Latem mogliśmy zapomnieć o smogu we Wrocławiu, a poziom zanieczyszczeń w powietrzu różni się w zależności od wysokości, to wnioski z obserwacji prowadzonych przez naukowców z PWr. Dane do badań są pozyskiwane z jedynej w Polsce uczelnianej sieci innowacyjnych czujników do oceny jakości powietrza.

System składający się z dwudziestu urządzeń rozmieszczonych na Politechnice Wrocławskiej działa od stycznia 2019 r. Czujniki można znaleźć na terenie kampusu przy pl. Grunwaldzkim, a także na budynkach przy ul. Długiej, Prusa, Bujwida i Na Grobli oraz na osiedlu domów akademickich przy ul. Wittiga.

Podstawowymi celami projektu są pomiar stężeń i analiza zanieczyszczeń odpowiedzialnych za tzw. smog na terenie kampusu naszej uczelni. W trakcie badań sprawdzane są również m.in. wpływ zabudowy, warunków meteorologicznych oraz zieleni miejskiej skupionej na małym, zamkniętym obszarze na rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń.

Aktualny stan powietrza można sprawdzić na stronie. Poszczególne czujniki pokazują m.in. stężenie PM 2,5, czyli pyłu zawieszonego o średnicy nie większej niż 2,5 µm, który zdaniem WHO jest najbardziej szkodliwy dla zdrowia człowieka spośród innych zanieczyszczeń atmosferycznych.

Smog w lecie nie taki straszny

Z pomiarów prowadzonych od stycznia do kwietnia wynika, że jakość powietrza na początku tego roku – w porównaniu do tego samego okresu w latach poprzednich – była lepsza. Zdarzyło się jedynie kilka krótkotrwałych epizodów podwyższonego stężenia pyłu. Wpływ na to miała przede wszystkim korzystna aura.

Po spadku poziomu zanieczyszczenia powietrza wyraźnie było widać także koniec okresu grzewczego, który w tym roku przypadł na przełom marca i kwietnia.

– Również w okresie wiosenno-wakacyjnym stężenie PM 2,5 było niskie i jakość powietrza była dobra – mówi prof. Izabela Sówka z Wydziału Inżynierii Środowiska PWr, kierowniczka i koordynatorka całego projektu.

W trakcie letnich miesięcy nasi naukowcy chcieli przede wszystkim sprawdzić, jaki jest wpływ źródeł komunikacji na zanieczyszczenie powietrza pyłami drobnymi.  Przeprowadzone pomiary wskazały iż stężenia pyłu nie były duże i nie było zbyt dużego zróżnicowania pomiędzy czujnikami umieszczonymi bezpośrednio przy ulicach i z dala od nich.

– Zdarzały się oczywiście okresowe wahnięcia. Spodziewaliśmy się jednak, że wpływ komunikacji na jakość powietrza będzie większy choćby w godzinach szczytu – wyjaśnia Piotr Szymański, doktorant w Katedrze Inteligencji Obliczeniowej PWr, prezes Towarzystwa Upiększania Miasta Wrocławia.

Wyraźne różnice w rozkładzie zanieczyszczeń obserwowaliśmy natomiast w okresie grzewczym – zwłaszcza ze względu na wysokość. Tego typu badania można było przeprowadzić dzięki czujnikom zamontowanym na kilku piętrach budynku Wydziału Elektroniki (C-5). Okazało się, że na wyższych piętrach jakość powietrza może być lepsza niż na parterze.

– Choć okresów smogowych w okresie grzewczym było w tym roku niewiele, to jednak takie zjawisko było wyraźne. Pokazały to czujniki zamontowane nie tylko na budynku C-5, lecz także przy ul. Wittiga. W tej kwestii przydałoby nam się jednak więcej danych, bo statystycznie nasze wyniki plasują się na granicy ich istotności – dodał Piotr Szymański. 

W tym wypadku potrzebne są więc dalsze badania prowadzone w okresie, kiedy zanieczyszczenie powietrza jest wysokie. – W naszych dalszych pracach będziemy uwzględniać np. procesy i warunki meteorologiczne, czyli te dane, które pozwoliłby nam dokładnie zbadać, czy uzyskiwane wyniki nie są efektem kształtowania (i zmienności) się pionowej struktury termicznej w atmosferze albo napływu  mas powietrza z obszarów poza kampusem. Do tego typu rozważań potrzebujemy również dłuższego okresu pomiarowego i danych obejmujących pełen okres grzewczy – podkreśla prof. Izabela Sówka.

Przykładowe wyniki analiz przestrzennych dostępne są na stronie.

Czujniki ozonu i dodatkowe funkcje

Sprzęt wykorzystany w projekcie to innowacyjne urządzenia pomiarowe, wykorzystujące metodę optyczną, w której pomiar polega na wykrywaniu światła odbitego od drobinek zawartych w powietrzu. Na podstawie liczby zliczeń i intensywności rozproszonego światła wyliczana jest chwilowa wartość stężenia pyłu w powietrzu. Następnie dane te są uśredniane w określonym czasie i powstaje wartość, którą możemy obserwować na stronie internetowej.

Nasi naukowcy mają w planach rozwój urządzeń m.in. poprzez dodanie do nich czujnika pomiaru ozonu, co pozwoli na badanie zanieczyszczeń – odpowiadających za tzw. smog letni (fotochemiczny) dominujących w cieplejszych okresach.

– Przygotowaliśmy stanowisko porównawcze i w okresie letnim badaliśmy czujniki różnych typów pod kątem możliwości zastosowania ich w naszych urządzeniach. Mamy już wstępne wyniki pomiarów i wynika z nich, że niektóre z testowanych czujników nadają się do wykorzystania w sieci – tłumaczy dr inż. Piotr Batog, absolwent Politechniki Wrocławskiej, który obecnie zajmuje się konstruowaniem inteligentnych systemów pomiarowych przeznaczonych do oceny jakości powietrza.

Co ważne – dzięki modułowej budowie dołączenie nowych elementów do działających urządzeń nie będzie wymagało znaczących modyfikacji.

Nie jest także wykluczone, że jeszcze w tym roku na stronie internetowej pojawi się nowa funkcja predyktora, który będzie dostarczał krótkoterminową informację o spodziewanej jakości powietrza. Problemem w tym wypadku jest jednak mała baza danych z okresów, kiedy poziom zanieczyszczania powietrza był naprawdę wysoki. To m.in. na podstawie tych informacji system przygotowywałby bowiem prognozy.

Obecnie nie jest przewidywana rozbudowy sieci na terenie kampusów, chociaż nasi naukowcy zastanawiają się nad ewentualnym przeniesieniem kilku czujników w nowe miejsca. Zdaniem prof. Izabeli Sówki najpierw należy jednak zebrać dane z rozpoczętego okresu grzewczego.

– Jeśli okaże się, że możemy zamontować w urządzeniach czujniki ozonu, to wtedy trzeba będzie przemyśleć kwestię ich relokacji – dodaje badaczka.

Duże zainteresowanie projektem

Działający od początku roku system cieszy się sporą popularnością zarówno wśród studentów oraz pracowników PWr, jak i mieszkańców. Stronę internetową projektu odwiedziło już blisko 5 000 osób, a dane są też na bieżąco wyświetlane na stronie głównej Politechniki Wrocławskiej. Projektem zainteresowali się także naukowcy z innych wydziałów naszej uczelni, z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu i doktorantka z Politechniki Gdańskiej, która bierze udział w  badaniach nad funkcjonowaniem sieci pomiarowych z zastosowaniem metod czujnikowych.

Pojawiły się już też pierwsze publikacje naukowe. Pierwsza praca pt. „Sensor network for PM2.5 measurements on an academic campus area” trafiła do materiałów konferencyjnych w ramach wydarzenia organizowanego w Politechnice Wrocławskiej na Wydziale Inżynierii Środowiska pt. International Conference on Advances in Energy Systems and Environmental Engineering (ASEE19).

Kolejna publikacja pt. „The use of the GIS tools in the analysis of air quality on the selected University campus in Poland„ – tym razem w czasopiśmie z listy ministerialnej – jest obecnie recenzowana. Równolegle zespół badawczy przygotowuje też prace nad dwoma kolejnymi artykułami naukowymi.

Michał Ciepielski