ILMANLAATUSELVITYS MM o JK Oy kiteh : Ark Kuva ist titoim Liikenteen ja pysäköintilaitoksen typenoksidi- ja pienhiukkaspäästöjen leviämismallinnus Espoon kauppakeskus Lippulaivan lähiympäristössä ILMANLAATU JA ENERGIA ASIANTUNTIJAPALVELUT 2014
ILMANLAATUSELVITYS Liikenteen ja pysäköintilaitoksen typenoksidi- ja pienhiukkaspäästöjen leviämismallinnus Espoon kauppakeskus Lippulaivan lähiympäristössä Emmi Laukkanen Hanna Hannuniemi Katja Lovén ILMATIETEEN LAITOS ILMANLAATU JA ENERGIA ASIANTUNTIJAPALVELUT Helsinki 18.11.2014
SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO... 3 2.1 Ilmanlaatuun vaikuttavat tekijät... 3 2.2 Typpidioksidi... 4 2.3 Hiukkaset... 5 2.4 Ilmanlaadun raja- ja ohjearvot... 6 3 MENETELMÄT... 8 3.1 Leviämismallilaskelmien kuvaus... 8 4 TUTKIMUSALUE JA LÄHTÖTIEDOT... 10 5 TULOKSET... 19 5.1 Typpidioksidipitoisuudet... 19 5.2 Pienhiukkaspitoisuudet... 24 5.3 Ilmanlaadun mittauksia alueella... 29 6 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET... 31 VIITELUETTELO... 28
1 JOHDANTO Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli arvioida leviämismallilaskelmin autoliikenteen päästöjen vaikutusta kauppakeskus Lippulaivan lähiympäristön ilmanlaatuun Espoossa. Kauppakeskusta on suunniteltu laajennettavaksi ja sen lähiympäristöön on suunniteltu uusia asuinkortteleita. Mallinnustyö tehtiin suunnittelun tueksi kauppakeskuksen laajennustyön yhteydessä. Tutkimuksessa tarkasteltiin ulkoilman typpidioksidin (NO 2 ) ja pienhiukkasten (PM 2,5 ) pitoisuuksia nykyistä hieman uudempaa ajoneuvokantaa edustavilla autoliikenteen ajoneuvotyyppikohtaisilla ja nopeusriippuvaisilla päästökertoimilla (Euro 4). Laskelmat tehtiin käyttäen vuotta 2035 edustavia liikennemääräennusteita. Mallilaskelmin tarkasteltiin ympäröivän tieliikenteen ja Lippulaivan pysäköintilaitoksen päästöjen ilmanlaatuvaikutuksia tutkimusalueella sekä kauppakeskuksen ja asuinkerrosten raittiinilman sisäänottokohdilla. Autoliikenteen päästöjen aiheuttamat typpidioksidi- ja pienhiukkaspitoisuudet mallinnettiin Ilmatieteen laitoksella erityisesti liikenteen päästöjen leviämisen mallintamiseen kehitetyllä leviämismallilla (CAR-FMI) ja pysäköintilaitoksen poistoilmahormien kautta vapautuvat päästöt Ilmatieteen laitoksella kehitetyllä kaupunkiympäristöön soveltuvalla päästöjen leviämismallilla (UDM-FMI). Työn tilasi Citycon Finland Oy. Lähtötietoina käytetyt katuverkon liikennemääräennusteet ja pysäköintilaitoksen tiedot toimitti Ramboll Finland Oy. Päästöjen leviämismallilaskelmat tehtiin Ilmatieteen laitoksen Asiantuntijapalvelut -yksikössä. 2 TAUSTATIETOA ILMAN EPÄPUHTAUKSISTA 2.1 Ilmanlaatuun vaikuttavat tekijät Ilmanlaatua heikentävien ilmansaasteiden suurimpia päästölähteitä Suomessa ovat liikenne, energiantuotanto, teollisuus ja puun pienpoltto. Ilmansaasteita kulkeutuu Suomeen myös kaukokulkeumana maamme rajojen ulkopuolelta. Ilmansaasteiden päästöistä suurin osa vapautuu ilmakehän alimpaan kerrokseen, jota kutsutaan rajakerrokseksi. Rajakerroksessa päästöt sekoittuvat ympäröivään ilmaan ja ilmansaasteiden pitoisuudet laimenevat. Päästöt voivat levitä liikkuvien ilmamassojen mukana laajoille alueille. Tämän kulkeutumisen aikana ilmansaasteet voivat reagoida keskenään sekä muiden ilmassa olevien yhdisteiden kanssa muodostaen uusia yhdisteitä. Ilmansaasteet poistuvat ilmasta sateen huuhtomina (märkälaskeuma), kuivalaskeumana erilaisille pinnoille tai kemiallisen muutunnan kautta. Ilmansaasteiden leviäminen tapahtuu pääosin ilmakehän alimmassa osassa, rajakerroksessa. Sen korkeus on Suomessa tyypillisesti alle kilometri, mutta varsinkin kesällä se voi nousta yli kahteen kilometriin. Matalimmat rajakerroksen korkeudet havaitaan yleensä talvella kovilla pakkasilla. Rajakerroksen korkeus määrää ilmatilavuuden, johon päästöt voivat välittömästi sekoittua. Rajakerroksen tuuliolosuhteet määräävät karkeasti ilmansaasteiden kulkeutumissuunnan, mutta rajakerroksen ilmavirtausten pyörteisyys ja kerroksen korkeus vaikuttavat merkittävästi ilmansaasteiden sekoittumiseen ja pitoisuuksien laimenemiseen kulkeutumisen aikana. Leviämisen kannalta keskeisiä meteorologisia tekijöitä ovat tuulen
4 suunta ja nopeus, ilmakehän stabiilisuus ja sekoituskorkeus. Ilmakehän stabiilisuudella tarkoitetaan ilmakehän herkkyyttä pystysuuntaiseen sekoittumiseen. Stabiilisuuden määrää ilmakehän pystysuuntainen lämpötilarakenne sekä mekaaninen turbulenssi eli alustan kitkan synnyttämä ilman pyörteisyys. Inversiolla tarkoitetaan tilannetta, jossa ilmakehän lämpötila nousee ylöspäin mentäessä. Erityisesti maanpintainversion aikana ilmanlaatu voi paikallisesti huonontua nopeasti. Maanpintainversiossa maanpinta ja sen lähellä oleva ilmakerros jäähtyy niin, että kylmempi ilma jää ylempänä olevan lämpimämmän ilman alle. Kylmä pintailma ei raskaampana pääse kohoamaan yläpuolellaan olevan lämpimän kerroksen läpi, ja ilmakehän pystysuuntainen liike estyy. Inversiokerroksessa tuuli on hyvin heikkoa ja ilmaa sekoittava pyörteisyys on vähäistä, minkä vuoksi ilmansaasteet laimenevat huonosti. Inversiotilanteissa pitoisuudet kohoavat taajamissa etenkin liikenneruuhkien aikana, koska ilmansaasteet kerääntyvät matalaan ilmakerrokseen päästölähteiden lähelle. 2.2 Typpidioksidi Typen yhdisteitä vapautuu päästölähteistä ilmaan typen oksideina eli typpimonoksidina (NO) ja typpidioksidina (NO 2 ). Näistä yhdisteistä terveysvaikutuksiltaan haitallisempaa on typpidioksidi, jonka pitoisuuksia ulkoilmassa säädellään ilmanlaadun ohje- ja raja-arvoilla. Typpidioksidin määrään ilmassa vaikuttavat myös kemialliset muutuntareaktiot, joissa typpimonoksidi hapettuu typpidioksidiksi. Ulkoilman typpidioksidipitoisuuksille altistuminen on suurinta kaupunkien keskustojen ja taajamien liikenneympäristöissä. Typpidioksidipitoisuudet kohoavat tyypillisesti ruuhka-aikoina. Korkeimmillaan typpidioksidipitoisuudet ovat erityisesti tyyninä ja kylminä talvipäivinä, jolloin myös energiantuotannon päästöt ovat suurimmillaan. Taajamien ja kaupunkien korkeimmat typpidioksidipitoisuudet aiheuttaa pääasiassa ajoneuvoliikenne, vaikka energiantuotannon ja teollisuuden aiheuttamat päästöt (pistemäiset päästölähteet) olisivat määrällisesti jopa suurempia autoliikenteeseen verrattuna. Ihmiset altistuvat helposti liikenteen päästöille, sillä autojen pakokaasupäästöt vapautuvat hengityskorkeudelle. Typpidioksidille herkimpiä väestöryhmiä ovat lapset ja astmaatikot, joiden hengitysoireita kohonneet pitoisuudet voivat lisätä suhteellisen nopeasti. Pakkaskaudella tapahtuva typpidioksidipitoisuuden kohoaminen on erityisen haitallista astmaatikoille, koska jo puhtaan kylmän ilman hengittäminen rasituksessa aiheuttaa useimmille astmaatikoille keuhkoputkien supistusta ja typpidioksidi pahentaa tästä aiheutuvia oireita kuten hengenahdistusta ja yskää. Ilmatieteen laitoksella tehdyn ilmanlaadun kansallisen ilmanlaatuarvioinnin (Komppula ym., 2014) mukaan typpidioksidipitoisuuden raja-arvot ylittyvät nykyisin ainoastaan suurimpien Helsingin vilkkaasti liikennöidyillä alueilla. Korkeimmillaan vuosikeskiarvot ovat olleet ilmanlaadun mittausten mukaan Helsingin vilkasliikenteisimmillä alueilla noin 40 50 µg/m 3. Yleensä Suomen kaupungeissa vuosikeskiarvot ovat noin 10 30 µg/m 3. Puhtailla tausta-alueilla tehtyjen ilmanlaatumittausten mukaan typpidioksidin vuosikeskiarvot ovat olleet Etelä-Suomessa noin 2 8 µg/m³ ja Pohjois-Suomessa noin 1 µg/m³.
5 2.3 Hiukkaset Ulkoilman hiukkaset ovat nykyisin merkittävimpiä ilmanlaatuun vaikuttavia tekijöitä Suomen kaupungeissa. Pienhiukkasia pidetään länsimaissa haitallisimpana ympäristötekijänä ihmisten terveydelle. Ulkoilman hiukkaset ovat taajamissa suurelta osin peräisin liikenteen ja tuulen nostattamasta katupölystä (ns. resuspensio) eli epäsuorista päästöistä. Hiukkaspitoisuuksia kohottavat myös nk. suorat hiukkaspäästöt, jotka ovat peräisin energiantuotannon ja teollisuuden prosesseista, autojen pakokaasuista ja puun pienpoltosta. Suorat hiukkaspäästöt ovat pääasiassa pieniä hiukkasia. Hiukkasiin on sitoutunut myös erilaisia haitallisia yhdisteitä kuten hiilivetyjä ja raskasmetalleja. Ulkoilman hiukkasten koko on yhteydessä niiden aiheuttamiin erilaisiin vaikutuksiin. Suurempien hiukkasten korkeat pitoisuudet vaikuttavat merkittävimmin viihtyvyyteen ja aiheuttavat likaantumista. Terveysvaikutuksiltaan haitallisempia ovat ns. hengitettävät hiukkaset ja pienhiukkaset, jotka kykenevät tunkeutumaan syvälle ihmisten hengitysteihin. Hengitettäville hiukkasille, joiden halkaisija on alle 10 mikrometriä (PM 10 ), on annettu ilmanlaadun ohje- ja raja-arvot. Hengitettävien hiukkasten pitoisuudet kohoavat erityisesti keväällä, jolloin jauhautunut hiekoitushiekka ja asfalttipöly nousevat ilmaan kuivilta kaduilta liikenteen nostattamana. Pienhiukkaset, joiden halkaisija on alle 2,5 mikrometriä (PM 2,5 ), ovat pääasiassa peräisin suorista autoliikenteen ja teollisuuden päästöistä ja kaukokulkeumasta, jonka lähde voi olla esimerkiksi metsä- ja maastopalot. Hiukkasten kokoluokkia on havainnollistettu kuvassa A. Suurimmat hiukkaspitoisuudet esiintyvät vilkkaasti liikennöidyissä kaupunkikeskustoissa. Suomessa hiukkaspitoisuudet kohoavat yleensä voimakkaasti keväällä maalis-huhtikuussa, kun maanpinnan kuivuessa tuuli ja liikenne nostattavat katupölyä ilmaan. Liikenteen vaikutukset korostuvat matalan päästökorkeuden vuoksi. Hengitettäville hiukkasille annettu vuorokausiohjearvo (70 µg/m 3 ) ylittyy keväisin yleisesti Suomen kaupungeissa samoin kuin vuorokausipitoisuuksille asetettu rajaarvotaso (50 µg/m 3 ). Vuorokausiraja-arvotason ylityksiä saa olla kullakin asemalla 35 kappaletta vuodessa, joka ylittyy harvoin. Hengitettävien hiukkasten vuorokausipitoisuudelle annettu raja-arvo on ylittynyt vain Helsingin keskustassa (viimeisin raja-arvon ylitys oli vuonna 2006). Katupölyn muodostumiseen voidaan merkittävästi vaikuttaa oikea-aikaisella katujen siivouksella ja kunnossapidolla sekä pölynsidonnalla. Maamme suurimpien kaupunkien keskusta-alueilla on mitattu useina vuosina yli 25 µg/m 3 :n hengitettävien hiukkasten pitoisuuden vuosikeskiarvoja. Hengitettävien hiukkasten vuosipitoisuudelle annettu raja-arvo 40 µg/m 3 on alittunut Suomessa. Pääkaupunkiseudulla mitatut hengitettävät hiukkasten vuosikeskiarvopitoisuudet ovat olleet suurimmillaan tasoa 25 30 µg/m³. Yleisesti Suomen kaupunkien keskusta-alueilla hengitettävien hiukkasten pitoisuuden vuosikeskiarvot ovat noin 10 12 µg/m³. Puhtailla tausta-alueilla vuosikeskiarvopitoisuudet ovat olleet Etelä- Suomessa noin 10 12 µg/m³ ja Pohjois-Suomessa noin 3 6 µg/m³ (Komppula ym., 2014). Pienhiukkaspitoisuuden (PM 2,5 ) vuosikeskiarvolle määritetty raja-arvo 25 µg/m 3 alittuu kaikkialla Suomessa. Korkeimmillaan vuosipitoisuus on ollut Helsingin vilkkaasti liikennöidyillä keskusta-alueilla noin 10 13 µg/m 3. Muissa Suomen
6 kaupungeissa pitoisuustaso on noin 6 10 µg/m 3. Tausta-alueilla pienhiukkaspitoisuus pienenee pohjoista kohti mentäessä ollen Etelä-Suomessa noin 5 9 µg/m 3 ja Pohjois-Suomessa noin 4 µg/m 3. Taustapitoisuudet muodostavat huomattavan osan myös kaupunki-ilman pienhiukkaspitoisuudesta (Komppula ym., 2014). Hiukkasten kokoluokkia Pienet hiukkaset Suuret hiukkaset Jättiläishiukkaset Hiesu Hieno hiekka Karkea hiekka Sora Pilvi- ja sumupisarat Sa depisa rat Tupa ka nsav u Sementtipöly Lannoite- ja kalkkikivipöly JAUHOA Jauhot K aasumolekyylit Itiöt Siitepöly Virukset Bakteerit Hius Pisaroista kuivunut merisuola Liikenne Liikenteen ja tuulen nostattama pöly Energiantuotanto Energiantuotanto, lentotuhka 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 (1mm) (1cm) µm Kuva A. Hiukkasten kokoluokkia. Hiukkasten koko ilmaistaan halkaisijana mikrometreissä (µm). Mikro (µ) etuliite tarkoittaa miljoonasosaa. 1 µm on siten metrin miljoonasosa eli millimetrin tuhannesosa. 2.4 Ilmanlaadun raja- ja ohjearvot Leviämismallilaskelmilla tai ilmanlaadun mittauksilla saatuja ilman epäpuhtauksien pitoisuuksia voidaan arvioida vertaamalla niitä ilmanlaadun ohje- ja raja-arvoihin. EU-maissa voimassa olevat raja-arvot ovat sitovia ja ne eivät saa ylittyä alueilla, joissa asuu tai oleskelee ihmisiä. Raja-arvot eivät ole voimassa esimerkiksi teollisuusalueilla tai liikenneväylillä, lukuun ottamatta kevyen liikenteen väyliä. Kansalliset ilmanlaadun ohjearvot eivät ole yhtä sitovia kuin raja-arvot, mutta niitä käytetään esimerkiksi kaupunkisuunnittelun tukena ja ilman pilaantumisen vaaraa aiheuttavien toimintojen sijoittamisessa. Tavoitteena on ennalta ehkäistä ohjearvojen ylittyminen sekä taata hyvän ilmanlaadun säilyminen.
7 Raja-arvot määrittelevät ilmansaasteille sallitut korkeimmat pitoisuudet. Rajaarvoilla pyritään vähentämään tai ehkäisemään terveydelle ja ympäristölle haitallisia vaikutuksia. Raja-arvon ylittyessä kunnan on tiedotettava väestöä ja tehtävä ohjelmia ja suunnitelmia ilmanlaadun parantamiseksi ja raja-arvon ylitysten estämiseksi. Tällaisia toimia voivat olla esimerkiksi määräykset liikenteen tai päästöjen rajoittamisesta. Ilman epäpuhtauksien aiheuttamien terveyshaittojen ehkäisemiseksi ulkoilman typpidioksidin ja pienhiukkasten pitoisuudet eivät saisi ylittää taulukon 1 raja-arvoja alueilla, joilla ihmiset saattavat altistua ilmansaasteille. Taulukko 1. Terveyshaittojen ehkäisemiseksi annetut ulkoilman typpidioksidin ja pienhiukkasten pitoisuuksia koskevat raja-arvot (Vna 38/2011). Ilman epäpuhtaus Keskiarvon laskenta-aika Raja-arvo µg/m 3 (293 K, 101,3 kpa) Sallittujen ylitysten määrä kalenterivuodessa (vertailujakso) Typpidioksidi (NO 2 ) 1 tunti 200 1) 18 kalenterivuosi 40 1) Pienhiukkaset (PM 2,5 ) kalenterivuosi 25 2) 1) Tulokset ilmaistaan lämpötilassa 293 K ja paineessa 101,3 kpa. 2) Tulokset ilmaistaan ulkoilman lämpötilassa ja paineessa. Typenoksidipitoisuuksien (NO x ) vuosikeskiarvoon perustuva kriittinen taso 30 µg/m 3 on annettu kasvillisuuden ja ekosysteemien suojelemiseksi ja se on voimassa laajoilla maa- ja metsätalousalueilla ja luonnonsuojelun kannalta merkityksellisillä alueilla. Ilmanlaadun ohjearvot on otettava huomioon suunnittelussa ja niitä sovelletaan mm. alueiden käytön, kaavoituksen, rakentamisen ja liikenteen suunnittelussa ja ympäristölupaharkinnassa. Ohjearvojen soveltamisen avulla pyritään ehkäisemään ilmansaasteiden aiheuttamia terveysvaikutuksia. Suomessa voimassa olevat ulkoilman typpidioksidin pitoisuuksia koskevat ilmanlaadun ohjearvot on esitetty taulukossa 2. Lisäksi taulukossa esitetään WHO:n suosituksenomaiset ohjearvot pienhiukkasten vuorokausipitoisuudelle ja vuosipitoisuudelle (WHO, 2006). Taulukko 2. Ulkoilman typpidioksidin ja pienhiukkasten pitoisuuksia koskevat ilmanlaadun ohjearvot (Vnp 480/1996, WHO, 2006). Ilman epäpuhtaus Ohjearvo µg/m³ (293 K, 101,3 kpa) Tilastollinen määrittely Typpidioksidi (NO 2 ) 150 Kuukauden tuntiarvojen 99. prosenttipiste 70 Kuukauden toiseksi suurin vuorokausiarvo Pienhiukkaset (PM 2,5 ) 25 (WHO) Suurin vuorokausikeskiarvo 10 (WHO) Vuosikeskiarvo
8 3 MENETELMÄT 3.1 Leviämismallilaskelmien kuvaus Ilmansaasteiden leviämismalleilla tutkitaan eri ilmansaasteiden kulkeutumista ilmakehässä ja ilmansaasteiden pitoisuuksien muodostumista tutkimusalueelle. Malleihin sisältyy usein myös laskentamenetelmiä, joiden avulla voidaan kulkeutumisen lisäksi tarkastella ilmansaasteiden muuntumista ja kemiallisia reaktioita ilmakehässä sekä poistumista ilmakehästä laskeumana. Tässä tutkimuksessa käytettiin Ilmatieteen laitoksella kehitettyjä leviämismalleja tieliikenteen päästöjen leviämisen kuvaamiseen ja ilmanlaatuvaikutusten arvioimiseen. Ilmatieteen laitoksen leviämismalleja on kehitetty pitkäjänteisesti yli kolmenkymmenen vuoden ajan tavoitteena tuottaa luotettavaa tietoa ilmanlaadusta erityisesti Suomen olosuhteissa mm. kaupunki- ja liikennesuunnittelun ja ilmansuojelutoimenpiteiden suunnittelun tueksi sekä pitoisuuksien ja väestön altistumisen arvioimiseksi. Mallien toimintaa on kehitetty lukuisissa tutkimusprojekteissa, ja verifiointitutkimusten mukaan mallinnusten tulokset on todettu hyvin yhteensopiviksi Suomen taajamien ja teollisuusympäristöjen ilmanlaadun mittaustulosten kanssa. Nykyisissä Ilmatieteen laitoksen leviämismalleissa kuvataan tarkasti päästökohdassa tapahtuvaa mekaanista ja lämpötilaeroista johtuvaa nousulisää, lähimpien esteiden aiheuttamaa savupainumaa, ilmassa tapahtuvia päästöaineiden kemiallisia prosesseja sekä ilmansaasteiden poistumamekanismeja ilmakehästä. Malleihin sisältyy laskentamenetelmä typenoksidien kemialliselle muutunnalle. Liikenteen ja energiantuotannon typenoksidipäästöt koostuvat typpidioksidista sekä typpimonoksidista, jota on valtaosa päästöistä. Osa typpimonoksidista hapettuu ilmassa terveydelle haitallisemmaksi typpidioksidiksi. Tässä selvityksessä käytetyllä leviämismallilla voidaan arvioida ilmansaasteiden pitoisuuksia ja laskeumaa päästölähteiden lähialueilla. Autoliikenteen päästöjen aiheuttamia ilmanlaatuvaikutuksia arvioitiin viivalähdemallilla CAR-FMI (Contaminants in the Air from a Road; Karppinen, 2001; Härkönen ym., 2001). Pysäköintilaitoksen päästöjen ilmanlaatuvaikutuksia arvioitiin kaupunkimallilla UDM-FMI (Urban Dispersion Modelling System). Kaaviokuva leviämismallien toiminnasta on esitetty kuvassa B. Pysäköintilaitoksen ja liikenteen päästöjen ilmanlaadun yhteisvaikutusta arvioitaessa mallinnetut pitoisuuksien tunneittaiset aikasarjat lasketaan yhteen ja tilastolliset tunnusluvut lasketaan summauksen jälkeen. Leviämismallien lähtötiedoiksi tarvitaan tietoja päästöistä ja niiden lähteistä, mittaamalla ja mallittamalla saatuja tietoja ilmakehän tilasta sekä tietoja ilmansaasteiden taustapitoisuudesta tutkimusalueella. Lisäksi lähtötiedoiksi tarvitaan erilaisia paikkatietoja, kuten tietoja maanpinnan muodoista ja maanpinnan laadusta sekä tietoa päästölähteiden sijainnista. Liikenteen päästölaskennassa otetaan huomioon liikennemäärät ja niiden tunneittainen vaihtelu, erityyppisten ajoneuvojen osuudet liikennemääristä, liikennevirtojen nopeudet ja ajoneuvokohtaiset nopeusriippuvaiset päästökertoimet. Pistemäisten lähteiden päästöjen laskennassa otetaan huomioon lähdekohtaiset päästöt, savukaasujen ominaisuudet ja laitoksen tekniset tiedot. Leviämislaskelmia varten muodostetaan kaikille eri päästölähteille päästöaikasarjat, joissa on jokaiselle tarkastelujakson tunnille (1 3 vuotta, 8 760 26 304 tuntia) laskettu päästömäärä erikseen eri ilmansaasteille.
9 Leviämismallin tarvitseman meteorologisen aikasarjan muodostuksessa käytetään Ilmatieteen laitoksella kehitettyä meteorologisten tietojen käsittelymallia, joka perustuu ilmakehän rajakerroksen parametrisointimenetelmään (Rantakrans, 1990; Karppinen, 2001). Menetelmän avulla voidaan meteorologisten rutiinihavaintojen ja fysiikan perusyhtälöiden avulla arvioida rajakerroksen tilaan vaikuttavat muuttujat, joita tarvitaan ilmansaasteiden leviämismallilaskelmissa. Tarvittavat mittaustiedot saadaan Ilmatieteen laitoksen havaintotietokantaan tallennetuista sää-, auringonpaiste- ja radioluotaushavainnoista. Menetelmässä otetaan huomioon tutkimusalueen paikalliset tekijät, kuten leviämisalustan rosoisuus ja vuodenaikaiset albedoarvot (maanpinnan kyky heijastaa auringon säteilyä) eri maanpinnan laaduille. Laskelmissa käytetään yleensä 1 3 vuoden pituista tutkimusalueen sääolosuhteita edustavaa meteorologista aineistoa. Laskelmissa käytettäviksi sääasemiksi valitaan tutkimusaluetta lähimpänä sijaitsevat sääasemat, joilla mitataan kaikkia mallin tarvitsemia suureita. Tuulen suunta- ja nopeustiedot muodostetaan kahden tai useamman sääaseman havaintojen etäisyyspainotettuna tilastollisena yhdistelmänä. Lopputuloksena saadaan leviämismalleissa tarvittavien meteorologisten tietojen tunneittaiset aikasarjat. Päästötiedot Meteorologiset tiedot Muut lähtötiedot Päästöjen laskenta Meteorologisten tietojen käsittelymalli Päästöaikasarja Meteorologinen aikasarja Paikkatiedot Tarkastelupisteet Leviämismalli Pitoisuuksien tunneittainen aikasarja Tilastollinen käsittely Tilastolliset tunnusluvut Graafinen käsittely Alueelliset pitoisuusjakaumat Kuva B. Kaaviokuva Ilmatieteen laitoksella kehitetyn leviämismallin, viivalähdemallin (CAR-FMI) ja kaupunkimallin (UDM-FMI) toiminnasta. Leviämismallit laskevat ilmansaasteiden pitoisuuksia tarkastelujakson jokaiselle tunnille laskentapisteikköön, joka muodostetaan kullekin tutkimusalueelle sopivaksi. Laskentapisteitä on yleensä useita tuhansia, ja niiden etäisyys toisistaan vaihtelee muutamasta kymmenestä metristä satoihin metreihin riippuen tutkimusalueen koosta ja tarkasteltavista kohteista. Mallin tuottamasta pitoisuusaikasarjasta laske-
10 taan ilmanlaadun raja- ja ohjearvoihin verrannollisia tilastollisia suureita, jotka esitetään raportissa mm. pitoisuuksien aluejakaumakuvina ja taulukkoina. 4 TUTKIMUSALUE JA LÄHTÖTIEDOT Tutkimuksessa tarkasteltiin autoliikenteen ja pysäköintilaitoksen pakokaasupäästöjen ilmanlaatuvaikutuksia Espoossa, kauppakeskus Lippulaivan alueella ja sen lähiympäristössä maanpintatasolla. Laajennettavaksi suunniteltu kauppakeskus Lippulaiva sijaitsee Espoonlahden alueella Länsiväylän eteläpuolella (kuva C). Kauppakeskusta on suunniteltu laajennettavaksi luoteeseen pituussuunnassa, siten että uudessa keskuksessa olisi mm. uusi bussiterminaali, jonka päälle tulisi kaksi kerrosta kauppakeskusta ja näiden päälle asuinrakennuksia. Kauppakeskuksen ja bussiterminaalin alle suunnitellaan rakennettavaksi kaksikerroksinen pysäköintitila. Pysäköintitila sijaitsee kokonaan maan alla. Kauppakeskuksen pohjoispuolelle on suunniteltu uusia asuinkortteleita. Kuva C. Nykyisen Lippulaivan kauppakeskuksen (pinkki ympyrä) lähiympäristö. Kuva: Microsoft Bingmaps, 2014.
11 Kuvassa D on esitetty laajennettavaksi suunniteltu kauppakeskus. Kuvaan on merkitty pysäköintilaitoksen jäteilmahormien sijainnit sekä asuintilojen, liiketilojen ja parkkitilan raittiinilman sisäänottohormien sijainnit. Jäteilmahormeista yksi sijaitsee 5 m korkeudessa (sininen neliö) ja kaksi muuta on suunnitelmien mukaan sijoitettu toisen asuintornin vesikatolle lähes 40 m korkeuteen (keltaiset neliöt). Asuinkerrosten raittiinilman sisäänotot (pinkit ympyrät 1 4) sijaitsevat suunnitelmien mukaan asuinrakennusten kattotasoilla. Liiketilojen raittiinilman sisäänottopisteet (vihreät ympyrät 5 7) ovat rakennuksen seinustalla kattotason alapuolella. Parkkitilan raittiinilman sisäänottopisteistä yksi sijaitsee 5 m korkeudella (sininen piste 8) ja kaksi muuta (pisteet 9 ja 10) rakennuksen seinustalla kattotason alapuolella. Raittiinilman sisäänottohormien kohdalle aiheutuvia pitoisuuksia tarkasteltiin mallilaskelmissa erikseen. Kuva D. Luonnoskuva Espoon kauppakeskus Lippulaivan laajennuksesta. Erillistarkastelupisteet on merkitty kuvaan ympyröillä (raittiinilman sisäänotto). Jäteilman puhallushormit on kuvassa merkitty neliöillä. Mallilaskelmin tarkasteltiin tulevaisuuden skenaariota käyttäen vuodelle 2035 ennustettuja liikennemääriä. Autoliikenteen pakokaasupäästöjen leviämislaskelmat tehtiin käyttäen tulevaa tilannetta edustavia (Euro 4 -päästötaso) nopeudesta ja
12 ajoneuvotyypistä (henkilöauto, pakettiauto, raskas liikenne) ) riippuvia päästökertoi- mia. Euro-päästöluokkien päästömää rien eroja on havainnollistettu kuvassa E, jossa on esitetty henkilöautojen keskimääräiset katuajonn typenoksidipäästöt ja hiukkaspäästöt päästöluokittain. Kuvaaa tarkasteltaessa on huomioitava, että kyse ei ole Euro-päästörajojen arvoista, vaan VTT:n laskemista keskimääräisistä päästöis- tä Suomen tieliikenteessä oleville ajoneuvoille. VTT:n laskentamalleissa henkilöau- kylmäkäynnistysten ja joutokäynnin aiheuttamatt keskimääräiset päästölisäykset. Päästökertoimien määrityksessä on käytetty VTT:n mittaustuloksia sekä lukuisia kansainvälisiä tietolähteitä. Kuvasta E voidaan havaita kuinka bensiinikäyttöisissä autoissa kolmitoimikatalysaattorit ovatt vähentäneet hiukkaspäästöjää ja muitakin säänneltyjä päästöjä huomattavasti. Dieselmoottoreiden hiukkaspäästöjä vähennet- tiin alkuun polttoaineita ja moottoritekniikkaa kehittämällä, mutta pakokaasuja edelleen puhdistavat hiukkassuodattimet tulivat pakollisiksi Euro 5 -päästöluokasta ton kuormitukseksi arvioidaan katuajossa 1,3 henkilöä ja j lisäksi huomioidaan lähtien. Kuva E. Eri päästöluokkaan (Euro-luokitus) kuuluvien henkilöautojen keskimääräiset katuajon typenoksidipäästöt (NO x, siniset pylväät) ja hiukkaspäästh töt (PM, punai- set pylväät) käyttövoiman mukaan (bensiini/diesel) jaoteltuna (LIPASTO, VTT 2014). Taulukossa 3 on esitetty eri päästötasoja (Euro 0 Euro 5) edustavien e henkilöauto- voidaan katsoa edustavan nykyistä hieman uudempaa autokantaa ja ajoneuvosuo- ritteiden päästötasoa (vuosimallit 2006 2009). Euro 4 on päästötaso, p, jossa olete- taan autokannan uusiutuneen siinä määrin, että kaikkien liikennöivien ajoneuvojen päästötaso vastaisi vuosina 2006 2009 valmistuneiden autojen päästötasoa (LIPASTO; VTT, jen (bensiini- ja dieselkäyttöiset) suoriteosuudet vuonna 2011. Euro 4 -päästötason 2012).
13 Vuonna 2012 henkilöautojen suoriteosuus VTT:n julkaiseman LIISA 2012 raportin mukaan koostui suurimmaksi osaksi katalysaattorilla varustetuista bensiinikäyttöi- henkilöautoista noin 5 % oli kokonaan ilman katalysaattoria. Tulevaisuudessa tiukkenevista päästönormeista ja ajoneuvojen ikääntymisestä johtuen niiden sistä ajoneuvoista, joiden osuus oli noin 60 % ajosuoritteesta. Bensiinikäyttöisistä bensiinikäyttöisten henkilöautojen, joissa ei ole lainkaan katalysaattoria, määrä ja ajosuorite tulevat entisestään pienenemään. Muiden diesel- ja bensiinikäyttöisten ajoneuvojen ajosuoritteen muutoksen ennustaminen on vaikeampaa, sillä siihen vaikuttavat merkittävästi verotukselliset ohjauskeinot. Tässä työssä tulevaisuuden liikenteen päästölaskennan perusteena on käytettyy ajosuoritejakaumaa, jossa bensiinikäyttöisten katalysaattorittomien ajoneuvojen suoriteosuus utta on pienennetty 1 %:iin ja katalysaattorilla varustettujen bensiinikäyttöisten ajoneuvojen suoriteosuutta vastaavasti kasvatettu 644 %:iin (kuva F). Taulukko 3. Eri päästötasoa edustavien henkilöautojen (bensiini- ja dieselkäyttöiset) suorite- (%) osuudet (%)) vuonna 2011 (VTT, 2012). Ajosuorite (%) Ajosuorite Päästötaso Luokkaan kuuluvat ajoneuvot bensiinikäyttöiset dieselkäyttöiset Euro 0 Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 ei katalysaattoria, vuosimallit ennen 1990 vuosimallit 1991 1996 vuosimallit 1997 2000 vuosimallit 2001 2005 vuosimallit 2006 2009 vuosimalli 2010 jaa sitä uudemmat 9 13 20 31 20 7 0 7 13 25 40 16 1% 35% 64% bensiini ei-kat bensiini kat diesel Kuva F. Bensiinikäyttöisten (kat = ajoneuvossa on katalysaattori, ei-kat toteutuneet suoriteosuudet vuonna 2012 (VTT, 2012). = ajoneuvossa ei ole katalysaattoria) ja dieselkäyttöisten henkilöautojen Koko tutkimusalueen liikenteen päästöt laskettiin ja mallinnettiin tiekohtaisina viivalähteinä. Liikenneväylää kuvattiin peräkkäisinä lyhyinä viivoina, joista jokaises- liikenteen päästöt laskettiin Ilmatieteen laitoksella keskimääräisten vuodelle 2035 ta vapautuuu ympäristöönsä erikseen laskettavan suuruinen päästö. Tieverkon ennustettujen arkivuorokausiliikennemäärien (KAVL), ajonopeuksien, raskaan
14 liikenteen osuuksien (3 11 %) ja liikenteen tuntikohtaisen vaihtelun perusteella. Liikennemäärien tuntikohtaista vaihtelua kuvaavat aikavaihteluindeksit on esitetty kuvassa G. Aikavaihteluindeksi on laskettu vuonna 2013 Länsiväylän ja Soukanväylän risteämiskohdalla tehdyn liikennelaskennan perusteella. 2.5 Liikenteen aikavaihteluindeksi 2 indeksi 1.5 1 ma-pe la su 0.5 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Kuva G. Liikenteen tunneittaista vaihtelua kuvaavat aikavaihteluindeksit. Aikavaihtelu perustuu Länsiväylän ja Soukanväylän risteämiskohdan vuonna 2013 tehtyyn liikennelaskentaan. Laskelmissa huomioitiin tieliikenteen päästöt vuoden 2035 liikenne-ennusteisiin perustuen noin 3 km 3 km suuruiselta alueelta. Aivan Lippulaivan ja Espoonlahdenkadun lähiympäristön liikenne-ennusteet perustuvat Ramboll Finland Oy:n toimittamaan liikenteen toimivuustarkasteluun, joka kattaa 1 km 0,8 km. Tämän alueen ulkopuolelta liikenne-ennusteet perustuvat Rambollin EMME-mallilla tuottamaan aineistoon. Liikenne-ennustealueen (3 km 3 km) ulkopuolelta liikenteen päästöt huomioitiin karkeammalla tasolla koko pääkaupunkiseudun alueelta (noin 36 km 25 km) käyttäen HSY:n vuodelle 2005 laskemia päästöviivoja, jotka skaalattiin vastaamaan Euro 4-päästötasoa. Liikenne-ennusteiden lisäksi huomioitiin alueellinen taustapitoisuus, jotta mallilaskelmin saadut pitoisuudet vastaisivat mahdollisimman hyvin todellisia epäpuhtauspitoisuustasoja. Laskelmissa huomioitiin myös päästöt, jotka aiheutuvat ajoneuvojen käynnistyksestä, tyhjäkäynnistä ja ajomatkasta pysäköintilaitoksen sisällä. Keskimäärin kunkin ajoneuvon arvioitiin ajavan 900 m pysäköintilaitoksessa 10 kilometrin tuntinopeudella. Autoliikennettä on laskelmien mukaan illan huipputunnin aikana ennustettu ajavan pysäköintilaitokseen sisään ja ulos yhteensä 2 630 ajoneuvoa tunnissa. Pysäköintilaitoksen liikenteen aikavaihtelun on oletettu olevan samanlainen kuin erään pääkaupunkiseudulla sijaitsevan samantyyppisen pysäköintilaitoksen aikavaihtelun (Kuva H). Pysäköintihallin lämpötila on laskelmissa talvikuukausina
15 +10 ºC ja kesäkuukausina +25 ºC. Päästöjen suunnitellaan vapautuvan kolmen ilmastointihormin kautta ulkoilmaan (Kuva D). Päästöt on kuvattu taulukossa 4. Indeksi 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Pysäköintilaitoksen aikavaihteluindeksi 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 ma - pe la su Kuva H. Pysäköintilaitoksen tunneittainen aikavaihteluindeksi sisään ja ulos ajavien ajoneuvojen yhteenlasketusta määrästä. Aikavaihtelu perustuu erään pääkaupunkiseudulla sijaitsevan pysäköintilaitoksen aikavaihteluun ja sitä on tässä työssä käytetty kuvaamaan kauppakeskuksen pysäköintilaitoksen aikavaihtelua. Taulukko 4. Pysäköintitilan jäteilman poistohormien tekniset tiedot ja niiden kautta vapautuvat päästöt. P1-P2 Autohallin jäteilman ulospuhallus (kuva D, sininen neliö) Autohallin IVkoneiden jäteilmapiiput (Kuva D, oranssi Autohallin IVkoneiden jäteilmapiiput (Kuva D, oranssi neliö) neliö) Poistoilman lämpötila (ºC) (talvi/kesä) 10 / 25 10 / 25 10 / 25 Poistoilman tilavuusvirtaus (m3/s) 36 51 19 Poistoilman virtausnopeus (m/s) 5,0 4,7 5,3 Hormien yhteenlaskettu halkaisija (m) 3,0 3,7 2,1 Typenoksidipäästöt (tonnia/vuosi) 1,5 1,5 1,5 Pienhiukkaspäästöt (tonnia/vuosi) 0,2 0,2 0,2 Liikenteen ja pysäköintilaitoksen päästöjen aiheuttamat pitoisuudet laskettiin pisteikköön, jossa oli 11 500 laskentapistettä. Laskentapisteikön pisteet olivat tiheimmillään alle 10 metrin etäisyydellä toisistaan ja harvimmillaan tutkimusalueen reunoilla 100 metrin etäisyydellä toisistaan. Tutkimuksessa tarkasteltiin päästöjen aiheuttamia ulkoilman typpidioksidi- ja pienhiukkaspitoisuuksia tutkimusalueella maanpintatasolla sekä erillistarkastelupisteissä.
16 Liikenteen päästöt laskettiin ajoneuvotyyppikohtaisten päästökertoimien avulla, jotka perustuvat VTT:n (Teknologian tutkimuskeskus VTT) päästölaskelmiin (Laurikko, 1998) ja CAR-FMI -mallia varten kehitettyihin ajoneuvojen nopeudesta riippuviin päästökerroinfunktioihin. Vuoden 2035 liikenne-ennustealueen (3 km 3 km) typenoksidipäästöt ovat nykytilannetta uudemmalla autokannalla, Euro 4 -päästökertoimilla 74 t/a. Lisäksi liikenne-ennustealueen ulkopuolella liikenteen päästöinä huomioitiin Euro 4 -päästötasoon skaalattuja pääkaupunkiseudun autoliikenteen typenoksidipäästöjä (HSY) noin 36 km x 25 km alueelta (noin 2 660 t/a). Laskelmien mukaan pysäköintilaitoksen aiheuttamia typenoksidipäästöjä vapautuu ulkoilmaan poistohormien kautta 4,5 t/a. Vastaavasti pienhiukkaspäästöt olivat Euro 4 päästökertoimilla laskettuna noin 2 t/a. Liikenne-ennustealueen ulkopuolelta liikenteen päästöinä käytettiin pääkaupunkiseudun autoliikenteen pienhiukkaspäästöjä (HSY) skaalattuna Euro 4 -päästötasoon (noin 100 t/a). Laskelmien mukaan pysäköintilaitoksen aiheuttamia pienhiukkaspäästöjä vapautuu ulkoilmaan poistohormien kautta 0,6 t/a. Tämän lisäksi mallilaskelmissa on huomioitu alueellinen typpidioksidin ja pienhiukkasten taustapitoisuus, joka arvioitiin Helsingin seudun ympäristöpalveluiden Espoon Luukissa sijaitsevan ilmanlaadun mittausaseman tuloksista. Typpidioksidin ja pienhiukkasten taustapitoisuudet ovat molemmat vuosikeskiarvona suuruusluokaltaan noin 7 µg/m³ (vuosina 2008 2010). Typenoksidipäästöjen muutunnan kuvaamiseen käytettiin Luukin ilmanlaadun mittausaseman otsonihavaintoja. Otsonin taustapitoisuuksina käytettiin pitoisuuksien kuukausittain laskettuja tunneittaisia keskiarvoja, joilla pyrittiin kuvaamaan taustapitoisuuksien vuorokauden sisäistä vaihtelua (Ilmanlaatuportaali, 2011). Kuvissa I J on esitetty vuodelle 2035 ennustetut arkivuorokausiliikennemäärät tutkimusalueella ja liikenneväyläkohtaisesti lasketut typenoksidi- ja hiukkaspäästöt (kg/a/m) Euro 4 -päästökertoimilla laskettuna. Euro 4 -päästötason typenoksidipäästöt ovat noin 46 % Euro 3 -päästötasoa (nykytaso) pienemmät. Hiukkasilla vastaava ero euroluokkien välillä on noin 50 %. Leviämismallilaskelmissa on oletettu autoliikenteen typenoksidipäästöistä (NO x ) olevan keskimäärin 20 % typpidioksidia (NO 2 ) (Anttila ym., 2011). Typpidioksidipäästöjen osuus pakokaasujen typenoksidipäästöistä on oletettu samaksi kuin nykyään, koska typpidioksidipäästöjen osuuden kehittymisen ennustamiseen liittyy paljon epävarmuustekijöitä.
17 Kuva I. Euro 4 -päästötason tiekohtaiset typenoksidipäästöt (kg/a/m) sekä vuodelle 2035 arvioidut arkivuorokausiliikennemäärät (KAVL) Espoonlahden ympäristössä.
18 Kuva J. Euro 4 päästötason tiekohtaiset pienhiukkaspäästöt (kg/a/m) sekä vuodelle 2035 arvioidut arkivuorokausiliikennemäärät (KAVL) Suomenojan ympäristössä. Tutkimusalueen ilmastollisia olosuhteita edustava meteorologinen aikasarja muodostettiin Helsingin Kumpulan ja Helsinki-Vantaan lentoaseman sääasemien havaintotiedoista vuosilta 2008 2010. Sekoituskorkeuden määrittämiseen käytettiin Jokioisten observatorion radioluotaushavaintoja. Kuvassa K on esitetty tuulen suunta- ja nopeusjakauma tutkimusalueella tuuliruusun muodossa. Tutkimusalueella ovat vallitsevia lounaistuulet.
19 Kuva K. Tuulen suunta- ja nopeusjakauma tutkimusalueella vuosina 2008 2010. Lasketut tuulitiedot kuvaavat olosuhteita 10 metrin korkeudella maanpinnasta. 5 TULOKSET 5.1 Typpidioksidipitoisuudet Leviämismallilaskelmien tuloksina saatujen ulkoilman typpidioksidipitoisuuksien alueellinen vaihtelu Lippulaivan ostoskeskuksen lähiympäristössä tienpintatasossa on esitetty kuvissa L M. Typpidioksidin vuosikeskiarvopitoisuuksien raja-arvo (40 µg/m 3 ) alittuu Espoonlahden alueella.
20 Kuva L. Typpidioksidin vuosiraja-arvoon verrannollinen pitoisuus Euro 4 -päästötasolla ja vuoden 2035 liikennemääräennusteilla laskettuna. Pysäköintihallin jäteilmapuhalluksen pisteet on merkitty kuviin neliöillä. Jäteilmaa puhalletaan parkkihallista ulos rakennuksen seinästä (sininen neliö) ja 5. kerroksen kattotasolta (oranssit neliöt). Mallilaskelmien tulosten mukaan typpidioksidin vuorokausiohjearvoon (70 µg/m 3 ) verrannollinen pitoisuus tienpintatasossa on ohjearvotason alapuolella kauppakeskus Lippulaivan alueella. Ohjearvo ylittyy Länsiväylän ja Martinsillan sekä Kivenlahdentien ja Soukanväylän risteysalueilla, mutta ohjearvot eivät ole voimassa väylillä tai risteysalueilla. Typpidioksidin vuorokausiohjearvon ylitysalueet painottuvat vilkkaasti liikennöidyille väylille ja niiden lähiympäristöön sekä risteysalueille.
21 Kuva M. Typpidioksidin vuorokausiohjearvoon verrannollinen pitoisuus Euro 4 -päästötasolla ja vuoden 2035 liikennemääräennusteilla laskettuna. Pysäköintihallin jäteilmapuhalluksen pisteet on merkitty kuviin neliöillä. Jäteilmaa puhalletaan parkkihallista ulos rakennuksen seinästä (sininen neliö) ja 5. kerroksen kattotasolta (oranssit neliöt). Pysäköintitilan poistohormien kautta vapautuvien päästöjen aiheuttamat pitoisuudet ovat maanpintatasolla hyvin pienet verrattuna ympäröivän liikenteen aiheuttamiin pitoisuuksiin ja niiden vaikutus on paikallinen matalimmalla sijaitsevan poistohormin välittömässä läheisyydessä (Kuva N). Pysäköintilaitoksen päästöjen yksinään aiheuttama typpidioksidin vuosikeskiarvopitoisuus on korkeimmillaan 0,3 µg/m3 ja vuorokausiohjearvoon verrannollinen pitoisuus on korkeimmillaan 2 µg/m3.
22 Kuva N. Pysäköintilaitoksen päästöjen aiheuttama typpidioksidin vuorokausiohjearvoon verrannollinen pitoisuus Euro 4-päästötasolla. Pysäköintihallin jäteilmapuhalluksen pisteet on merkitty kuviin neliöillä. Jäteilmaa puhalletaan parkkihallista ulos rakennuksen seinästä (sininen neliö) ja 5. kerroksen kattotasolta (oranssit neliöt). Kuvaan on merkitty maksimipitoisuutta osoittava kohta tähdellä. Leviämismallilaskelmien tuloksina saadut erillispisteiden typpidioksidipitoisuudet on esitetty taulukossa 5. Pitoisuudet on laskettu kattotasoille, paitsi erillispisteessä 8, jonka korkeus on 5 m maanpinnasta ja sijainti on suunnitelmien mukaan rakennuksen seinässä. Kuvissa O-P on esitetty liiketilojen ja pysäköintitilan raittiinilman sisäänottohormien kohdalle lasketut pitoisuudet kattotasolta maanpinnan tasolle 2 metrin välein. Mallilaskelmien mukaan typpidioksidipitoisuuden raja- ja ohjearvot eivät ylity asuinrakennusten kattotasoilla, jonne on suunniteltu sijoitettavaksi asuntojen keskusilmanvaihdon raittiinilman hormit. Myöskään pysäköintitilan tai liiketilan raittiinilman hormien kohdalla raja- ja ohjearvot eivät laskelmien mukaan ylity millään laskennassa käytetyllä korkeusvaihtoehdolla.
Taulukko 5. Typpidioksidipitoisuus (µg/m³) Korkein vuorokausiohje- pitoisuus arvoon verrannollinen Korkein tuntiohjearvoon verrannollinenn pitoisuus Erillispisteisiin lasketut t typpidioksidipitoisuudet. Taulukonn kohde tarkoittaa t raittiinilman hormia, jossa A = Asuinrakennus, L = Liiketila, P = Pysäköintitila. Raja- tai ohjearvo 70 (* 150 (* 23 Erillispiste, kohde, korkeus maanpinnasta (m)( 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A A A A L L L P P P 35 29 47 33 23 24 22 5 24 21 44 44 85 88 43 43 76 86 44 44 44 49 44 44 92 92 93 105 92 93 Korkein vuosiraja-arvoon verrannollinenn pitoisuus 40 (** 11 12 11 11 12 12 12 15 12 12 Korkein tuntiraja-arvoon verrannollinenn pitoisuus 200 (** 78 79 73 78 84 82 84 99 82 84 (* ohjearvo (*** raja-arvo Kuva O. Typpidioksidin vuosiraja-arvoon verrannollinen pitoisuus p Euro 4 -päästötasolla ja vuoden 2035 liikennemääräennusteilla laskettuna liiketilojen ja pysäköintitilojen raittiinilman sisäänottojen kohdalla 2 m välein kattotasolta maanpinnalle.
24 Kuva P. Typpidioksidin vuorokausiohjearvoon verrannollinen pitoisuus Eu- ro 4 -päästötasollaa ja vuoden 2035 liikennemääräennusteilla laskettuna liiketilojen ja pysäköintitilojenn raittiinilman sisäänottojen kohdalla 2 m välein kattotasolta maanpinnalle. 5.2 Pienhiukkaspitoisuudet Leviämismallilaskelmien tuloksina saatujen ulkoilman pienhiukkaspitoisuuksien (PM 2,5 ) alueellinenn vaihtelu kauppakesk kus Lippulaivan lähiympäristössää maanpinta- selvästi vuosiraja-arvon 25 µg/m 3 tutkimusalueella. Korkeimmat, juuri WHO:n vuosiohjearvon ( 10 µg/m 3 ) ylittävät pienhiukkaspitoisuudet muodostuvat Länsi- väylälle. tasossaa on esitetty kuvissa Q R. Pienhiukkasten vuosikeskiarvopitoisuudet alittavat
25 Kuva Q. Pienhiukkasten (PM 2,5 ) vuosiraja-arvoon (25 µg/m³) verrannollinen pitoisuus Euro 4 -päästötasolla ja vuoden 2035 liikennemääräennusteilla laskettuna. Pysäköintihallin jäteilmapuhalluksen pisteet on merkitty kuviin neliöillä. Jäteilmaa puhalletaan parkkihallista ulos rakennuksen seinästä (sininen neliö) ja 5. kerroksen kattotasolta (oranssit neliöt). Koska pienhiukkasten lyhytaikaisille pitoisuuksille ei ole Suomessa tai EU-tasolla määriteltyä raja-arvoa, on mallilaskelmien tuloksia verrattu WHO:n pienhiukkasille määrittelemään vuorokausiohjearvoon. WHO:n vuorokausiohjearvo (25 µg/m 3 ) alittuu kauppakeskus Lippulaivan läheisyydessä. Solmukujalla mallinnetut pitoisuudet ovat kuitenkin lähellä ohjearvotasoa tienpintatasossa. WHO:n vuorokausiohjearvo ylittyy yleisesti vilkasliikenteisillä väylillä ja niiden läheisyydessä tienpintatasossa, mm. Kivenlahdentiellä, Ulappakadulla, Espoonlahdenrannalla ja Espoonlahdentien itäosissa.
26 Kuva R. Pienhiukkasten (PM 2,5 ) vuorokausiohjearvoon (WHO, 25 µg/m³) verrannollinen pitoisuus Euro 4 -päästötasolla ja vuoden 2035 liikennemääräennusteilla laskettuna. Pysäköintihallin jäteilmanpuhalluksen pisteet on merkitty kuviin neliöillä. Jäteilmaa puhalletaan parkkihallista ulos rakennuksen seinästä (sininen neliö) ja 5. kerroksen kattotasolta (oranssit neliöt). Pysäköintitilan poistohormien kautta vapautuvien päästöjen aiheuttamat pitoisuudet ovat maanpintatasolla hyvin pienet verrattuna ympäröivän liikenteen aiheuttamiin pitoisuuksiin ja niiden vaikutus on paikallinen matalimmalla sijaitsevan poistohormin välittömässä läheisyydessä (Kuva S). Pysäköintilaitoksen päästöjen yksinään aiheuttama pienhiukkasten vuosikeskiarvopitoisuus on korkeimmillaan 0,7 µg/m 3 ja WHO:n vuorokausiohjearvoon verrannollinen pitoisuus on korkeimmillaan 7 µg/m 3. Kaukokulkeumalla on merkittävä vaikutus pienhiukkasten pitoisuuksiin Suomessa ja korkeimmat pienhiukkaspitoisuudet havaitaankin yleensä kaukokulkeumaepisodien aikana. Näissä tilanteissa pienhiukkasten WHO:n vuorokausiohjearvo ylittyy kaupunkiympäristöissä herkästi. Suurimmat pitoisuudet havaitaan, kun ilmavirtaukset ovat etelän tai idän suuntaisia (mm. Venäjän ja Itä-Euroopan metsäpalojen aiheuttamat kohonneet pienhiukkaspitoisuudet).
27 Kuva S. Pysäköintilaitoksen aiheuttamat pienhiukkasten vuorokausiohjearvoon (WHO, 25 µg/m³) verrannollinen pitoisuus Euro 4 -päästötasolla. Pysäköintihallin jäteilmapuhalluksen pisteet on merkitty kuviin neliöillä. Jäteilmaa puhalletaan parkkihallista ulos rakennuksen seinästä (sininen neliö) ja 5. kerroksen kattotasolta (oranssit neliöt). Kuvaan on merkitty maksimipitoisuutta osoittava kohta tähdellä. Leviämismallilaskelmien tuloksina saadut erillispisteiden pienhiukkaspitoisuudet on esitetty taulukossa 6. Pitoisuudet on laskettu kattotasoille, paitsi erillispisteessä 8, jonka korkeus on 5 m maanpinnasta ja sijainti on suunnitelmien mukaan rakennuksen seinässä. Kuvissa T-U on esitetty liiketilojen ja pysäköintitilan raittiinilman sisäänottopaikan kohdalle lasketut pitoisuudet kattotasolta maanpinnan tasolle 2 metrin välein. Mallilaskelmien mukaan pienhiukkaspitoisuuden vuosiraja-arvo tai WHO:n ohjearvot eivät ylity asuinrakennusten kattotasoilla, jonne on suunniteltu sijoitettavaksi asuntojen keskusilmanvaihdon raittiinilman hormit. Myöskään pysäköintitilan tai liiketilan raittiinilman hormien kohdalla raja- ja ohjearvot eivät laskelmien mukaan ylity millään laskennassa käytetyllä korkeusvaihtoehdolla.
Taulukko 6. Pienhiukkaspitoisuus (µg/m³) (* ohjearvo (** raja-arvo Korkein WHO:n vuorokau- siohje-arvoon verrannollinen 25 (* 19 pitoisuus Korkein WHO:n vuosioh- jearvoon verrannollinen 10 7,6 pitoisuuss Korkein vuosiraja-arvoon verrannollinen pitoisuus Erillispisteisiin lasketut pienhiukkaspitoisuudet. Taulukon kohde tarkoittaa raittiinilman hormia, jossa A = Asuinrakennus, L = Liiketila, P = Pysäköintitila. 1 A 35 25 (** 7,6 28 Erillispiste, kohde, korkeus maanpinnasta (m) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A A A L L L P P P 29 47 33 23 242 22 5 24 21 20 20 7,7 7,7 7,7 7,7 19 20 202 21 24 20 21 7,6 7,7 7,77 7,7 8,2 7,6 7, 7 7,6 7,7 7,77 7,7 8,2 7,6 7, 7 Kuva T. Raja- tai ohje- arvo Pienhiukkaspitoisuuden vuosiraja-arvoon verrannolliset pitoisuudet Eu- ro 4 -päästötasollaa ja vuoden 2035 liikennemääräennusteilla laskettuna liiketilojen ja pysäköintitilojenn raittiinilman sisäänottojen kohdalle 2 m välein kattotasolta maanpinnalle.
29 Kuva U. Typpidioksidin vuorokausiohjearvoon verrannolliset pitoisuudet Euro 4- päästötasolla ja vuodenn 2035 liikennemääräennusteilla laskettuna liiketilojen ja pysäköintitilojen raittiinilman sisäänottojen kohdalle 2 m välein kattotasolta maan- pinnalle. 5..3 Ilmanlaadun mittaukset t alueellaa Mallituloksiaa ja mallilaskelmissa käytettyjen lähtötietojen oikeellisuutta tulisi arvioida vertaamalla mallinnettuja pitoisuuksia mitattuihin. Mitää useamman mittausaseman tuloksiin mallilaskelmiaa on mahdollisuus verrata, sitä s kattavampi kuva mallin toimivuudesta erityyppisissä ympäristöissä saadaan. Tulevan tilanteen malliske- naarioiden osalta tulosten oikeellisuuden arviointi on haastavaa, h koska mallinnetut pitoisuudet eivät sellaisenaan olee vertailukelpoisia mittaustuloksiin, jotka edustavat mitatun ajanjakson ilmanlaatua. HSY (Helsingin seudun ympäristöpalvelut) on tehnyt vuonna 2011 NO 2 -pitoisuuden mittauksia Kivenlahdentien läheisyydessä Espoonlahden alueella. HSY:n siirrettävä passiivikeräin oli koko vuoden 2011 päiväkodin pihalla osoitteessa Ulappakatu 2 (Kuva V). Mittalaite sijaitsi päiväkodin piha-aidan ulkopuolella valaisintolpassa noin 1,,5 m korkeudella maanpinnas sta. Ulappakadun mittauspisteestä on 35 metriä Kivenlahdentielle, 125 metriä Länsiväylälle ja 250 metriä kauppakeskus Lippulaival- le. Passiivikeräinmenetelmällä saadaan tulokseksi pitoisuuksienn kuukausikeskiar- voja, joista lasketaan edelleen pitoisuuksien vuosikeskiarvo. Passiivikeräinmene- telmä ei ole niin tarkkaa kuin jatkuvatoimisett ilmanlaadun mittaukset, joten passiivi- keräinmittausten tulokset ovat suuntaa-antavia. Typpidioksidin vuosikeskiarvopitoi- suus oli vuonna 2011 Ulappakadu un mittauspisteessä 16 µg/m 3 (HSY, 2012).
30 Ulappakadun mittauspaikkaan ja -korkeuteen laskettiin leviämismallilla kolmen vuoden tunneittaiset NO 2 -pitoisuudet vuosien 2008 2011 meteorologisella aineistolla ja vuoden 2035 liikennemääräennusteilla. Mallinnustulosten mukaan korkein typpidioksidin vuosikeskiarvopitoisuus mittauspisteessä oli sama 16 µg/m 3 kuin Ulappakadulla vuonna 2011 mitattu pitoisuus. Taulukossa 7 on vertailtu vuoden 2011 keskimääräistä liikennemäärää (KAVL), raskaan liikenteen määrää (Raskas) ja osuutta (%) sekä vuoden 2035 liikenne-ennusteita mittauspistettä lähinnä sijaitsevilta kaduilta. Vuonna 2035 liikennemäärät tulevat olemaan nykyistä merkittävästi suurempia, joskin Kivenlahdentien liikennemäärän ja raskaan liikenteen osuuden on ennustettu pienenevän nykyisestä. Ajoneuvokohtaisten päästöjen on kuitenkin samanaikaisesti ennustettu pienenevän tulevaisuudessa moottoritekniikan kehittyessä ja ajoneuvokannan uusiutuessa. Mallinnus- ja mittaustulokset eivät ole eri tarkasteluajankohdasta johtuen suoraan vertailukelpoisia, mutta vertailun tuloksista voidaan kuitenkin päätellä, että mallinnetut pitoisuudet ovat oikeaa suuruusluokkaa eri muuttujat huomioon ottaen. Taulukko 7. Vertailu keskimääräisestä liikennemäärästä (KAVL) ja raskaanliikenteen osuudesta (R%) Espoonlahden alueella vuosien 2011 ja 2035 välillä. Tie Toteutunut: vuosi 2011 Ennuste: vuosi 2035 Länsiväylä KAVL 29 500 48 010 Raskas (%) 1 180 (4 %) 1 920 (4 %) Kivenlahdentie KAVL 11 000 8 000 Raskas (%) 1 210 (11 %) 560 (7 %) Espoonlahdenranta KAVL 11 500 15 700 Raskas (%) 230 (2 %) 471 (3 %) Espoonlahdenkatu KAVL 6 200 1 400 Raskas (%) 496 (8 %) 154 (11 %)
31 Kuva V. HSY:n siirrettävän passiivikeräimen sijainti Espoonlahdella Ulappakadulla vuonna 2011. Kuva: Microsoft Bingmaps, 2014. Pääkaupunkiseudulle on tehty vuonna 2008 laaja leviämismalliselvitys (Lappi ym. 2008), jonka yhteydessä mallituloksien epävarmuutta pääkaupunkiseudun eri ympäristöissä on arvioitu vertaamalla mallituloksia useiden eri jatkuvatoimisten ilmanlaadun mittausasemien mittaustuloksiin. Leviämismalliselvityksessä huomioitiin kaikki pääkaupunkiseudun merkittävimmät päästölähderyhmät (liikenne, energiantuotanto, laivaliikenne, lentoliikenne ja taustapitoisuus) ja niiden vaikutus ilmanlaatuun. Leviämismallituloksia verrattiin typenoksidien osalta kahdeksaan ja hiukkasten osalta kahteen erityyppisissä ympäristöissä sijaitsevaan kiinteään HSY:n ilmanlaadun mittausasemaan. Vertailun perusteella typpidioksidin mitattujen ja mallinnettujen vuosikeskiarvopitoisuuksien ero oli 0 32 % ja pienhiukkasten vuosikeskiarvopitoisuuksien ero 4 15 %. Mallintamiselle asetetun (Vna 38/2011) laatutavoitteen mukaan suurin sallittu epävarmuus typpidioksidin vuosikeskiarvolle on 30 % ja hiukkasten vuosikeskiarvolle 50 %. 6 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET Tässä selvityksessä arvioitiin leviämismallilaskelmin liikenteen pakokaasupäästöjen vaikutusta Espoossa kauppakeskus Lippulaivan lähialueen ilmanlaatuun. Kauppakeskusta on suunniteltu laajennettavaksi ja sen alle on suunniteltu uusi pysäköintitila. Päästöt laskettiin nykyistä hieman uudempaa ajoneuvokantaa edustavilla ajoneuvon tyypistä ja nopeudesta riippuvaisilla päästökertoimilla (Euro 4). Laskelmat tehtiin käyttäen vuoden 2035 liikennemääräennusteita. Leviämislaskelmat tehtiin Ilmatieteen laitoksella kehitetyllä liikenteen päästöjen leviämisen mallintamiseen tarkoitetulla leviämismallilla (CAR-FMI) ja pistemäisille päästölähteille tarkoitetulla päästöjen leviämismallilla (UDM-FMI).
32 Epäpuhtauksien pitoisuuksia ulkoilmassa säädellään ilmanlaadun ohje- ja rajaarvoilla. Ilmanlaadun ohjearvot tulisi ottaa huomioon esimerkiksi liikennesuunnittelussa, kaavoituksessa, rakennusten sijoittelussa ja teknisissä ratkaisuissa, jolloin pyritään etukäteen välttämään ihmisten pitkäaikainen altistuminen terveydelle haitallisen korkeille ilmansaasteiden pitoisuuksille. Terveysvaikutusperusteiset ilmanlaadun raja-arvot ovat ohjearvoja sitovampia, eivätkä ne saa ylittyä alueella, joilla asuu tai oleskelee ihmisiä. Esimerkiksi autoliikenteelle varatuilla väylillä rajaarvot eivät kuitenkaan ole voimassa. Mallilaskelmien tulosten mukaan typpidioksidipitoisuuden vuosiraja-arvo (40 µg/m³) ja vuorokausiohjearvo (70 µg/m 3 ) alittuvat kauppakeskus Lippulaivan alueella ja sen lähiympäristössä sekä erillistarkastelupisteissä. Typpidioksidin vuorokausiohjearvoon verrannollinen pitoisuus ylittää ohjearvotason pienellä alueella Länsiväylän ja Martinsillan sekä Kivenlahdentien ja Soukanväylän risteyksissä. Ohjearvot eivät ole voimassa väylillä tai risteysalueilla. Typpidioksidin vuosiraja-arvon alittuminen on tyypillistä Espoossa, jossa raja-arvon voidaan arvioida ylittyvän vain vilkasliikenteisillä väylillä ja niiden pientareilla. Typpidioksidin vuorokausiohjearvon ylittyminen on yleistä pääkaupunkiseudun pääkatujen lähiympäristössä ja risteysalueilla. Esimerkiksi HSY:n Mannerheimintiellä sijaitsevassa mittauspisteessä typpidioksidin vuorokausiohjearvo ylittyi vuonna 2013 kesäkuussa ja Kehä III:n varrella tammi-maaliskuussa (HSY, 2014). Pienhiukkasten vuosikeskiarvopitoisuudet alittavat selvästi vuosiraja-arvon koko tutkimusalueella ja erillistarkastelupisteissä. WHO:n vuosiohjearvo 10 µg/m 3 ylittyy Länsiväylällä. WHO:n vuorokausiohjearvo 25 µg/m 3 alittuu kauppakeskus Lippulaivan läheisyydessä ja erillistarkastelupisteissä. Solmukujalla mallinnetut pitoisuudet ovat kuitenkin lähellä ohjearvotasoa tienpintatasossa. WHO:n vuorokausiohjearvo 25 µg/m 3 ylittyy yleisesti vilkasliikenteisillä väylillä ja niiden läheisyydessä tienpintatasossa, mm. Kivenlahdentiellä, Ulappakadulla, Espoonlahdenrannalla ja Espoonlahdentien itäosissa. Hengitettävien hiukkasten (PM 10 ) vuorokausipitoisuuden ohje- ja raja-arvotasot voivat tutkimusalueella ylittyä etenkin keväiseen katupölyaikaan, mikäli katupölyn torjuntaan ei kiinnitetä huomiota. Katupölyn muodostumiseen voidaan merkittävästi vaikuttaa oikea-aikaisella katujen siivouksella ja kunnossapidolla sekä pölynsidonnalla. Tässä tutkimuksessa hengitettävien hiukkasten pitoisuuksia ei ole mallilaskelmin tarkasteltu, koska katujen kunnossapitotoimilla voidaan pitoisuuksiin vaikuttaa myös tulevaisuudessa merkittävästi. Pysäköintilaitoksen poistohormien kautta vapautuvien päästöjen aiheuttamat pitoisuudet ovat hyvin pienet verrattuna ympäröivän liikenteen aiheuttamiin epäpuhtauspitoisuuksiin. Raittiinilman sisäänottopaikat suositellaan sijoitettaviksi mahdollisimman etäälle päästölähteistä eli tienpintatasosta, Solmukujan ja bussiterminaalin läheisyydestä sekä pysäköintitilan tuuletusaukoista. Mallilaskelmien tuloksia arvioitaessa on hyvä huomioida, että tulevaisuuden ennustamiseen sisältyy useita epävarmuustekijöitä ja siksi ennusteita arvioitaessa olisikin syytä huomioida ilmanlaadun kannalta epäedullisin mahdollinen ennustetilanne. Tässä mallinnuksessa ilmanlaadun kannalta epäedullisin tilanne on otettu huomi-