Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2

Transkript

1 Rapport Nr PM10 [µg m -3 ] nomogram PM10 [µg m -3 ] uppmätt Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2 Stefan Andersson, Marina Verbova och Gunnar Omstedt

2 Pärmbild. Bilden föreställer en jämförelse mellan beräknade och uppmätta halter i svensk trafikmiljö.

3 Rapport Författare: Uppdragsgivare: Rapportnr: Andersson, Verbova, Omstedt Naturvårdsverket Granskare: Granskningsdatum: Dnr: Version: Milkael Magnusson /980/ Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2 Stefan Andersson, Marina Verbova och Gunnar Omstedt Uppdragstagare SMHI Norrköping Uppdragsgivare Naturvårdsverket Valhallavägen Stockholm Distribution Projektansvarig Hans Backström Kontaktperson Valentin Foltescu Klassificering (x) Allmän () Affärssekretess Nyckelord Övrigt Rapport Koncept för AQMM och utredning av nomogram är huvudrapport för redovisning av uppdrag Me mot Naturvårdsverket. Föreliggande rapport är en fristående del i redovisningen.

4 Denna sida är avsiktligt blank

5 Innehållsförteckning 1 SAMMANFATTNING BAKGRUND SYFTE METODIK Nomogrammetoden Undersökta trafikmiljöer Emissionsfaktorer och bakgrundshalter Kvalitetsmål RESULTAT Diskussion SLUTSATSER REFERENSER BILAGOR Beräknade och uppmätta halter Något om nomogrammetodens begränsningar

6 Denna sida är avsiktligt blank

7 1 Sammanfattning Syftet med nomogrammetoden är att erbjuda en enkel objektiv metod som kan användas i en första utvärdering av luftföroreningshalter i enlighet med miljökvalitetsnormen. Metoden behöver kvalitetssäkras. Det är syftet med denna rapport som gjorts på uppdrag av Naturvårdsverket. Jämförelse görs mellan beräknade och uppmätta halter för ett antal olika trafikmiljöer i Sverige. Undersökningen görs för tre olika beräkningsfall: a) Nomogrammetoden tillämpad på det vanliga sätt som beskrivs i rapporten. b) Nomogrammetoden tillämpad för lokala haltbidrag, men mer aktuella emissionsfaktorer och bakgrundshalter väljs för samma år som mätdata genom att använda uppgifter från SIMAIR. c) Som b) ovan men med bakgrundshalter baserade på mätdata. Resultaten kan sammanfattas på följande sätt: 1) Generella slutsatser: - Kvalitetsmålet för objektiva skattningar; högst 75% osäkerhet för beräkning av NO 2 och högst 100% osäkerhet för PM-10, uppfylls med god marginal. I nästan alla fall uppfylls även kvalitetsmålet för beräkningsmodeller. - Halterna underskattas en aning både för PM-10 och NO 2, men resultaten är ändå överraskande bra. - Förbättrade indata avseende emissionsfaktorer och bakgrundshalter ger inga eller endast svaga tendenser till förbättringar. Förbättringar uppnås främst för beräkningar av NO 2. - Antalet stationer är dock mycket begränsat (ca 11 mätpunkter för PM-10 och 8 för NO 2 ). Enskilda stationer kan därigenom få stor betydelse för resultaten. 2) Slutsatser avseende Nomogrammetoden: - Resultaten uppfyller även kvalitetskraven som finns för beräkningsmodeller då det gäller halter av PM-10 (relativa percentilfelet, RPE max < 0.5). Eftersom antalet mätpunkter var 11 kunde, enligt Luftdirektivet, den stationen med sämst resultat exkluderas, vilket var Gårda i Göteborg. Medianen för RPE är ca 0.15, dvs generellt är resultaten mycket goda. - För NO 2 uppfylls kvalitetskravet för beräkningsmodeller vad gäller 98-percentils dygnsmedelvärde respektive 98-percentils timmedelvärde (RPE max < 0.5). Årsmedelvärdet överskrider dock kvaliteskravet för beräkningsmodeller (RPE max >0.3). Skillnaden mellan RPE max och RPE median för årsmedelvärde av NO 2 är stor, ca 0.5 respektive Generellt underskattas halterna något med Nomogrammetoden såväl för PM-10 som NO 2 (linjär regression av en linje genom origo ger en lutning på ca 0.9 om Gårda Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2 1

8 exkluderas). 3) Slutsatser avseende jämförelse om indata vad gäller emissionsfaktorer och bakgrundshalter anpassas att gälla till samma tidsperiod som mätdata: - För PM-10 uppfylls fortfarande kvalitetskravet för beräkningsmodeller (RPE max < 0.5). - Dock förbättras inte resultaten för PM-10 då RPE max eller RPE median är oförändrade eller försämras något. Fortfarande underskattas resultatet (lutning på linjär regression genom origo ca 0.7). - För NO 2 ökar RPE max, vilket beror på att resultaten för en station, Eriksgatan i Landskrona, försämras. Dock förbättras medianen för RPE (i synnerhet om Gårda exkluderas). Således förbättras generellt resultaten något för stationerna som helhet. - För NO 2 underskattas resultaten inte i lika hög grad som tidigare (lutningen för den linjära regressionen genom origo närmar sig 1). 2 Bakgrund Nomogrammetoden (Foltescu et al., 2001) kan användas för att uppskatta halter av PM- 10 och NO 2 i olika svenska trafikmiljöer. Syftet är att erbjuda en enkel objektiv metod som kan användas i en första utvärdering av luftföroreningshalter. Främst gäller det då halterna är under den undre utvärderingströskeln definierad via miljökvalitetsnormen (MKN). Om halterna är över den nedre utvärderingströskeln föreslås utvärdering istället ske med såväl mätningar som beräkningar, huvudsakligen för miljöer där halterna är höga och där människor vistas. Gaturum är ett exempel på en sådan miljö. Beräkningarna skall då göras med mer avancerade modeller, exempelvis SIMAIR ( 3 Syfte Nomogrammetoden togs fram för några år sedan och avser förhållandena runt år Det finns därför behov av att undersöka om metoden fortfarande har den kvalitet som fordras för en objektiv skattning av halter i samband med kontroll av MKN. Syftet med denna undersökning är därför att belysa och uppskatta osäkerheter och begränsningar i metoden, vilket görs genom att jämföra beräknade halter med uppmätta från några olika svenska trafikmiljöer. Undersökningen görs på uppdrag av Naturvårdsverket, som en del i en större utvärdering, som även innefattar enkätundersökning om nomogrammetoden och hantering av data. 4 Metodik I detta avsnitt beskrivs nomogrammetoden, de trafikmiljöer som studeras, emissionsfaktorer, bakgrundshalter samt kvalitetsmål enligt Naturvårdsverkets föreskrifter om kontroll av miljökvalitetsnormer. Undersökningen görs för tre olika beräkningsfall: 2Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2

9 a) Nomogrammetoden används på det sätt som beskrivs i rapporten (Foltescu et al., 2001) b) Nomogrammetoden används för lokala halter men emissionsfaktorer och bakgrundshalter väljs för samma år som mätdata genom att använda emissionsfaktorer och bakgrundshalter från SIMAIR (Gidhagen et al. 2009; Omstedt et al., 2009). c) Som b) ovan men då bakgrundshalter baseras på mätdata (IVL, 2009). 4.1 Nomogrammetoden Nomogrammetoden omfattar tre delar. I de två första delarna uppskattas årsmedelvärden av PM10 och NO 2 och i den tredje delen uppskattas extremvärden (percentiler). De olika delarna beskrivs nedan. 1. Lokala årsmedelhalter från gaturum och vägar beräknas. Först uppskattas emissionsfaktorer. Till hjälp för det finns enkla tabeller uppdelat på landsväg och tätort och för olika fordonstyper motsvarande förhållandena år Därefter beräknas lokala årsmedelhalter av PM10 och/eller NO 2 från gaturum och/eller öppna vägar. För det används fyra nomogram. Nomogrammen för gaturum är baserade på beräkningar med meteorologiska data för år 2000 och för Hornsgatan, dvs. ett relativt slutet gaturum där kvoten hushöjd/gaturumsbredd är nära ett. Nomogrammet för den öppna vägen är beräknad med tre års meteorologiska data och baseras på beräkningar för det meteorologiskt sätt ogynnsammaste året. Beräkningarna har gjorts för en landsväg med två körfält. 2. Bakgrundshalterna uppskattas och adderas till de lokala halterna. För det har enkla tabeller tagits fram bland annat baserade på data från IVLs Urbanprojekt motsvarande år Extremvärden (percentiler) uppskattas därefter med hjälp av empiriska relationer mellan medelvärden och percentiler. 4.2 Undersökta trafikmiljöer I studien görs jämförelser mellan beräknade och uppmätta halter av PM10 och NO 2 för 14 trafikmiljöer i olika delar av landet, se Figur 1. Målsättningen har varit att inkludera trafikmiljöer där mycket detaljerad information avseende trafikdata och gaturumsinformation finns att tillgå, vilket det finns för platserna i Figur 1. I Tabell 1 och 2 återfinns mer information om trafikmiljöerna och mätplatserna. Mätdata, som hämtats från datavärdskapet för luft (IVL, 2009), förutsätts vara kvalitetskontrollerade. Dessa gator har bland annat ingått i en studie om dubbdäckens miljöpåverkan (Omstedt och Andersson, 2008; Omstedt et al., 2009) samt inkluderas också i en pågående valideringsstudie av SIMAIR mot mätdata (Andersson och Omstedt, 2009). Notera att indata för gaturummen och vägarna är av hög kvalitet, vilket kanske inte alltid är fallet då Nomogrammetoden används i praktiska sammanhang. Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2 3

10 Av stationerna som mäter NO 2 är det en station som inte mäter timmedelvärden, nämligen Eriksgatan i Landskrona, vilket påverkar analysen av 98-percentils timmedelvärde i jämförelse med övriga statistiska haltmått. Dessutom saknas uppmätta bakgrundshalter för vissa stationer. Tabell 1. Sammanställning av trafikdata från gator och vägar används vid utvärderingen av Nomogrammetoden. Data har erhållits via kontakt med Miljökontoren i respektive kommun. Kommun Gata Ämne Fordonsmängd [fordon/dygn] Andel tung trafik [%] Landskrona Eriksgatan PM10, NO Helsingborg1 Drottninggatan NO Helsingborg2 Malmöleden PM Jönköping Barnarpsgatan PM Göteborg 1 Gårda, E6 PM10, NO (2004) (2005) Göteborg 2 Sprängkullsgatan, Haga NO (2004) (2005) 6 Karlstad Hamngatan PM Västerås Vasagatan PM Uppsala Kungsgatan PM Stockholm 1 Hornsgatan PM10, NO Stockholm 2 Norrlandsgatan PM Stockholm 3 Sveavägen PM10, NO Sollentuna Turebergsleden PM Umeå Västra Esplanaden NO Tabell 2. Sammanställning av gaturumsinformation för respektive gata. Kommun Gata Ämne Gaturum? Gaturumsbredd [m] (för öppna vägar avstånd till mätpunkt från vägmitt) Landskrona Eriksgatan PM10, NO 2 Ja 17.5 Helsingborg1 Drottninggatan NO 2 Ja 44 Helsingborg2 Malmöleden PM10 Öppen väg 23 Jönköping Barnarpsgatan PM10 Ja 18 Göteborg 1 Gårda, E6 PM10, NO 2 Öppen väg 19 Göteborg 2 Sprängkullsgatan, Haga NO 2 Ja (ensidig bebyggelse) Karlstad Hamngatan PM10 Ja 20 Västerås Vasagatan PM10 Ja Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2

11 Uppsala Kungsgatan PM10 Ja 29 Stockholm 1 Hornsgatan PM10, NO 2 Ja 24 Stockholm 2 Norrlandsgatan PM10 Ja 15 Stockholm 3 Sveavägen PM10, NO 2 Ja 33 Sollentuna Turebergsleden PM10 Öppen väg 50 Umeå Västra Esplanaden NO 2 Ja Landskrona Eriksgatan 2. Helsingborg 1 Drottninggatan 3. Helsingborg 2 Malmöleden 4. Jönköping Barnarpsgatan 5. Göteborg 1 E6 vid Gårda 6. Göteborg 2 Sprängkullsgatan, Haga 7. Karlstad Hamngatan 8. Västerås Vasagatan 9. Uppsala Kungsgatan 10. Stockholm 1 Hornsgatan 11. Stockholm 2 Norrlandsgatan 12. Stockholm 3 Sveavägen 13. Sollentuna Turebergsleden 14. Umeå Västra Esplanaden Figur 1. Tätorter och gator som studien innefattar. Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2 5

12 4.3 Emissionsfaktorer och bakgrundshalter I tabell 3 och 4 återfinns värden på emissionsfaktorer och bakgrundshalter (regionalt + urbant bidrag) som används för beräkningarna. Värdena anges dels direkt från nomogrammetoden (Foltescu et al., 2001), dels beräknade i modellsystemet SIMAIR (Gidhagen et al., 2009). Uppmätta bakgrundshalter baseras generellt på värden från IVLs Urbanprojekt och dessa visas också i tabellen. Tabell 3. Beräknade emissionsfaktorer i nomogrammetoden respektive SIMAIR. Kommun Landskrona Gata Eriksgatan SIMAIR Ef PM10 [mg/fkm] 137 (2004) 142 (2005) SIMAIR Ef NO 2 [g/fkm] 1.33 (2004) 1.25 (2005) Nomogram Ef PM10 [mg/fkm] Nomogram Ef NO X [g/fkm] Helsingborg1 Drottninggatan (2004) Helsingborg2 Malmöleden 137 (2005) Jönköping Barnarpsgatan 194 (2005) Göteborg 1 Gårda, E6 164 (2004) 1.39 (2004) 166 (2005) 1.33 (2005) Göteborg 2 Sprängkullsgatan, 1.20 (2004) - Haga 1.13 (2005) Karlstad Hamngatan 222 (2005) Västerås Vasagatan 223 (2005) Uppsala Kungsgatan 192 (2004) Stockholm 1 Hornsgatan 190 (2004) 1.15 (2004) Stockholm 2 Norrlandsgatan 195 (2004) Stockholm 3 Sveavägen 189 (2004) 1.07 (2004) Sollentuna Turebergsleden 196 (2004) 204 (2005) Umeå Västra Esplanaden (2004) Tabell 4. Bakgrundshalterav PM-10 och NO 2 från respektive nomogrammetoden, SIMAIR och uppmätta halter. Kommun Gata Ämne Nomogram bakgrundshalt [µg/m 3 ] Landskrona Eriksgatan PM NO 2 15 SIMAIR bakgrundshalt [µg/m 3 ] 14.0 (2004) 15.9 (2005) 7.6 (2004) 9.5 (2005) Uppmätt bakgrundshalt [µg/m 3 ] 18.8 (2004)* 22.6 (2005)* 13.0 (2004)* 14.7 (2004)* Helsingborg1 Drottninggatan NO (2004) 21.6 (2004) Helsingborg2 Malmöleden PM (2005) Finns ej Jönköping Barnarpsgatan PM (2005) 15.2 (2005)* Göteborg 1 Gårda, E6 PM (2004) 21.3 (2005) 20.4 (2004)** 21.7 (2005)** 6Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2

13 NO (2004) 24.9 (2004)** 17.7 (2005) 24.2 (2005)** Göteborg 2 Sprängkullsgatan, 21.5 (2004) 24.9 (2004) NO Haga (2005) 24.2 (2005) Karlstad Hamngatan PM (2005) Finns ej Västerås Vasagatan PM (2005) 23.3 (2005) Uppsala Kungsgatan PM (2004) 14.9 (2004)* Stockholm 1 Hornsgatan PM (2004) 17.3 (2004) NO (2004) 17.0 (2004) Stockholm 2 Norrlandsgatan PM (2004) 17.3 (2004) Stockholm 3 Sveavägen PM (2004) 17.3 (2004) NO (2004) 17.0 (2004) Sollentuna Turebergsleden PM (2004) Finns ej 13.2 (2005) Finns ej Umeå Västra Esplanaden NO (2004) 15.5 (2004) *Uppmätt period: vinterhalvår (ca oktober-april). De flesta av dessa mätdata från IVLs Urbanprojekt. ** Mätningar från ett hustak i centrala Göteborg (Femman-huset), Gårda ligger ett par km därifrån. 4.4 Kvalitetsmål Naturvårdsverkets föreskrifter om kontroll av MKN formulerar vissa kvalitetsmål och krav för mätningar, beräkningar och även för objektiva skattningar, som framgår av tabell 5. Modellosäkerheten definieras inte i föreskrifterna, men däremot i Luftkvalitetsdirektivet som: den största avvikelsen mellan mätt och beräknad halt för 90 % av individuella mätstationer, över den betraktade perioden, vid gränsvärdet utan att ta hänsyn till tidsföljden. Stationerna som används för jämförelsen skall vara representativa för modellskalan. Det framgår också att om antalet stationer är mindre än 10 skall alla stationer användas vid utvärdering av modellosäkerhet. I Luftdirektivet framgår det tyvärr inte hur modellosäkerheten skall beräknas. Ett initiativ har därför tagits för att klargöra det. Initiativet heter Fairmode som också tagit fram ett förslag till vägledning för hur modeller skall användas i samband med det Europeiska Luftdirektivet ( I rapporten diskuteras olika statistiska mått. Den vi har valt här är RPE (the Relative Percentile Error) som definieras på följande sätt: RPE O p M p O p = (1) där O p och M p anger observerad respektive modellerad koncentration vid percentilen (p). Det maximala värdet som beräknas vid 90% av tillgängliga mätdata kallas RPE max. Det är också det statistiska mått som vi kommer använda i denna rapport för jämförelse med kvalitetskrav definierade i Tabell 5. För att också bedöma spridningen av RPE värden använder vi RPE median. För att bedöma om beräkningsmetoderna över- eller underskattar uppmätta halter beräknas också koefficienten i regressionsekvationen y=k*x. Orsaken till att vi använder dessa statistiska mått istället för det första mått som diskuteras i Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2 7

14 Fairmode dokumentet ovan, nämligen the Relative Directive Error (RDE), är att RDE inte går att använda för att bedöma modellosäkerheter då haltnivåerna är väl under normerna, vilket ju är förutsättning för användandet av objektiva metoder. För objektiv skattning, såsom Nomogrammetoden, är kvalitetskravet högst 75% beräkningsosäkerhet för NO 2 och 100% beräkningsosäkerhet för PM10. Tabell 5. Kvalitetsmål för mätningar och beräkningar enligt Naturvårdsverkets Luftguide(2007:7) 8Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2

15 5 Resultat Jämförelse mellan beräknade och uppmätta halter visas i Figur 2 och 3. I Tabell 6 görs en sammanställning av de statistiska mått som diskuterats i Avsnitt 4.4. Beräknade och uppmätta halter finns att tillgå i Bilaga 1. (a) Nomogrammetoden (b) Ef + bakgrund SIMAIR PM10 [µg m -3 ] nomogram PM10 [µg m -3 ] nomogram PM10 [µg m -3 ] uppmätt PM10 [µg m -3 ] uppmätt (c) Ef SIMAIR, bakgrund mätdata PM10 [µg m -3 ] nomogram Beräkningar för gaturum Årsmedelvärde 90%-il dygnsmedelvärde Beräkningar för öppna vägar Årsmedelvärde 90%-il dygnsmedelvärde PM10 [µg m -3 ] uppmätt Figur 2. Jämförelse mellan mätta och beräknade halter av PM-10 [µg m -3 ] uttryckta som statistiska haltmått enligt miljökvalitetsnormerna. Heldragen linje anger förhållandet 1:1 och streckad linje anger ±50%. (a) Lokala haltbidrag, emissionsfaktorer och bakgrundshalter (regionalt+urbant bidrag) beräknade med Nomogrammetoden. (b) Lokala haltbidrag beräknade med Nomogrammetoden, emissionsfaktorer och bakgrundshalter beräknade med SIMAIR. Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2 9

16 (c) Lokala haltbidrag beräknade med Nomogrammetoden, emissionsfaktorer beräknade med SIMAIR och bakgrundshalter baserade på mätningar. 10Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2

17 (a) Nomogrammetoden (b) Ef + bakgrund SIMAIR NO 2 [µg m -3 ] nomogram NO 2 [µg m -3 ] nomogram NO 2 [µg m -3 ] uppmätt NO 2 [µg m -3 ] uppmätt (c) Ef SIMAIR, bakgrund mätdata 140 NO 2 [µg m -3 ] nomogram Beräkningar för gaturum Årsmedelvärde 98%-il dygnsmedelvärde 98%-il timmedelvärde Beräkningar för öppna vägar Årsmedelvärde 98%-il dygnsmedelvärde 98&-il timmedelvärde NO 2 [µg m -3 ] uppmätt Figur 3. Jämförelse mellan mätta och beräknade halter av NO 2 [µg m -3 ] uttryckta som statistiska haltmått enligt miljökvalitetsnormerna. Heldragen linje anger förhållandet 1:1 och streckad linjer anger ±50%. (a) Lokala haltbidrag, emissionsfaktorer och bakgrundshalter (regionalt+urbant bidrag) beräknade med Nomogrammetoden. (b) Lokala haltbidrag beräknade med Nomogrammetoden, emissionsfaktorer och bakgrundshalter beräknade med SIMAIR. (c) Lokala haltbidrag beräknade med Nomogrammetoden, emissionsfaktorer beräknade med SIMAIR och bakgrundshalter baserade på mätningar. Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2 11

18 Tabell 6. Jämförelse mellan statistiska mått från Figur 2 och 3. RPE max är det maximala relativa percentilfelet, RPE median är medianen för relativa percentilfelet och k anger lutningen på linjära regressionen y=kx för årsmedelvärdena. Jämförelser görs mellan de tre olika metoderna för haltberäkningar: (a) Nomogrammetoden för lokala halter, emissionsfaktorer samt bakgrundshalter (b) Nomogrammetoden för lokala halter; SIMAIR för emissionsfaktorer och bakgrundshalter (c) Nomogrammetoden för lokala halter; SIMAIR för emissionsfaktorer; mätningar för bakgrundshalter RPE max RPE median Lutning, k (y=kx) (a) (b) (c) (a) (b) (c) (a) (b) (c) Gårda inkluderad PM10 Årsmedelvärde %-il dygnsmedelvärde NO 2 Årsmedelvärde %-il dygnsmedelvärde %-il timmedelvärde Gårda exkluderad PM10 Årsmedelvärde %-il dygnsmedelvärde NO 2 Årsmedelvärde %-il dygnsmedelvärde %-il timmedelvärde Notera att det är motiverat att exkludera Gårda, då det finns 11 mätpunkter för årsmedelvärde av PM10. Dock finns bara 8 för NO 2, varför Gårda där ska inkluderas om man strikt ska följa Luftdirektivet. 5.1 Diskussion Jämförelsen mellan beräkningar gjorda med nomogrammetoden och mätdata uppvisar överraskande god överensstämmelse. Kvalitetsmålet för objektiva skattningar anger högst 75% osäkerhet för NO 2 och 100% för PM-10, vilket med god marginal uppnås. Faktum 12Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2

19 är att dessa resultat till och med uppnår samtliga kvalitetsmål för beräkningsmodeller, så när som på årsmedelvärde av NO 2 (där kvalitetsmålet är högst 30% osäkerhet). Nomogrammetoden är således en användbar metod, förutsatt att den tillämpas i rätt sammanhang. Indata beträffande trafik och gaturum är dock i denna studie av hög kvalitet, vilket inte alltid finns tillgängligt. En station som nomogrammetoden ger sämre resultat för är E6 vid Gårda i Göteborg. Detta är en komplicerad trafikmiljö med mycket höga trafikflöden, många körfält och där bebyggelsen är av halvöppen och svårdefinierad karaktär. Nomogrammetoden överskattar halterna kraftigt beroende bl.a. på att körfälten inte beskrivs tillräckligt detaljerat. Här är nomogrammetoden olämplig att använda. Jämförelsen mellan beräknade och uppmätta värden har gjort för 11 mätpunkter för PM- 10 och 8 för NO 2, vilket är ett begränsat material. Osäkerheten är därför stor, då enskilda stationer kan få en avgörande roll för hela utvärderingen. Exempelvis var resultaten för Landskrona helt avgörande då det gällde beräkningen av RPE max för NO 2 (ca 0.5 för årsmedelvärde). Medianvärdet på RPE var betydligt bättre (ca 0.2). En annan osäkerhet är kvaliteten på mätningarna. De flesta mätningar genomfördes för ett helt kalenderår, men för några mätplatser gjordes mätningar bara över vinterhalvår, vilket gör utvärderingen osäker. Andra faktorer som också kan ha betydelse för resultaten är exempelvis mätstationens placering i förhållande till gatan, hur stora databortfallen är, vilken mätutrustning som används mm. 6 Slutsatser Generella slutsatser: - Kvalitetskravet för objektiva skattningar, högst 75% osäkerhet för beräkning av NO 2 och högst 100% osäkerhet för PM10, uppfylls med god marginal. I nästan alla fall uppfylls till och med kvalitetskravet för beräkningsmodeller. - Halterna underskattas en aning både för PM10 och NO 2, men resultaten är ändå överraskande bra. - Förbättrade indata avseende emissionsfaktorer och bakgrundshalter ger inga eller endast svaga tendenser till förbättringar. Förbättringar uppnås i synnerhet för beräkningar av NO 2. - Antalet stationer är dock mycket begränsat (ca 11 mätpunkter för PM10 och 8 för NO 2 ). Enskilda stationer kan därigenom få stor betydelse för resultaten. Slutsatser avseende Nomogrammetoden: - Resultaten uppfyller även kvalitetskraven som finns för beräkningsmodeller då det gäller halter av PM10 (relativa percentilfelet, RPE max < 0.5). Eftersom antalet mätpunkter var 11 kunde, enligt Luftdirektivet, den stationen med sämst resultat exkluderas, vilket var Gårda i Göteborg. Medianen för RPE är ca 0.15, dvs generellt är resultaten mycket goda. Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2 13

20 - Vad gäller NO 2 uppfylls kvalitetskravet för beräkningsmodeller vad gäller 98- percentils dygnsmedelvärde respektive 98-percentils timmedelvärde (RPE max < 0.5). Årsmedelvärdet överskrider dock kvaliteskravet för beräkningsmodeller (RPE max > 0.3). Skillnaden mellan RPE max och RPE median för årsmedelvärde av NO 2 är stor, ca 0.5 respektive Generellt underskattas halterna något med Nomogrammetoden såväl för PM-10 som NO 2 (linjär regression av en linje genom origo ger en lutning på ca 0.9 om Gårda exkluderas). Slutsatser avseende jämförelse om indata vad gäller emissionsfaktorer och bakgrundshalter anpassas att gälla till samma tidsperiod som mätdata: - För PM-10 uppfylls fortfarande kvalitetskravet för beräkningsmodeller (RPE max < 0.5). - Dock förbättras inte resultaten för PM10 då RPE max eller RPE median är oförändrade eller försämras något. Fortfarande underskattas resultatet (lutning på linjär regression genom origo ca 0.7). - För NO 2 ökar RPE max, vilket beror på att resultaten för en station, Eriksgatan i Landskrona, försämras. Dock förbättras medianen för RPE (i synnerhet om Gårda exkluderas). Således förbättras generellt resultaten något för stationerna som helhet. För NO 2 underskattas resultaten inte i lika hög grad som tidigare (lutningen för den linjära regressionen genom origo närmar sig 1). 7 Referenser Andersson, S. och Omstedt, G., 2009: Validering av SIMAIR mot mätningar för år 2004 och Pågående projekt (SMHI Rapport tillgänglig juli 2009). Fairmode: Foltescu, V.L., Gidhagen, L. och Omstedt, G., 2001: Nomogram för uppskattning av halter av PM10 och NO 2 reviderad version (december 2004). SMHI Meteorologi, nr. 102, 35 pp. Gidhagen, L, Johansson, H. och Omstedt, G., 2009: SIMAIR Evaluation tool for meeting the EU derictive on air pollution limits. Atmospheric Environment, 43, , doi: /j.atmosenv IVL, 2009: Datavärdskap Luft. Mätdata tillgängligt via: html Luftguiden- Handbok med allmänna råd om miljökvalitetsnormer för utomhusluft. Naturvårdsverket, 2006:2 Omstedt, G. och Andersson, S., 2008: Vintervägar med eller utan dubbdäck. Beräkningar av emissioner och halter av partiklar för olika dubbdäcksscenarier. SMHI Meteorologi Rapport, nr. 134, 28pp. Omstedt, G., Andersson, S., Gidhagen, L. och Robertson, L., 2009: New model tools for meeting the targets of the EU Air Quality Directive: description, validation and evaluation of local air quality improvements due to reduction of studded tyre use on Swedish roads. Submitted to International Journal of Environment and Pollution. 14Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2

21 8 Bilagor 8.1 Beräknade och uppmätta halter Tabell 1. Uppmätta och beräknade värden för PM-10 i gaturum. Statistiska haltmått enligt MKN. (a) Nomogrammetoden (emissionsfaktorer, bakgrundshalter och lokalt bidrag) Kommun Landskrona Gata Eriksgatan Uppmätt medelvärde PM10 [µg/m 3 ] 22.8 (2004)* 24.2 (2005) helår Beräknat medelvärde PM10 [µg/m 3 ] 21.9 Uppmätt 90%-il dygnsmedel PM10 [µg/m 3 ] 37.1 (2004)* 43.0 (2005) helår Beräknad 90%-il dygnsmedel PM10 [µg/m 3 ] Helsingborg1 Drottninggatan Helsingborg2 Malmöleden 22.5 (2005) 26.4 (väg) 29.4 (gata) 38.0 (2005) (väg) 57.2 (gata) Jönköping Barnarpsgatan 31.3 (2005)* (2005)* 46.8 Göteborg 1 Gårda, E (2005) Göteborg 2 Sprängkullsgatan, Haga 48.0 (väg) 69.1 (gata) 55.0 (2005) 93.6 (väg) (gata) Karlstad Hamngatan 22.9 (2005)** (2005)** 45.3 Västerås Vasagatan 20.5 (2005) (2005) 31.7 Uppsala Kungsgatan 26.7 (2004) (2004) 50.2 Stockholm 1 Hornsgatan 41.0 (2004) (2004) 67.8 Stockholm 2 Norrlandsgatan 33.6 (2004) (2004) 45.3 Stockholm 3 Sveavägen 33.0 (2004) (2004) 56.5 Sollentuna Turebergsleden 18.4 (2004) 20.1 (2005) 16.3 (väg) 22.4 (gata) 32.8 (2004) 38.1 (2005) 31.7 (väg) 43.6 (gata) Umeå Västra Esplanaden *Uppmätt period: vinterhalvår (ca oktober-april) ** Mätningen pågick under 2005, med uppehåll under juni-augusti Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2 15

22 Tabell 2. Uppmätta och beräknade värden för NO 2 i gaturum. Statistiska haltmått enligt MKN. (a) Nomogrammetoden (lokalt bidrag), SIMAIR (emissionsfaktorer och bakgrundshalter). Kommun Gata Uppmätt medelvärde NO 2 [µg/m 3 ] Beräknat medelvärde NO 2 [µg/m 3 ] Uppmätt 98%-il dygnsmedel NO 2 [µg/m 3 ] Beräknad 98%-il dygnsmedel NO 2 [µg/m 3 ] Uppmätt 98%-il timmedel NO 2 [µg/m 3 ] Beräknad 98%-il timmedel NO 2 [µg/m 3 ] Landskrona Eriksgatan 15.8 (2004)* 17.4 (2005)* (2004)* För kort period 48.5 Ej tillgänglig Ej tillgänglig 55.9 Helsingborg1 Drottninggatan 27.8 (2004) (2004) (2004) 60.4 Helsingborg2 Malmöleden Jönköping Barnarpsgatan Göteborg 1 Gårda, E (2004) 46.6 (2005) 56.5 (2004, väg) 56.7 (2005, väg) 84.9 (2004) 92.0 (2004) 92.6 (2004, väg) 92.9 (2005, väg) (2004) (2005) (2004, väg) (2005, väg) Göteborg 2 Sprängkullsgatan, Haga 41.9 (2004) 40.8 (2005) 34.0 (2004) 33.9 (2005) 81.5 (2004) 86.0 (2005) 63.2 (2004) 63.0 (2004) (2004) (2005) 80.2 (2004) 80.0 (2005) Karlstad Hamngatan Västerås Vasagatan Uppsala Kungsgatan Stockholm 1 Hornsgatan 50.0 (2004) (2004) (2004) Stockholm 2 Norrlandsgatan Stockholm 3 Sveavägen (2004) (2004) 77.9 Sollentuna Turebergsleden Umeå Västra Esplanaden 42.1 (2006) (2006) (2006) 63.7 *Uppmätt period: vinterhalvår (ca oktober-april) 16Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2

23 Tabell 3. Uppmätta och beräknade värden för PM-10 i gaturum. Statistiska haltmått enligt miljökvalitetsnormerna. Jämförelsen avser: (b) Nomogrammetoden (lokalt bidrag), SIMAIR (emissionsfaktorer och bakgrundshalter). Kommun Gata Uppmätt medelvärde PM10 [µg/m 3 ] Beräknat medelvärde PM10 [µg/m 3 ] Uppmätt 90%-il dygnsmedel PM10 [µg/m 3 ] Beräknad 90%-il dygnsmedel PM10 [µg/m 3 ] Landskrona Eriksgatan 22.8 (2004)* 24.2 (2005) helår (2004)* 43.0 (2005) helår 38.8 Helsingborg1 Drottninggatan Helsingborg2 Malmöleden 22.5 (2005) 21.5 (väg) 24.5 (gata) 38.0 (2005) 41.9 (väg) 47.8 (gata) Jönköping Barnarpsgatan 31.3 (2005)* (2005)* (2004, väg) 82.2 (2004, väg) Göteborg 1 Gårda, E (2005) 54.6 (2004, gata) 46.7 (2005, väg) 55.0 (2005) (2004 gata) 91.3 (2005, väg) 55.7 (2005, gata) (2005, gata) Göteborg 2 Sprängkullsgatan, Haga Karlstad Hamngatan 22.9 (2005)** (2005)** 39.0 Västerås Vasagatan 20.5 (2005) (2005) 31.6 Uppsala Kungsgatan 26.7 (2004) (2004) 38.2 Stockholm 1 Hornsgatan 41.0 (2004) (2004) 58.1 Stockholm 2 Norrlandsgatan 33.6 (2004) (2004) 41.9 Stockholm 3 Sveavägen 33.0 (2004) (2004) 48.9 Sollentuna Turebergsleden 18.4 (2004) 20.1 (2005) 17.2 (väg) 23.3 (gata) 32.8 (2004) 38.1 (2005) 33.5 (väg) 45.4 (gata) Umeå Västra Esplanaden *Uppmätt period: vinterhalvår (ca oktober-april) ** Mätningen pågick under 2005, med uppehåll under juni-augusti Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2 17

24 Tabell 4. Uppmätta och beräknade värden för NO 2 i gaturum. Statistiska haltmått enligt MKN. (b) Nomogrammetoden (lokalt bidrag), SIMAIR (emissionsfaktorer och bakgrundshalter) Kommun Gata Uppmätt medelvärde NO 2 [µg/m 3 ] Beräknat medelvärde NO 2 [µg/m 3 ] Uppmätt 98%-il dygnsmedel NO 2 [µg/m 3 ] Beräknad 98%-il dygnsmedel NO 2 [µg/m 3 ] Uppmätt 98%-il timmedel NO 2 [µg/m 3 ] Beräknad 98%-il timmedel NO 2 [µg/m 3 ] Landskrona Eriksgatan 15.8 (2004)* 17.4 (2005)* (2004)* För kort period 51.6 Ej tillgänglig Ej tillgänglig 61.4 Helsingborg1 Drottninggatan 27.8 (2004) (2004) (2004) 70.6 Helsingborg2 Malmöleden Jönköping Barnarpsgatan Göteborg 1 Gårda, E (2004) 46.6 (2005) 56.1 (2004, väg) 54.4 (2005, väg) 84.9 (2004) 92.0 (2004) 92.1 (2004, väg) 90.0 (2005, väg) (2004) (2005) (2004, väg) (2005, väg) Göteborg 2 Sprängkullsgatan, Haga 41.9 (2004) 40.8 (2005) 35.5 (2004) 33.2 (2005) 81.5 (2004) 86.0 (2005) 65.3 (2004) 62.0 (2005) (2004) (2005) 83.8 (2004) 78.4 (2005) Karlstad Hamngatan Västerås Vasagatan Uppsala Kungsgatan Stockholm 1 Hornsgatan 50.0 (2004) (2004) (2004) 92.0 Stockholm 2 Norrlandsgatan Stockholm 3 Sveavägen (2004) (2004) 72.9 Sollentuna Turebergsleden Umeå Västra Esplanaden 42.1 (2006) (2006) (2006) 97.5 *Uppmätt period: vinterhalvår (ca oktober-april) 18Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2

25 Tabell 5. Uppmätta och beräknade värden för PM-10 i gaturum. Statistiska haltmått enligt MKN. (c) Nomogrammetoden (lokalt bidrag), SIMAIR (emissionsfaktorer), mätdata (bakgrundshalter) Kommun Gata Uppmätt medelvärde PM10 [µg/m 3 ] Beräknat medelvärde PM10 [µg/m 3 ] Uppmätt 90%-il dygnsmedel PM10 [µg/m 3 ] Beräknad 90%-il dygnsmedel PM10 [µg/m 3 ] Landskrona Eriksgatan 22.8 (2004)* 24.2 (2005) helår (2004)* 43.0 (2005) helår 51.9 Helsingborg1 Drottninggatan Helsingborg2 Malmöleden 22.5 (2005) Finns ej bakgrundshalt 38.0 (2005) Finns ej bakgrundshalt Jönköping Barnarpsgatan 31.3 (2005)* (2005)* (2004, väg) 88.1 (2004, väg) Göteborg 1 Gårda, E (2005) 57.6 (2004, gata) 47.3 (2005, väg) 55.0 (2005) (2004, väg) 92.1 (2005, väg) 60.0 (2005, gata) (2005, gata) Göteborg 2 Sprängkullsgatan, Haga Karlstad Hamngatan 22.9 (2005)** Finns ej bakgrundshalt 45.7 (2005)** Finns ej bakgrundshalt Västerås Vasagatan 20.5 (2005) (2005) 53.2 Uppsala Kungsgatan 26.7 (2004) (2004) 44.7 Stockholm 1 Hornsgatan 41.0 (2004) (2004) 63.8 Stockholm 2 Norrlandsgatan 33.6 (2004) (2004) 46.4 Stockholm 3 Sveavägen 33.0 (2004) (2004) 53.2 Sollentuna Turebergsleden 18.4 (2004) 20.1 (2005) Finns ej bakgrundshalt 32.8 (2004) 38.1 (2005) Finns ej bakgrundshalt Umeå Västra Esplanaden *Uppmätt period: vinterhalvår (ca oktober-april) ** Mätningen pågick under 2005, med uppehåll under juni-augusti Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2 19

26 Tabell 6. Uppmätta och beräknade värden för NO 2 i gaturum. Statistiska haltmått enligt MKN. (c) Nomogrammetoden (lokalt bidrag), SIMAIR (emissionsfaktorer), mätdata (bakgrundshalter) Kommun Gata Uppmätt medelvärde NO 2 [µg/m 3 ] Beräknat medelvärde NO 2 [µg/m 3 ] Uppmätt 98%- il dygnsmedel NO 2 [µg/m 3 ] Beräknad 98%-il dygnsmedel NO 2 [µg/m 3 ] Uppmätt 98%-il timmedel NO 2 [µg/m 3 ] Beräknad 98%-il timmedel NO 2 [µg/m 3 ] Landskrona Eriksgatan 15.8 (2004)* 17.4 (2005)* (2004)* För kort period 59.2 Ej tillgänglig Ej tillgänglig 73.6 Helsingborg1 Drottninggatan 27.8 (2004) (2004) (2004) 83.3 Helsingborg2 Malmöleden Jönköping Barnarpsgatan Göteborg 1 Gårda, E (2004) 46.6 (2005) 61.4 (2004, väg) 60.9 (2005, väg) 84.9 (2004) 92.0 (2004) 98.6 (2004, väg) 98.0 (2005, väg) (2004) (2005) (2004, väg) (2005, väg) Göteborg 2 Sprängkullsgatan, Haga 41.9 (2004) 40.8 (2005) 38.9 (2004) 38.1 (2005) 81.5 (2004) 86.0 (2005) 69.9 (2004) 68.8 (2005) (2004) (2005) 91.8 (2004) 89.9 (2005) Karlstad Hamngatan Västerås Vasagatan Uppsala Kungsgatan Stockholm 1 Hornsgatan 50.0 (2004) (2004) (2004) 96.1 Stockholm 2 Norrlandsgatan Stockholm 3 Sveavägen (2004) (2004) 70.8 Sollentuna Turebergsleden Umeå Västra Esplanaden 42.1 (2006) (2006) (2006) 92.0 *Uppmätt period: vinterhalvår (ca oktober-april) 20 Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2

27 8.2 Något om nomogrammetodens begränsningar Nomogrammetodens styrka är dess enkelhet men är också dess svaghet. Förenklingarna leder till flera grundläggande problem, som t.ex. att: Meteorologin förenklas, ingen hänsyn till meteorologisk variabilitet i olika delar av landet och mellan olika år Emissionsdata förenklas, nomogrammen använder t.ex. bara en emissionsfaktor för uppvirvlat stoft Vägdata förenklas Bakgrundshalterna förenklas Antagande om enkla samband mellan medelvärden och percentiler kan också leda till felaktiga och för flacka haltfält. Nedan visas några exempel. SIMAIR modellerna löser många av dessa problem genom att de är tidseriemodeller. Halter beräknas i tidsserier timme för timme så att tidsmässiga variationen av emissioner, meteorologi och bakgrundshalter i olika delar av landet beskrivs på ett realistiskt sätt. Exempel på jämförelse mellan trafikmodellerna i SIMAIR/VEDAIR och Nomogrammetoden: Hypotetisk oändlig, rak linjekälla Nomogram metoden överskattar här halterna pga. 1. Inte samma meteorologiska data 2. Vägens utformning med 4 körfält finns inte med Medellín air quality seminar Beräkningsexempel: År:2004 ÅDT: Vägbredd: 18 m Körfält: 4 Orientering: N-S Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM- 10 och NO2 21

28 Jämförelse mellan beräkningar som använder indata i tidserier eller statistiskt som Nomogram metoden (2) 90 percentile yearly mean cpm10 = const * cpm10 Problem: Fältdata för extremhalter som t.ex. 90-percentiles, har större topografi" jämfört med fältdata för medelhalter. Beräkningar som använder en konstant faktor beskriver därför inte den geografiska fördelningen på ett riktigt sätt: underskattar de högsta halterna och överskattar lägre halter Medellín air quality seminar 22 Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM-10 och NO2

29 Nr SMHI - Undersökning av nomogrammetoden för uppskattning av halter av PM- 10 och NO2 23

30

31 Denna sida är avsiktligt blank

32 Sveriges meteorologiska och hydrologiska institut NORRKÖPING Tel Fax