Application of Cluster Analysis in Defining the Meteorological Conditions Shaping the Variability of PM10 Concentration

• Autorzy: Czarnecka M. , Nidzgorska-Lencewicz J.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie analizy skupień do wytypowania warunków meteorologicznych kształtujących zmienność stężeń pyłu zawieszonego PM10

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

PL

W pracy wykorzystano godzinne wyniki pomiarów stężeń pyłu zawieszonego PM10 oraz podstawowych elementów meteorologicznych rejestrowanych automatycznie w pięciu stacjach funkcjonujących w sieci pomiarowej Agencji Regionalnego Monitoringu Atmosfery Aglomeracji Gdańskiej (ARMAAG). Opracowaniem objęto okres kalendarzowej zimy (grudzień–luty) w latach 2004/2005–2009/2010. Zmienność stężeń zanieczyszczeń w warunkach pogodowych opisanych temperaturą i wilgotnością względną powietrza, ciśnieniem atmosferycznym oraz prędkością i kierunkiem wiatru, oceniono przy zastosowaniu analizy skupień, w tym metody k-średnich, z grupy metod niehierarchicznych. Kompleksowy wpływ warunków meteorologicznych na zmienność imisji pyłu PM10 w wyodrębnionych segmentach określono metodą liniowej regresji wielokrotnej, przy zastosowaniu procedury krokowej postępującej, na poziomie istotności p ≤ 0,05. Udział poszczególnych elementów pogody w kształtowaniu wielkości stężeń określono za pomocą współczynników regresji cząstkowej. Zastosowany algorytm wyodrębnił, w zależności od dzielnicy Trójmiasta, od 4 do 8 optymalnych skupień najwięcej – w Gdyni, odznaczającej się największą imisją pyłu zawieszonego. W większości przypadków głównym czynnikiem zróżnicowania pomiędzy wyodrębnionymi skupieniami był kierunek wiatru. W przeważającej części aglomeracji trójmiejskiej, w Gdyni i w Sopocie, największą imisję pyłu zawieszonego PM10 notowano przy wiatrach SE, podczas gdy w części południowej, w Gdańsku, podwyższone stężenia pyłu notowano przy wiatrach E we Wrzeszczu oraz W w Jasieniu. Skupienia grupujące największe stężenie PM10 charakteryzowały się w większości przypadków najniższą temperaturą powietrza i mniejszą prędkością wiatru, a ponadto często wyższym ciśnieniem i niekiedy nieco mniejszą wilgotnością względną powietrza, czyli warunkami panującymi przy pogodzie antycyklonalnej. Warunki meteorologiczne miały statystycznie istotny wpływ na stężenia PM10 we wszystkich skupieniach, ale zasadniczą rolę odgrywały temperatura powietrza oraz prędkość wiatru. Wiatr, niezależnie od kierunku, był na ogół efektywnym czynnikiem wentylacji przyczyniając się przede wszystkim do zmniejszenia zapylenia powietrza.

Słowa kluczowe

EN

cluster analysis; regression; PM10; meteorological conditions

PL

analiza skupień; regresja; PM10; warunki meteorologiczne

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2015
• Tom: Tom 17, cz. 1
• Strony: 40--61
• Opis fizyczny: BIbliogr. 34 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Czarnecka M.

• West Pomeranian University of Technology, Szczecin

autor

Nidzgorska-Lencewicz J.

• West Pomeranian University of Technology, Szczecin

Bibliografia

• 1. Atlas of climatic resources and hazards in Pomerania pod red. C. Koźmiński, B. Michalska. Szczecin 2004.
• 2. Beaver S., Palazoglu A.: Cluster analysis of hourly wind measurements to reveal synoptic regimes affecting air quality. Journal of Applied Meteorology and Climatology. 45, 1710–1726 (2006).
• 3. Cuhudaroglu B., Demirci E.: Influence of some meteorological factors on air pollution in Trabzon city. Energy and Buildings. 25, 179–184 (1997).
• 4. Czarnecka M., Nidzgorska-Lencewicz J.: Impact of weather conditions on winter and summer air quality. International Agrophysics. 25(1), 7–12 (2011).
• 5. Czarnecka M., Nidzgorska-Lencewicz J.: The influence of precipitation conditions on the concentration of suspended particulates PM10. Meteorology and Climatology Research. red. J. Leśny. Acta Agrophysica. Rozprawy i Monografie. 184, 132–147 (2010).
• 6. Darby L.S.: Cluster analysis of surface winds in Houston, Texas, and the impact of wind patterns on ozone. Journal of Applied Meteorology. 44, 1788–1806 (2005).
• 7. Demuzere M., Trigo R. M., Vila-Guerau de Arellano J., van Lipzig N.P.M.: The impact of weather and atmospheric circulation on O3 and PM10 levels at a rural mid-latitude site. Atmos. Chem. Phys. 9, 2695– 2714 (2009).
• 8. Dyrektywa 2008/50/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 21 maja 2008 r. w sprawie jakości powietrza i czystszego powietrza dla Europy.
• 9. Elminir H.K.: Dependence of urban air pollutants on meteorology. Science of the Total Environment. 350, 225–237 (2005).
• 10. European Environment Agency: Air quality in Europe. Report 2012. No 4. 2012.
• 11. Freitas M.C., Pacheco A.M.G., Verburg T.G., Wolterbeek H.T.: Effect of particulate matter, atmospheric gases, temperature, and humidity on respiratory and circulatory diseases’ trends in Lisbon, Portugal. Environ. Monit. Assess. 162, 113–121 (2010). 12. Godłowska J.: The particulate matter PM10 air pollution in Cracow. Wiadomości IMGW. XXVII(XLVIII), 1, 79–90 (2004).
• 13. Grivas G., Chaloulakou A., Samara C., Spyrellis N.: Spatial and temporal variation of PM10 mass concentrations within the greater area of Athens, Greece. Water, Air, and Soil Pollution. 158, 357–371 (2004).
• 14. İçağa Y., Sabah E.: Statistical analysis of air pollutants and meteorological parameters in Afyon, Turkey. Environ. Model. Asses. 14, 259–266 (2009).
• 15. Juda-Rezler K., Reizer M., Oudinet J.P.: Determination and analysis of PM 10 source apportionment during episodes of air pollution in Central Eastern European urban areas: The case of wintertime 2006. Atmospheric Environment. 45(36), 6557–6566 (2011).
• 16. Kalbarczyk R., Kalbarczyk E.: Assessment of the value of tropospheric ozone concentration depending on meteorological conditions as exemplified by the Widuchowa station (North-West Poland). Ekologia (Bratislava). 29(4), 398–411 (2010).
• 17. Kryza M., Werner M., Dore A.J., Błaś M., Sobik M.: Zastosowanie modelu FRAME do określania średniorocznych stężeń PM10 i wtórnych aerozoli nieorganicznych w Polsce 2010. Ochrona powietrza w teorii i praktyce pod red. Jana Konieczyńskiego, Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska Polskiej Akademii Nauk w Zabrzu. 2, 33–50 (2010).
• 18. Kukkonen J., Pohjola M., Sokhi R.S., Luhana L., Kitwiroon N., Fragkou L., Rantamäki M., Berge E., Ødegaard V., Slørdal L.H., Denby B., Finardi S.: Analysis and evaluation of selected local-scale PM10 air pollution episodes in four European cities: Helsinki, London, Milan and Oslo. Atmospheric Environment. 39, 2759–2773 (2005).
• 19. Leśniok M., Caputa Z.: The role of atmospheric circulation in air pollution distribution in Katowice Region (Southern Poland). Int. Journal of Environment and Waste Management. 4(1–2), 62–74 (2009).
• 20. Leśniok M., Małarzewski Ł., Niedźwiedź T.: Classification of circulation types for Southern Poland with an application to air pollution concentration in Upper Silesia. Physics and Chemistry of the Earth. 35(9–12), 516–522 (2009).
• 21. Łomnicki A.: Wprowadzenie do statystyki dla przyrodników. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2005.
• 22. Majewski G., Kleniewska M., Brandyk A.: Seasonal variation of particulate matter mass concentration and content of metals. Polish J. of Environ. Stud. 20(2), 417–427 (2011). 23. Nidzgorska-Lencewicz J., Czarnecka M.: Winter weather conditions vs. air quality in Tricity, Poland. Theoretical and Applied Climatology. 115, DOI 10.1007/s00704-014-1129-8 (2015).
• 24. Ocak S., Turalioglu F.S.: Relationship Between Air Pollutants and Some Meteorological Parameters in Erzurum, Turkey. Dincer et al. (eds.), Global Warming, Green Energy and Technology. 485–499 (2010).
• 25. Ośródka L., Krajny E., Klejnowski K., Rogula-Kozłowska W., Błaszczyk J., Kobus D., Wypych A.: Indeks jakości powietrza jako miara zanieczyszczenia powietrza w Polsce. Nauka Przyroda Technologie. 5(4), 1–11 (2011).
• 26. Państwowy Monitoring Środowiska (PMŚ), Inspekcja Ochrony Środowiska: Ocena jakości powietrza w strefach w Polsce za rok 2011. Warszawa 2011.
• 27. Pires J. C. M., Martins F. G., Sousa S. I. V., Alvim-Ferraz M. C. M., Pereira M. C.: Prediction of the daily mean PM10 concentrations using linear models. American Journal of Environmental Sciences. 4(5), 445–453 (2008).
• 28. Podawca K., Rutkowska G.: Analiza przestrzennego rozkładu typów zanieczyszczeń powietrza w układzie dzielnic m. st. Warszawy. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set the Environment Protection). 15, 2090–2107 (2013).
• 29. Sówka I., Łągiewka A., Zwoździak A., Skrętowicz M., Nych A., Zwoździak J.: Zastosowanie GIS do analizy przestrzennej stężeń pyłu PM2.5 oraz PM10 na terenie województwa dolnośląskiego. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set the Environment Protection). 13, 1667–1678 (2011).
• 30. Tomaszewska A.: Analiza zależności występowania wysokich stężeń PM10 od typów cyrkulacji Lityńskiego. Ochrona powietrza w teorii i praktyce pod red. Jana Konieczyńskiego, Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska Polskiej Akademii Nauk w Zabrzu. 2, 375–388 (2010).
• 31. Unal Y. S., Toros H., Deniz A., Incecik S.: Influence of meteorological factors and emission sources on spatial and temporal variations of PM10 concentrations in Istanbul metropolitan area. Atmospheric Environment. 45, 5504–5513 (2011).
• 32. Xie X., Huang Z., Wang J.: Impact of building configuration on air quality in street canyon. Atmospheric Environment. 39, 4519–4530 (2005).
• 33. Yoo H-J., Kim J., Yi S-M., Zoh K-D.: Analysis of black carbon, particulate matter, and gaseous pollutants in an industrial area in Korea. Atmospheric Environment. 45, 7698–7704 (2011).
• 34. http://armaag.gda.pl/