KUOPION ILMANLAATU 1984-22 KUOPION KAUPUNKI Ympäristökeskuksen julkaisu 2/23 JPP-kalibrointi
KUOPION ILMANLAATU 1984 22 JPP-Kalibrointi Ky Risto Lahdes Juha Pulkkinen Kuopion kaupunki Ympäristökeskus Kuopio 23 2 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
Tiivistelmä Aina 199-luvun alkuun rikkidioksidi (SO 2 ) oli merkittävä ulkoilman epäpuhtaus Kuopion seudulla. Alueella tehtiin sen mittauksia lukuisissa paikoissa. Suurin yksittäinen päästölähde oli M-real Oyj Savon Sellun kartonkitehdas. Kun siellä otettiin käyttöön savukaasupesuri v. 1991, niin alueen kokonaispäästöt laskivat alle viidenteen osaan edellisestä vuosikymmenestä. Päästöjen pienentyminen näkyy samassa suhteessa myös ilmanlaadussa. Ohjearvojen suhteen ollaan tällä hetkellä tasolla 1% ja rajaarvojen suhteen tilanne on suunnilleen sama. Typpidioksidi (NO 2 ) on pääosin ns. sekundaarinen epäpuhtaus. Sitä syntyy ilmakehässä kemiallisissa reaktioissa --- päästöissä sitä on vähän. Vaikka ajoneuvojen osuus typenoksidi päästöistä on vain alle puolet, niin matalan päästökorkeuden (pakoputki) seurauksena liikenne määrää melkein täysin NO 2 :n pitoisuustasot hengitysilmassa. Typpidioksidipitoisuuksilla on ollut laskeva trendi 199-luvun alkupuolella, mutta tällä hetkellä pitoisuudet ovat vakioituneet. Suurin vaikuttaja trendiin on ollut katalysaattoreiden käyttöönotto bensiiniajoneuvoissa. Se, että pitoisuudet eivät enää laske päästöjen tahdissa, johtuu typenoksidien ilmakemiasta. Ilmansuojelun kannalta tilanne Kuopiossa on suhteellisen hyvä, sillä arvioituna ohje- ja raja-arvoilla tasot ovat 3-4% niistä. Leijuvat hiukkaset ovat nousseet merkittäväksi terveydelliseksi riskiksi. Leijuvia hiukkasia seurataan kahdella menetelmällä: kokonaisleijuma (TSP) ja hengitettävät hiukkaset (PM 1 ). PM 1 kuvaa paremmin terveysvaikutuksia. TSP kuvaa lähinnä pölyn vaikutusta viihtyvyyteen. Kokonaisleijumassa on tapahtunut selkeä lasku 198- luvulta, mutta keskustassa lyhytaikaispitoisuudet ovat jääneet ohjearvon tasolle. Petosen taso on noin puolet ohjearvosta. Vuosikeskiarvot ovat asettuneet tasolle 3-8% ohjearvosta. PM 1 :llä vuorokausiarvot ylittävät ohjearvon keväisin hiekoitushiekan vuoksi. Ylitykset ovat kuitenkin pienentyneet 199-luvun alkupuolelta. Rajaarvoihin verrattuna PM 1 -pitoisuudet ovat 2-4% niistä. Häkäpitoisuudet (CO) ovat laskeneet tuntuvasti katalysaattorilla varustettujen autojen osuuden kasvaessa. Nykyään ollaan tasolla 5-3% ohje- ja raja-arvoista. Otsoni (O 3 ) kulkeutuu Kuopioon ulkopuolelta. Ilman epäpuhtaudet, etenkin liikenteen synnyttämät, toimivat otsonin nieluna ts. reagoivat kemiallisesti sen kanssa. Otsonipitoisuuteen ei voi vaikuttaa paikallisilla toimenpiteillä. Terveyden ja kasvillisuuden suojelemiseksi annetut otsonin kynnysarvot ylittyvät. Ilmanlaadun seurannassa ei ole merkittävää tarvetta muuttaa nykyistä käytäntöä. JPP-kalibrointi 3
Sisällys Tiivistelmä 3 A Johdanto 5 A1 Päästö ilmanlaatu lainsäädäntö 5 A2 Pitoisuuksien muodostuminen 6 A3 Raportti 7 B Vertailu ohje- ja raja-arvoihin 8 B1 Rikkidioksidi 8 B2 Typpidioksidi 12 B3 Kokonaisleijuma ja hengitettävät hiukkaset 16 B4 Hiilimonoksidi eli häkä 2 B5 Otsoni 21 B6 Luokittelu ilmanlaadun arviointia varten 22 C Taustatietoja 24 C1 Mittausasemat 25 C2 Rikkidioksidi 26 C3 Typpidioksidi 3 C4 Kokonaisleijuma ja hengitettävät hiukkaset 36 C5 Hiilimonoksidi eli häkä 4 C6 Otsoni 43 D Yhteenveto 46 E Liitteet 48 E1 Rikkidioksidi 49 E2 Typpidioksidi 53 E3 Kokonaisleijuma ja hengitettävät hiukkaset 6 E4 Hiilimonoksidi 68 E5 Otsoni 72 4 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
A Johdanto A1 PÄÄSTÖ ILMANLAATU -- LAINSÄÄDÄNTÖ Ilmansuojelua prosessina voidaan kuvata ns. ilmansuojelusyklin avulla. Päästöt johtavat ilmanlaatuun (punainen nuoli). Välillä on kuitenkin useinkin monimutkaisia prosesseja, jotka aiheuttavat sen, että päästön ja ilmalaadun välinen riippuvuus ei ole lineaarinen toisin sanoen esim. päästöjen puolittaminen ei johda automaattisesti pitoisuuksien puoliintumiseen. Prosessit ovat luoteeltaan kemiallisia ja fysikaalisia (ilmakemia) ja meteorologisia (leviämisolosuhteet). Lisäksi vaikuttavat päästölähteen ominaisuudet, esim. päästökorkeus ja -tyyppi (pistemäinen, viivamainen, alueellinen). Ilmanlaatua kuvataan yleensä epäpuhtauksien pitoisuuksina. Laadun arviointia vaikeuttaa se, että saasteiden yhteisvaikutuksia ei juurikaan tunneta, ainakaan määrällisesti. Kuva A1.1 Ilmansuojelusykli Suomessa käytetään ilmansuojelussa ilmanlaadun hallintaperiaatetta, jolloin varsinainen ilmansuojelu on takaisinkytkentä ilmanlaadusta päästöihin (sininen nuoli). Siihen vaikuttavat mm. taloudelliset, tekniset, juridiset ja monet yhteiskunnalliset tekijät. Lainsäädännöllinen ohjaus ja valvonta kohdistetaan sekä päästöihin että ilmanlaatuun. Kunnan velvollisuudesta huolehtia paikallisten olojen edellyttämästä ilmanlaadun seurannasta säädetään ympäristönsuojelulain (86/2) 25 :ssä. Ilmanlaadun arvioinnissa käytetään apuna ohje- ja raja-arvoja. Nykyiset voimassa olevat ilmanlaatua koskevat ohjearvot on valtioneuvosto antanut päätöksessään 48/96. Ne astuivat voimaan 1.9.1996. Ohjearvojen lisäksi on EYdirektiiveihin perustuvia raja-arvoja. Uusimmat astuvat voimaan asteittain vuoteen JPP-kalibrointi 5
21 mennessä (valtioneuvoston päätös 711/21). Siirtymävaihetta varten on annettu erilliset raja-arvot. Ohjearvoilla pyritään ehkäisemään ensisijaisesti ilman epäpuhtauksien aiheuttamia terveyshaittoja, mutta myös luonnon vaurioitumista ja viihtyvyyshaittoja. Ohjearvot on tarkoitettu ensisijaisesti ohjeeksi viranomaisille. Niitä sovelletaan mm. kaavoituksessa, muussa rakentamisen ja liikenteen suunnittelussa sekä ympäristölupien käsittelyssä. Raja-arvot määrittelevät ne ilman epäpuhtauksien ehdottomat enimmäispitoisuudet, joiden ylittäminen velvoittaa viranomaiset toimenpiteisiin ilman laadun parantamiseksi. Ilmansuojelusta vastaavien viranomaisten tulee käytettävissään olevin keinoin ehkäistä raja-arvojen ylittyminen Ilmanlaatua arvioitaessa on kuitenkin otettava huomioon myös paikalliset olosuhteet. EU-lainsäädäntö on minimitaso, jonka yhtenä tarkoituksena on yhtenäistää ilmanlaatuvaatimuksia unionin alueella siten, ettei esim. teollisuuden sijoittumiselle syntyisi etua vähäisten ilmanlaatuvaatimusten vuoksi. Paikalliset olosuhteet korostuvat ilmanlaadun seurannan järjestämisessä, sillä olot EU:n alueella vaihtelevat suuresti. A2 PITOISUUKSIEN MUODOSTUMINEN Ilman epäpuhtaudet kaupunkiolosuhteissa sekoittuvat yleensä kerrokseen, jonka paksuus on muutamasta metristä puoleentoista kilometriin (rajakerros) Ilmanlaadun muodostumista voidaan kuvata usein kerroksen ilman stabiiliuden avulla. Stabiiliudella ymmärretään käytännössä pyörteisyyttä, joka sekoittaa epäpuhtauksia. Pyörteisyyttä synnyttää tuuli (mekaaninen pyörteisyys) ja maanpinnan lämpeneminen (terminen pyörteisyys). Meteorologisilla tekijöillä on ajallista riippuvuutta ts. tietyn tyyppiset olosuhteet ovat todennäköisiä tiettyinä vuorokauden- ja vuodenaikoina. Labiilissa tilanteessa ilmakehä on pyörteinen ja siten sekoittuminen on voimakasta: korkeat pistelähteet aiheuttavat korkeita lyhytaikaisia pitoisuuksia, piikkejä, päästölähteen lähellä. Liikenteen päästöt laimenevat nopeasti ja mitatut pitoisuudet jäävät alhaisiksi. Labiilit tilanteet ovat tyypillisiä kevät- ja kesäiltapäivisin. Kuva A2.1 Ilmakehän alakerroksen (rajakerroksen) stabiilius ja siitä johtuva sekoittuminen: a) labiili (epävakaa), b) stabiili (vakaa) Stabiilissa tilanteessa, jolloin on usein kylmää, sekoittuminen on vähäistä. Korkeat pistelähteet aiheuttavat maanpintaan hyvin alhaisia pitoisuuksia, mutta liikenteen matalat päästöt vastaavasti korkeita pitoisuuksia. Stabiileita tilanteita syntyy ympäri vuo- 6 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
den öisin, kun tuuli on heikko ja taivas selkeä sekä myös päivisin kylminä vuodenaikoina. A3 RAPORTTI Kuopion kaupunki on tehnyt ilmanlaadun mittauksia 198-luvulta lähtien. Tänä aikana on tapahtunut kehitystä seurantamenetelmissä ja lainsäädännössä. Tässä selvityksessä käsitellään tarkemmin seuraavien epäpuhtauksien mittaustuloksia rikkidioksidi (SO 2 ) typpidioksidi (NO 2 ) hiilimonoksidi (CO) kokonaisleijuma (TSP) hengitettävät hiukkaset (PM 1 ) otsoni (O 3 ) Raportti jakautuu viiteen osaan: A Johdanto B Vertailu ohje- ja raja-arvoihin C Taustatietoja (epäpuhtauksien ominaisuuksia ja vaikutuksia, päästöt, mittaukset, analyysejä) D Yhteenveto ja E Liitteet (taulukoita). Ilmanlaadun mittaustulosten vertailuja on suoritettu soveltuvin osin myös uusiin rajaarvoihin. Erilaisia vertailuarvoja on ollut käytössä yli 2. Vanha mittausaineisto on muutettu soveltuvin osin vastaamaan nykyisiä pitoisuuden laskentaolosuhteita (lämpötila), joten on syntynyt tiettyjä eroja numeroarvoissa aikaisempiin raportteihin nähden JPP-kalibrointi 7
B Vertailu ohje- ja raja-arvoihin B1 RIKKIDIOKSIDI SO 2 Rikkidioksidin ohjearvot Aika µg/m 3 Tilastollinen määrittely tunti 25 kuukauden tuntiarvojen 99. prosenttipiste vrk 8 kuukauden 2. suurin vrk-arvo 1 99% 8 % ohjearvosta 6 4 2 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 1 2. suurin % ohjearvosta 8 6 4 Särkiniemi Keskusta Haapaniemi Sorsasalo Trendi Sorsasalo 2 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 Kuva B1.1 Kuukauden tuntiarvojen 99. prosenttipiste (ylhäällä) ja 2. suurin tuntiarvo (alhaalla). Suhde ohjearvoon prosentteina 8 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
Rikkidioksidin raja-arvot (voimaantulo tarkoittaa ajankohtaa, jolloin ko. raja-arvo pitää olla saavutettu): Aika µg/m 3 Sallittujen ylitysten määrä vuodessa Voimaantulo tunti 35 24 1/25 vrk 125 3 1/25 Ylitysten lukumäärä on osa raja-arvoa ts. numeerisen arvon ylittyminen ei sellaisenaan aiheuta raja-arvon ylitystä, jollei myös sallittujen ylitysten lukumäärä ylity. Tuntiarvon ylityksiä tapahtui v. 1991 2 kpl Sorsasalossa (raja-arvo ei siis ylittynyt). Sen jälkeen raja-arvotason ylityksiä ei ole havaittu. Vuorokausiarvon ylityksiä ei ole havaittu kertaakaan. Jotta voitaisiin saada suhteellinen kuva tilanteesta, esitetään seuraavassa vuoden suurimmat tunti- ja vrk-arvot pitoisuuksina. 7 6 VUODEN SUURIN TUNTIARVO pitoisuus mikrog/m3 5 4 3 ylitysalue 2 1 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 Särkiniemi Keskusta Haapaniemi Sorsasalo Kelloniemi 14 ylitysalue 12 1 VUODEN SUURIN VRK-ARVO pitoisuus mikrog/m3 8 6 4 2 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 Särkiniemi Keskusta Haapaniemi Sorsasalo Kelloniemi Kuva B1.2 Vuoden korkein tuntiarvo (ylempi) ja korkein vuorokausiarvo (alempi). Värillinen alue raja-arvon ylitysalue. JPP-kalibrointi 9
Rikkidioksidilla on myös erilliset raja-arvot siirtymäkaudelle (voimassa vuoteen 25): Aika µg/m 3 Tilastollinen määrittely vrk 25 vuoden vrk-arvojen 98. prosenttipiste vuosi 8 vuoden vrk-arvojen mediaani 1 % siirtymäraja-arvosta 9 8 7 6 5 4 3 vrk-arvojen 98. prosenttipiste vrk-arvojen vuosimediaani 2 1 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 Kuva B1.4 Vuoden vuorokausiarvojen mediaanin ja vuoden vuorokausiarvojen 98. prosenttipisteen suhde siirtymäajan raja-arvoon. Edellä esitetyt ohje- ja raja-arvot on asetettu terveyden suojelemiseksi. Sen lisäksi ilman epäpuhtauksien aiheuttamien välittömien kasvillisuusvaikutusten ja ekosysteemissä aiheutuvien vaikutusten ehkäisemiseksi laajoilla maa- ja metsätalousalueil- la ja luonnonsuojelun kannalta merkityksellisillä alueilla rikkidioksidin pitoisuus ei saa ylittää ulkoilmassa seuraavaa raja-arvoa: Aika µg/m 3 Voimaantulo kalenterivuosi 2 voimassa talvikausi Talvikausi on määritelty 1.1. 31.3. Vaikka raja-arvo ei suoranaisesti sovellu kaupunkiolosuhteisiin, on myös sen suhteen esitetty tulokset kuvassa B1.5. Talvikauden arvoja (kaksi perättäistä vuotta mitattuna samassa paikassa) on vain kolme Sorsasalosta. 1 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
Taulukko B1.1 Talvikausien pitoisuuksien osuus raja-arvosta Jakso % raja-arvosta 1991-1992 31 2-21 7 21-22 8 1 8 % raja-arvosta 6 4 2 1985 1986 1987 1988 1989 199 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 Kuva B1.5 Vuosikeskiarvot kasvillisuuden ja ekosysteemien suojelemisen raja-arvosta kalenterivuodelle. Yhdistelmä kaikista mittausasemista (ks. osa C) Yhteenvetona voidaan rikkidioksidin osalta todeta, että seurantajaksolla pitoisuudet olivat 8-luvulla suhteellisen korkeita, mutta laskivat sitten nopeasti 9-luvulla. Tällä hetkellä pitoisuustasot ovat kaikilla ohje- ja raja-arvoilla arvioituna alle 1% niistä ts. tilanne on varsin hyvä. Päästöjen kehitystä ja niiden suhdetta ilmanlaatuun tarkastellaan tarkemmin osassa C. JPP-kalibrointi 11
B2 TYPPIDIOKSIDI NO 2 Typpidioksidin ohjearvot : Aika µg/m 3 Tilastollinen määrittely tunti 15 kuukauden tuntiarvojen 99. prosenttipiste vrk 7 kuukauden 2. suurin vrk-arvo 18 16 14 99% 12 % ohjearvosta 1 8 ylitysalue 6 4 2 1989 199 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 2 18 16 2. suurin 14 % ohjearvosta 12 1 8 ylitysalue 6 4 2 1989 199 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 Keskusta Puisto Haapaniemi Petonen Sorsasalo Itkonniemi trendi Keskusta Kuva B2.1 Kuukauden tuntiarvojen 99. %-piste (ylempi) ja 2. suurin vrk-arvo (alempi) 12 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
Keskustan mittausasema sijaitsi vuoden 1993 loppuun saakka Tulliportinkadun ja Puistokadun kulmauksessa. Sen jälkeen asema siirrettiin Kasarmipuistoon etäämmälle kadusta. Lyhytaikaisarvoja kuvaava tuntiarvojen 99.%-piste on ylittynyt vain kerran v. 1989. 9-luvun alkupuolella kuukauden 2. suurimman vrk-arvon ohjearvo ylittyi, mutta sen jälkeen taso on jäänyt selvästi ohjearvon alapuolelle (kuva B2.1). Typpidioksidin raja-arvot: Aika µg/m 3 Sallittujen ylitysten määrä vuodessa Voimaantulo tunti 2 18 1/21 vuosi 4 --- 1/21 35 3 1 4 KORKEIN TUNTIPITOISUUS 25 pitoisuus mikrog/m3 2 15 1 5 1 ylitysalue Keskusta Haapaniemi Sorsasalo Itkonniemi trendi Keskusta 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 6 5 VUOSIKESKIARVO ylitysalue pitoisuus migrog/m3 4 3 2 1 Keskusta Haapaniemi Sorsasalo Itkonniemi trendi Keskusta 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 Kuva B2.2 Vuoden korkein tuntiarvo raja-arvon suhteen. Numero ilmaisee ylitysten lukumäärän (yläkuva). Vuosikeskiarvo raja-arvon suhteen (alempi kuva) JPP-kalibrointi 13
Tuntiarvon ohjearvo ei ole ylittynyt (lukuarvon ylitysten lukumäärä < 18). Vuosikesiarvo v. 1991 (kesk usta) on ollut raja-arvoa korkeampi. k Typpidioksidin siirtymäkau den raja-arvo (voimassa vuoteen 21): Aika µg/m 3 Tilastollinen määrittely vrk 2 vuoden tunti-arvojen 98. prosenttipiste 1 8 TUNTIARVOJEN 98. PROSENTTIPISTE % raja-arvosta 6 4 2 Keskusta Haapaniemi Sorsasalo Itkonniemi trendi Keskusta 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 Kuva B2.3 Vuoden tuntiarvojen 98. prosenttipiste siirtymäkauden raja-arvon suhteen (%). Edellä esitetyt ohje- ja raja-arvot on asetettu terveyden suojelemiseksi. Sen lisäksi ilman epäpuhtauksien aiheuttamien välittömien kasvillisuusvaikutusten ja ekosysteemissä aiheutuvien vaikutusten ehkäisemiseksi laajoilla maa- ja metsätalousalueilla ja luonnonsuojelun kannalta merkityksellisillä alueilla typenoksidien (NO x ) pitoisuus ei saa ylittää ulkoilmassa seuraavaa raja-arvoa (ei suoraan sovellettavissa kaupunkiolosuhteisiin): Aika µg/m 3 Voimaantulo kalenterivuosi 3 voimassa 14 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
6 VUOSIKESKIARVO 5 % raja-arvosta 4 3 2 ylitysalue 1 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 Keskusta Haapaniemi Sorsasalo Itkonniemi trendi Keskusta B2.4 Vuosikeskiarvo ekologisen raja-arvon suhteen (%) Vuosikeskiarvon ekologinen raja-arvo on ylittynyt v. 1994 saakka. Yhteenvetona voidaan typpidioksidin kohdalla todeta, että pitoisuudet olivat 9-luvun a lussa suhteellisen korkeita, mutta laskivat sitten nopeasti 9-luvun puoliväliin menessä nykyiselle tasolle. Tällä hetkellä pitoisuudet ovat kaikilla ohje- ja raja-arvoilla arvioituna tasolla 3-4% niistä ts. tilanne on suhteellisen hyvä. Päästöjen kehitystä ja niiden suhdetta ilmanlaatuun tarkastellaan tarkemmin osassa n C. JPP-kalibrointi 15
B3 KOKONAISLEIJUMA TSP JA HENGITETTÄVÄT HIUKKASET PM 1 Leijuvilla hiukkasilla on kahdenlaisia ohjearvoja perustuen kahteen erilaiseen näytteenottotekniikkaan. Kokonaisleijuma (TSP) muodostuu hiukkasista, jotka ovat ns. aerodynaamiselta halkaisijaltaan pienempiä kuin 3 µm. Hengitettävien hiukkasten (PM 1 ) koko on pienempi kuin 1 µm. Hiukkasten ohjearvot: Aika µg/m 3 Tilastollinen määrittely vrk (TSP) 12 vuoden vrk-arvojen 98. prosenttipiste vuosi (TSP) 5 vuosikeskiarvo vrk (PM 1 ) 7 kuukauden 2. suurin vrk-arvo 45 4 98% 35 % ohjearvosta 3 25 2 15 ylitysalue 1 5 1984 1986 1988 199 1992 1994 1996 1998 2 22 Keskusta Särkiniemi Itkonniemi Petonen Neulamäki Kettulanlahti Kelloniemi Männistö Puijonlaakso tredi Keskusta Kuva B3.1 TSP Vuoden vrk-arvojen 98. prosenttipiste suhteessa ohjearvoon (%) Kokonaisle ijuman lyhytaikaispitoisuuksissa on tapahtunut selkeä lasku 9-luvun almutta sen jälkeen taso on jäänyt ohjearvon tasolle (keskusta, Itkonniemi). k upuolelle, P etosen ta so on kuitenkin vain noin puolet ohjearvosta. 16 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
3 KESKIARVO 25 % ohjearvosta 2 15 1 ylitysalue 5 1984 1986 1988 199 1992 1994 1996 1998 2 22 Keskusta Särkiniemi Itkonniemi Petonen Puijonlaakso Neulamäki Kettulanlahti Kelloniemi Männistö Kuva B3.2 TSP Vuosikeskiarvo ohjearvon suhteen (%) TSP:n vuosikeskiarvot ovat asettuneet tasolle 3-8% ohjearvoista. 6 5 KUUKAUDEN 2. SUURIN VRK-ARVO % ohjearvosta 4 3 2 ylitysalue 1 1987 1988 1989 199 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 Keskusta Itkonniemi Petonen Särkiniemi Kuva B3.3 PM 1 Kuukauden 2. suurin vrk-arvo ohjearvon suhteen (%) PM 1 :n ohjearvo ylittyi 9-luvun alkupuolelle saakka keväisin parhaimmillaan kuusinkertaisesti, mutta sen jälkeen ylitykset ovat harventuneet ja niiden suuruus pienentynyt. JPP-kalibrointi 17
PM1:n raja-arvot: Aika µg/m 3 Sallittujen ylitysten määrä vuodessa Voimaantulo vrk 5 35 1/25 vuosi 4 --- 1/25 35 3 VRK-RAJA-ARVO 25 ylitysten lkm 2 15 1 5 Keskusta Itkonniemi Särkiniemi 1987 199 1993 1996 1999 22 Kuva B3.4 PM 1 Vrk-raja-arvoylitykset vuodessa. Sallittujen ylitysten lukumäärä 35. 1 KESKIARVO 8 % raja-arvosta. 6 4 Keskusta Petonen Itkonniemi Särkiniemi trendi Keskusta 2 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 21 Kuva B3.5 PM 1 Vuosikeskiarvot raja-arvon suhteen (%) 18 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
Kokonaisleijuman (TSP) siirtymäkauden raja-arvot (voimassa vuoteen 25): Aika µg/m 3 Tilastollinen määrittely vrk 3 vuoden vrk-arvojen 95. prosenttipiste vuosi 15 vuosikeskiarvo 1 95% % siirtymäraja-arvosta. 8 6 4 Keskusta Särkiniemi Itkonniemi Petonen Neulamäki Kettulanlahti Kelloniemi Männistö 2 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 1 VUOSIKESKIARVO % siirtymäraja-arvosta. 8 6 4 Keskusta Särkiniemi Itkonniemi Petonen Neulamäki Kettulanlahti Kelloniemi Männistö 2 1984 1986 1988 199 1992 1994 1996 1998 2 22 Kuva B5.6 TSP Vuoden vrk-arvojen 95. prosenttipiste (ylempi) ja vuoden keskiarvo (alempi) siirtymäkauden raja-arvojen suhteen (%) Kokonaisleijuman pitoisuudet siirtymäkauden raja-arvojen suhteen ovat alhaisia. Vuosikeskiarvo on tasoltaan vain viidesosa raja-arvosta. JPP-kalibrointi 19
B4 HIILIMONOKSID I eli HÄ KÄ CO Hiilimonoksidin ohjearvot: Aika mg/m 3 Tilastollinen määrittely tunti 2 tuntiarvo 8 tuntia 8 tuntiarvojen liukuva 8 tunnin keskiarvo Hiilimonoksidin raja-arvo: Aika mg/m 3 Sallittujen ylitysten määrä vuodessa Voimaantulo 8 tuntia* 1 --- 1/25 * vuorokauden korkein 8 tunnin liukuva keskiarvo 12 1 ylitysalue TUNTI/8 TUNNIN LIUKUVA KESKIARVO % ohje/raja-arvosta. 8 6 4 tunti ohjearvo liukuva 8 tuntia ohjearvo liukuva 8 tuntia raja-arvo trendi 8 tunnin liukuva keskiarvo/raja-arvo 2 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 Kuva B4.1 Korkein tuntiarvo kuukaudessa ja 8 tunnin liukuva keskiarvo suhteessa ohje/rajaarvoihin (%). Keskusta Raportointijakson aikana ohjearvo (8 tunnin liukuva keskiarvo) on ylittynyt vain yh te- nä kuukautena v. 1993. Nykyinen taso on 5 3% ohje- ja raja-arvoista. 2 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
B5 OTSONI O 3 Muista epäpuhtauksista poiketen otsonille on määritelty eriperusteisia kynnysarvoja: Peruste Keskiarvon laskenta-aika Kynnysarvo µg/m 3 Terveyshaittojen ehkäiseminen 8 tuntia* 11 Kasvillisuuden suojeleminen 1 tunti 2 24 tuntia 65 Tiedotuskynnys 1 tunti 18 Varoitu skynnys 1 tunti 36 * 8 tunnin keskiarvo, joka lasketaan neljä kertaa vuorokaudessa (kello 8, 8 6, 16 24 ja 12-2 Taulukko B5.1 Otsonin kynnysarvojen ylitykset keskustassa Ylitysten lukumäärä Vuosi Kynnysarvo 11 µg/m 3 Kynnysarvo 65 µg/m 3 1997 2 37 1998 19 1999 37 2 49 21 38 22 4 61 Kasvillisuuden suojelemiseksi asetettua kynnysarvoa tunnille eikä tiedotus- tai varoituskynnystä ei ole ylitetty. Kaupunkia ympäröivässä ns. taustailmassa kynnysarvot ylittyvät useammin kuin kaupungissa. JPP-kalibrointi 21
B6 LUOKITTELU ILMANLAADUN ARVIOINTIA VARTEN Ilmanlaatuasetuksessa annetaan ohjeet seurannan järjestämiseksi seuranta-alueilla. Seuranta-alueiksi määritellään yhden tai useamman ympäristökeskuksen toimintakittymällä tarkoitetaan tässä yhteydessä aluetta, jonka alueella on vähintään 25 alueet taikka väestökeskittymä, johon voi kuulua yksi tai useampi kunta. Väestökesasukasta. Arviointikriteereitä voidaan soveltaa ohjeellisesti Kuopioon, vaikka asu- on pienempi. Rikkidioksidin kasmäärä arviointikynnykset: Arviointikynnys Terveyshaittojen ehkäiseminen Ekosysteemien suojelu Ylempi 6% 24 tunnin raja-arvosta (75 µg/m 3, saa ylittyä 3 6% talvikauden raja-arvosta kertaa kalenterivuodessa) (12 µg/m 3 ) Alempi 4% 24 tunnin raja-arvosta (5 µg/m 3, saa ylittyä 3 4% talvikauden raja-arvosta kertaa kalenterivuodessa) (8 µg/m 3 ) Kumpikaan rikkidioksidin arviointikynnys ei ylity (Sorsasalo 2-22). Typpidioksidin arviointikynnykset: Arviointikynnys Terveyshaittojen ehkäiseminen Ekosysteemien suojelu 7% tuntiraja-arvosta (14 µg/m 3, saa ylittyä 18 ker- 8% vuosiraja-arvosta (24 Ylempi taa kalenterivuodessa) ja 8% vuosiraja-arvosta (32 µg/m 3 ) µg/m 3 ) 5% tuntiraja-arvosta (1 µg/m, saa ylittyä 18 kertaa 65% vuosiraja-arvosta (19,5 Alempi kalenterivuodessa) ja 65% vuosira ja-arvosta (26 µg/m 3 ) µg/m 3 ) Kumpikaan typpidioksidin arviointikynnys ei ylity (keskusta 1997, 1999-22). Hengitettävien hiukkasten (PM 1 ) arviointikynnykset: Arviointikynnys Ylempi Alempi Terveyshaittojen ehkäiseminen 6% 24 tunnin raja-arvosta (3 µg/m 3, saa ylittyä 7 kertaa kalenterivuodessa) ja 7% vuosiraja-arvosta (14 µg/m 3 ) 4% 24 tunnin raja-arvosta (2 µg/m 3, saa ylittyä 7 kertaa kalenterivuodessa) ja 5% 3 vuosiraja-arvosta (1 µg/m ) Hengitettävien hiukkasten ylempi arviointikynnys ylittyy (keskusta 1998-22, 24 tun- nin raja-arvo). Hiilimonoksidin arviointikynnykset: Arviointikynnys Terveyshaittojen ehkäiseminen Ylempi 7% 8 tunnin raja-arvosta (7 mg/m 3 ) Alempi 5% 8 tunnin raja-arvosta (5 mg/m 3 ) Kumpikaan hiilimonoksidin arviointikynnyksistä ei ylity (keskusta 1998-22). 22 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
Kynnysarvojen soveltaminen: 1. Ilmanlaadun jatkuvia mittauksia tulee tehdä, jos ylempi arviointikynnys ylittyy. 2. Jos ilman epäpuhtauksien pitoisuudet ovat ylemmän ja alemman arviointikynnyksen välissä, suuntaa antavat mittaukset ovat riittäviä täydennettynä mallintamisteknii- koilla. 3. Jos ilman epäpuhtauksien pitoisuudet ovat alemman arviointikynnyksen alapuolel- yksinomaan leviämismallien, päästökartoitusten la, riittää, että ilmanlaatua seurataan ja muiden menetelmien perusteella. 4. Väestökesk ittymissä on kuitenkin seurattava rikki- ja typpidioksidipitoisuuksia jat- eivät ylitä arviointikynnyksi ä, mutta niihin sovelletaan kuvatoimisin mittauksin. Rikki- ja typpidioksidipitoisuudet kohtaa 4. Hengitettävien hiukkasten ylempi arviointikynnys ylittyy, joten niihin sovelletaan koh- 1 (ilmanlaadun jatkuvat mittaukset). taa Hiilimonoksidi ei ylitä arviointikynnyksiä, joten siihen sovelletaan kohtaa 3 ( epäsuorat menetelmät). Em. luokittelusta riippumatta kunnan on huolehdittava paikallisten olojen edellyttä- mästä ilmanlaadun seurannasta ts. luokittelu on vain minimivaatimus. JPP-kalibrointi 23
C Taustatietoja 24 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
C1 MITTAUSASEMAT JPP-kalibrointi 25
C2 RIKKIDIOKSIDI SO 2 Rikkidioksidi on vesiliukoinen, hapan ja hapettuva yhdiste. Rikkidioksidia vapautuu ilmaan fossiilisten rikkipitoisten polttoaineiden palaessa. Myös teollisuusprosesseista kuten öljynjalostuksesta, metallien, sellun ja rikkihapon valmistuksesta, sekä lihanjalostuslaitoksista pääsee ilmaan huomattavia määriä joko suoraan rikkidioksidia tai pelkistyneitä rikkiyhdisteitä. Vähärikkisten polttoaineiden käyttöönotto on pienentänyt sekä energiantuotannon että liikenteen rikkidioksidipäästöjä merkittävästi parin viimeksi kuluneen vuosikymmenen aikana. Rikkidioksidi on ollut eräänlainen ihmisen toimeliaisuuteen liitetty yleisepäpuhtaus. Rikkidioksidi ärsyttää ylähengitysteitä ja suuria keuhkoputkia. Suuret rikkidioksidipitoisuudet voivat laukaista astmakohtauksia ja aiheuttaa hengitystietulehduksia. Muut hengitysteitä ärsyttävät epäpuhtaudet, kuten esim. hiukkaset, lisäävät oleellisesti rikkidioksidin haittavaikutuksia. Rikkidioksidi kulkeutuu tuulten mukana ja hapettuu vähitellen ulkoilmassa sulfaateiksi ja rikkihapoksi, jotka aiheuttavat kuiva- ja märkälaskeumana maaperän ja vesistöjen happamoitumista. Maaperän happamoituminen edistää ravinteiden huuhtoutumista pois kasvien ulottuvilta. Vesistöjen happamoituminen aiheuttaa muutoksia kalakannoissa ja vesikasvillisuudessa. Rikkidioksidilla on myös suoria kasvillisuutta vaurioittavia vaikutuksia. Teollistuneissa maissa rikkidioksidipäästöt ovat laskeneet 9-luvulla joko ilmansuojelutoimenpiteiden tai laman seurauksena. Hyvä esimerkki on Suomi (kuva C2.1). Myös Kopion seudulla päästöt ovat laskeneet vastaavasti. Suurimman muutoksen päästöissä on aiheuttanut M-real Oyj Savon Sellun savukaasupesurin käyttöönotto (kuva C2.2). 3 25 kt/vuosi 2 15 1 5 199 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 Kuva C2.1 Suomen rikkidioksidipäästöt (Suomen ympäristökeskus) 26 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
16 14 12 tonnia /vuosi 1 8 6 4 2 1988 1989 199 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 Kuva C2.2 Kuopion rikkidioksidipäästöt Pitoisuuksia on mitattu seudulla vuodesta 1984 alkaen. Mittauspaikat ja -ajanjaksot on esitetty taulukossa C2.1. Alueellisen edustavuuden saavuttamiseksi rikkidioksidimittauksia tehtiin aluksi useissa paikoissa, jolloin toisaalta ei syntynyt pitkiä aikasarjoja. Taulukko C2.1 Rikkidioksidin mittauspaikat ja -ajankohdat MITTAUSPAIKKA MITTAUSVUODET Haapaniemi 1995 Inkilänmäki 1984-1985 Itkonniemi 1984-1986 Kelloniemi 1997 keskusta 1984-1985, 1988, 1994, 1999 Kettulanlahti 1988, 199 Neulamäki 1985-1986 Niirala 199 Puijo 1987, 1989 Puijonlaakso 1984-1985 Päiväranta 1987 Saarijärvi 1989 Sorsasalo 1991-1992, 1996, 2-22 Särkiniemi 1985-1986, 1993, 1998 Jotta vertailuja ohje- ja raja-arvoihin voitaisiin tehdä, pitää olla käytettävissä riittävä määrä mittaustuloksia (ajallinen edustavuus). Hyväksyttävyyden rajana käytetään Suomessa 75% ajasta. Lisäksi edellytetään, että puuttuva data ei ole yhtenäiseltä jaksolta. Taulukossa C2.2 on esitetty rikkidioksidimittausten ajallinen edustavuus raportointijaksolta prosentteina (keltaiset vain suuntaa antavia, oranssi hylätty). JPP-kalibrointi 27
Taulukko C2.2 Mittaustulosten ajallinen edustavuus, % 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 Keskusta 87 14 99 Särkiniemi 58 71 Sorsasalo 86 93 95 1 95 Haapaniemi 76 Kellolahti 95 Kuvassa B1.1 näkyy selvä rikkidioksidin laskeva trendi. Seuraavassa kuvassa trendi näkyy vieläkin selvemmin. Kuva on muodostettu yhdistämällä kaikki mittaukset riip- paikasta, jolloin on saatu pidempi pumatta tarkastelujakso.. 18 16 14 VUOSIKESKIARVO pitoisuus mikrog/m3. 12 1 8 6 4 2 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 21 Kuva C2.3 Rikkidioksidin vuosik eskiarvo muodostettuna yhdistelmänä kaikkien asemien tiedoista. Rikkidioksidilla on ajallisesti selkeä pitoisuusjakauma myös vuositasolla. Rikkidioksi- ovat yleensä korkeita, jolloin kuvan A2.1 mukaisesti korkeita pitoisuuksia on dilähteet odotettavissa maanpinnan läheisyydessä, kun ilmakehä on epävakaa. Epävakautta on yleensä silloin, kun maanpinta lämpenee ts. keväästä syksyyn. Kuvassa C2.4 on kuvattu tuntiarvojen 99. %-pistettä. Kuva on yhdistelmä v. 1991-22 Sorsasalon tie- doista. Kuvio on yleensä vino kevätkauden suuntaan, sillä keväällä lämpötilaero maanpinnan ja ilmakehän välillä on suurimmillaan (aiheuttaa termistä pyörteisyyttä). Heinäkuun alhainen arvo ilmeisesti aiheutuu M-real Oyj Savon Sellun kesälomakau- seisokeista (mittausasema den Sorsasalossa). 28 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
9 99% 75 pitoiuus mikrog/m3. 6 45 3 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 kuukausi Kuva C2.4 Rikkidioksidipitoisuus Sorsasalossa laskettuna keskiarvona mittauksista jaksolla 1991-22. Muuttujana tuntiarvojen 99. prosenttipiste. JPP-kalibrointi 29
C3 TYPPIDIOKSIDI NO 2 Kaupunkiympäristössä typenoksideja syntyy lähinnä palamisprosesseissa korkeissa lämpötiloissa ja paineissa. Typen oksidit ovat päästöissä yleensä lähes täysin typpimonoksidina (NO), joka hapettuu ulkoilmassa nopeasti mm. otsonin vaikutuksesta typpidioksidiksi (NO 2 ). NO + O 3 NO 2 + O 2 Päästöjen NO/NO 2 -suhteeseen liikenteessä vaikuttaa myös autojen katalysaattoreiden kunto ja vallitseva ilman lämpötila. Kylmällä säällä, ennen kuin katalysaattori toimii kunnolla, voi typpidioksidin osuus päästössä nousta jopa 3 %:n. (VTT, 1996) Typpidioksidi on terveysvaikutuksiltaan haitallisin typen oksidi. Se on hengitysteitä ärsyttävä kaasu, joka voi aiheuttaa tai pahentaa astmakohtauksia, altistaa hengitystietulehduksille ja vahvistaa muiden hengitystieärsykkeiden kuten esim. kylmän ilman ja allergeenien vaikutuksia. Typen oksideilla on myös suoria kasvillisuusvaikutuksia. Yhdessä muutuntatuotteidensa, nitraattien ja typpihapon, kanssa ne aiheuttavat maaperän ja vesistöjen happamoitumista ja rehevöitymistä. Reaktiivisina kaasuina typen oksidit voivat osallistua yhdessä hiilivetyjen kanssa myös alailmakehän otsonia ja muita hapettimia tuottaviin reaktioihin. Typenoksidien päästöt ilmaistaan NO x :na, joka tarkoittaa monoksidin ja dioksidin summaa. Liikenteen osuus kokonaispäästöistä on noin puolet (kuva C3.1). Muut päästölähteet ovat lähinnä energiantuotantolaitoksia. Koska niiden päästökorkeus on kymmeniä metrejä, vaikutus ilmanlaatuun jää oleellisesti liikennettä vähäisemmäksi. Ilmatieteen laitoksen leviämislaskelmissa vuodelle 1999 pistelähteiden vaikutus Kuopion ilman NO 2 -pitoisuuksiin jäi muutamaan prosenttiin (Kuopion kaupun- 21). ki/ympäristökeskus TYPENOKSIDIEN PÄÄSTÖT 21 Liikenne Haapaniemen voimalat Savon Sellu Oy Hajapäästöt Muut Kuva C3.1 Typenoksidien päästöt Kuopiossa v. 21 lähdetyypeittäin Liikenteen päästöjen kehitystä seurataan valtakunnallisesti liikennesuoritteeseen sidottujen indeksien avulla (VTT, LIISA 21.1 laskentajärjestelmä). Indeksiarvo 1, on asetettu vuodelle 21. Kuviossa on mukana muutama vuosi ennustetta (kuva 3 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
C3.2). Laskentavuonna 21 Kuopion alueen liikenteen typenoksidipäästöt on laskettu 893 tonniksi vuodessa. Liikenteen päästöt eivät ole täysin verrannollisia aikaisem- pien raporttien tietoihin, sillä LIISA:n laskentaperusteita on muutettu. Liikenteen päästöt ovat alhaisempia kuin aikaisemmissa laskelmissa. 2,5 2 1,5 1,5 198 1982 1984 1986 1988 199 1992 1994 1996 1998 2 22 24 Kuva C3.2 Liikenteen NO x -päästöt ilmaistuna indeksillä (v. 21 = 1). Edellisessä kuvassa näkyy selvästi 9-luvun alussa käyttöön tulleen pakokaasujen katalyyttisen puhdistuksen vaikutus. Päästöt ovat laskeneet, vaikka ajoneuvojen lu- v. kumäärä on jatkanut kasvuaan. Ajoneuvokannan uusiutuminen on oleellinen tekijä päästöjen kehityksessä. Seuraavassa tietolaatikossa on tarkasteltu asiaa Kuopiossa 21. Ajoneuvokannan vaikutus Jos tarkastellaan katalysaattorin vaikutusta NO x -päästöihin Kuopiossa, saadaan (v. 21) esim. henkilöautoille ominaispäästökertoimet jakamalla päästö ajosuoritteella: 1,74 (ei kat.),43 (kat.) Päästöt absoluuttisesti ei-kat-autoilla olivat 2,5-kertaiset katautoihin verrattuna. Autokannan uusiutuminen tulee selvästi pienentämään päästöjä. JPP-kalibrointi 31
Taulukko C3.1 Typpidioksidin mittauspaikat Kuopiossa (vuosina 1989-1992 keskusta-asema kadun varressa) MITTAUSPAIKKA Haapaniemi 1993 Itkonniemi 1998 MITTAUSVUODET keskusta 1989-1992, 1994-1995, 1997, 1999-22 Petonen (I-IV) 1994 Puistokatu (III-VII) 21 Sorsasalo 1996 Keskusta-asema sijaitsi aluksi Tulliportinkadun ja Puistokadun kulmauksessa (1989-1992). V. 1994 asema siirrettiin läheiseen Kasarmipuistoon, jolloin aseman luonne muuttui enemmän kaupunkitausta-asemaksi. Taulukko C3.2 Mittaustulosten ajallinen edustavuus, % (d merkitsee vrk-mittausta, keltainen suuntaa antava, oranssi hylätty) 1989 199 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 Keskusta 7(d) 76(d) 84 1 77 89 92 1 91 82 93 1 Puistokatu 49 Sorsasalo 86 Haapaniemi 74 76 Petonen 24 Itkonniemi 81 Rikkidioksidipitoisuuksilla on selkeä maksiminsa alkukesästä. Typpidioksidipitoisuu- ajallinen käyttäytyminen on erilainen, koska päästöt ovat rikkidioksidista poiketen den pääosin matalista lähteistä (autot). Talvella on usein kylmiä, stabiileja (kuva A2.1) ti- varsinkin aamuisin, jolloin päästötkin ovat työpaikkaliikenteestä suuria. Se- lanteita koittuminen on silloin heikkoa ja lähellä maanpintaa mitataan korkeita pitoisuuksia (kuva C3.3). Kesää kohti auringon lämmittävä vaikutus lisääntyy, jolloin myös ilma- pyörteisyys kasvaa ja epäpuhtauksien laimeneminen voimistuu. Pitoisuudet kehän jäävät tällöin alhaisiksi. Kesällä myös työpaikkaliikenne on vähäisempää, siten myös päästöt. 32 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
pitoisuus mikrog/m3 4 35 3 25 2 15 1 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 kuukausi Kuva C3.3 NO 2 -pitoisuuden (kuukausikeskiarvo) vaihtelu (keskusta) Vuorokaudenaikavaihtelu johtuu myös samoista tekijöistä, mutta päästöjen merkitys on suurempi. 12 1 pitoisuu s mik rog/m3. 8 6 4 maalis NO2 maalis O3 oksidantit 2 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 klo Kuva C3.4 Keskiarvoinen vuorokauden sisäinen pitoisuuksien vaihtelu keskustassa maaliskuussa 21. Kuvioon on piirretty NO 2 :n lisäksi otsonin ja oksidanttien pitoisuudet. Viimeksi mainittu on tässä tapauksessa edellisten summa. Kuvassa C3.4 näkyy typpidioksidin ja otsonin välinen riippuvuus. Typenoksidit ovat lähteistä ilmakehään joutuessaan pääosin monoksidimuodossa (~ 9%). Ilmakehässä osa NO:sta melko nopeasti hapettuu typpidioksidiksi otsonin vaikutuksesta. Tästä on seurauksena peilimäinen vaihtelu typpidioksidipitoisuus kasvaa, otsonipitoisuus laskee ja päinvastoin. Oksidantit (NO 2 + O 3 ) kuvaavat ns. hapetuspotentiaalia, ilmakehän kykyä hapettaa siihen tulevia yhdisteitä. Hapetuspotentiaali tulee alueelle otsonin muodossa. Kuten näkyy, potentiaali pysyy suhteellisen vakioisena vuorokauden eri aikoina, mikä kertoo myös siitä, että ko. tekijä on kaupunkia laa- JPP-kalibrointi 33
jemman alueen ominaisuus. Kun otetaan huomioon, että hapetuspotentiaalia tulee ilmaan jonkin verran myös päästöissä typpidioksidina, voidaan taustaotsonin pitoisuustasoksi arvioida 7-8 µg/m 3, mikä on varsin todennäköinen taso maaliskuussa. Hapetuspotentiaalilla on merkittävä osa ymmärrettäessä typpidioksidin pitoisuusvaihteluja. Esim. rikkidioksidilla päästöjen vähentyminen näkyy suoraan myös pitoisuuksien pienentymisenä. Typpidioksidilla päästön ja ilmanlaadun välinen yhteys ei ole näin yksinkertainen. Se johtuu siitä, että typpidioksidi on ns. sekundaari-epäpuhtaus, se syntyy pääosin ilmakehässä hapettumisen seurauksena, kuten edellä on todettu. Jos typenoksidipäästöt ovat suuret, niin siitä hapettuu dioksidiksi vain niin paljon kuin otsonia on käytettävissä. Kun otsoni loppuu, niin myös typpidioksidin muodostus loppuu. Vaikka typenoksidipäästöjä vähennettäisiinkin, niin se ei näy ilman laadun parantumisena samassa suhteessa. Vaikutukset alkavat näkyä vasta, kun päästöt jäävät otsonin hapetuspotentiaalin alapuolelle. Kuopion olosuhteissa otsoni harvoin kuluu kokonaan pois, mutta kylläkin esim. Helsingissä. Otsonipitoisuuden ja oksidanttipitoisuuden erotus kertoo, paljonko otsonia on kulunut typpidioksidin muodostumiseen. Typpidioksidille on tyypillistä, että kaupunkiolosuhteissa ajoittain syntyy episodeja (lyhytaikaisia korkeita pitoisuuksia). 25 pitoisuus mikrog/m3 ; lämpötila aste 2 15 1 5-5 lämpötila NO NO2 PM1 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24.12. 25.12. 26.12. klo Kuva C3.5 Ilmansaastumisepisodi, joulukuu 1995, Keskusta Talvella 1995 joulun ja Uuden Vuoden välillä vallitsi Suomessa kylmä, vähätuulinen sääjakso. Useilla paikkakunnilla nousivat NO2-pitoisuudet poikkeuksellisen korkeiksi, niin myös Kuopiossa (kuva C3.5). 25. päivän iltana pitoisuudet nousivat korkeammaksi kuin 1 µg/m 3. Pitoisuudet olivat selvästi korkeammat, kuin mitä otsonihapettumisen perusteella voitiin odottaa. Mekanismina on ilmeisesti eräiden pakokaasujen hiilivetyjen synnyttämät vapaat radikaalit, jotka kylmässä ja pimeässä hapettivat NO:a dioksidiksi. Ilmatieteen laitoksen Kuopioon vuonna 21 tekemässä typenoksidien leviämismallilaskelmassa saadut tulokset olivat korkeampia kuin mitatut, suunnilleen 1½-kertaisia. Osittain tähän vaikuttaa se seikka, että uudessa päästöjen laskentamallissa (VTT 34 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
LIISA 21.1) päästöindeksiä on korjattu alaspäin ts. käytetyt päästöarvot ovat olleet n. 1,4-kertaiset uusimpiin arvioihin verrattuna. Toisaalta muutenkaan tilastollisten le- viämismallie n tuloksien suora vertaaminen mitattuihin ei ole ongelmatonta. Keväällä 21 sijoitettiin keskustan Kasarmipuiston mittausaseman kohdalle vertailu-asema neljän metrin etäisyydelle Puistokadusta. Asemaa voidaan pitää ns. liikenneasemana. Asemalla mitattiin typenoksideja ja otsonia. Liikenneasemalla olivat odote- tusti typpimonoksidin pitoisuudet korkeita (korreloi suoraan liikenteen päästöihin) Typpidioksidi ja otsoni olivat sitä vastoin suunnilleen samoilla tasoilla kummallakin asemalla. Otsonin keskimääräinen pitoisuus oli täysin sama. Typpidioksidin keskimääräinen pitoisuus oli korttelin sisällä jonkin verran suurempi, mikä selittyy ainakin osittain sillä, että typpimonoksidin hapettuminen dioksidiksi vaatii, jonkin verran aikaa. Vertailumittaukset osoittivat, että nykyinen aseman sijainti on sopiva kaupunkimittauksiin ja että sijaintipaikka ei selittänyt eroja mallilaskelmien ja mitattujen arvojen välillä (Pulkkinen 21) JPP-kalibrointi 35
C4 KOKONAISLEIJUMA TSP JA HENGITETTÄVÄT HIUKKASET PM 1 Ilmansuojelussa käytetään hiukkasista jakoa hienot ja karkeat. Hienot hiukkaset syn- höyryistä tiivistymällä esim. savukaasujen jäähtyessä tai kemiallisten reaktioi- tyvät den seurauksena. Prosessit voivat tapahtua jo ennen savupiipun tai pakoputken päätä, jolloin syntyy primaarisia hiukkaspäästöjä. Osa hiukkasista syntyy vasta ilmake- jolloin niitä kutsutaan usein sekundaarisiksi päästöiksi. Hyvänä esimerkkinä hässä, ovat kaasumaisten rikki- ja typpiyhdisteiden muuttuminen ilmakehässä sulfaatti- ja nitraattihiukkasiksi. Hienot hiukkaset puolestaan kasvat törmätessään toisiinsa ja kondensoidessaan kaasuja itsessään. Hiukkasten halkaisijat jäävät kuitenkin kolmen mikrometrin alapuolelle. Ilmassa leijuva pöly on peräisin osin luonnosta ja osin ihmisen toiminnoista. Leijuvia hiukkasia tuottavat mm. energiatuotanto, liikenne ja erilaiset teollisuusprosessit. Kaupunki-ilmassa pitoisuudet ovat suurimmillaan keväisin lumien sulettua ja teiden kuivuttua. Tuuli ja liikenne nostavat jauhautunutta hiekoitushiekkaa ja nastojen rou- tieainesta ilmaan. Asetuksessa ilmanlaadusta on erityisiä ohjeita hiekoituksen himaa aiheuttamalle raja-arvojen ylitykselle (13 ). Hiukkasten haitallisuus riippuu niiden koosta. Pienet hiukkasten pääsevät syvälle hengitysteihin, alle 2,5 µm aina keuhkorakkuloihin saakka. Karkeat hiukkaset, jota keväinen tiepöly pääosin on, jäävät ylähengitysteihin. Karkeat hiukkaset aiheuttavat silmien ja hengitysteiden ärsyyntymistä. Pienhiukkaset puolestaan aiheuttavat ast- lisääntymistä, keuhkojen toimintakyvyn heikkenemistä ja altistavat se- makohtausten kundaarisille infektiolle. Koon lisäksi hiukkasten kemiallisella koostumuksella on mer- terveysvaikutusten kannalta. kitystä Leijuvat hiukkaset vahingoittavat kasveja tukkimalla ilmarakoja ja varjostamalla hei- fotosynteesiä. kentävät Ilmansuojelussa leijuville hiukkasille käytetään kahta jaottelua: kokonaisleijuma TSP (Total Suspended Particles) ja hengitettävät hiukkaset PM 1. Kokonaisleijuma muo- hiukkasista, joiden ns. aerodynaaminen halkaisija on <3 µm. Tähän koko- dostuu luokkaan kuuluvat mm. karkeat hiekoituksesta syntyvät hiukkaset. TSP:n keräämi- käytetään suurtehokeräimiä, jotka suunnilleen voimakkaan pölynimurin teholla seen keräävät vuorokauden ajan pölyä n. A4:n kokoiselle 36 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
suotimelle. Katsotaan, että TSP kuvaa lähinnä hiukkasten vaikutusta viihtymiseen (likaantuminen). Taulukko C4.1 Leijuvan pölyn mittauspaikat ja -ajat MITTAUSPAIKKA TSP MITTAUSVUODET PM 1 MITTAUSVUODET Haapaniemi 1993 Inkilänmäki 1984-1985 Itkonniemi 1985-1986, 1988-1998 1988, 1998-22 Kelloniemi 199, 1991-1994 Keskusta 1984-1985, 1988-22 1989-22 Kettulanlahti 1989-199 Männistö 1991-1992, 1995 Neulamäki 1989-1991 Petonen 1993-22 1996-22 Puijonlaakso 1984-1985 Päiväranta 1987 Särkiniemi 1985, 1992 1987-1989 Vuorela 1987 Taulukko C4.2 Mittaustulosten ajallinen edustavuus, % TSP 1984 1985 1986 1987 1988 1989 199 1991 1992 1993 Inkilänmäki 4 2 Itkonniemi 4 19 19 3 31 32 3 32 Kelloniemi 3 27 26 Keskusta 22 7 17 3 3 31 29 29 Kettulanlahti 6 31 Männistö 26 28 Neulamäki 31 31 5 Petonen 32 Puijonlaakso 5 3 Päiväranta 13 Särkiniemi 19 1 25 29 18 3 32 28 Vuorela 15 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 Itkonniemi 32 31 31 32 16 Kelloniemi 28 Keskusta 3 31 31 31 3 31 31 26 32 Männistö 32 Petonen 3 28 32 3 31 32 31 25 3 JPP-kalibrointi 37
PM 1 1987 1988 1989 199 1991 1992 1993 1994 Keskusta 3 3 31 29 32 3 Särkiniemi 25 29 Itkonniemi 18 Petonen 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 Keskusta 32 93 97 82 95 89 1 1 Itkonniemi 99 78 1 1 Petonen 15 5 15 16 16 13 1 PM 1 :n keräämiseen käytetään tehokeräimeen liitettävää esierotinta, joka poistaa hiukkaset joiden halkaisija on yli 1 µm. Tällä menetelmällä saadaan mitattua vuorokausikeskiarvo. Uudempi mittaustapa on mm. jatkuvatoiminen mikrovaaka, jossa ilmaisu tapahtuu suotimen ominaisvärähtelytaajuuden avulla. Massan kertyessä suotimelle värähtelytaajuus muuttuu. Tämä mittaustapa mahdollistaa tuntikeskiarvojen mittaamisen. Laite on ollut käytössä keskustassa 1995 lähtien ja Itkonniemellä vuodesta 1999. PM 1 kuvaa TSP:a paremmin terveysvaikutuksia, joten TSP on jäämässä pois käytöstä. Esim. sille ei ole enää annettu raja-arvoja. Vielä pienempiä hiukkasia kuvaava PM 2,5 on lähivuosina tulossa korvaamaan tai täydentämään mittausvalikoimaa. Hiekoitushiekan vaikutus hiukkaspitoisuuteen näkyy hyvin kevään kuukausikeskiarvoissa (ku va C4.1). Kokonaisleijumalla on hyvin yleine n sekundaarinen maksimi myös syksyllä. Sama hiekoitushiekan vaikutus näkyy hengitettävillä hiukkasilla (kuva C4.2). Kuvassa C4.2 on käytetty kuukauden 2. suurinta vuorokausipitoisuutta, joten vaihtelu on suhteellisesti suurempaa kuin ku van C 4.1 kuukausikeskiarvoilla. Aineistona on käytetty kolmen vuoden ( 2-22) keskiar voja. 18 15 KUUKAUSIKESKIARVO pit o isuus mikrog/ m3 12 9 6 3 Itkonniemi Keskusta 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 kuukausi Kuva C4.1 TSP Kuukausikeskiarvo muodostettuna kolmen vuoden tuloksista (1995-1997). 38 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
1 KUUKAUDEN 2. SUURIN 8 m3 isuus mikrog/ pito 6 4 2 Keskusta Itkonniemi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 Kuva C4.2 PM 1 Kuukauden 2. suurin vuorokausikeskiarvo muodostettuna kolmen vuoden tuloksis- ta (2-22). kuukausi Koska eri keräysmenetelmät keräävät osittain samoja hiukkasia, on odotettavissa, että niiden välillä on selkeä korrelaatio. Tämän osoittavat v. 22 mittaustulokset (kuva C4.3): selitysaste on 85%. 12 PM1 pitoisuus mikrog/m3 1 8 6 4 y =,3212x + 2,969 R 2 =,854 2 5 1 15 2 25 3 TSP pitoisuus mikrog/m3 Kuva C4.3 TSP:n ja PM 1 välinen korrelaatio v. 22 keskustassa JPP-kalibrointi 39
C5 HIILIMONOKSIDI eli HÄKÄ CO Hiilimonoksidi on myrkyllistä, sillä se sitoutuu veren hemoglobiiniin parisataa kertaa tehokkaammin kuin happi. Häkä on erityisen haitallista hengityselinsairaille sekä sydän- ja verisuonitautisille. Häkäaltistuksen on havaittu aiheuttavan keskittymisvaikeuksia, päänsärkyä ja pahoinvointia. Muita hiilimonoksidin vaikutuksia on sen osallistuminen valokemiallisiin reaktioihin. Se vaikuttaa epäsuorasti myös kasvihuoneilmiöön hidastamalla metaanin (kasvihuonekaasu) hapettumista. Ilmakehässä hiilimonoksidi on pitkäikäinen, päinvastoin kuin esim. rikkidioksidi ja typpidioksidi. Hiilimonoksidin pääasiallinen päästölähde on epätäydellinen palaminen. Kuvassa 5.1 on esitetty Kuopion hiilimonoksidipäästöt lähdetyypeittäin v. 21. Tieliikenteen osuus päästöistä oli vain 45%, mutta kaupunkiympäristön ilman laadun kannalta liikenne on kuitenkin tärkein päästölähde matalan päästökorkeutensa vuoksi. HIILIMONOKSIDIPÄÄSTÖT v. 21 Kuopion Energia Muut päästölähteet M-Real Savon Sellu Hajapäästöt Tieliikenne Kuva C5.1 Kuopion hiilimonoksidipäästöt v. 21 päästötyypeittäin. Päästöjen määrä oli n. 67 tonnia LIISA 21-laskentamallin mukaan hiilimonoksidipäästöt ovat laskeneet Suomessa, samoin Kuopiossa, 199-luvulla kolmanneksella. Katalysaattorit vähentävät oleellisesti häkäpäästöjä. Ajosuoritekilometria kohti laskettuna ei-katalysaattori-autojen häkäpäästöt olivat v. 21 noin 5 kertaa suuremmat kuin katalysaattoriautoilla. Taulukko C5.1 Mittaustulosten ajallinen edustavuus, % (keltainen suuntaa antava, oranssi hylätty) 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 Keskusta 56 29 9 96 97 99 84 96 9 1 9 Hiilimonoksidin pitoisuudet ilmassa seuraavat melko hyvin päästöjen kehitystä (kuva C5.2). 4 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
1 VUOSIKESKIARVO,8 pitoisuus mg/m3,6,4 CO TRENDI,2 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 Kuva C5.2 Hiilimonoksidipitoisuuden kehitys keskustan mittausasemalla Trendiin vaikuttavat sekä katalysaattoriautojen lisääntyminen että mittausaseman siirto pois kadun läheisyydestä v. 1994. 1, TUNTIARVO 8, pitoisuus mg/m3 6, 4, 2,, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 kuukausi Kuva C5.3 Kuukauden suurin tuntiarvo v. 1996-1998 keskiarvona JPP-kalibrointi 41
Kuvassa B4.1 näkyy selvästi hiilimonoksidipitoisuuden voimakas vuoden sisäinen vaihtelu. Kuvassa C5.3 on sama seikka esitetty pelkistetymmin. Vaihtelu muistuttaa typpidioksidin vastaavaa vaihtelua. Syykin on sama, säätila. Typpidioksidin yhteydessä todettiin myös, että sille oli tyypillistä talvisin esiintyvät episodit. Hiilimonoksidilla on havaittavissa vastaava käyttäytyminen. 8 7 pitoisuus mg/m3 6 5 4 3 2 1 6 12 18 6 12 18 6 12 18 19.2.1996 2.2.1996 21.2.1996 Kuva C5.4 Hiilimonoksidin vuorokausivaihtelu 19.-21.2.1996 Kuvassa 5.4 on esitetty CO-pitoisuus keskustassa kolmena pakkaspäivänä. 19. pv (maanantai) ei näy aamuliikenteen piikkiä, sillä tuulen nopeus oli kohtalainen, mutta iltaa kohti pakkanen kiristyi ja tuuli tyyntyi --- häkäpitoisuus nousi. Yöllä Sorsasalossa typenoksidien pitoisuus pysyy korkeana --- tuuli on luoteesta ja sekoittuminen heikkoa. Tuuli pysyi koko jakson luoteessa, jonka seurauksena pitoisuudet olivat ilmeisuhteessa matalahkoja. Kuvassa C5.5 on esitetty hiilimonoksidin käyttäytyminen sesti episoditilanteessa, joka on kuvattu typpidioksidin yhteydessä aikaisemmin (kuva C3.5). 7 6 5 CO mg/m3 4 3 2 1 3 6 9 12 15 18 21 3 6 9 12 15 18 21 3 6 9 12 15 18 21 klo Kuva C5.5 Hiilimonoksidin vaihtelu aiemmin esitetyssä episodissa 42 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
C6 OTSONI O 3 Otsoni on ns. sekundaarinen epäpuhtaus, sillä sitä ei ole suoraan päästöissä. Synty tapahtuu ilmakehässä. Otsonilla on melko tasainen tausta-arvonsa, joka vaihtelee kuitenkin vuodenaikojen ja maantieteellisen alueen mukaan. Miten tämä taso muodostuu on vielä tutkimuksen aiheena, mutta korkeilla leveysasteilla, kuten Suomessa, taustapitoisuudet ovat korkeita. Otsonia syntyy myös paikallisesti valokemiallisissa reaktioissa, mutta Suomen olosuhteissa tällä ei ole merkitystä. Otsoni on voimakas hapetin, joka osallistuu voimakkaasti ilmakemiaan ja jolla sellaisenaan on vaikutuksia kasvillisuuteen ja ihmiseen. Kasvillisuuteen vaikutus on meidän olosuhteissa kuvattavissa ns. ympäristöstressinä: otsoni altistaa muille vaurioille, kuten esim. tuhohyönteisille. Vaikutukset ihmiseen ilmenevät lähinnä limakalvojen ärsytyksenä. Kuopion olosuhteissa ei kuitenkaan tämän tason vaikutuksia ei ole odotettavissa. Typpidioksidin yhteydessä on jo todettu otsonin suuri merkitys typpidioksiditason säätelijänä. Koska otsoni kulkeutuu Kuopioon ulkopuolelta, paikallisilla toimenpiteillä ei voida vaikuttaa sen pitoisuuksiin. Pitoisuudet kaupunkikeskustoissa ovat itse asiassa alhaisempia kuin ympäristössä saasteiden hapettumisen kuluttaessa sitä taajamissa. Mitä alhaisemmat mitatut pitoisuudet ovat, sitä voimakkaammin se on osallistunut muiden epäpuhtauksien syntyyn. Otsonimittaukset on aloitettu keskustassa 7/97. Petosella on suoritettu otsonimittauk- sia 2-4/94 (kuva C6.1). Taulukko C6.1 Mittaustulosten ajallinen edustavuus, % (keltainen suuntaa antava) 1997 1998 1999 2 21 22 Keskusta 47 84 97 9 1 1 1 8 pitoisuus mikrog/m3 6 4 2 otsoni typpidioksidi LIUKUVA KESKIARVO 4 7 11 14 17 21 24 27 3 6 9 13 16 19 23 26 29 2 5 8 12 15 18 22 25 28 hel maa huh Kuva C6.1 Otsoni- ja typpidioksidimittaus Petosella 2-4/94 JPP-kalibrointi 43
Petosen otsopitoisuus maalis-huhtikuussa 1994 oli noin 7 µg/m 3, joka on tyypillinen ko. ajankohdalle. Koska NO-päästöt ovat alueella alhaiset, otsonipitoisuus lähestyy taustapitoisuutta. Otsonilla on maanpinnan läheisyydessä selkeä vuodensisäinen vaihtelu --- keväällä on maksimi ja syksyllä pienempi sekundaarinen maksimi (kuva C6.2). 8 6 KUUKAUSIKESKIARVOT v. 21 m3 mikrog/ 4 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 kuukausi Kuva C6.2 Kuukausipitoisuusvaihtelu v. 21 keskustassa Otsonin reaktiivisuus aiheuttaa vaihtelua pitoisuuksiin eri vuorokaudenaikoina --- otonia poistuu maaperään ( kasve ihin, rakenteisii n jne.). Päivällä sekoittuminen s on 1 8 mikrogg/m3 6 4 2 yö iltapäivä 1 5 9 13 17 21 25 29 pvm, huhtikuu 21 Kuva C6.3 Otsonipitoisuus keskustassa yöllä (-8) ja iltapäivällä (12-2) 44 Kuopion ilmanlaatu 1984-22
voimakkaampaa, jolloin nielut korvautuvat uudella otsonilla. Yöllä ilmakehä on stabiilimpi --- otsoni kuluu pois maanpinnan läheltä (kuva C6.3). Erotus poistuu nieluihin. Raportointijakson aikana ei ole tapahtunut muutosta otsonipitoisuustasossa (kuva C6.4). 6 5 4 otsoni mikrog/m3 3 2 1 1997 1998 1999 2 21 22 Kuva C6.4 Otsonitrendi Otsonille tullaan antamaan erillisellä asetuksella lisätavoitteita. Uutena ohjausarvon a 3 tulee käyttöön AOT4, joka tarkoittaa 8 µg/m ylittävien tuntipitoisuuksien ja 8 µg/m 3 erotuksen kumulatiivista summaa määrättynä ajanjaksona käyttäen ainoastaan päivittäin klo 8 ja 2 välillä mitattuja tuntiarvoja. Suureen yksikkö on µg/m 3 x tunti. Ajanjaksoksi on alustavasti määritetty touko-heinäkuu. Kasvillisuuden suojelua koskevaksi tavoitearvoksi (v. 21) on asetettu 18 µg/m 3 x tuntia viiden vuoden keskiarvona ja pitkän aikavälin (v. 22) tavoitearvoksi vastaavasti 6 µg/m 3 x tuntia. Keskustan mittausasemalla mitatuista tuntiarvoista lasketut AOT4-arvot on esitetty taulukossa C6.2. Jakson keskiarvo on 173 µg/m 3 x tuntia. Taulukko C6.2 Otsonin AOT4-arvot AOT4 1999 183 2 833 21 675 22 183 JPP-kalibrointi 45