JYVÄSKYLÄN ILMANLAATU

JYVÄSKYLÄN ILMANLAATU YHTEENVETORAPORTTI 2006-2008 JYVÄSKYLÄN KAUPUNKI JULKAISU 1/2009 YMPÄRISTÖTOIMI

JYVÄSKYLÄN ILMANLAATU YHTEENVETORAPORTTI 2006-2008 Jyväskylän kaupunki Ympäristötoimi 2009 ISBN 978-952-5847-01-7

ALKUSANAT Jyväskylän seudun ilmanlaadun mittausjärjestelmä aloitti toimintansa vuonna 1988. Tätä ennen 1980-luvulla oli mitattu rikkidioksidipitoisuutta johtokykymittareilla ja kerätty kokonaisleijumanäytteitä. Nykyään mittauskohteina ovat rikkidioksidi, typenoksidit, hiilimonoksidi, otsoni ja leijuvat hiukkaset. Lisäksi ilmanlaadun tarkkailujärjestelmään on liitetty sääasema. Nykyinen ilmanlaadun mittausjärjestelmä on toteutettu Jyväskylän kaupungin ilmansuojelusta vastaavien viranomaisten sekä ilmaa kuormittavien toiminnan harjoittajien yhteistyönä. Mittausjärjestelmän ylläpidosta on käytännössä vastannut Jyväskylän kaupungin ympäristötoimi, joka on tämän raportin tilaaja. Raportti tilattiin J.P.Pulkkisen kalibrointi Ky:ltä, joka on vastannut osaltaan mittausten laadunvarmennuksesta. Tässä raportissa on yhteenveto ja analyysi ilmanlaadun mittaustuloksista Jyväskylän seudulta vuosilta 2006 2008. Tuloksia on myös verrattu aiempien vuosien mittaustuloksiin. Aiemmat mittaustulokset on esitetty allekirjoittaneen laatimissa (Laukkanen 1994, 1997, 2000, 2004 ja 2006) Jyväskylän ympäristötoimen julkaisemissa raporteissa. Tässä selvityksessä aineiston käsittelyyn osallistuivat allekirjoittaneen lisäksi Juha Pulkkinen, joka myös laati kuvaukset mittausmenetelmistä ja toimi tämän työn mittausteknisenä asiantuntijana ja muutenkin kommentoi työtä. Timo Sahi opasti Jyväskylän ilmansuojelutilanteeseen ja mittausjärjestelmään. Lausun lämpimät kiitokseni kaikille edellä mainituille antoisasta yhteistyöstä. Helsingissä 6.9.2009 Timo Laukkanen, Teknillinen korkeakoulu

2 TIIVISTELMÄ Ilmanlaadun mittausverkko perustettiin Jyväskylään 1980-luvun lopulla. Tämän raportin tarkastelujakson vuosien 2006-8 aikana mitattiin typenoksidien, rikkidioksidin, hiilimonoksidin ja hengitettävien hiukkasten (PM 10 ) pitoisuutta jatkuvatoimisesti kahdella mittausasemalla, kaupungin keskustassa ja Palokassa. Lisäksi Palokassa mitattiin otsonipitoisuutta ja keskustassa kokonaisleijumaa suurtehokeräimellä. Säätä havainnoitiin Pupuhuhdan mäellä. Keskustan mittausaseman tulokset edustavat kaupungin keskustan yleistä ilmanlaatua, ja Palokan mittausaseman tulokset edustavat kehittyvän asuntoalueen ilmanlaatua, johon vaikuttavat läheisiltä vilkkailta liikenneväyliltä ja kaupungin keskustasta kulkeutuvat epäpuhtaudet. Päästöjen pienennyttyä rikkidioksidin ja hiilimonoksidin pitoisuustasot olivat paljon alle ohjearvojen enimmäistasojen. Myös typenoksidien kokonaispitoisuudet ovat pienentyneet 1990-luvun alkupuolelta, mutta typpidioksidipitoisuuden vuorokausiarvot olivat edelleen aika-ajoin lähellä ohjearvojen enimmäispitoisuustasoa Keskustan mittausasemalla. Typpidioksidipitoisuudet kohosivat, kun ilmamassassa oli runsaasti typpimonoksidia -dioksidiksi hapettavaa otsonia. Kohonneita typpidioksidipitoisuuksia saattoi ilmetä myös sydäntalvella, kun pakokaasuja jäi runsaasti ilmaan. Kokonaisleijumapitoisuus ylitti edelleen joka vuosi vuorokausiohjearvon. Keväinen teiden pölyäminen oli tärkein syy korkeisiin pitoisuuksiin. Hengitettävien hiukkasten osalta vuorokausiohjearvo ylittyi keskustassa. Mittausaseman välittömässä läheisyydessä olevat lähteet, kuten pihan ja kadun puhdistus saattoivat vaikuttaa mittaustuloksiin, eivätkä yksittäiset suuret mittaustulokset aina edustaneet laajasti taajamailmanlaatua. Pakokaasuja oli eniten ilmassa talvella ja alkukeväällä aamuruuhkan aikaan. Myöhemmin keväällä auringon noustessa ennen aamuruuhkaa, pakokaasut eivät päässeet kertymään taajamailmaan parempien sekoittumisolosuhteiden takia. Kesäaikaan siirtyminen heikensi väliaikaisesti ilmanlaatua, kun ilman sekoittuminen aamuruuhkan aikaan heikkeni auringon nousuajan siirtyessä tuntia myöhemmäksi. Palokassa mitattu otsonipitoisuus oli suurin keväisin, mutta pitoisuutta laski pakokaasujen sisältämä typpimonoksidi. Otsonien ja typpidioksidin yhteispitoisuus kuvaa paremmin hapettumispotentiaalia ja kulkeutuvan otsonin haittavaikutuksia kuin pelkkä otsonipitoisuus. Ongelmallisimmat tilanteet muodostuvat keväisin, kun ilmassa on samoina päivinä suuri hapetuspotentiaali, paljon pakokaasuja ja tiepölyä. Nykyisin käytössä oleva ilmanlaatuindeksi kuvaa huonosti tällaisia tilanteita ja tässä raportissa on esitetty vaihtoehtoinen tapa havainnollistaa ilmanlaatua.

3 SISÄLTÖ ALKUSANAT... 1 TIIVISTELMÄ... 2 SISÄLTÖ... 3 1 Johdanto... 5 2 Mittausjärjestelmä ja -parametrit... 7 2.1 Ilmanlaadun mittausmenetelmät ja -asemat... 7 2.2 Mittausaineiston keruu, käsittely ja raportointi... 10 2.3 Mitatut epäpuhtauskomponentit... 12 2.4 Säänmittaus ja sääparametrit... 21 3 Ilmanlaadun mittaustulokset suhteessa ohjausarvoihin... 25 3.1 Mittausaineiston määrä ja ajallinen edustavuus... 25 3.2 Mittaustulosten vertailu ohjearvoihin... 27 3.3 Raja-arvoista johdetut tunnusluvut... 29 3.4 Otsonipitoisuuden tavoite- ja kynnysarvoista johdetut tunnusluvut... 32 4 Päästöt ja ilmanlaadun kehitystrendit 2000-luvulla... 34 4.1 Tieliikenteen pakokaasupäästöt... 35 4.2 Energiantuotanto ja sen pistepäästöt... 37 4.3 Muut päästölähteet... 40 4.4 Päästöjen vaikutus ilmanlaatuun... 40 4.5 Rikkidioksidipäästöt ja ilmanlaatu... 42 4.6 Typenoksidien päästöt ja ilmanlaatu... 45 4.7 Otsonipitoisuus ja hapetuspotentiaali... 47 4.8 Liikenteen hiilimonoksidin päästöt ja ilmanlaatu... 50 4.9 Hiukkaspäästöt ja ilmanlaatu... 51 5 Pakokaasusaastutus... 53 6 Hapetuspotentiaali (O 3 + NO 2 )... 61 7 Pölyäminen ja hiukkaset (TSP, PM 10 )... 64 8 Kohonneiden pitoisuuksien tilanteet ja niiden luokitus... 67 9 Yhteenveto, pohdinta ja johtopäätökset... 73 LÄHTEET... 76

4 LIITTEET Liite 1: Pistelähteet ja mittausasemat... 78 Liite 2: Keskustan mittausasema... 79 Liite 3: Palokan mittausasema... 80 Liite 4: Mittaustiedon käsittelyjärjestelmä... 81 Liite 5: Pupuhuhdan sääasema... 82

5 1 Johdanto Laajentuneessa Jyväskylän kaupungissa asuu nykyään lähes 130 000 asukasta. Raskaan teollisuuden osuus alueen elinkeinoelämässä on vähentynyt ja teollisuus on uudistunut, minkä seurauksena teollisuuden päästöjen merkitys ilman laadun kannalta on pienentynyt ratkaisevasti viimeisten vuosikymmenten aikana. Myös energiantuotannon vaikutus ilman laatuun on vähentynyt, kun energiantuotanto on keskittynyt ja polttoaineiden rikkipitoisuus on pienentynyt. Ylivoivaisesti suurin ilmanepäpuhtauksien pistelähde Jyväskylässä on edelleen Rauhalahden voimala. Teollisuuden ja energiantuotannon vaikutusten pienentyessä liikenteen päästöjen merkitys ilman laadulle on kasvanut vilkkaasti liikennöidyillä alueilla. Huomattava parannus Jyväskylän keskustan ilman laadun kannalta oli läpikulkuliikenteen ohjautuminen pois keskustasta ja kävelyalueen muodostaminen ydinkeskustaan pari vuosikymmentä sitten. Moottori- ja pakokaasujen käsittelytekniikat ovat kehittyneet vähäpäästöisempään suuntaan, mutta liikennemäärien ja autojen koon kasvu lamavuosien jälkeen hidasti päästöjen pienentymistä 1990-luvun lopulta. Ympäristönsuojelulaki (86/2000, 25 ) velvoittaa kunnan seuraamaan alueellaan ympäristön yleisestä tilaa ja julkaisemaan seurannan tuloksia. Ympäristöseurannan osana ilmanlaadun seuranta on viranomaistoimintaa, josta Jyväskylässä huolehtii käytännössä kaupungin ympäristötoimi. Viranomaisen tehtäviin kuuluu tiedottaa ympäristöseurannan tuloksista, mitä tämän raportin on tarkoitus tukea. Raportissa keskitytään tarkastelemaan ilmanlaatua ja siihen vaikuttavia tekijöitä ilmanlaadun ja päästötietojen pohjalta vuosina 2006-8. Mittausaineistosta lasketaan mm. erilaisiin ohjausarvoihin verrattavia tunnuslukuja, havainnollistetaan ilmanlaadun kehitystä kuvaavia trendejä sekä tarkastellaan erityyppisten ilmanlaadun suhteen ongelmallisten tilanteiden esiintymistä ja syitä. Ympäristönsuojelulaki (5 ) velvoittaa myös toiminnanharjoittajia olemaan selvillä toimintansa ympäristövaikutuksista. Niinpä ilmanlaadun mittaamisen kustannuksiin osallistuvat myös merkittävimmät ilmaa kuormittavat toiminnanharjoittajat, sillä mittausjärjestelmä tuottaa tietoa niiden päästöjen vaikutuksista ilmanlaatuun.

6 Jyväskylän ilmanlaadun mittausjärjestelmä tuotti tarkastelujakson 2006-8 aikana säähavaintoineen yhteensä satoja tuhansia tunti- ja vuorokausikeskiarvojen mittaustuloksia, joista muodostui tämän tutkimuksen aineisto. Lisäksi tarkasteluun liitettiin tuloksia Jyväskylän aikaisempien vuosien mittauksista. Aiemmat mittaustulokset on esitetty allekirjoittaneen laatimissa (Laukkanen 1994, 1997, 2000, 2004 ja 2006) Jyväskylän ympäristötoimen julkaisemissa raporteissa. Aineistoa on käsitelty tilastollisesti kuvaten ilmanlaatua ja sen kehittymistä tunnuslukujen kautta.

7 2 Mittausjärjestelmä ja -parametrit Nykyisen kaltainen jatkuva ilmanlaadun mittaaminen aloitettiin Jyväskylän seudulla vuonna 1988. Laajimmillaan mittausjärjestelmään kuului neljä jatkuvatoimista mittausasemaa, joissa jokaisessa oli rikkidioksidi- ja typenoksidianalysaattori. Lisäksi oli useita leijuman keräyspaikkoja ja keskustan mittausasemalla mitattiin myös hengitettävien hiukkasten ja hiilimonoksidin pitoisuutta. Keskustan mittausasemaa lukuun ottamatta mittauspaikkoja siirreltiin yleensä muutaman vuoden välein. Ilmanlaadun mittausjärjestelmä oli syntyessään yksi laajimmista maassamme. Näin laaja mittausasemaverkko siirtyvine mittausasemineen oli perusteltua, koska kyseessä oli perustiedon hankkiminen ilmanlaadusta koko Jyväskylän yhteistoiminta-alueelta. Nykyään mittaustarve Jyväskylässä on vähentynyt, mutta ilmanlaadun hallitsemiseksi tarvittava ilmanlaatutieto on monipuolistunut. Mittausasemia on 2000-luvulla kaksi, kaupungin keskustan ja Palokan asema. Ilmanlaadun mittausasemien lisäksi mittausjärjestelmään on kuulunut lähes alusta asti Pupuhuhdan mäellä sijaitseva sääasema. 2.1 Ilmanlaadun mittausmenetelmät ja -asemat Molemmilla ilmanlaadun mittausasemalla mitataan jatkuvatoimisesti rikkidioksidia, typenoksideja, hiilimonoksidia ja hengitettäviä hiukkasia (PM 10 ). Palokassa mitataan myös otsonipitoisuutta ja keskustan mittausasemalla kerätään kokonaisleijumanäytteitä. Mittausasemien sijainti ja keskeiset pistelähteet on esitetty liitteen 1 kartassa. Mittausasemien ympäristö on kuvattu tarkemmin liitteissä 2 ja 3. Mittausmenetelmät ja -laitteet on esitelty taulukossa 2.1. Komponenttikohtainen kuvaus mittausmenetelmistä löytyy luvusta 2.3.

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

9 Keskustan mittausasema Keskustan mittausasema sijaitsee Jyväskylän lyseon kiinteistöllä. Kiinteistöllä on mitattu ilmanlaatua jatkuvatoimisesti vuodesta 1988 lähtien, mutta mittauspaikka siirrettiin koulurakennuksen toiselle puolelle pihan reunalle mittauskoppiin helmikuussa 2000. Aiemmin mittausaseman lähistöllä oli linja-autoasema ja rakennustyömaita, mikä on otettava huomioon verrattaessa mittaustuloksia aikaisempiin tuloksiin. Nykyinen mittauspaikka on parin kolmenkymmenen metrin päässä vilkkaasta Yliopistonkadusta. Keskustan mittausaseman tulokset edustavat Jyväskylän kaupungin keskustan ilmanlaatua. Autoja pysäköidään mittausaseman viereen ja varsinkin tyhjäkäynnin aikaan tyynellä säällä niiden päästöt voivat vaikuttaa merkittävästi mittaustuloksiin. Muuten liikenne pihalla lienee vähäistä. Kokonaisleijuman keräyspiste kaupungin keskustassa on ollut samassa paikassa 1980- luvun lopulta lähtien. Se sijaitsee mittauskoppiin nähden koulurakennuksen toisella puolella. Keräyspisteen etäisyys lähimpään hiljaiseen tiehen on n. 3 m, ja Yliopistonkatu on n. 50 m:n päässä. Näytteenottokorkeus on n. 3,5 m. Aiemmin mittauspisteen vieressä oli linja-autoasema. Mittauskoppi ja leijumakeräin sekä niiden sijainti on kuvattu liitteessä 2. Liitteestä 1 puolestaan näkee mittausaseman sijainnin suhteessa keskeisiin pistelähteisiin. Rauhalahden voimala sijaitsee mittausasemasta n. 3,5 km päässä itä-kaakossa.

10 Palokan mittausasema Palokan mittausasema sijaitsee taajaman tuntumassa päiväkodin pysäköintialueella. Näytteet kerätään mittauskopin katolta vajaan kolmen metrin korkeudelta. Mittauskopin länsipuolella on mäkistä puistoa ja muualla aseman ympäristössä on matalia pientaloja. Vajaan puolen kilometrin päässä mittausasemasta itään on vilkas Nelostie ja parin sadan metrin päässä etelässä kulkee Palokanorsi. Savelan voimala on n. 5 km:n päässä etelässä ja Rauhalahden voimala on vajaan 8 km:n päässä kaakossa. Myös Jyväskylän keskusta on kaakossa. Mittausaseman länsi- ja itäpuolella puolen ja yhden kilometrin etäisyydellä ovat paikalliset lämpökeskukset. Mittausaseman sijainti suhteessa keskeisiin pistelähteisiin näkyy liitteessä 1 ja liitteessä 3 on kuvattu mittausaseman sijainti yksityiskohtaisemmin. Päiväkotiin suuntautuva liikenne voi aamuisin ja iltapäivisin vaikuttaa jonkin verran mittaustuloksiin. Aseman lähistöllä oleva puusto voi toimia puolestaan otsoninieluna. Vuonna 2005 oli vajaan sadan metrin päässä mittausaseman länsipuolella rakennustyömaa, joista aiheutuvat päästöt vaikuttivat mittaustuloksiin. Muuten mittaustulokset edustanevat varsin hyvin esikaupunkitaajaman ilmanlaatua, johon erityisesti taajaman tuntumassa olevat vilkkaat liikenneväylät vaikuttavat. 2.2 Mittausaineiston keruu, käsittely ja raportointi Mittausjärjestelmän automaattiset analysaattorit tuottivat primäärisinä mittaustuloksina pitoisuuksien hetkellisarvoja, jotka kerättiin mittausasemilla sijaitseviin tietokoneisiin. Mittaustulokset siirrettiin verkossa Jyväskylän kaupungin ympäristötoimen mittausjärjestelmän palvelimelle. Palvelimen mittausohjelmisto laski tuloksista tuntikeskiarvot, joista muodostui ilmanlaadun raportoinnin pääasiallinen perusaineisto. Vuosittain kertyy ilmanlaadun tuntikeskiarvojen mittaustuloksia yli satatuhatta kappaletta. Lisäksi kertyy toistasataa kokonaisleijuman vuorokausikeskiarvon mittaustulosta. Ilmanlaadun yleinen kuvaaminen tällaisesta laajasta aineistosta edellyttää, että mittausaineistosta lasketaan erilaisia tilastollisia tunnuslukuja kuten vuosikeskiarvoja ja kynnyspitoisuuksien ylitysmääriä. Usein käytetään tunnuslukuina arvoja, joita voidaan ver-

11 rata erilaisiin ohjausarvoihin kuten ohje- ja raja-arvoihin. Ohjausarvojen laskentatavat on määritelty asetuksissa, joissa ohjausarvoista on säädetty. Lisäksi käytetään ilmanlaatua kuvaavia indeksiarvoja, jotka on johdettu ilmanlaadun ohjearvoista. Ilmanlaadun mittatuloksia voi seurata lähes reaaliaikaisesti kaupungin internetsivustoilta, jonne pääsee osoitteesta: http://www.jyvaskyla.fi/ymparisto/ymparistonsuojelupalvelut/ilmansuojelu/ilmantarkka ilu. Lisäksi mittaustulokset lähetetään tunneittain Ilmatieteenlaitoksen ylläpitämään ilmanlaatuportaaliin (www.ilmanlaatu.fi). Vuosittain tuloksista laaditaan raportti, jossa esitetään keskeiset ilmanlaadun mittaustulosten tunnusluvut ja niitä verrataan ilmanlaadun ohjearvoihin. Kolmenvuoden välein on laadittu yhteenvetoraportti, jollainen tämä raportti on. Kolmivuotisraporteissa on tarkempi analyysi Jyväskylän ilmanlaadusta ja siihen vaikuttaneista tekijöistä. Kuvaus Jyväskylän ilmanlaadun mittausjärjestelmästä ja siihen liittyvästä tiedonkäsittelyjärjestelmästä ja raportoinnista on liitteessä 4.

12 2.3 Mitatut epäpuhtauskomponentit Rikkidioksidi (SO 2 ) Rikkidioksidi on vesiliukoinen, hapan ja hapettuva yhdiste, joka on klassinen ilmansaaste. Sen terveydelliset haittavaikutukset, kuten limakalvojen ärsytysoireet ja provosoimat astmakohtaukset lyhytaikaisaltistuksessa ja keuhkoputken krooninen tulehdus pitkäaikaisaltistuksessa, on tunnettu pitkään. On myös saatu epidemiologista näyttöä siitä, että hengitysilman rikkidioksidi voi lisätä hengitystieinfektioiden määrää. Erityisesti pienten hiukkasten ja rikkidioksidin yhteisvaikutus on haitallinen, koska hiukkasten mukana rikkidioksidi tai siitä syntynyt rikkihappo pääsee tunkeutumaan syvälle keuhkoihin. Muuten vesiliukoinen rikkidioksidi jää ylempien hengitysteiden limakalvoille. Rikkidioksidi on suoraan myrkyllistä puille. Lisäksi sen aiheuttama laskeuma on tärkein maaperää happamoittava tekijä. Rikkidioksidipäästöt ovat myös keskeisiä ilmaperäisen korroosion aiheuttajia. Rikkidioksidi absorboi UV-säteilyä, mihin perustuu sen pitoisuuden mittaaminen Jyväskylässä. Menetelmässä näyte altistetaan UV-säteilylle, joka virittää mittauskammiossa rikkidioksidimolekyylejä. Molekyylien palatessa perustilaan muodostuu fluoresenssisäteilyä, joka mitataan valomonistinputken avulla. Säteilyn intensiteetti on verrannollinen näytteen rikkidioksidipitoisuuteen. Rikkiä pääsee ilmakehään suoraan rikkidioksidina tai pelkistyneinä rikkiyhdisteinä, jotka osittain hapettuvat rikkidioksidiksi ilmakehässä. Merkittäviä pelkistyneiden rikkiyhdisteiden lähteitä ei ole Jyväskylässä. Rikkiä sisältävän aineen palaminen on tärkein ilmakehän rikkidioksidin lähde ja energiantuotanto on Jyväskylän seudulla ainoa merkittävä rikkidioksidin päästäjä. Polttoaineiden rikkipitoisuus on pienentynyt maassamme viime vuosikymmeninä. Nykyään lämmityksessä käytettävässä kevyessä polttoöljyssä samoin kuin liikennepolttoaineissa on enää hyvin vähän rikkiä, koska rikki poistetaan niistä tehokkaasti öljynjalostusprosessissa. Myöskään maa- tai biokaasussa taikka puuperäisissä polttoaineissa tai energiajätteessä ei ole juuri lainkaan rikkiä. Runsasrikkisimpiä polttoaineita

ovat raskaspolttoöljy ja kivihiili. Turve sisältää vaihtelevasti mutta keskimäärin vähemmän rikkiä kuin Suomessa käytössä oleva kivihiili tai raskasöljy. 13 Jyväskylän seudulla ei ole raskasta prosessiteollisuutta, kuten öljynjalostusta, kemiallista metsäteollisuutta, metallien perusteollisuutta tai rikkihapon valmistusta, joista voisi päästä ilmaan huomattavia määriä rikkiyhdisteitä. Jyväskylän ilmaan kuitenkin kulkeutuu rikkiyhdisteitä päästöistä muualta ja luonnollisista lähteistä, mutta seudulle muualta kulkeutuneet rikkiyhdisteet näkyvät lähinnä keskimääräisissä taustapitoisuuksissa, eivätkä ne aiheuta pitoisuushuippuja. Typenoksidit (NO x ) ja typpidioksidi (NO 2 ) Typellä on useita erilaisia oksideja. Tässä raportissa NO x :llä eli typenoksideilla (yhteenkirjoitettuna) tarkoitetaan typpimonoksidin (NO) ja typpidioksidin (NO 2 ) yhteismäärää. Typenoksideihin ei kuulu esim. typpioksiduuli (N 2 O), joka on inertti yhdiste, eikä sillä ole merkitystä paikallisesti ilman pilaantumisessa. NO x :n massa ja massapitoisuus ilmoitetaan päästö- ja ilmanlaatutiedoissa yleensä typpidioksidiksi muutettuna eli typpidioksidin määrään lisätään typpimonoksidin määrä, jonka on kerrottu typpidioksidin ja -monoksidin moolipainojen suhteella. Typenoksideja syntyy palamisessa, joten energiantuotanto ja liikenne ovat tärkeimmät päästölähteet niin Jyväskylässä kuin muuallakin maailmassa. Päästöissä typenoksidit ovat pääasiassa typpimonoksidia. Ilmakehässä suurin osa typpimonoksidista hapettuu nopeasti -dioksidiksi, jos otsonia on läsnä. Typpimonoksidin ja otsonin välistä reaktiota käytetään hyväksi typenoksidipitoisuuden mittauksessa: O 3 + NO -> O 2 + NO 2 * -> O 2 + NO 2 + hv Jyväskylän seudulla typenoksideja mitataan kemiluminesenssiin perustuvalla menetelmällä. Menetelmässä koronapurkauksella muodostettu otsoni reagoi mittauskammiossa typpimonoksidin kanssa, jolloin syntyy virittyneitä typpidioksidimolekyylejä (NO 2 *). Viritystilojen purkautuessa emittoituu luminesenssisäteilyä (hv), jonka intensiteetti mitataan valomonistinputken avulla. Säteilyn intensiteetti on verrannollinen näytteen al-

14 kuperäiseen typpimonoksidipitoisuuteen. Typenoksidien yhteispitoisuuden määrittämiseksi osa näytteestä johdetaan ennen mittausta konvertteriin, jossa typpidioksidi pelkistetään typpimonoksidiksi. Typpidioksidin määrä lasketaan vähentämällä konvertterin läpi kulkeneen näytteen mittaustuloksesta konvertterin ohi kulkeneen näytteen mittaustulos. Typpidioksidin konvertointiaste tarkistettiin aiemmin laimennetulla kaasulla johtaen typpimonoksidia laimentimeen suoraan kaasupullosta. Vuodesta 2005 lähtien tarkastus on tehty kaasufaasititrauksella. Typpimonoksidi siis muuttuu ilmakehässä nopeasti typpidioksidiksi, joka puolestaan poistuu ilmakehästä keskimäärin tuntien tai muutaman vuorokauden kuluessa. Lyhytikäisyydestään huolimatta typpidioksidi on keskeinen haitta-aine ilmassa. Typpidioksidi on, kuten rikkidioksidikin, hapan myrkky ja sillä on samantapaisia haittavaikutuksia luonnon toiminnoille ja ihmisen terveydelle kuin rikkidioksidilla. Se myös lisää korroosiota ja happamoitumista. Melko niukkaliukoisena se pääsee tunkeutumaan keuhkoihin, ja sille asetetut ohjearvot ovat tiukemmat kuin rikkidioksidin ohjearvot. Typenoksidien päästöistä syntyvä laskeuma toimii typpiravinteena ja se voi rehevöittää maa- ja vesiekosysteemejä. Typpimonoksidin merkitys on sen sijaan vähäinen eikä se ole ilmansuojelullisesti kiinnostava muuten kuin lähinnä typpidioksidin lähteenä ja otsonin nieluna. Typpidioksidia pääsee ilmaan samoista polttoprosessista kuin muitakin typen oksideja, mutta tärkein ihmistoiminnasta aiheutuva typpidioksidin lähde ei ole suorat päästöt vaan typpimonoksidipäästöjen muuttuminen ilmakehässä typpidioksidiksi edellä kuvatulla tavalla. Savukaasujen typenoksideista valtaosa on melko haitatonta typpimonoksidia, mutta senkin päästöä pyritään rajoittamaan, kun torjutaan siitä ilmassa muodostuvan typpidioksidin haittavaikutuksia. Suomalaisessa ilmansuojelupolitiikassa typenoksidien päästöjä tarkastellaan kokonaisuutena eikä typpimonoksidin tai -dioksidin osuuksia yleensä erotella. Tämä erottelu on kuitenkin tarpeen taajamailman laatua hallittaessa.

15 Otsoni (O 3 ) Otsoni on toinen hapen yleinen allotroopinen muoto. Tavallisessa happimolekyylissä on kaksi atomia (O 2 ), mutta otsonissa atomeja on kolme (O 3 ). Kuten kaikki kaasumolekyylit, joissa on vähintään kolme atomia, otsoni imee lämpösäteilyä ja toimii näin ollen maailmanlaajuisiin ilmastomuutoksiin vaikuttavana kasvihuonekaasuna. Otsonia syntyy yläilmakehässä, kun auringon lyhytaaltoinen säteily hajottaa O 2 -molekyylejä, ja sitä varastoituu stratosfääriin. Otsonia on eniten n. 20 km:n korkeudessa nk. otsonikerroksessa. Näkyvää valoa otsoni ei absorboi, sehän on lähes väritön kaasu. Otsoni absorboi kuitenkin vaarallista UV-B-säteilyä ja siten suojelee elämää tältä polttavalta auringonsäteilyltä. Otsonin kykyä absorboida UV-säteilyä käytetään hyväksi otsonipitoisuuden mittaamisessa. Alailmakehässä esiintyessään otsoni on myrkyllinen haitta-aine. Jyväskylässä käytetään yleisintä otsonipitoisuuden jatkuvatoimista mittausmenetelmää, jossa mitataan otsonin absorboiman UV-säteilyn (254 nm) määrä. Mittauksessa kyvettiin ohjataan vuorotellen varsinaista näytettä ja vertailunäytettä, josta otsoni on pelkistetty katalyyttisesti pois. Kyvetin poikki kulkevan säteilyn määrä mitataan ja absorptioiden erotuksesta lasketaan otsonipitoisuus Lambert-Beerin lain mukaisesti. Myös jotkut ilman muutkin epäpuhtaudet, lähinnä kevyet hiilivedyt, absorboivat otsonin ohella UV-säteilyä, ja voivat muuttua katalyyttikäsittelyssä, jolloin säteilyn absorptio voi pienentyä vertailunäytteessä enemmän kuin pelkän otsonin poistumisen seurauksena. Tämän takia otsonipitoisuuden mittaustulos voi olla liian suuri, varsinkin tilanteissa, joissa ilmassa on paljon pakokaasuista peräisin olevia hiilivetyjä. Otsoni on molekyylirakenteeltaan paljon heikompi kuin kaksiatominen happi. Se luovuttaa kemiallisissa reaktioissa yhden happiatomeistaan helposti ja näin toimii voimakkaana hapettimena. Voimakkaana hapettimena otsoni on terveydelle haitallinen ja aiheuttaa lyhytaikaisessa altistuksessa mm. limakalvojen ärsytystä ja hengenahdistusta. Pitkäaikainen otsonialtistus rappeuttaa keuhkokudoksia. Myös kasvillisuus vaurioituu herkästi otsonipitoisuuden kohotessa alailmakehässä. Hapettava otsoni turmelee erilaisia materiaaleja. Erityisesti otsoni haurastuttaa kemiallisia kaksoissidoksia sisältävää kumia.

16 Ihmiskunta on sekä lisännyt että vähentänyt otsonin määrää ilmakehässä. Huolta on aiheuttanut elämää suojelevan stratosfäärin otsonikerroksen heikkeneminen kemikaalipäästöjen takia, toisaalta otsonipitoisuuden kohoaminen alailmakehässä on merkittävä ilmansuojelullinen ongelma. Merkittäviä otsonipäästöjä ei ole, vaan ilmakehän tärkeimmät otsonilähteet ja myös nielut ovat ilmakemialliset reaktiot, joihin ihmiskunta erilaisilla päästöillään vaikuttaa. Otsonia syntyy alailmakehässä, kun aurinkoisella säällä säteily hajottaa typpidioksidia ja vapauttaa happiradikaaleja (O ): NO 2 + hv -> NO + O. O. + O 2 -> O 3. Typpidioksidin hajotessa syntynyt typpimonoksidi voi kuitenkin hävittää syntynyttä otsonia, kun se reagoi otsonin kanssa muodostaen jälleen typpidioksidia. Typpimonoksidi voi hapettua dioksidiksi ilman, että otsonia häviää, jos ilmassa on samanaikaisesti muita epäpuhtauksia, erityisesti orgaanisia yhdisteitä, jotka muodostavat typpimonoksidia hapettavia yhdisteitä. Tällöin otsonia kertyy ilmaan ja muodostuu nk. valokemiallista savusumua. Maanpinnan läheisyyteen voi siis muodostua kohonneita otsonipitoisuuksia, kun saastuneessa ilmassa on runsaasti typenoksideja ja muita, erityisesti autojen pakokaasuista peräisin olevia epäpuhtauksia. Lisäksi valokemiallisen savusumun syntyminen edellyttää voimakasta auringonsäteilyä. Suomessa säteilyn määrä ei edes kesällä riitä synnyttämään paikallisesti valokemiallista savusumua. Suomeen otsoni kulkeutuu pääosin muualta joko ylempää ilmakehästä tai loppukeväisin tai kesäisin etelästä epäpuhtauksia sisältävien ilmamassojen mukana. Euroopassa mitataan melko yleisesti kesäisin haitallisen korkeita otsonipitoisuuksia ja suuria otsonimääriä kulkeutuu ilmamassojen mukana maasta toiseen. Niinpä EU:ssa on asetettu tavoitteita typenoksidien ja orgaanisten yhdisteiden päästöjen rajoittamiselle erityisesti otsoniongelman takia. Vaikkei Suomessa otsonin paikallinen muodostuminen

17 liene ongelma, on laaja-alainen otsonia synnyttävien päästöjen rajoittaminen Euroopassa Suomellekin tärkeää kaukokulkeutumisen takia. Suomessa otsonipitoisuuden kannalta paikalliset otsoninielut ovat paikallisia lähteitä tärkeämmät. Voimakkaana hapettimena otsoni reagoi pintojen ja ilmassa olevien epäpuhtauksien kanssa helposti. Niinpä maanpinta ja pilaantunut ilma toimivat Suomessa otsonin nieluina ja ilman otsonipitoisuus pienenee maanpintaa lähestyttäessä. Luontaisesti otsonia on aina ilmassa kohtalaisesti, mutta runsaasti pakokaasujen sisältävästä taajamailmasta se saattaa kadota lähes kokonaan. Taajamissa erityisesti typpimonoksidi hävittää otsonia, jolloin typpimonoksidista muodostuu hävinnyt otsonia vastaava määrä typpidioksidia. Onneksi talvisin otsonia ilmassa luontaisesti vähemmän kuin muulloin, muutoin typpidioksidipitoisuudet kohoisivat talvisessa kaupunki-ilmassa nykyistä suuremmiksi. Otsonia voi pitää paradoksaalisesti suomalaisen taajamailman puhtauden indikaattorina. Vaikka otsonialtistus on suurempaa Suomessa kaupunkien ulkopuolella kuin kaupungeissa, on otsonin merkitys taajamailmanlaadulle huomattava. Typpimonoksidin hapettuminen otsonin vaikutuksesta lienee tärkein haitallisen typpidioksidin lähde. Näin ollen muualta taajamailmaan sekoittuva otsoni säätelee keskeisesti ilmanlaatua heikentävän typpidioksidin määrää ja otsonipitoisuuden mittaaminen kaupungin keskustan ulkopuolella auttaa ymmärtämään myös keskustan ilmanlaatua. Hiilimonoksidi (CO) eli häkä Jyväskylässä hiilimonoksidi mitataan, kuten muuallakin Suomessa, ei-dispersiivisellä IR-menetelmällä. Menetelmä perustuu hiilimonoksidin absorboiman infrapunasäteilyn mittaamiseen. Absorption voimakkuus on verrannollinen Lambert-Beer-lain mukaisesti näytteen hiilimonoksidipitoisuuteen. Hiilimonoksidianalysaattori kalibroidaan laimentamalla väkevää kaasua. Hiilimonoksidi on myrkyllistä, sillä se sitoutuu veren hemoglobiiniin parisataa kertaa tehokkaammin kuin happi. Hengitysilman häkä on erityisen haitallista hengityselinsairaille sekä sydän- ja verisuonitautisille, joiden elimistön hapensaanti on muutenkin vai-

18 keutunut. Häkäaltistus voi aiheuttaa keskittymisvaikeuksia, päänsärkyä ja pahoinvointia myös terveille ihmisille. Hiilimonoksidin tekee mielenkiintoiseksi myös se, että aine osallistuu valokemialliseen otsoninmuodostukseen ja voi hidastaa merkittävän kasvihuonekaasun, metaanin, hapettumista ja näin vaikuttaa maailmanlaajuisiin ilmastonmuutoksiin. Hiilimonoksidipäästöt ovat suuremmat kuin typenoksidien ja rikkidioksidin päästöt. Sen myrkyllisyys ja muut haittavaikutukset ovat kuitenkin pienemmät. Häkää pääsee ilmaan savu- ja pakokaasujen mukana, kun palaminen on epätäydellistä. Voimaloissa ja suurissa lämpökeskuksissa palaminen on tehokasta, jolloin häkää muodostuu vähän suhteessa tuotannon määrään, eivätkä korkeista piipuista purkaantuvat savukaasut juuri vaikuta taajamailman häkäpitoisuuteen maanpinnan tasolla. Energiantuotannon ja tieliikenteen hiilimonoksidipäästöt ovat kokonaisuutena Suomessa samaa suuruusluokkaa. Erityisesti bensiinimoottorit tuottavat häkäpäästöjä. Yleensä uusista ja hyvin säädetyistä autoista pääsee hiilimonoksidia vähemmän ilmaan kuin vanhoista. Toimintakuntoiset katalysaattorit poistavat pakokaasuista tehokkaasti häkää, sopivissa olosuhteissa jopa yli 90 %. Myös liikenteen sujuvuus ja nopeudet, joutokäynnin määrä sekä moottorien ja katalyyttien lämpötila vaikuttavat päästöihin. Autokannan uusiutuessa ja polttoaineen laadun parantuessa ovat liikenteen hiilimonoksidipäästöt Suomessa merkittävästi pienentyneet, vaikka liikennemäärät ovat kasvaneet. Liikenteen päästöjen osuus hiilimonoksidipäästöistä on kuitenkin edelleen keskeinen ja suomalaisessa kaupunkiympäristössä liikenteen päästön osuus hengitysilman hiilimonoksidissa on vallitseva matalan päästökorkeuden takia. On huomattava, että myös erilaiset työkoneet ruohonleikkureista traktoreihin tuottavat häkäpäästöjä matalalta. Työkoneiden hiilimonoksidipäästöjen on Suomessa laskettu olevan n. 80 kt/v (TYKO 2007), mikä on lähes 40% lasketuista tieliikenteen häkäpäästöistä (LIISA 2007). Tieliikenteen päästöjen pienentyessä tarve ilman häkäpitoisuuden tarkkailuun on vähentynyt. Hiilimonoksidi ilmentää kuitenkin hyvin pakokaasusaastutusta, joten sen mittaaminen auttaa selvittämään pakokaasujen yleistä vaikutusta ilmanlaatuun. Tosin päästöjen pienentyessä hiilimonoksidin merkitys tieliikenteen merkkiaineena on vähentynyt.

19 Leijuvat hiukkaset (TSP, PM 10 ) Ilmassa leijuvat hiukkaset ovat peräisin pääasiassa pintojen pölyämisestä ja kaasujen tiivistymisestä. Ilmassa leijuvat hiukkaset voidaan jakaa kolmeen kokoluokkaan (ks. kuva 2.1). Karkeimmat niistä ovat pölynä ilmaan nousseita hiukkasia, joiden halkaisija on useita mikrometrejä, ja ne koostuvat pääasiassa mineraaleista. Pienimmät hiukkaset ovat esim. savukaasuissa tiivistyneitä nokihiukkasia. Pienet hiukkaset eivät pysy ilmakehässä pitkään pieninä, vaan ne kasvavat nopeasti törmätessään toisiinsa ja kaasujen tiivistyessä niihin. Ne eivät kuitenkaan yleensä kasva halkaisijaltaan muutamaa mikrometriä suuremmiksi, jolloin ne muodostavat kolmannen hiukkaskokoluokan nk. kertymähiukkasten kokoluokan. Kertymähiukkaset voivat pysytellä ilmakehässä useita vuorokausia ja kulkeutua pitkiä matkoja. Kertymähiukkaset koostuvat alkuperäisten pienten hiukkasten materiaaleista mutta niihin on tiivistynyt ilmakehässä muitakin aineita kuten sulfaattia ja nitraattia. Jyväskylässä, kuten tyypillisesti muissakin suomalaisissa kaupungeissa, karkeimmat hiukkaset ovat pääasiassa tiepölyä. Eniten tiepölyä on ilmassa keväisin teiden kuivuttua. Keskitetyssä energiantuotannossa ja teollisuudessa hiukkaset poistetaan prosessikaasuista tehokkaasti ja päästöt kohoavat vain häiriötilanteissa. Häiriötilanteiden vaikutus paljastuu ilmanlaadun mittauksissa vain sattumanvaraisesti. Kiinteän raaka- ja polttoaineen varastointi ja käsittely voi pölytä lähiympäristöön. Pienet hiukkaset Jyväskylän ilmassa ovat todennäköisimmin peräisin poltosta. Niissä on pakokaasujen ja lämmityskattiloiden nokea. Puun, turpeen ja roskien pienpoltto tuottaa ilmaan sekä pieniä nokihiukkasia että karkeaa tuhkaa. Teiden pölyämisen ohella pienpoltto on yksi merkittävimmistä ilmansuojeluongelmista Suomessa. Kertymähiukkaset ovat pääasiassa kulkeutuneet muualta, esim. Venäjän ja Baltian metsäpaloista ja kulotuksista ja/tai syntyneet ilmakemiallisesti kontaminoituneessa ilmamassassa. Kertymähiukkasten kokoluokan hiukkasia on vaikeampaa poistaa savukaasuista kuin karkeita hiukkasia, joten pistelähteiden hiukkaspäästöjen vaikutus voi näkyä juuri kertymähiukkasten kokoluokassa.

20 Karkeimmat hiukkaset likaavat ympäristöä, pistelevät silmissä ja voivat narskua hampaissa, mutta ne eivät pääse syvälle hengityselimiin. Sen sijaan hienot hiukkaset ovat terveyshaittojen suhteen merkittävämpiä kuin mitkään muut ilman epäpuhtaudet. Halkaisijaltaan alle 10 µm:n hiukkaset kulkeutuvat hengitettäessä keuhkoihin ja alle 1 µm:n hiukkaset pääsevät keuhkorakkuloihin ja voivat siirtyä sieltä jopa verenkiertoon. Kuva 2.1. Samasta hypoteettisesta ilmanäytteestä kerätyn TSP:n ja PM 10 :n hiukkaskokojakauma massapitoisuuden suhteen (kaupunkiolosuhteissa). Huom. logaritmiset akselit.(laukkanen 2005, s. 96) Ilmassa leijuvien hiukkasten massapitoisuutta mitataan yleensä suodattamalla ilmanäytettä ja mittaamalla suodattimen massanmuutos. Jyväskylässä on käytössä kaksi erilaista hiukkaspitoisuuden mittausmenetelmää. Toinen menetelmä on manuaalinen ja sen avulla kerätään leijuvien hiukkasten vuorokausinäytteitä (TSP). Toinen menetelmä on jatkuvatoiminen, ja siinä karkeimmat hiukkaset poistetaan näytteestä esierottimella (PM 10 ). Leijuvien hiukkasten kokonaismäärää eli kokonaisleijumaa (TSP=total suspended particles, eng.) mitataan Jyväskylässä SFS-3863-standardin mukaisesti nk. tehokeräysmenetelmällä (manuaalinen menetelmä). Menetelmässä imetään vuorokauden aikana n. 2500 m 3 näyteilmaa suodattimen läpi. Jyväskylässä näytteitä kerätään suunnilleen jo-

21 ka kolmas päivä. Suodattimelle kerääntynyt hiukkasmassa määritetään punnitsemalla suodatin ennen ja jälkeen näytteen keräyksen. Hiukkasten massapitoisuus lasketaan jakamalla suodattimen massalisäys imetyn ilman määrällä. Suodattimelle jäävät sekä hienot että karkeat hiukkaset halkaisijaltaan 30-40 mikrometriin asti. Yleensä TSP koostuu pääasiassa karkeista hiukkasista, joten se kuvaa huonosti ilman terveydellistä laatua. Niinpä hiukkaspitoisuuden mittaamiseen on kehitetty menetelmiä, jossa karkeimmat hiukkaset poistetaan ennen leijumanäytteen keräystä ja massan määritystä. Jyväskylässä on käytössä jatkuvatoiminen PM 10 :n mittaus, jossa leijumakeräimeen on asennettu esierotin, joka erottaa yli 50 % teholla hiukkaset, joiden halkaisija on yli 10 μm, ja alle 50 % teholla sitä pienemmät. Näin näyte koostuu pääasiassa hiukkasista, jotka voivat hengitettäessä ohittaa nenä-nielun eli ovat nk. hengitettäviä hiukkasia. Jyväskylän on käytössä kaksi TEOM 1400-analysaattorilla, joissa PM 10 - esierottimen jälkeen näyte imetään vakiovirtauksella 1 m 3 /h värähtelevän keraamisen sauvan päässä olevan suodattimen läpi. Suodattimeen kerääntyvät hiukkaset muuttavat sauvan värähtelytaajuutta hiukkasmassaan verrannollisena. 2.4 Säänmittaus ja sääparametrit Päästöjen ohella säätila vaikuttaa olennaisesti ilmanlaatuun. Tuulensuunta ratkaisee, mihin suuntaan päästöt leviävät, ja tuulennopeus puolestaan vaikuttaa siihen, miten tehokkaasti päästöt laimenevat. Laimenemisen teho riippuu myös alailmakehän lämpötilarakenteesta eli maanpinnan lähellä olevien ilmakerrosten termisestä stabiiliudesta. Stabiilius puolestaan riippuu mm. tuulennopeudesta ja auringonsäteilyn määrästä. Säteilyolot vaikuttavat myös ilman epäpuhtauksien kemiaan. Sade ja haihdunta vaikuttavat puolestaan maanpinnan kosteuteen ja sitä kautta pintojen pölyämiseen ja ilman hiukkaspitoisuuteen. Säätietojen avulla voidaan selittää ilmanlaadun vaihtelua ja siihen vaikuttavia tekijöitä. Niinpä ilmanlaadun mittausjärjestelmiin liitetään usein säämittaus, jonka tuottamia tuloksia voidaan käyttää hyväksi ilmanlaadun mittaustulosten analyysissä. Jyväskylän ilmanlaadun mittausjärjestelmään liitetty sääasema sijaitsee Pupuhuhdassa n. 30 m korkean mäen päällä koulurakennuksessa kerrostaloalueen kupeessa. Kaksikerroksisen ra-

22 kennuksen katolla on n. 6 m:n korkuinen masto, jossa on tuulimittari. Mittauskorkeus on runsaat 10 m maanpinnasta. Mäntymetsän reuna on n. 30 m:n päässä. Korkeimpien puiden latvat ulottuvat tuulimittaria korkeammalle. Etäisyys lähimpiin kerrostaloihin on yli 100 m. Mittausaseman sijainti on merkitty liitteisiin 1 ja 5. Pupuhuhdan mittausasemalla lämpötilaa ja ilman suhteellista kosteutta on mitattu jatkuvatoimisesti vuoden 1988 puolesta välistä lähtien ja tuulensuuntaa ja -nopeutta vuoden 1989 alusta lähtien Vaisala Oy:n toimittamilla laitteilla. Mittausasema uusittiin vuonna 2003, jolloin otettiin käyttöön Davis Vantage Pro Plus 6161C tyyppinen sääasema. Tällöin mittausparametrien valikoima laajeni ilmanpaineen, sädemäärän sekä auringon kokonaissäteilyn ja UV-säteilyn määrän mittauksilla. Mittausaseman uusimisen jälkeen sääparametrien mittaustulokset käsitellään erikseen eikä säähavainnointi ole enää suoraan yhteydessä automaattiseen ilmanlaadun mittauksen ohjausjärjestelmään. Säätiedot kuitenkin liitetään ilmanlaadun mittaustietoihin päivittäin. Pupuhuhdan sääaseman mittaustulokset tallennetaan tuntikeskiarvoina paitsi tuulensuunnan osalta, josta talletetaan tunnin aikana vallinnut suuntasektori (16 sektoria). Ilmanpainetta ja lämpötilaa mitataan myös keskustan mittausasemalla PM 10 -mittalaitteeseen liitetyillä antureilla. Lisäksi mitataan lämpötilaa mittauskoppien sisällä. Ilmanlaadun mittausasemilla tuotettu lämpötilaa ja painetta koskeva mittaustieto käsitellään ilmanlaadun mittaustietojen kanssa samassa järjestelmässä. Alimman ilmakerroksen sekoittuvuutta ja stabiiliutta voidaan arvioida vertaamalla Pupuhuhdan mäellä ja alempana keskustassa mitattuja lämpötiloja. Alin ilmakerros on termisesti stabiili, kun keskustassa on kylmempää kuin Pupuhuhdassa. Tällöin vallitsee lämpötilan maanpinta-inversio, jolloin ilman pystysuuntainen sekoittuvuus on huono, ja matalalta tapahtuvat päästöt, kuten pakokaasupäästöt, pilaavat ilmaa. Toisaalta mikäli lämpötila on paljon korkeampi keskustassa kuin ylhäällä Pupuhuhdan mäellä, alin ilmakerros on termisesti labiili ja sekoittuu voimakkaasti pystysuunnassa. Ilmapyörteet voivat näin tuoda pistelähteiden savuvanat hetkellisesti maanpinnan läheisyyteen ja aiheuttaa korkeita hetkellispitoisuuksia.

23 Kuvassa 2.2 on esitetty ko. lämpötilaeron keskimääräinen riippuvuus tuulennopeudesta ja auringon säteilyn intensiteetistä. Kuvasta voi havaita, että inversio on yleensä voimakkaimmillaan eli keskustan lämpötila on alimmillaan suhteessa Pupuhuhdan mäen lämpötilaan, kun on tyyntä eikä aurinko paista. Tällainen tilanne on tyypillisesti kirkkaina öinä ja aamuina ennen auringonnousua. Tilanne on voimakkaan labiili (keskustassa on paljon lämpimämpää kuin Pupuhuhdan mäellä), kun on tyyntä ja auringon säteily on voimakasta loppukevään ja kesän kirkkaina päivinä. >450 400 säteily / W/m 2 300 200 100 2,5-3,0 2,0-2,5 1,5-2,0 1,0-1,5 0,5-1,0 0,0-0,5-0,5-0,0-1,0--0,5 0 0 1 2 3 4 >4,5 tuulennopeus / m/s Kuva 2.2. Keskimääräinen lämpötilaero (yksikössä o C) keskustan ja Pupuhuhdan mäen välillä tuulennopeuden ja auringonsäteilyn intensiteetin funktiona. Tuulennopeus ja auringon säteily on mitattu Pupuhuhdan mäellä. Mittaustulokset ovat vuosilta 2004 5. Kuvassa 2.3 on esitetty esimerkkinä vuosien 2004-5 mittausaineistosta lasketut em. lämpötilaeron perusteella määritetyt stabiilien ja labiilien esiintymisfrekvenssit vuodenajan ja kellonajan funktioina. Kyseisinä vuosina stabiileja tilanteita ilmeni usein loppuvuonna ja vuoden vaihteessa, kun ilman sekoittumista edistävää auringon säteilyä oli vähän ja tuuli heikkoa. Kesäaikaan siirtyminen lisää aamuruuhkan aikaisten stabiilien tilanteiden määrää huhtikuussa ja näin heikentää ilmanlaatua.

24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 kk 22 20 18 16 14 12 klo 10 8 6 4 2 0 80-100 60-80 40-60 20-40 0-20 22 20 18 16 14 12 10 klo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 kk 8 6 4 2 0 80-100 60-80 40-60 20-40 0-20 Kuva 2.3. Stabiilien (ylempänä, keskustassa vähintään 0,5 o C kylmempää kuin Pupuhuhdassa) ja labiilien (alempana, keskustassa vähintään 1 o C lämpimämpää kuin Pupuhuhdassa) prosentuaalinen esiintyminen (%) eri vuoden ja vuorokauden aikoina vuosina 2004-5. Edellä kuvatussa tarkastelussa alailmankehän stabiiliutta luokiteltiin vertaamalla Pupuhuhdan mäen ja keskustan lämpötilatietoja. Tämä luokitteluperuste aliarvioi stabiilien tilanteiden määrää keskustan ulkopuolella. Keskustassa lämpötila on keskimäärin asteen parin korkeampi kuin taajamaa ympäröivillä alueilla nk. lämpösaarekeilmiön takia, minkä takia maanpintaa lähellä olevan ilmakerroksen jäähtyminen ja stabiloituminen on vähäisempää keskustassa. Tämän merkitys korostuu erityisesti talvella, kun lämpöä karkaa rakennuksista. On otettava myös huomioon, että Pupuhuhdassakaan lämpötilamittaus ei ulotu kovin korkealle, jolloin näiden kahden mittauspisteen lämpötilaerot eivät paljasta ylempänä olevia mahdollisia stabiileja kerroksia, joilla voi olla vaikutuksia epäpuhtauksien laimenemiseen.

25 3 Ilmanlaadun mittaustulokset suhteessa ohjausarvoihin Ilmanlaadun mittaustulosten tuntikeskiarvoja syntyy Jyväskylässä vuosittain kymmeniä tuhansia. Tuloksista on laskettava tunnuslukuja, jotta mitattua ilmanlaatua voidaan havainnollistaa ja vertailla. Tunnuslukuna käytetään esimerkiksi pitoisuuden vuosikeskiarvoa tai mediaania, kun kuvataan keskimääräistä ilmanlaatua. Virallisia mittaustuloksia vertaillaan erilaisiin säädöksissä määriteltyihin ilmanlaadun ohjausarvoihin, joita ovat ohjearvot, kynnysarvot ja raja-arvot sekä tavoitearvot. Tällöin ilmanlaadun tunnusluvut määritellään ohjausarvoja koskevissa asetuksissa. Mittaustuloksia voidaan vertailla myös aiempiin mittaustuloksiin, jolloin käytetään ilmanlaadun trendejä kuvaavia tunnuslukujen aikasarjoja. Mittauspaikan tai -menetelmien vaihdokset rajoittavat aikasarjatarkasteluja ja katkaisevat trendien vertailukelpoisuuden. Erityisen varovainen on oltava vertailtaessa eri paikkakuntien ilmanlaatua mittaustulosten kautta. Ilmanlaadun mittaustulosten edustavuuteen vaikuttaa mittauspaikan ja menetelmien ohella mittausaineiston ajallinen kattavuus. Esimerkiksi Ympäristöministeriön ohjeiden (1986) mukaisesti ohjearvovertailussa jatkuvatoimisten mittausten osalta puuttuvaa aineistoa ei saa olla yli 25 % teoreettisesta määrästä eikä aineistoa saa puuttua paljon ajallisesti yhtenäisiltä jaksoilta. Ajallisen edustavuuden kannalta olennaista ei ole ainoastaan puuttuvan aineiston määrä vaan myös se, miten tasaisesti puuttuva-aineisto on jakaantunut niin vuoden- kuin vuorokaudenaikojen tai viikonpäivien suhteen. 3.1 Mittausaineiston määrä ja ajallinen edustavuus Tämän raportin perusaineistona ovat olleet yhdeksällä rinnakkain toimivalla analysaattorilla mitatut epäpuhtauspitoisuuksien tuntikeskiarvot. Tunnin ajalta oli oltava vähintään 75 % hetkellismittaustuloksia, jotta tuntikeskiarvo hyväksyttiin aineistoon.

26 Laitteistojen huolto- ja kalibrointien ajoilta puuttui aineistoa. Aineistosta poistettiin mittaustuloksia, jos aineiston editoinnissa voitiin todeta mittalaiteen toimineen virheellisesti eikä mittaustuloksia voinut enää jälkikäteen korjata luotettaviksi. Hyväksyttyjen tuntikeskiarvopitoisuuksien kokonaiskattavuus oli jokaisena tarkastelujakson 2006-8 vuonna ja jokaisen yhdeksän epäpuhtauskomponentin osalta vähintään 89 %, joten aineiston kokonaismäärä riitti hyvin vuositason tarkasteluihin. Puuttuva aineisto tosin ei jakaantunut täysin tasaisesti. Eniten aineistoa puuttui viimeisiltä syksyiltä ja alkutalvilta sekä viikonloppuisin. Puuttuvan aineiston hieman epätasainen jakautuminen ei kuitenkaan mainittavasti vääristänyt mitattuja pitoisuustasoja, sillä puuttuvan aineiston määrä oli pieni. Kuukauden aikana tuntikeskiarvoista puuttui yli 25 % ainoastaan Palokan asemalta rikkidioksidin osalta marraskuulta 2006 ja elokuulta 2008 sekä typenoksidien osalta joulukuulta 2007. Keskustan asemalta tuntikeskiarvoista puuttui yli 25% hiilimonoksidin osalta loka- ja marraskuulta 2006 ja typenoksidien osalta syyskuilta 2006 ja 2007. Tulosten vertailu ohjearvoihin myös kuukausitasolla oli mahdollista tehdä varsin kattavasti. Rikki- ja typpidioksidin sekä hengitettävien hiukkasten ja otsonin pitoisuuksien osalta ohjausarvoihin verrannollisina tunnuslukuina käytetään myös vuorokausikeskiarvoista laskettuja tai poimittuja arvoa, joten tuntikeskiarvojen ohella tutkimusaineisto käsitti myös vuorokausikeskiarvot, jotka laskettiin tuntikeskiarvoista. Tässä raportissa kaikki aineistoon hyväksytyt vuorokausikeskiarvot perustuivat vähintään 18 hyväksyttyyn tuntikeskiarvoon. Kaikkien edellä mainittujen komponenttien osalta hyväksyttyjen vuorokausikeskiarvojen kattavuus koko vuosien 2006-8 aineistossa oli vähintään 92 % ja kuukausia, jolloin hyväksyttäviä vuorokausikeskiarvoja puuttui yli 25%, oli mittausparametria kohti enintään kolme. Edellä tarkasteltiin aineiston kattavuutta automaattisilla analysaattoreilla mitattujen komponenttien suhteen. Kokonaisleijumaa mitataan Jyväskylässä manuaalisella menetelmällä. Kokonaisleijuman osalta ohjearvovertailu on mahdollinen, jos vuorokausinäytteiden mittaustuloksia on tasaisesti ja niitä on yli 100 kpl. Aineistossa oli tarkastelujaksolta 2006-8 125 135 kokonaisleijuman vuorokausikeskiarvoa vuodessa, joten koko-

27 naismäärän osalta ohjearvovertailu oli mahdollista jokaisen vuoden osalta. Mittaustuloksia oli joulukuulta yhteensä 23 kpl, kun muilta kuukausia niitä oli 30 36 kpl. Näytteiden voidaan kuitenkin katsoa jakaantuneen riittävän tasaisesti, sillä joulukuu ei ole kokonaisleijuman ohjearvotarkastelun suhteen kriittinen kuukausi. 3.2 Mittaustulosten vertailu ohjearvoihin Ilmanlaadun ohjearvot määrittelevät tavoitteelliset enimmäispitoisuustasot, joita ei pitäisi ylittää. Ohjearvot on annettu kansallisin perustein. Ohjearvot on otettava huomioon viranomaistoiminnassa mm. maankäytön ja liikenteen suunnittelussa, rakentamisessa ja erilaisissa ilmansuojeluun liittyvissä lupamenettelyissä. Ohjearvojen ylittyminen on pyrittävä estämään pitkällä aikavälillä alueilla, jolla ilmanlaatu on tai saattaa olla toistuvasti huonompi kuin ohjearvot edellyttävät. Ohjearvot on asetettu Suomessa ihmisten terveyden suojelemiseksi. Voimassa olevat ilmanlaadun ohjearvot perustuvat pääosin valtioneuvoston päätökseen 480/96. Hiilimonoksidin ohjearvoihin (tuntikeskiarvo ja 8 tunnin keskiarvo) verrataan suurimpia mittaustuloksia. Rikki- ja typpidioksidin tuntiohjearvoihin verrannollinen tunnusluku on kuukauden tuntiarvojen nk. 99. prosenttipiste eli joka kuukaudelta poimitaan se mitattu tuntikeskiarvo, jota suurempia mittaustuloksia on suunnilleen 1 %. Rikki- ja typpidioksidin sekä hengitettävien hiukkasten osalta ohjearvoihin verrannollinen vuorokausiarvo on kuukauden toiseksi suurin vuorokausikeskiarvo. Kokonaisleijuman osalta vuorokausiohjearvo on vuoden vuorokausikeskiarvojen 98. prosenttipiste. Lisäksi ohjearvo on annettu kokonaisleijuman vuosikeskiarvolle. Taulukossa 3.1 on esitetty ohjearvoihin verrannolliset tunnusluvut rikki- ja typpidioksidin, hiilimonoksidin sekä hengitettävien hiukkasten osalta vuosina 2006-8. Mitatut rikkidioksidipitoisuudet olivat alle 15 % ohjearvopitoisuuksista. Sen sijaan typpidioksidipitoisuudet olivat lähellä ohjeellisia enimmäisarvoja varsinkin keskustan mittausasemalla, joskaan ohjearvojen ylityksiä ei mitattu. Mahdollista on, että typpidioksidin ohjearvo ylittyi liikenneympäristössä kaupungin keskustassa, sillä mittausasema edustaa keskustan yleistä ilmanlaatua, ei esim. vilkasliikenteisten katukuilujen ilmanlaatua. Tarkastelujaksolla mitatut hiilimonoksidipitoisuudet olivat paljon alle ohjearvojen. Suurimmat,

muista mittaustuloksista selvästi poikenneet pitoisuudet, mitattiin keskustan mittausasemalla vuoden 2006 juhannuksena, jolloin kohonneilla häkäpitoisuuksilla oli hyvin paikallinen, kenties juhannusjuhlintaan liittyvä lähde. 28 TAULUKKO 3.1. Mitatut rikki- (SO 2 ) ja typpidioksidin (NO 2 ), hiilimonoksidin (CO) sekä hengitettävien hiukkasten (PM 10 ) ohjearvoihin verrannolliset pitoisuuksien tunnusluvut. Pitoisuudet ovat yksikössä μg/m 3 paitsi hiilimonoksidipitoisuus, jonka yksikkö on mg/m 3. Yläindeksiin on merkitty kuukausi, jolloin suurin ohjearvoihin verrannollinen pitoisuus on mitattu, ja pitoisuusarvon alapuolella suluissa on prosenttiyksikköinä mittaustulos suhteessa ohjearvoon. Tiedot on poimittu ilmanlaadun vuosiraporteista. Tunti (99%) SO 2 NO 2 CO PM 10 Vrk Vrk 2. suur. Tunti (99%) 2. suur. Tunti suurin 8-tunt. suurin Vrk 2. suur. Ohjearvo 250 80 150 70 20 8 70 Asema vuosi Keskusta Palokka 2006 2007 2008 2006 2007 2008 22 2 (9) 16 2 (6) 14 2 (6) 18 2 (7)* 18 2 (7) 16 2 11 2 (14) 8 2 (10) 4 6 (5) 7 2 (9)* 8 2 (10) 5 1 96 3 (64)* 88 2 (59)* 86 4 (57) 75 3 (50) 76 1 (51)* 96 2 64 3 (91)** 66 2 (93)* 44 2 (63) 41 1,2 (59) 56 2 (80)* 47 2 6,7 6 (34)** 3,3 2 (17) 1,5 3 (8) 2,4 1,3 (12) 4,2 1 (21) 2,0 2 2,6 6 (33)** 2,0 1,2 (25) 0,7 2 (9) 1,0 1 (13) 2,6 1 (33) 1,5 2 63 4 (90) 150 3 (214) 66 4 (94) 55 4 (79) 74 3 (106)* (6)* (6) (67)* (81) (10) (19) * Mittaustuloksia puuttui yli 25 % yhtenä kuukautena, mutta ei sinä kuukautena, jolloin pitoisuudet olivat suurimmat. ** Mittaustuloksia puuttui yli 25 % kahtena kuukautena. mutta ei sinä kuukautena, jolloin pitoisuudet olivat suurimmat. 67 4 (96) Hengitettävien hiukkasten pitoisuus oli molemmilla mittausasemilla erityisen suuri maaliskuun lopussa 2007, jolloin molemmilla mittausasemilla ohjearvo ylittyi, keskustassa jopa ylin kaksinkertaisesti. Mittaustulosten edustavuutta suurten hiukkaspitoisuuksien osalta on vaikeaa arvioida, sillä esimerkiksi mittausaseman edustan piha-alueen tai läheisten teiden puhdistus voivat vaikuttaa suuresti mittaustulokseen. Ilmeistä on kuitenkin, että pitoisuustaso ylitti ohjearvon melko laajasti kyseisenä aikana. Taulukoon 3.2 on koottu kokonaisleijumapitoisuuden vuosikeskiarvot ja ohjearvoihin verrannolliset vuorokausikeskiarvot. Kokonaisleijumapitoisuuden ohjearvot ylittyivät