanlaadun raportoinnin pääasiallinen perusaineisto. Vuosittain kertyy ilmanlaadun tuntikeskiarvojen mittaustuloksia yli satatuhatta kappaletta. Lisäksi kertyy toistasataa kokonaisleijuman vuorokausikeskiarvon mittaustulosta.

13 11 Ilmanlaadun yleinen kuvaaminen tällaisesta laajasta aineistosta edellyttää, että mittausaineistosta lasketaan erilaisia tilastollisia tunnuslukuja kuten vuosikeskiarvoja ja kynnyspitoisuuksien ylitysmääriä. Usein käytetään tunnuslukuina arvoja, joita voidaan verrata erilaisiin ohjausarvoihin kuten ohje- ja raja-arvoihin. Ohjausarvojen laskentatavat on määritelty asetuksissa, joissa ohjausarvoista on säädetty. Lisäksi käytetään ilmanlaatua kuvaavia indeksiarvoja, jotka on johdettu ilmanlaadun ohjearvoista. Ympäristötoimi laatii mittausaineistosta vuosiraportin. Tässä raportissa esitetään keskeiset ilmanlaadun mittaustulosten tunnusluvut ja niitä verrataan ilmanlaadun ohjearvoihin. Kolmenvuoden välein on laadittu yhteenvetoraportti, jollainen tämä raportti on. Kolmivuotisraporteissa on tarkempi analyysi Jyväskylän ilmanlaadusta ja siihen vaikuttaneista tekijöistä. Kuvaus Jyväskylän ilmanlaadun mittausjärjestelmästä ja siihen liittyvästä tiedonkäsittelyjärjestelmästä ja raportoinnista on liitteessä 4. Ilmanlaadun mittatuloksia voi seurata lähes reaaliaikaisesti kaupungin internetsivustoilta, jonne pääsee osoitteesta: /ilmansuojelu/ilmantarkkailu. Mittaustuloksiin perustuvia ilmanlaatutietoja löytyy myös Ilmatieteenlaitoksen ylläpitämästä ilmanlaatuportaalista (

14 Mitatut epäpuhtauskomponentit ja mittausperiaatteet Ilman epäpuhtaudet ja päästöt jaotellaan kaasumaisiin ja hiukkasmaisiin epäpuhtauksiin ja päästöihin. Hiukkasmaisiin aineisiin (PM= Particulate Matter, engl.) epäpuhtauksina kuuluvat sekä kiinteät partikkelit että nestepisarat. Kaasumaiset aineet voivat tiivistyä savukaasuissa tai ilmakehässä kemiallisten reaktioiden ja/tai jäähtymisen takia hiukkasiksi tai hiukkasiin. Usein, mutta ei aina, ilmanpilaantumisen haittavaikutukset muodostuvat kaasumaisten ja hiukkasmaisten epäpuhtauksien yhteisvaikutuksista. Kaasumaiset epäpuhtaudet mitataan yleensä ainekohtaisesti erikseen, poikkeuksena hajurikkiyhdisteet tai haihtuvat orgaaniset yhdisteet, joissa mittaus kohdistuu aineryhmään. Tällaisia mittauksia ei tehdä Jyväskylässä. Hiukkasmittauksissa jaottelu tehdään yleensä hiukkasten aerodynaamisen koon, ei kemiallisen koostumuksen, perusteella. Seuraavassa tarkastellaan ensin kaasumaisia epäpuhtauksia ja lopuksi ilmassa leijuvia hiukkasia. Rikkidioksidi (SO 2 ) Klassinen ilmansaaste rikkidioksidi on vesiliukoinen, hapan ja hapettuva yhdiste. Sen terveydelliset haittavaikutukset, kuten limakalvojen ärsytysoireet ja provosoidut astmakohtaukset lyhytaikaisaltistuksessa ja keuhkoputken krooninen tulehdus pitkäaikaisaltistuksessa, on tunnettu pitkään. On myös saatu epidemiologista näyttöä siitä, että hengitysilman rikkidioksidi voi lisätä hengitystieinfektioiden määrää. Erityisesti pienten hiukkasten ja rikkidioksidin yhteisvaikutus on haitallinen, koska hiukkasten mukana rikkidioksidi tai siitä syntynyt rikkihappo pääsee tunkeutumaan syvälle keuhkoihin. Muuten vesiliukoinen rikkidioksidi jää ylempien hengitysteiden limakalvoille. Rikkidioksidi on suoraan myrkyllistä puille. Lisäksi sen aiheuttama laskeuma on tärkein maaperää happamoittava tekijä. Rikkidioksidipäästöt ovat myös keskeisiä ilmaperäisen korroosion aiheuttajia. Rikkidioksidi absorboi UV-säteilyä, mihin perustuu sen pitoisuuden mittaaminen Jyväskylässä. Menetelmässä näyte altistetaan UV-säteilylle, joka virittää mittauskammiossa rikkidioksidimolekyylejä. Molekyylien palatessa perustilaan muodostuu fluoresenssisäteilyä, joka mitataan valomonistinputken avulla. Säteilyn intensiteetti on verrannollinen näytteen rikkidioksidipitoisuuteen.

15 13 Rikkiä pääsee ilmakehään suoraan rikkidioksidina tai pelkistyneinä rikkiyhdisteinä, jotka osittain hapettuvat rikkidioksidiksi ilmakehässä. Merkittäviä pelkistyneiden rikkiyhdisteiden lähteitä ei ole Jyväskylässä. Rikkiä sisältävän aineen palaminen on tärkein ilmakehän rikkidioksidin lähde ja energiantuotanto on Jyväskylän seudulla ainoa merkittävä rikkidioksidin päästäjä. Polttoaineiden rikkipitoisuus on pienentynyt maassamme viime vuosikymmeninä. Niinpä nykyään lämmityksessä käytettävässä kevyessä polttoöljyssä samoin kuin liikennepolttoaineissa on enää hyvin vähän rikkiä, koska rikki poistetaan niistä tehokkaasti öljynjalostusprosessissa. Myöskään maa- tai biokaasussa taikka puuperäisissä polttoaineissa tai energiajätteessä ei ole juuri lainkaan rikkiä. Runsasrikkisimpiä polttoaineita ovat raskaspolttoöljy ja kivihiili, joista jälkimmäistä ei juuri käytetä Jyväskylän seudulle. Turve sisältää vaihtelevasti mutta keskimäärin vähemmän rikkiä kuin Suomessa käytössä oleva kivihiili tai raskasöljy. Jyväskylän seudulla ei ole raskasta prosessiteollisuutta, kuten öljynjalostusta, kemiallista metsäteollisuutta, metallien perusteollisuutta tai rikkihapon valmistusta, joista voisi päästä ilmaan huomattavia määriä rikkiyhdisteitä. Jyväskylän ilmaan kuitenkin kulkeutuu rikkiyhdisteitä päästöistä muualta ja luonnollisista lähteistä, mutta seudulle muualta kulkeutuneet rikkiyhdisteet näkyvät lähinnä keskimääräisissä taustapitoisuuksissa, eivätkä ne aiheuta pitoisuushuippuja. Typenoksidit (NO x ) ja typpidioksidi (NO 2 ) Typellä on useita erilaisia oksideja. Tässä raportissa NO x :llä eli typenoksideilla (yhteenkirjoitettuna) tarkoitetaan typpimonoksidin (NO) ja typpidioksidin (NO 2 ) yhteismäärää. Typenoksideihin ei kuulu esim. typpioksiduuli (N 2 O), joka on inertti yhdiste, eikä sillä ole merkitystä paikallisesti ilman pilaantumisessa. NO x :n massa ja massapitoisuus ilmoitetaan päästö- ja ilmanlaatutiedoissa yleensä typpidioksidiksi muutettuna eli typpidioksidin määrään lisätään typpimonoksidin määrä, jonka on kerrottu typpidioksidin ja -monoksidin moolipainojen suhteella.

16 14 Typenoksideja syntyy palamisessa, joten energiantuotanto ja liikenne ovat tärkeimmät päästölähteet niin Jyväskylässä kuin muuallakin maailmassa. Päästöissä typenoksidit ovat pääasiassa typpimonoksidia. Ilmakehässä suurin osa typpimonoksidista hapettuu nopeasti dioksidiksi, jos otsonia on läsnä. Typpimonoksidin ja otsonin välistä reaktiota käytetään hyväksi typenoksidipitoisuuden mittauksessa: O 3 + NO -> O 2 + NO 2 * -> O 2 + NO 2 + hv Jyväskylän seudulla typenoksideja mitataan kemiluminesenssiin perustuvalla menetelmällä. Menetelmässä koronapurkauksella muodostettu otsoni reagoi mittauskammiossa typpimonoksidin kanssa, jolloin syntyy virittyneitä typpidioksidimolekyylejä (NO 2 *). Viritystilojen purkautuessa emittoituu luminesenssisäteilyä (hv), jonka intensiteetti mita-taan valomonistinputken avulla. Säteilyn intensiteetti on verrannollinen näytteen alkupe-räiseen typpimonoksidipitoisuuteen. Typenoksidien yhteispitoisuuden määrittämiseksi osa näytteestä johdetaan ennen mittausta konvertteriin, jossa typpidioksidi pelkistetään monoksidiksi. Typpidioksidin määrä lasketaan vähentämällä konvertterin läpi kulkeneen näytteen mittaustuloksesta konvertterin ohi kulkeneen näytteen mittaustulos. Typpidiok-sidin konvertointiaste tarkistettiin laimennetulla kaasulla johtaen typpimonoksidia laimentimeen suoraan kaasupullosta ja vuodesta 2005 lähtien kaasufaasititrauksella. Typpimonoksidi siis muuttuu ilmakehässä nopeasti typpidioksidiksi, joka puolestaan poistuu ilmakehästä keskimäärin tuntien tai muutaman vuorokauden kuluessa. Lyhytikäisyydestään huolimatta typpidioksidi on keskeinen haitta-aine ilmassa. Typpidioksidi on, kuten rikkidioksidikin, hapan myrkky ja sillä on samantapaisia haittavaikutuksia luonnon toiminnoille ja ihmisen terveydelle kuin rikkidioksidilla. Se myös lisää korroosiota ja happamoitumista. Melko niukkaliukoisena se pääsee tunkeutumaan keuhkoihin, ja sille asetetut ohjearvot ovat tiukemmat kuin rikkidioksidin ohjearvot. Typenoksidien päästöistä syntyvä laskeuma toimii typpiravinteena ja se voi rehevöittää maa- ja vesiekosysteemejä. Typpimonoksidin merkitys on sen sijaan vähäinen eikä se ole ilmansuojelullisesti kiinnostava muuten kuin lähinnä typpidioksidin lähteenä ja otsonin nieluna.

17 15 Typpidioksidia pääsee ilmaan samoista polttoprosessista kuin muitakin typen oksideja, mutta tärkein ihmistoiminnasta aiheutuva typpidioksidin lähde ei ole suorat päästöt vaan typpimonoksidipäästöjen muuttuminen ilmakehässä typpidioksidiksi edellä kuvatulla tavalla. Savukaasujen typenoksideista valtaosa on melko haitatonta typpimonoksidia, mutta senkin päästöä pyritään rajoittamaan, kun torjutaan siitä ilmassa muodostuvan typpidioksidin haittavaikutuksia. Suomalaisessa ilmansuojelupolitiikassa typenoksidien päästöjä tarkastellaan kokonaisuutena eikä typpimonoksidin tai -dioksidin osuuksia yleensä erotella. Tämä erottelu on kuitenkin tarpeen taajamailman laatua hallittaessa. Otsoni (O 3 ) Otsoni on toinen hapen yleinen allotroopinen muoto. Tavallisessa happimolekyylissä on kaksi atomia (O 2 ), mutta otsonissa atomeja on kolme (O 3 ). Kuten kaikki kaasumolekyylit, joissa on vähintään kolme atomia, otsoni imee lämpösäteilyä ja toimii näin ollen maailmanlaajuisiin ilmastomuutoksiin vaikuttavana kasvihuonekaasuna. Otsonia syntyy yläilmakehässä, kun auringon lyhytaaltoinen säteily hajottaa O 2 -molekyylejä, ja sitä varastoituu stratosfääriin. Otsonia on eniten n. 20 km:n korkeudessa nk. otsonikerroksessa. Näkyvää valoa otsoni ei absorboi, sehän on lähes väritön kaasu. Otsoni absorboi kuitenkin vaarallista UV-B-säteilyä ja se suojelee elämää tältä polttavalta auringonsäteilyltä, mutta alailmakehässä se on myrkyllinen haitta-aine. Otsonin kykyä absorboida UVsäteilyä käytetään hyväksi otsonipitoisuuden mittaamisessa. Jyväskylässä käytetään yleisintä otsonipitoisuuden jatkuvatoimista mittausmenetelmää, jossa mitataan otsonin absorboiman UV-säteilyn (254 nm) määrä. Mittauksessa kyvettiin ohjataan vuorotellen varsinaista näytettä ja vertailunäytettä, josta otsoni on pelkistetty katalyyttisesti pois. Kyvetin poikki kulkevan säteilyn määrä mitataan ja absorptioiden erotuksesta lasketaan otsonipitoisuus Lambert-Beerin lain mukaisesti. Myös jotkut ilman muut epäpuhtaudet, lähinnä kevyet hiilivedyt, absorboivat otsonin ohella ko. UV-säteilyä, ja voivat muuttua katalyyttikäsittelyssä, jolloin säteilyn absorptio voi pienentyä vertailunäytteessä enemmän kuin pelkän otsonin poistumisen seurauksena. Tämän takia otsonipitoisuuden mittaustulos voi olla liian suuri, varsinkin tilanteissa, joissa ilmassa on paljon pakokaasuista peräisin olevia hiilivetyjä.

18 16 Otsoni on molekyylirakenteeltaan paljon heikompi kuin kaksiatominen happi. Se luovuttaa kemiallisissa reaktioissa yhden happiatomeistaan helposti ja näin toimii voimakkaana hapettimena. Voimakkaana hapettimena otsoni on terveydelle haitallinen ja aiheuttaa lyhytaikaisessa altistuksessa mm. limakalvojen ärsytystä ja hengenahdistusta. Pitkäaikainen otsonialtistus rappeuttaa keuhkokudoksia. Myös kasvillisuus vaurioituu herkästi otsonipitoisuuden kohotessa alailmakehässä. Hapettava otsoni turmelee erilaisia materiaaleja, otsoni haurastuttaa erityisesti kemiallisia kaksoissidoksia sisältävää kumia. Ihmiskunta on sekä lisännyt että vähentänyt otsonin määrää ilmakehässä. Huolta on aiheuttanut elämää suojelevan stratosfäärin otsonikerroksen heikkeneminen kemikaalipäästöjen takia, toisaalta otsonipitoisuuden kohoaminen alailmakehässä on merkittävä ilmansuojelullinen ongelma. Merkittäviä otsonipäästöjä ei ole, vaan ilmakehän tärkeimmät otsonilähteet ja myös nielut ovat ilmakemialliset reaktiot, joihin ihmiskunta erilaisilla päästöillään vaikuttaa. Otsonia syntyy alailmakehässä, kun aurinkoisella säällä säteily hajottaa typpidioksidia ja vapauttaa happiradikaaleja (O ): NO 2 + hv -> NO + O. O. + O 2 -> O 3. Typpidioksidin hajotessa syntynyt typpimonoksidi voi kuitenkin hävittää syntynyttä otsonia, kun se reagoi otsonin kanssa muodostaen jälleen typpidioksidia. Typpimonoksidi voi hapettua dioksidiksi ilman, että otsonia häviää, jos ilmassa on samanaikaisesti muita epäpuhtauksia, erityisesti orgaanisia yhdisteitä, jotka muodostavat typpimonoksidia hapettavia yhdisteitä. Tällöin otsonia kertyy ilmaan ja muodostuu nk. valokemiallista savusumua. Maanpinnan läheisyyteen voi siis muodostua kohonneita otsonipitoisuuksia, kun saastuneessa ilmassa on runsaasti typenoksideja ja muita, erityisesti autojen pakokaasuista peräisin olevia, epäpuhtauksia. Lisäksi valokemiallisen savusumun syntyminen edellyttää voimakasta auringonsäteilyä. Suomessa säteilyn määrä ei edes kesällä riitä synnyttämään paikallisesti valokemiallista savusumua. Suomeen otsoni kulkeutuu pääosin muu-

19 17 alta joko ylempää ilmakehästä tai loppukeväisin tai kesäisin etelästä epäpuhtauksia sisältävien ilmamassojen mukana. Euroopassa mitataan melko yleisesti kesäisin haitallisen korkeita otsonipitoisuuksia ja suuria otsonimääriä kulkeutuu ilmamassojen mukana maasta toiseen. Niinpä EU:ssa on asetettu tavoitteita typenoksidien ja orgaanisten yhdisteiden päästöjen rajoittamiselle erityisesti otsoniongelman takia. Vaikkei Suomessa otsonin paikallinen muodostuminen liene ongelma, on laaja-alainen otsonia synnyttävien päästöjen rajoittaminen Euroopassa Suomellekin tärkeää kaukokulkeutumisen takia. Suomessa otsonipitoisuuden kannalta paikalliset otsoninielut ovat paikallisia lähteitä tärkeämmät. Voimakkaana hapettimena otsoni reagoi pintojen ja ilmassa olevien epäpuhtauksien kanssa helposti. Niinpä maanpinta ja pilaantunut ilma toimivat Suomessa otsonin nieluina ja ilman otsonipitoisuus pienenee maanpintaa lähestyttäessä. Luontaisesti otsonia on aina ilmassa kohtalaisesti, mutta runsaasti pakokaasujen sisältävästä taajamailmasta se saattaa kadota lähes kokonaan. Taajamissa erityisesti typpimonoksidi hävittää otsonia, jolloin typpimonoksidista muodostuu hävinnyt otsonia vastaava määrä typpidioksidia. Onneksi talvisin otsonia ilmassa luontaisesti vähemmän kuin muulloin, koska muutoin typpidioksidipitoisuudet kohoisivat talvisessa kaupunki-ilmassa nykyistä suuremmiksi. Otsonia voi pitää paradoksaalisesti suomalaisen taajamailman puhtauden indikaattorina. Vaikka otsonialtistus on suurempaa Suomessa kaupunkien ulkopuolella kuin kaupungeissa, on otsonin merkitys taajamailmanlaadulle huomattava. Typpimonoksidin hapettuminen otsonin vaikutuksesta lienee tärkein haitallisen typpidioksidin lähde. Näin ollen muualta taajamailmaan sekoittuva otsoni säätelee keskeisesti ilmanlaatua heikentävän typpidioksidin määrää ja otsonipitoisuuden mittaaminen kaupungin keskustan ulkopuolella auttaa ymmärtämään myös keskustan ilmanlaatua. Hiilimonoksidi (CO) eli häkä Jyväskylässä hiilimonoksidi mitataan, kuten muuallakin Suomessa, ei-dispersiivisellä IR-menetelmällä. Menetelmä perustuu hiilimonoksidin absorboiman infrapunasäteilyn

20 18 mittaamiseen. Absorption voimakkuus on verrannollinen Lambert-Beer-lain mukaisesti näytteen hiilimonoksidipitoisuuteen. Hiilimonoksidianalysaattori kalibroidaan laimentamalla väkevää kaasua. Hiilimonoksidi on myrkyllistä, sillä se sitoutuu veren hemoglobiiniin parisataa kertaa tehokkaammin kuin happi. Hengitysilman häkä on erityisen haitallista hengityselin sairaille sekä sydän- ja verisuonitautisille, joiden elimistön hapensaanti on muutenkin vaikeutunut. Häkäaltistus voi aiheuttaa keskittymisvaikeuksia, päänsärkyä ja pahoinvointia myös terveille ihmisille. Hiilimonoksidin tekee mielenkiintoiseksi myös se, että aine osallistuu valokemialliseen otsoninmuodostukseen ja voi hidastaa merkittävän kasvihuonekaasun, metaanin, hapettumista ja näin vaikuttaa maailmanlaajuisiin ilmastonmuutoksiin. Hiilimonoksidipäästöt ovat suuremmat kuin typenoksidien ja rikkidioksidin päästöt. Sen myrkyllisyys ja muut haittavaikutukset ovat kuitenkin pienemmät. Häkää pääsee ilmaan savu- ja pakokaasujen mukana, kun palaminen on epätäydellistä. Voimaloissa ja suurissa lämpökeskuksissa palaminen on tehokasta, jolloin häkää muodostuu vähän suhteessa tuotannon määrään, eikä korkeista piipuista purkaantuvat savukaasut juuri vaikuta taajamailman häkäpitoisuuteen maanpinnan tasolla. Energiantuotannon ja tieliikenteen hiilimonoksidipäästöt ovat kokonaisuutena Suomessa samaa suuruusluokkaa. Erityisesti bensiinimoottorit tuottavat häkäpäästöjä. Yleensä uusista ja hyvin säädetyistä autoista pääsee hiilimonoksidia vähemmän ilmaan kuin vanhoista. Toimintakuntoiset katalysaattorit poistavat pakokaasuista tehokkaasti häkää, sopivissa olosuhteissa jopa yli 90 %:sti. Myös liikenteen sujuvuus ja nopeudet, joutokäynnin määrä sekä moottorien ja katalyyttien lämpötila vaikuttavat päästöihin. Autokannan uusiutuessa ja polttoaineen laadun parantuessa ovat liikenteen hiilimonoksidipäästöt Suomessa merkittävästi pienentyneet, vaikka liikennemäärät ovat kasvaneet, Liikenteen päästöjen osuus hiilimonoksidipäästöistä on kuitenkin edelleen keskeinen ja suomalaisessa kaupunkiympäristössä liikenteen päästön osuus hengitysilman hiilimonoksidissa on vallitseva matalan päästökorkeuden takia. On huomattava, että myös erilaiset työkoneet ruohonleikkureista traktoreihin tuottavat häkäpäästöjä matalalta.

21 Työkoneiden hiilimonoksidipäästön Suomessa on laskettu olevan n. 80 kt/a (TYKO 2007), mikä on lähes 40% lasketuista tieliikenteen häkäpäästöistä (LIISA 2007). 19 Tieliikenteen päästöjen pienentyessä tarve ilman häkäpitoisuuden tarkkailuun on vähentynyt. Hiilimonoksidi ilmentää kuitenkin hyvin pakokaasusaastutusta, joten sen mittaaminen auttaa selvittämään pakokaasujen yleistä vaikutusta ilmanlaatuun. Tosin päästöjen pienentyessä hiilimonoksidin merkitys tieliikenteen merkkiaineena on vähentynyt. Leijuvat hiukkaset (TSP, PM 10 ja PM 2,5 ) Hiukkaspitoisuudet ovat perinteisesti ilmentäneet ilman likaisuutta. Ilmassa leijuvat hiukkaset, kiinteät ja pisarat, ovat myös osoittautuneet kaupunki-ilman keskeisimmiksi epäpuhtauksiksi terveysvaikutusten kannalta. Niinpä hiukkaspitoisuuksien normitukseen, tarkkailuun ja mittaustekniikkaan on kiinnitetty 1990-luvulta lähtien erityisen paljon huomiota. Ilmassa leijuvat hiukkaset voidaan jakaa karkeasti alkuperänsä perusteella kahteen luokkaan: mekaanisesti ilmaan siirtyneisiin hiukkasiin ja kaasuista muodostuneisiin hiukkasiin. Hiukkasia siirtyy ilmakehään tyypillisesti maapinnan, tien tai varastokasan pölytessä ja polttoaineen tuhkan kulkeutuessa savukaasun mukana. Kaasuista tiivistyy hiukkasia esimerkiksi epätäydellisessä nokeavassa palamisessa, tai kun savukaasujen jäähtyessä kuumuudessa haihtuneet aineet tiivistyvät. Suuri osa ilman hiukkasista syntyy vasta ilmakehässä kaasumaisista päästöistä, kun esimerkiksi rikkidioksidi hapettuu sulfaattihiukkasiksi ja rikkihappopisaroiksi. Tällaisia ilmakehässä syntyviä hiukkasia kutsutaan sekundäärihiukkasiksi ja niitä tuottavia päästöjä sekundäärisiksi hiukkaspäästöiksi. Puista haihtuu aineita, joista muodostuu ilmassa hiukkasia. Niinpä metsät on globaalisti merkittävä hiukkaslähde kesäisin. Jyväskylässä, kuten tyypillisesti muissakin suomalaisissa kaupungeissa, karkeimmat hiukkaset ovat pääasiassa tiepölyä. Eniten tiepölyä on ilmassa keväisin teiden sulettua ja kuivuttua. Keskitetyssä energiantuotannossa ja teollisuudessa hiukkaset poistetaan prosessikaasuista tehokkaasti ja päästöt kohoavat vain häiriötilanteissa. Häiriötilanteiden

22 20 vaikutus paljastuu ilmanlaadun mittauksissa vain sattumanvaraisesti. Kiinteän raaka- ja polttoaineen varastointi ja käsittely voi pölytä lähiympäristöön. Pienet hiukkaset Jyväskylän ilmassa ovat todennäköisimmin peräisin poltosta. Niissä on pakokaasujen ja lämmityskattiloiden nokea. Puun, turpeen ja roskien pienpoltto tuottaa ilmaan sekä pieniä nokihiukkasia että karkeaa tuhkaa. Teiden pölyämisen ohella pienpoltto on yksi merkittävimmistä ilmansuojeluongelmista Suomessa. Hiukkasnäytteen kokojakauma muuttuu, kun siirrytään etäämmälle päästölähteestä, esimerkiksi tiestä. Suurimpien hiukkasten osuus vähenee, kun ne laskeutuvat ilmasta maahan ja kasvillisuuden pinnalle. Myös pienimpien hiukkasten osuus pienenee, koska pienet hiukkaset törmäävät toisiinsa. Pienten hiukkasten kokoa kasvattaa myös kaasujen tiivistyminen niihin. Näin yleensä yhden mikrometrin kokoluokassa olevat hiukkaset ovat vallitsevia, kun etäännytään päästölähteistä ja tätä hiukkasten kokoluokkaa kutsutaankin kertymämoodiksi. Suomen kaupungeissa kertymähiukkaset ovat pääasiassa kulkeutuneet muualta, esim. Venäjän ja Baltian metsäpaloista ja kulotuksista ja/tai syntyneet ilmakemiallisesti kontaminoituneessa ilmamassassa. Kertymähiukkasten kokoluokan hiukkasia on vaikeampaa poistaa savukaasuista kuin karkeita hiukkasia, joten pistelähteiden hiukkaspäästöjen vaikutus voi näkyä juuri kertymähiukkasten kokoluokassa. Syntytapa on ratkaiseva hiukkasten kokoluokan ja kemiallisen koostumuksen kannalta. Mekaaniset ilmiöt tuottavat ilmaan karkeita hiukkasia, joiden halkaisija on useita tai useita kymmeniä mikrometrejä. Nämä hiukkaset koostuvat pääasiassa mineraaleista, meren läheisyydessä myös suolasta ja ajoittain siitepölystä ja muista bioaerosolihiukkasista. Kaasuista tiivistyneet hiukkaset ovat puolestaan hienoja hiukkasia eli pienhiukkasia, ja niiden halkaisija on alle 2,5 mikrometriä, tavallisimmin mikrometri tai alle. Pienet hiukkaset voivat koostua noesta ja orgaanisia yhdisteistä tai niissä voi olla runsaasti epäorgaanisia rikki- tai typpiyhdisteitä. Hienot ja karkeat hiukkaset poikkeavat toisistaan haittavaikutusten osalta. Ilmanlaadun kannalta on erityisesti kiinnitetty huomiota hiukkasten koosta riippuvaan taipumukseen

23 21 kulkeutua keuhkoihin. Karkeimmat hiukkaset jäävät hengitettäessä ylempiin hengitysteihin eivätkä pääse keuhkoihin asti. Terveysvaikutusten hallitsemiseksi leijuvien hiukkasten kokonaismäärää eli kokonaisleijumaa (TSP=Total Suspended Particulates, engl.) mittaamista on täydennetty tai kor-vattu hengitettävien hiukkasten pitoisuusmittauksilla. Näissä nk. PM 10 -mittauksissa käy-tetään esierottimia, joissa karkeimmat hiukkaset poistetaan siten, että erotusaste aerody-naamiselta halkaisijaltaan kymmenen mikrometrin hiukkasilla on 50%. Tätä suuremmat hiukkaset erottuvat vielä tehokkaammin ja suurimmat jopa täydellisesti. TSPmittaukset eivät kuitenkaan ole menettäneet täysin merkitystään, sillä myös sellaisilla hiukkasilla, jotka eivät pääse keuhkoihin asti, on terveys- ja viihtyisyysvaikutuksia sekä likaavuutta. Ne esimerkiksi pistelevät silmissä, narskuvat hampaissa ja kuljettavat epäpuhtauksia ruonsulatuskanavaan sekä likaavat pyykkejä ja turmelevat pintoja. Hengitettävien hiukkasten kokorajan on siis katsottu olevan kymmenen mikrometriä, jolloin hengitettävien hiukkasten joukossa ovat pienhiukkasten lisäksi pienimmät karkeimmat hiukkaset. Terveysvaikutusten kannalta ratkaisevinta on se kuinka syvälle keuhkoihin hiukkaset pääsevät ja millainen on niiden kemiallinen luonne ja fyysinen muoto. PM 10 :ä paremmin pienhiukkasten terveysvaikutuksia kuvaavana pidetään PM 2,5 pitoisuutta, jossa esierottimen katkaisuraja (50 %:n erotusaste) on siirretty 2,5 µm:iin. Teknisesti PM 2,5 :n mittaaminen rutiinitarkkailussa on ollut haasteellista. Ilmanlaatunormit hiukkasten osalta on asetettu edellä kuvatuttujen hiukkasjakeiden massapitoisuuksille. Näiden jakeiden koostumusta ja hiukkaskoon massajakaumaa on havainnollistettu kuvassa 2.1. Kaupunki-ilman leijuvien hiukkasten massasta suurin osa muodostuu karkeista hiukkasista varsinkin teiden ja maanpinnan pölyämisen aikoihin. Tuolloin myös hengitettävät hiukkaset eli PM 10 -jae koostuu pääasiassa tiepölystä mutta vielä myös PM 2,5 :ssä näkyy karkeiden hiukkasten vaikutus. Muina aikoina kaukokulkeuma ja paikalliset savu- ja pakokaasupäästöt vallitsevat PM 2,5 -pitoisuuksissa.

24 22 Kuva 2.1. Samasta hypoteettisesta ilmanäytteestä kerätyn kokonaisleijuman (TSP), PM 10 :n ja PM 2,5 :n hiukkaskokojakauma massapitoisuuden suhteen (kaupunkiolosuhteissa) ja hiukkasten koostumus. Huom. logaritmiset akselit. Ilmassa leijuvien hiukkasten massapitoisuutta mitataan yleensä suodattamalla ilmanäytettä ja mittaamalla suodattimen massanmuutos. Jyväskylässä on käytössä kaksi erilaista hiukkaspitoisuuden mittausmenetelmää. Toinen menetelmä on manuaalinen ja sen avulla kerätään leijuvien hiukkasten vuorokausinäytteitä (TSP). Toinen menetelmä on jatkuvatoiminen, ja siinä karkeimmat hiukkaset poistetaan näytteestä esierottimella (PM 10 ja PM 2,5. Kokonaisleijumaa eli TSP:a mitataan Jyväskylässä SFS-3863-standardin mukaisesti nk. tehokeräysmenetelmällä (manuaalinen menetelmä). Menetelmässä imetään vuorokauden aikana n m 3 näyteilmaa suodattimen läpi. Jyväskylässä näytteitä kerätään suunnilleen joka kolmas päivä. Suodattimelle kerääntynyt hiukkasmassa määritetään punnitsemalla suodatin ennen ja jälkeen näytteen keräyksen. Hiukkasten massapitoisuus lasketaan jakamalla suodattimen massalisäys imetyn ilman määrällä. Suodattimelle jäävät sekä hienot että karkeat hiukkaset halkaisijaltaan kolmesta neljäänkymmeneen mikrometriin asti. Jyväskylässä oli molemmilla mittausasemilla TEOM 1400-analysaattorit. Menetelmässä ilma imetään vakiovirtauksella 16,7 l/min PM 10 -esierottimen läpi. Tästä erotetaan isokineettisesti näytevirtaukseksi 3,0 l/min, joka menee värähtelevän keraamisen sauvan

25 päässä olevan suodattimen läpi. Suodattimeen kertyvä hiukkasmassa muuttaa sauvan värähtelytaajuutta, jonka muutosta mittaan. 23 PM 10 -mittausten rinnalla aloitettiin vuonna 2010 kokeiluluonteisesti PM 2,5 -mittaukset keskustan mittausasemalla. Aluksi käytettiin edellä kuvatunlaista PM 10 -analysaattoria, johon oli vaihdettu PM 2,5 -esierotin. Vuodesta 2011 lähtien on PM 2,5 -mittauksia jatkettu uudella TEOM 1405D-merkkisellä laitteella, jossa on erilliset värähtelijäsuodattimet kummallekin hiukkaskokofraktiolle. Uudessa laitteessa hiukkasten kokoerottelu alle 2,5 µm ja 2,5-10 µm tehdään nk. virtuaali-impaktorin avulla. Siinä näytevirtaus jaetaan siten, että päävirtauksen mukana (1,67 l/min) menevä osa sisältää 2,5-10 µm:n hiukkaset ja taipuvan virtauksen (3,0 l/min) mukana kulkeutuvat alle 2,5 µm:n hiukkaset. Erottelu tapahtuu hitausvoimien avulla. Lisäerottimien takia PM 2,5 :n mittauskorkeus on ollut metrin suurempi kuin pelkissä PM 10 :n mittauksissa. 2.4 Säänmittaus ja sääparametrit Päästöjen ohella säätila vaikuttaa olennaisesti ilmanlaatuun. Tuulensuunta ratkaisee, mihin suuntaan päästöt leviävät, ja tuulennopeus puolestaan vaikuttaa siihen, miten tehokkaasti päästöt laimenevat. Laimenemisen teho riippuu myös alailmakehän lämpötilarakenteesta eli maanpinnan lähellä olevien ilmakerrosten termisestä stabiiliudesta. Stabiilius puolestaan riippuu lähinnä tuulennopeudesta ja säteilytaseesta, johon vaikuttaa pilvisyys ja auringon säteilykulma. Säteilyolot vaikuttavat myös ilman epäpuhtauksien kemiaan. Sade ja haihdunta vaikuttavat puolestaan maanpinnan kosteuteen ja sitä kautta pintojen pölyämiseen ja ilman hiukkaspitoisuuteen. Säätietojen avulla voidaan selittää ilmanlaadun vaihtelua ja siihen vaikuttavia tekijöitä. Niinpä ilmanlaadun mittausjärjestelmiin liitetään usein säämittauksia, joiden tuottamia tuloksia voidaan käyttää hyväksi ilmanlaadun mittaustulosten analyysissä. Jyväskylän ilmanlaadun mittausjärjestelmään liitetty sääasema sijaitsee Pupuhuhdassa n. 30 m korkean mäen päällä koulurakennuksessa kerrostaloalueen kupeessa. Kaksikerroksisen rakennuksen katolla on n. 6 m:n korkuinen masto, jossa on tuulimittari. Mittauskorkeus on runsaat 10 m maanpinnasta. Mäntymetsän reuna on n. 30 m:n päässä. Korkeimpien

26 24 puiden latvat ulottuvat tuulimittaria korkeammalla. Etäisyys lähimpiin kerrostaloihin on yli 100 m. Mittausaseman sijainti on merkitty liitteisiin 1 ja 5. Pupuhuhdan mittausasemalla lämpötilaa ja ilman suhteellista kosteutta on mitattu jatkuvatoimisesti vuoden 1988 puolivälistä lähtien ja tuulensuuntaa ja -nopeutta vuoden 1989 alusta lähtien Vaisala Oy:n toimittamilla laitteilla. Mittausasema uusittiin vuonna 2003, jolloin otettiin käyttöön Davis Vantage Pro Plus 6161C tyyppinen sääasema. Tällöin mittausparametrien valikoima laajeni ilmanpaineen, sädemäärän sekä auringon kokonaissäteilyn ja UV-säteilyn määrän mittauksilla. Mittausaseman uusimisen jälkeen sääparametrien mittaustulokset käsitellään erikseen eikä säähavainnointi ole enää yhteyksissä automaattiseen ilmanlaadun mittauksen ohjausjärjestelmään. Säätiedot liitetään ilmanlaadun mittaustietojen käsittelyyn jälkikäteen. Pupuhuhdan sääaseman mittaustulokset tallennetaan tuntikeskiarvoina paitsi tuulensuunnan osalta, josta talletetaan tunnin aikana vallinnut suuntasektori (16 sektoria). Ilmanpainetta ja lämpötilaa mitataan myös keskustan mittausasemalla PM 10 -mittalaitteeseen liitetyillä antureilla. Lisäksi mitataan lämpötilaa mittauskoppien sisällä. Ilmanlaadun mittausasemilla tuotettu lämpötilaa ja painetta koskeva mittaustieto käsitellään ilmanlaadun mittaustietojen kanssa samassa järjestelmässä. Alimman ilmakerroksen sekoittuvuutta, stabiiliutta, voidaan arvioida vertaamalla Pupuhuhdan mäellä ja alempana keskustassa mitattuja lämpötiloja. Alin ilmakerros on termisesti stabiili, kun keskustassa on kylmempää kuin Pupuhuhdassa. Tällöin vallitsee lämpötilan maanpinta-inversio, jolloin ilman pystysuuntainen sekoittuvuus on huono, ja matalalta tapahtuvat päästöt, kuten pakokaasupäästöt, pilaavat ilmaa. Toisaalta mikäli lämpötila on paljon korkeampi keskustassa kuin ylhäällä Pupuhuhdan mäellä, alin ilmakerros on termisesti labiili ja sekoittuu voimakkaasti pystysuunnassa. Ilmapyörteet voivat näin tuoda pistelähteiden savuvanat hetkellisesti maanpinnan läheisyyteen ja aiheuttaa korkeita hetkellispitoisuuksia. Kuvassa 2.2 on esitetty ko. lämpötilaeron keskimääräinen riippuvuus tuulennopeudesta ja auringon säteilyn intensiteetistä. Kuvasta voi havaita, että inversio on yleensä voimakkaimmillaan eli keskustan lämpötila on alimmillaan suhteessa Pupuhuhdan mäen

27 25 lämpötilaan, kun on tyyntä eikä aurinko paista. Tällainen tilanne on tyypillisesti kirkkaina öinä ja aamuina ennen auringonnousua. Tilanne on voimakkaan labiili (keskustassa on paljon lämpimämpää kuin Pupuhuhdan mäellä), kun on tyyntä ja auringon säteily on voimakasta loppukevään ja kesän kirkkaina päivinä. Kuva 2.2. Keskimääräinen lämpötilaero (yksikössä o C) keskustan ja Pupuhuhdan mäen välillä tuulennopeuden ja auringonsäteilyn intensiteetin funktiona. Tuulennopeus ja auringon säteily on mitattu Pupuhuhdan mäellä. Mittaustulokset ovat vuosilta Kuvassa 2.3 on esitetty tarkastelujakson mittausaineistosta lasketut em. lämpötilaeron perusteella määritetyt stabiilien ja labiilien esiintymisfrekvenssit vuodenajan ja kellonajan funktioina. Stabiileja tilanteita ilmeni usein joulukuun lopulla kaikkina vuorokauden aikoina, koska pimeimpänä aikana ilman sekoittumista edistävää auringon säteilyä oli vähän. Stabiilitilanne oli yleinen aamuruuhkan aikaan erityisesti helmikuun lopulla. Tällöin stabiileja tilanteita ilmeni myös runsaasti iltapäiväruuhkien aikaan. Kesäaikaan siirtyminen lisää aamuruuhkan aikaisten stabiilien tilanteiden määrää huhtikuussa ja näin heikentää ilmanlaatua. Labiilit tilanteet olivat vallitsevia alkuiltapäivisin keväällä ja kesällä. Korkeiden pistepäästöjen merkityksen ilmanlaatuun voi olettaa olleen suurimmillaan huhtikuussa, jolloin energiantuotantoa oli vielä runsaasti ja ilmakehän pintakerros päivisin hyvin sekoittuvaa.

28 26 Kuva 2.3. Stabiilien (ylempänä, keskustassa vähintään 0,5 o C kylmempää kuin Pupuhuhdassa) ja labiilien (alempana, keskustassa vähintään 1 o C lämpimämpää kuin Pupuhuhdassa) prosentuaalinen esiintyminen (%) eri vuoden ja vuorokauden aikoina vuosina Ruudukko on tunti/viikko-jaotuksella. Kaupunkien keskustoissa lievästi labiilit tilanteet ovat vallitsevia, koska keskustassa lämpötila on keskimäärin asteen parin korkeampi kuin taajamaa ympäröivillä alueilla nk. lämpösaarekeilmiön takia. Tämän merkitys korostuu erityisesti talvella, kun lämpöä karkaa rakennuksista. Tällöin maanpintaa lähellä olevan ilmakerroksen jäähtyminen ja stabiloituminen on vähäisempää keskustassa kuin sitä ympäröivillä alueilla. Yleisesti ottaen Pupuhuhdan mäen ja keskustan lämpötilatietojen vertaaminen yliarvioi labiilien tilanteiden määrää ja aliarvio stabiilien tilanteiden määrää keskustan ulkopuolella. On

29 27 otettava myös huomioon, että Pupuhuhdassakaan lämpötilamittaus ei ulotu kovin korkealle, jolloin näiden kahden mittauspisteen lämpötilaerot eivät paljasta ylempänä olevia mahdollisia stabiileja kerroksia, joilla voi olla vaikutuksia epäpuhtauksien laimenemiseen. 3 Ilmanlaadun mittaustulokset suhteessa ohjausarvoihin Ilmanlaadun mittaustulosten tuntikeskiarvoja syntyy Jyväskylässä vuosittain kymmeniä tuhansia. Tuloksista on laskettava tunnuslukuja, jotta mitattua ilmanlaatua voidaan havainnollistaa ja vertailla. Tunnuslukuna käytetään esimerkiksi pitoisuuden vuosikeskiarvoa tai mediaania, kun kuvataan keskimääräistä ilmanlaatua. Virallisia mittaustuloksia vertaillaan erilaisiin säädöksissä määriteltyihin ilmanlaadun ohjausarvoihin, joita ovat ohjearvot, kynnysarvot ja raja-arvot sekä tavoitearvot. Ilmanlaadun tunnusluvut määritellään ohjausarvoja koskevissa asetuksissa. Mittaustuloksia voidaan vertailla myös aiempiin mittaustuloksiin, jolloin käytetään ilmanlaadun trendejä kuvaavia tunnuslukujen aikasarjoja. Mittauspaikan tai -menetelmien vaihdokset rajoittavat aikasarjatarkasteluja ja katkaisevat trendien vertailukelpoisuuden. Erityisen varovainen on oltava vertailtaessa eri paikkakuntien ilmanlaatua mittaustulosten kautta. Ilmanlaadun mittaustulosten edustavuuteen vaikuttaa mittauspaikan ja menetelmien ohella mittausaineiston ajallinen kattavuus. Esimerkiksi Valtioneuvoston asetuksen (2011) mukaan jatkuvatoimisten mittausten osalta puuttuvaa aineistoa ei saa olla yli 25 % teoreettisesta määrästä eikä aineistoa saa puuttua paljon ajallisesti yhtenäisiltä jaksoilta. Ajallisen edustavuuden kannalta olennaista ei ole ainoastaan puuttuvan aineiston määrä vaan myös se, miten tasaisesti puuttuva-aineisto on jakaantunut niin vuoden- kuin vuorokaudenaikojen tai viikonpäivien suhteen.

30 3.1 Mittausaineiston määrä ja ajallinen edustavuus 28 Tämän raportin perusaineistona ovat olleet yhdeksällä rinnakkain toimivalla analysaattorilla mitatut epäpuhtauspitoisuuksien tuntikeskiarvot. Tunnin ajalta oli oltava vähintään 75 % hetkellismittaustuloksia, jotta tuntikeskiarvo hyväksyttiin aineistoon. Laitteistojen huolto- ja kalibrointien ajoilta puuttui aineistoa. Puuttuvan aineiston määrään vaikuttaa olennaisesti analysaattorien kunto ja siihen liittyvä huollon tarve. Aineistosta poistettiin mittaustuloksia, jos aineiston editoinnissa voitiin todeta mittalaiteen toimineen virheellisesti eikä mittaustuloksia voitu enää jälkikäteen korjata luotettaviksi. Taulukossa 3.1 on tiedot puuttuvien tuntikeskiarvojen prosentuaalisesta osuudesta kuukausittain. Keskustan mittausasemalla mittausaineistoa on varsin kattavasti koko tarkastelujaksolta, ainoastaan yhden kuukauden osalta hiilimonoksidimittauksessa aineistoa on alle ohjearvovertailun edellyttämä 75 %. Hiilimonoksidin pitoisuustasot eivät ole olleet enää pitkään aikaan ohjearvovertailussa kriittisiä. Myös Palokassa aineisto oli puutteellisin hiilimonoksidimittausten osalta. Muitten komponenttienosalta muutamina kuukausina puuttuvaa aineistoa oli yli 25 % paitsi PM 10 :n osalta, jonka aineisto riitti ohjausarvovertailuun kaikkina tarkastelujakson kuukausina. Vain hiilimonoksidin osalta puuttuva aineisto oli jakaantunut mainittavassa määrin epätasaisesti.