Sensorien hyödyntäminen ilmanlaadun seurannassa

Transkriptio

1 Sensorien hyödyntäminen ilmanlaadun seurannassa Jarkko Niemi Ilmansuojeluasiantuntija, FT Ilmanlaadun tutkimusseminaari

2 Ilmanlaadun seurannassa hyödynnettäviä mittaus- ja mallinnusmenetelmiä pääkaupunkiseudulla HSY:n ilmanlaatuasemat - lakisääteistä ilmanlaadun seurantaa (11 kpl) HSY:n supermittausasema - tutkimusyhteistyötä ja uusien laitteiden testaamista Sensorit ja passiivikeräimet - täydentävät mittausten alueellista kattavuutta Tutkimusajoneuvot ja dronet - uutta tutkimustietoa ilmansuojelutyön tueksi Päästö- ja leviämismallit - päästöarvioita ja kaupunkisuunnittelun tukeminen FMI-ENFUSER fuusiomalli - ilmanlaatuennuste ja uusia viestintäpalveluita Uusi kuva Hellén ym. 2017, ACP 2 Tero Pajukallio/HSY

3 Sensorimittauksia T&K-hankkeissa PK-seudulla MMEA ( ) INKA-ILMA/EARK ( ) KAILA: Kaupunkibulevardien ilmanlaatugradientit ( ) HSY Helsingin kaupunki CITYZER: Services for effective decision making and environmental resilience ( ) Ilmatieteen laitos, Tampereen teknillinen yliopisto, Haaga-Helia AMK, Vaisala, Pegasor, Sasken, Emtele, HSY ja CLICK Innovation Tekes / Business Finland HAQT: Helsinki metropolitan Air Quality Testbed ( ) Ilmatieteen laitos, Helsingin yliopisto, Vaisala, Pegasor ja HSY Uudenmaan liitto ja Smart & Clean -säätiö HOPE: Healthy Outdoor Premises for Everyone (11/ )

4 Sensorien rooli ilmanlaadun seurannassa nyt Sensorien hyviä puolia edullisempi hinta ja pieni koko, mutta datan laatu heikompi kuin virallisilla mittausasemilla Sopivat hyvin täydentämään mittausten alueellista kattavuutta Datan laatu ja syvyys Halvat sensorit Viranomaismittausten analysaattorit Keskihintaiset sensorit Tutkimusanalysaattorit 1k 10 k 100 k Hinta Supermittausasema Mäkelänkadulla Mittausasema Tikkurilassa Sensoreita Rekolassa Tutkimusmittauksia - SMEAR III -asema Kumpulassa (HY ja IL) - Mäkelänkadun supermittausasema (HSY) Viranomaistasoisten mittausasemien verkko - HSY:n mittausasemia 11 kpl pk-seudulla (ml. Mäkelänkatu) Keskihintaisten sensorien verkko ja tutkimuskampanjoita - HAQT-hankkeen sensoripaikkoja 15 kpl Halpojen sensorien taso ja rooli? - esim. HOPE- ja MegaSense-hankkeet - paljon mittauspaikkoja

5 Kaupunkibulevardien ilmanlaatugradientit (KAILA) -projektin mittaukset Mäkelänkadulla vuoden ajan Mittaukset Mäkelänkadulla 9/2017 8/2018 Katukuilun leveys 42 ja korkeus 17 m Liikennemäärä ajon./vrk (11 % raskas liikenne) Vaisala AQT420-sensoreita kuudessa mittauspaikassa Kaasumittaukset sähkökemiallisilla kennoilla (NO 2, NO, CO ja O 3 ) Optinen hiukkassensori (PM 10 ja PM 2,5 ) Lopulliset tulokset julkaistaan vuoden 2019 alussa 5

6 Sensoreiden vertailumittaukset Mäkelänkadulla AQT420-sensorien ja referenssianalysaattoreiden välinen vertailu noin 5 viikkoa Mäkelänkadun mittausasemalla ennen tutkimuskampanjan alkua Jokaiselle sensorille määritettiin komponenttikohtaiset (NO 2, CO, PM 10 ) korjausyhtälöt, jotta saadaan mahdollisimman tarkat mittaustulokset Heinä-elokuulle osunut vertailujakso ei optimaalinen, koska pitoisuudet matalia Vertailujakson hiukkaskokojakauma (katupöly) vaikuttaa PM 10 -korjausyhtälöihin AQT420 kesävertailun korrelaatiot (R 2 ) noin 5 viikkoa, puhdas jakso Sensori nro NO 2 CO PM 10 AQT AQT AQT AQT AQT Pitoisuus KA (µg/m 3 ) AQT420 syksyvertailun korrelaatiot (R 2 ) noin 2,5 viikkoa, katupölyä Sensori nro NO 2 CO PM 10 AQT AQT Pitoisuus KA (µg/m 3 )

7 Typpidioksidin vrk-aikaisvaihtelu arkipäivinä Korkeimmat pitoisuudet arkipäivinä ruuhka-aikaan katukuilussa Melko korkeita pitoisuuksia myös ylhäällä kadunpuoleisella seinustalla Rakennuksen takana sisäpihalla pitoisuudet melko matalia, mutta liikenteellä vielä selvästi havaittava vaikutus ilmanlaatuun Typpidioksidi arkipäivinä syys-joulukuussa

8 Pitkistä aikasarjoista pitoisuusgradientteja (%) Aineistoa 5-11 kuukautta alla esitetyissä neljässä eri gradientissa 5 kk 8 kk (34 µg/m 3 ) (38 µg/m 3 ) 10 kk 11 kk (23 µg/m 3 ) (22 µg/m 3 )

9 Typpidioksidin vuosipitoisuusgradientteja passiivikerämillä Passiivikeräimillä mitattiin lähellä maanpintatasoa (3-4 m) kuukausipitoisuuksia ja niistä laskettu vuosikeskiarvo on melko tarkka Pitoisuudet kaupunkitaustapitoisuuden tasolla noin 125 metrin etäisyydellä AQT420 sensori Passiivikeräin pohjakartta:

10 Helsinki metropolitan Air Quality Testbed (HAQT) hankkeessa sensoriverkko /2019 Sensoriverkossa käytetään kahta erilaista sensorityyppiä, jotka täydentävät toistensa mittaustuloksia Vaisalan AQT420 sensoreita 15 kpl Kaasut: NO 2, CO, O 3 ja SO 2 Optinen hiukkassensori: PM 10 ja PM 2,5 Optiset hiukkassensorit mittaavat noin yli nm kokoisia hiukkasia Pegasorin AQ TM Urban sensoreita 10 kpl Sähköinen hiukkassensori (diffuusiovaraaja) mittaa erityisesti noin nm kokoluokan hiukkasia Sopii hyvin liikenteen pakokaasujen hiukkasten ja puunpolton päästöjen hiukkasten seurantaan Mittaa hiukkasten keuhkodeposoituvan pinta-alan (LDSA) pitoisuutta Indikatiivisesti myös hiukkaslukumäärä- ja PM pitoisuusmittaus

11 Esimerkkejä HAQT-sensorimittausten paikoista Sensoreita vilkasliikenteisten katujen ja pääväylien varsilla sekä pientaloalueilla Vaisalan AQT420 sensoreita etenkin liikenneympäristöissä (katupöly, pakokaasun NO 2 ) Pegasorin AQ TM Urban sensoreita etenkin pientaloalueilla (puunpolton savut) Pääväyliä Vilkkaita katuja Pientaloalueita Vallikallio Kehä I Myyrmäki Jönsaksentie Paloheinä Pirkkola VT 3 Latokaski Finnoontie Itä-Hakkila

12 Ilmanlaadun mittausasemat ja HAQT-hankeen sensoripaikat Mittausasemia 12 kpl Sensoripaikkoja 15 kpl (kadut 7 kpl, väylät 4 kpl ja pientaloalueet 4 kpl) Mittausasemat Vilkkaat kadut Pientaloalueet Satama Tausta-alueet Sensoripaikat Pääväylät Vilkkaat kadut Pientaloalueet Background map: Helsinki, Espoo Vantaa, Kauniainen, HSY, km

13 Ilmanlaatusensoreita tullaan hyödyntämään ilmanlaadun fuusiomallissa (FMI-ENFUSER) FMI-ENFUSER fuusiomalli yhdistää Reaaliaikaiset ilmanlaatumittaukset Säätiedot ja -ennusteet Maakäyttö- ja päästöaineistoja Alueellisen taustapitoisuuden mallitus (SILAM) Mallinnettu ilmanlaatuennuste pk-seudulle tunneittain 12 h (jopa 24 h) jaksolle 12x12 metrin resoluutiolla CITYZER- ja HAQT-hankkeissa kehitystyötä HSY:n ilmanlaatukartta saatavilla netistä ohjeet mukana hsy.fi/ilmanlaatukartta suoralinkki ilmanlaatukartta.hsy.fi näkyvillä myös metrojen ja ratikoiden infonäytöillä Ilmanlaatuasemien mittaustulokset ja fuusiomallinnettu ilmanlaatuennuste satavana avoimena datana ilmanlaatupalvelujen jatkokehittämiseen! kuva: Tero Pajukallio / HSY kuva: Tero Pajukallio / HSY

14 Esimerkkejä Vaisalan AQT420-sensorituloksia 1-7/2018 PM 10 -pitoisuudet korkeita kevään katupölykaudella vilkasliikenteisissä paikoissa Pölyntorjunnan tueksi lisätietoa erilaisista ympäristöistä Maantiet ELY-keskuksen vastuulla Kadut eri kaupunkien ja kadunhoitopiirien vastuulla NO 2 -pitoisuuksiin vaikuttaa liikenteen päästömäärät ja mittauspaikan tuulettuvuus CO-tuloksiin vaikuttaa pakokaasujen lisäksi puunpolton päästöt pientaloalueilla

15 Esimerkki NO 2 -pitoisuuden vrkaikavaihtelusta Jätkäsaaressa Helsingin Sanomat AQT420-sensori Jätkäsaaressa Tyynenmerenkadun ja Suezinkadun risteyksessä Typpidioksidin pitoisuuksissa näkyy selvästi autoliikenteen vaikutus, joka heijastelee ja laivojen lähtö- ja saapumisaikojen rytmiä Kuva:Mika Ranta / HS pohjakartta:

16 Esimerkkejä Pegasorin AQ TM Urban sensorien LDSA-tuloksista talvella ( ) Korkeimmat LDSA-pitoisuudet vilkasliikenteisessä Mäkelänkadun katukuilussa ja Hämeenlinnanväylän pientareella Kaivokselassa Pientaloalueilla korkeita pitoisuuksia erityisesti heikkotuulisina pakkasiltoina, mutta suurta vaihtelua eri pientaloaluiden mittauspaikkojen välillä LDSA Liikenne Pientaloalueet Taustapitoisuudet 16

17 LDSA, BC ja PM 2.5 pitoisuuksien vrk-aikavaihtelu HSY:n mittausasemilla alkuvuonna 2018 LDSA korreloi voimakkaasti mustan hiilen (BC) pitoisuuksien kanssa LDSA ja BC sopivat hyvin (diesel)pakokaasujen ja puun pienpolton hiukkasten lähipäästöjen indikaattoriksi PM 2,5 massapitoisuuteen vaikuttaa lähipäästöjen lisäksi voimakkaasti kaukokulkeuma 17

18 Rakennustyömaiden pölyjen seuranta Rakennustyömaat ovat paikallisesti merkittäviä hiukkaspölyn päästölähteitä (rakennuspöly, katupöly) Rakennustyömaiden pölyntorjunta ja työmaiden pölyvaikutusten mittaus- ja seurantamenetelmien kehittäminen on mainittu yhtenä toimenpiteenä Helsingin kaupungin ilmansuojelusuunnitelmassa HSY:n mittauksissa käytetään Osiris hiukkaslaitetta; sensoreiden hyödyntämistä selvitetään Tiedonsiirto 4g yhteydellä suoraan HSY:n tiedonkeruujärjestelmään. Samaan tiedonsiirtoon voidaan liittää myös sääasema (esim. Vaisala WXT-530) Kalasataman peruskoulu

19 Johtopäätöksiä sensoreista ja niiden hyödyntämisestä Keskihintaisia sensorit ilmanlaadun seurannassa ja tutkimusprojekteissa Täydentävät ilmanlaadun seurantaverkkojen alueellista kattavuutta Pienikokoisia, voidaan sijoittaa helposti kaupunkiympäristöön Sensoritulokset suuntaa-antavia; eivät sovellu raja-arvojen valvontaan LDSA (ja BC) hyvä polttoperäisten hiukkasten lähipäästöjen indikaattori Ilmanlaadun mittausasemien ja sensoriverkon tuloksia hyödynnetään Ilmanlaadun fuusiomallin (FMI-ENFUSER) datalähteenä, jolloin mahdollisimman tarkka ilmanlaatukartta ja -ennuste ( Katupölyn seurannassa ja sen torjunnan optimoinnissa Rakennustyömaiden lähellä pölypitoisuuksien seurannassa Pakokaasujen ja puunpolton savujen seurannan tarkentamisessa Ilmanlaatuasemien tulokset ja fuusiomallinnettu ilmanlaatuennuste saatavilla avoimena datana ilmanlaatupalvelujen jatkokehittämiseen!

20 Healthy Outdoor Premises for Everyone HOPE-hanke Pääfokus: reaaliaikainen ja yksityiskohtainen ilmanlaatutieto 5G -verkkoa hyödyntämällä sekä asukkaiden osallistaminen Helsingissä Keskihintaisia ja halpoja sensoreita Kehitetään mallinnusta ja ilmanlaatuindeksi 2.0 Kolme erilaista kohdealuetta Jätkäsaari Vallila-Kumpula Pakila ja sen lähiseutu Kesto: Budjetti 5,7 milj., josta 80 % EU:n Urban Innovative Actions rahoitusta Hankkeen koordinaattori Helsingin kaupunki Partnereita: Helsingin yliopisto, Ilmatieteen laitos, Forum Virium Helsinki, Vaisala Oyj, HSY ja Useless Company Oy pohjakartta: Tero Pajukallio / HSY

21 Puhtaasti parempaa arkea En rent bättre vardag Purely better, every day Kiitos! Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymä Samkommunen Helsingforsregionens miljötjänster Helsinki Region Environmental Services Authority