HomeBlogGdzie jest najwięcej smogu w Polsce? Przeczytaj analizę Airly

Gdzie jest najwięcej smogu w Polsce? Przeczytaj analizę Airly

Ocena obecnego poziomu smogu w Polsce wraz ze wskazaniem najmniej oraz najbardziej zanieczyszczonych województw.

Na podstawie danych z roku 2021 przygotowaliśmy zestawienie najbardziej zanieczyszczonych województw w Polsce. Analizę wykonano dla średniorocznych stężeń zanieczyszczenia pyłem zawieszonym PM2.5, osobno na podstawie danych z czujników Airly (3587 punktów pomiarowych) oraz na podstawie danych ze stacji Państwowego Monitoringu Środowiska  (105 punktów pomiarowych). Sytuacja smogowa w Polsce nie napawa optymizmem, pomimo programów mających na celu poprawę jakości powietrza, smog wciąż jest bardzo dużym problemem. Jak wynika z najnowszych badań przeprowadzonych przez Uniwersytet Harvarda i UCL zanieczyszczenie powietrza spowodowane spalaniem paliw kopalnych, takich jak węgiel i ropa naftowa, jest odpowiedzialne za prawie 100 000 zgonów w Polsce KAŻDEGO ROKU.

Rysunek 1. Porównanie średniorocznych stężeń zanieczyszczenia pyłem zawieszonym PM2.5  w poszczególnych województwach w 2021 roku, dla stacji Airly (lewy) oraz GIOŚ (prawy).

Powyższe mapy prezentują średnioroczne zanieczyszczenie powietrza w Polsce pyłem PM2.5. Im ciemniejszy kolor tym powietrze jest bardziej zanieczyszczone. Czy jest zatem źle? Niestety tak. Roczna norma wyznaczona przez WHO wynosząca 15 ug/m3 w 2021 roku została przekroczona aż w 15 z 16 województw (14 według GIOŚ). Najwyższe stężenia PM2.5 zarejestrowano w województwach:

  • śląskim,
  • małopolskim
  • i łódzkim.

Najlepszym powietrzem oddychają mieszkańcy województw: pomorskiego oraz zachodniopomorskiego.

Dlaczego norma ustalona przez WHO jest tak restrykcyjna?

PM2.5 to aerozole atmosferyczne, których średnica nie jest większa niż 2.5 mikrometra. Tego rodzaju pył zawieszony jest uznawany za najgroźniejszy dla zdrowia człowieka. Wszystko dlatego, że jest on bardzo drobny, przez co z łatwością może przedostać się bezpośrednio do krwiobiegu. Dlatego też powinniśmy zwracać szczególną uwagę na ten rodzaj zanieczyszczenia i monitorować stężenie PM2.5.

Rysunek 2. Zestawienie średniej liczby dni, podczas których średnie stężenia pyłów zawieszonych PM2.5 przekraczały obowiązujące normy WHO.

Wykres powyżej przedstawia średnią liczbę dni, w których stężenie pyłów PM2.5 przekraczały dopuszczalne normy WHO, w danym województwie. Ponownie województwa: śląskie, małopolskie i łódzkie wypadają najgorzej. W województwie śląskim normy były przekroczone średnio przez 221 dni w roku, czyli przez około 60% czasu mieszkańcy tych regionów byli narażeni na zbyt wysoki poziom zanieczyszczenia, uważany przez WHO za niebezpieczny dla zdrowia. Średnio przez pół roku mieszkańcy województwa opolskiego oraz kujawsko-pomorskiego oddychają zanieczyszczonym powietrzem. 

Wykresy jasno pokazują różnicę pomiędzy północną i południową częścią Polski. W województwach z najmniejszą liczbą dni, podczas których została przekroczona norma WHO, mieszkańcy mogli się cieszyć czystszym powietrzem przez nawet 100 dni, w porównaniu do południowych regionów kraju.

Tabela 1. Ranking polskich miast – średnie stężenie PM2.5 dla całego roku. (Analizą objęto wyłącznie miasta o liczbie mieszkańców przekraczającej 75 000 i równocześnie posiadające sieć monitoringu jakości powietrza)

Wśród miast objętych analizą (w okresie 01.08.2020-01.08.2021) pod względem PM2.5 największym zanieczyszczeniem charakteryzowały się Rybnik i Kraków. Roczne stężenie PM2.5 w Rybniku (najbardziej zanieczyszczone miasto) stanowi 600% aktualnej rocznej normy WHO. Stężenie PM2.5 w Rybniku jest 3-krotnie wyższe niż w Gdańsku (miasto o najlepszej jakości powietrza). Z analizowanych miejscowości tylko w Szczecinie, Gorzowie Wielkopolskim oraz Gdańsku udało się utrzymać jakość powietrza poniżej wyznaczonej normy. 

Dlaczego zanieczyszczenie powietrza jest tak mocno zróżnicowane w przestrzeni?

Analiza danych dla ponad 3 tysięcy urządzeń w Polsce, dla okresu zimy 2020/2021, pozwoliła na określenie przyczyn zróżnicowania średniego zanieczyszczenia za pomocą algorytmów uczenia maszynowego. Model uczenia maszynowego z dużą dokładnością był w stanie przewidzieć średnie zanieczyszczenie powietrza w danej lokalizacji, na podstawie zmiennych objaśniających charakteryzujących różnorodne cechy środowiska geograficznego oraz dane meteorologiczne.

Czynnikami, które w największym stopniu wpływały na zwiększenie zanieczyszczenia w danej lokalizacji były gęstość zaludnienia, liczba budynków indywidualnych oraz długość dróg w otoczeniu urządzenia pomiarowego. Są to czynniki powiązane z obecnością emisji – w tym niskiej emisji (budynki jednorodzinne) i co więcej, czynniki te posiadają dużą zmienność w przestrzeni, potrafią być one bardzo zróżnicowane nawet w obrębie tych samych miast.

Natomiast czynnikami, które ograniczały zanieczyszczenia powietrza były odpowiednio: wysoka średnia prędkość wiatru, powierzchnia terenów zielonych oraz topograficzny indeks pozycji (TPI). Wysoka wartość TPI świadczy o potencjalnie dobrym przewietrzaniu obszaru (np. szczyt góry) a niska wartość TPI sprzyja gromadzeniu się zanieczyszczeń (np. dno doliny).

Rysunek 3. Ilościowe przedstawienie czynników mających wpływ na stan jakości powietrza.

Model ten był bardzo dokładny na większości obszaru Polski, ale tracił na dokładności np. w okolicach Krakowa – gdzie zakazano palenia paliwami stałymi, zatem obecność budynków jednorodzinnych nie implikuje występowania niskiej emisji. Dlatego, dla lepszego monitoringu i zwalczania zanieczyszczenia powietrza w Polsce konieczne jest opracowanie i udostępnienie bazy danych dotyczącej rodzaju ogrzewania  budynków indywidualnych.

Co jeszcze może wynikać z różnic w lokalizacjach urządzeń pomiarowych? (przypadek Nowego Targu – miejsce w rankingach)

W związku z opisanym powyżej zróżnicowaniem zanieczyszczenia powietrza w ramach tych samych miast, problematyczne jest formułowanie wniosków i zestawień (np. w postaci rankingów) porównujących miasta ze sobą, w przypadku, gdy nie dysponujemy relatywnie gęstą siecią punktów pomiarowych w danym mieście.

Ciekawym przypadkiem miasta mocno zróżnicowanego pod kątem zanieczyszczenia jest Nowy Targ (woj. małopolskie), który w swoich granicach zawiera zarówno część zurbanizowaną, położoną w kotlinie (która charakteryzuje się bardzo wysokim zanieczyszczeniem), jak i dzielnice położone wyżej, o dużym udziale terenów zielonych, gdzie jakość powietrza jest znacznie lepsza.

Aby zobrazować wpływ próbkowania na miejsce w przykładowym rankingu, policzone zostały  średnie zanieczyszczenia PM2.5 dla wszystkich miast dla których posiadamy sieć urządzeń (134 miast). Następnie, obliczone zostało  miejsce w rankingu, jakie zajmowałby Nowy Targ, przy uwzględnieniu każdego z tych sensorów z osobna.

Rysunek 4. Lokalizacja stacji pomiarowych firmy Airly w Nowym Targu. (numer przy lokalizacji oznacza pozycję w rankingu)

pozycja w rankingu miasto  średnie roczne
stężenie PM2.5 [ug/m3] w 2021
Rodzaj pomiaru
1 Nowa Ruda 40,01 Airly średnia dla miasta
4 Nowy Targ 29,57 Airly 1 sensor
12 Nowy Targ 27,20 Airly 1 sensor
13 Nowy Targ 27,01 Airly 1 sensor
17 Nowy Targ 26,36 Airly 1 sensor
32 Nowy Targ 23,75 Airly – średnia dla miasta
43 Nowy Targ 22,91 Airly 1 sensor
134 Nowy Targ 9,46 Airly 1 sensor

Tabela 2. Przykładowe scenariusze rankingu miast z uwzględnieniem odmiennych scenariuszy dla Nowego Targu.

W wyniku analizy okazało się, że biorąc pod uwagę tylko jeden sensor, miasto Nowy Targ mogło w rankingu zanieczyszczenia zająć zarówno 4, jak i ostatnie (134) miejsce w Polsce!

Pokazuje to wyraźnie jaki może być potencjalny błąd przy poleganiu na jednym punkcie pomiarowym. 

Obwarzanek krakowski

Airly jako firma narodziła się w Krakowie, który jest  miastem szczególnie ważne z punktu widzenia walki ze zjawiskiem smogu. Kraków bowiem przez lata zmagał się z zanieczyszczeniem powietrza. To tutaj również, już po uruchomieniu sieci Airly wprowadzono bezprecedensowy w skali Polski pierwszy zakaz palenia paliwami stałymi, który wszedł w życie we wrześniu 2019 roku.

Działanie gęstej sieci sensorów w Krakowie i jego okolicach umożliwiło nie tylko na pomoc w egzekwowaniu zakazu palenia, ale również na monitoring skutków tego zakazu. W latach po jego wprowadzeniu coraz częściej z pomiarów smogu wyłaniać zaczęła się struktura tzw. obwarzanka krakowskiego – czyli obniżonego zanieczyszczenia powietrza w Krakowie  w przeciwieństwie do  okolicznych miejscowość, a także napływu zanieczyszczeń znad tych miejscowości do Krakowa – co przedstawiono na poniższej mapie (Rys.5). 

Rysunek 5. Lokalizacja stacji pomiarowych firmy Airly oraz GIOŚ w Krakowie.

Wykrywanie takich struktur i kształtowania się w czasie, a przez to, efektywny monitoring działania programów wymaga gęstych sieci pomiarowych.

Jakie rozwiązania mogą być wdrożone, aby usprawnić krajowy system monitorowania jakości powietrza w Polsce? 

Wszyscy zgadzamy się, iż system monitoringu jakości powietrza jest potrzebny. Dzięki danym o poziomie zanieczyszczeń władze mogą podejmować działania, które przyczyniają się do poprawy jakości powietrza tym samym wpłyną pozytywnie na jakość życia mieszkańców. Drogie, ale zarazem bardzo dokładne stacje Państwowego Monitoringu dostarczane przez GIOŚ są potrzebne, ponieważ umożliwiają działanie sieci nisko kosztowych. Ze względu na zmienność zanieczyszczenia w przestrzeni i w czasie, w celu poprawy systemu jakości powietrza, wskazane jest uzupełnienie sieci państwowych za pomocą gęstych sieci urządzeń niskokosztowych (przy zapewnieniu odpowiedniej kalibracji i kontroli jakości danych). Zaletą sieci hybrydowych będzie:  

  • wykrywanie emisji zanieczyszczeń i przez to umożliwienie egzekwowania zakazów np. dotyczących palenia paliwami stałymi,
  • dane dostarczane przez niskokosztowe sieci przesyłane są w czasie rzeczywistym co umożliwia podejmowanie świadomych decyzji dotyczących aktywności na zewnątrz,  
  • duża ilość urządzeń pomiarowych umożliwia lokalizowanie lokalnych źródeł zanieczyszczeń powietrza,
  • dzięki gęstej sieci seniorów możemy uniknąć potencjalnych błędów i wniosków dotyczących jakości powietrza w danej miejscowości, które mogą pojawić się przy poleganiu na jednym punkcie pomiarowym.

Potwierdzenie skuteczności i działanie niskokosztowych sieci sensorów jakości powietrza na podstawie analizy zanieczyszczenia powietrza w województwach w Polsce (sensory Airly i stacje GIOŚ). 

Rysunek 6. Zestawienie średniorocznych stężeń zanieczyszczenia pyłem zawieszonym PM2.5 w poszczególnych województwach,  z odniesieniem do obowiązującej normy WHO.

Stężenia obliczone na podstawie sieci Airly oraz sieci GIOŚ prezentują generalnie podobne poziomy, możemy jednak zauważyć kilka województw, w których ostateczny wynik się różni (np. województwa dolnośląskie i świętokrzyskie). Różnica ta nie jest jednak spowodowana dokładnością pomiarów, gdyż dokładność sensorów Airly względem GIOŚ, po zastosowaniu algorytmów kalibrujących jest bardzo wysoka – dla urządzeń zlokalizowanych w odległości mniejszej, niż 100 metrów od stacji GIOŚ, MAPE (średni absolutny błąd procentowy) dla roku 2021 zaledwie 9% przy uśrednieniu tygodniowym. Powodem rozbieżności pomiędzy średnimi stężeniami dla województw jest przede wszystkim różne próbkowanie w przestrzeni – wynikające z różnej liczby zainstalowanych urządzeń. W województwie dolnośląskim ulokowanych jest 6 stacji Stacji GIOŚ mierzących PM2.5, lokalizacja dwóch (znajdujących się w Środzie Śląskie oraz w Kłodzku) powoduje zawyżenie pomiarów w stosunku do wartości mierzonych za pomocą sensorów Airly, które rozlokowane są na terenie całego województwa w liczbie 180.

Najnowsze artykuły

Stolica Polski może od teraz poszczycić się największym systemem monitoringu jakości powietrza w Europie. Projekt jest owocem współpracy ze spółką Airly Public, która dostarczyła Warszawie […]

Airly na WCCI2022 (WORLD CONGRESS ON COMPUTATIONAL INTELLIGENCE) Jesteśmy dumni z naszego zespołu analizy danych. W lipcu br. dr hab. inż. Piotr A. Kowalski, prof. […]

Sieć czujników Airly we Francji wzbogaciła się o urządzenie działające w Paryżu. Dzięki współpracy z VEOLIA HQ – Le V nowy sensor będzie monitorował aktualne zanieczyszczenie powietrza […]