EARTH SCIENCES CENTREGÖTEBORG UNIVERSITYB174 1999

NOx-VARIATIONER ÖVER EN URBAN YTA -BERÄKNINGSMETOD BASERAD PÅ GIS

OCH GEOSTATISTIK

Linus Theorin

Department of Physical GeographyGÖTEBORG 1999

GÖTEBORGS UNIVERSITETInstitutionen för geovetenskaperNaturgeografiGeovetarcentrum

NOx-VARIATIONER ÖVER EN URBAN YTA -BERÄKNINGSMETOD BASERAD PÅ GIS OCH

GEOSTATISTIK

Linus Theorin

ISSN 1400-3821 B174 Projektarbete

Göteborg 1999

Postadress Besöksadress Telefo Telfax Earth SciencesCentre Geovetarcentrum Geovetarcentrum 031-773 19 51 031-773 19 86 Göteborg UniversityS-405 30 Göteborg Guldhedsgatan 5A S-405 30 Göteborg

SWEDEN

i

Summary

NOx variations in un urban area - a method of calculation basedon GIS and geostatistics Nitrogen oxides in the urban environment is a constantly growing problem. Its direct,

physical influence on man is today still in most cases undetectable, but its interplay at the

formation of ground ozone today shows effects, among others sensitivity to infections and

crop damage. Nitrogen oxides have, unlike sulphur oxides, not been reduced considering the

effluents. This is due to the increased cartraffic.

The purpose of this essay was to present an easy method for determination of the rates of

nitrogen oxides in an urban area. This resulted in a map which showed the spreading and the

distribution of the nitrogen oxides in the Gothenburg area. The idea with the map was to be

able to determinate the levels of NOx over the whole area with measurements in one location

within the area. The purpose was also to recognize the factors that had influence on the levels

and to see if there were any relation between the investigated rates and the rates that were

collected by the Environmental protection office in Gothenburg.

The method was to measure rates of nitrogen oxides with a chemiluminiscencemeter that was

placed in a car. Then two drives through the city were made. The measured rates were then

recalculated to represent the same time. After that the rates were interpolated by the kriging

technique. The results from the interpolation were iso-lines for nitrogen oxides. These lines

were brought over to the GIS-program Idrisi, where they were applied on a digitized map of

the area.

The result showed a ”centre effect”, with high levels on nitrogen oxides in the centre of the

city. Further away from the center, higher rates were found in the low-lying areas and lower

rates were found in the more high-lying areas. It was shown that the rates of the nitrogen

oxides were influenced by several factors. First, the amount of traffic seems to be directly

related to the rates. Second, the effect of inversion and/or the country breeze that causes an

accumulation of nitrogen oxides in the center of the city. Thirdly, the rates of nitrogen oxides

seems to be connected with the altitude over sea level. The rates of nitrogen oxides decreased

when the altitude increased. This is believed to be due to the flow of cold air, where the

airborn nitrogen oxides follow. There was no relation between the investigated rates and the

rates that was collected by the Environmental protection office in Gothenburg. But it’s a fact

that the rates of nitrogen oxides measured in street level can be several times higher than the

rates collected by the Environmental protection office and therefore it would be interesting to

make further investigations.

ii

Sammanfattning

Kväveoxidhalter i den urbana miljön är ett ständigt växande problem. Dess rent fysiska

inverkan på människan är kanske inte märkbar ännu men dess roll vid bildandet av marknära

ozon ger idag upphov till märkbara effekter, bl a infektionskänslighet och skador på

växtlighet. Kväveoxider har, till skillnad från svaveldioxid, inte minskat vad gäller

utsläppsmängder. Detta beror främst på den ökade biltrafiken.

Syftet med denna uppsats var att presentera en enkel metod för att kunna bestämma

kväveoxidernas halter och utbredning i en urban miljö. Resultatet blev en karta över

Göteborgsområdet med isolinjer över NOx-halter. Tanken med kartan var att med en

punktmätning kunna avgöra hur halterna varierar över hela området. Vidare var syftet att

undersöka vilka faktorer som styr fördelningen samt att söka samband med värdena från

miljöförvaltningens fasta mätstationer. Metoden bygger på mobila mätningar i två stråk

genom staden med hjälp av en chemiluminiscencemätare. De uppmätta värdena omräknades

för att representera samma tidpunkt, för att sedan interpoleras med hjälp av krigingtekniken.

Resultatet av interpoleringen blev isolinjer över NOx-halter. Dessa linjer fördes över till GIS–

programmet Idrisi där de applicerades på en höjddatabas över området.

Resultatet visade en ”centrumeffekt” med höga halter i de centrala delarna av staden. Längre

bort från centrum uppvisades höga halter i låglänta områden och lägre halter i höglänta

områden. Det framkom att kväveoxidhalterna styrs av ett flertal faktorer. För det första verkar

trafikmängden vara direkt relaterad till kväveoxidhalten. För det andra verkar

inversionseffekten och/eller omlandsbrisen vara faktorer som medför förhöjda centrumhalter.

För det tredje visar kväveoxiderna ett starkt samband med höjd över havet. Låglänta områden

uppvisade höga halter och höglänta områden uppvisade låga halter. Detta tros bero på att den

luftburna kväveoxiden följer kalluftsflödena. Något samband mellan undersökningens

uppmätta halter och miljöförvaltningens fasta mät-stationer gick inte att få fram då de

uppvisade vitt skilda värden. Det står dock klart att kväveoxidhalterna i gatuplan kan vara

avsevärt högre än de halter som miljöförvaltningens fasta mätstation uppvisar varför vidare

forskning på detta område vore intressant

iii

FörordDenna uppsats är ett 10-poängs magisteruppsats i geografi. Här presenteras en metod att

erhålla en bild av NOx-halter och dess koncentrationsvariationer över en urban yta, i detta

fallet Göteborg. Anledningen till ämnesvalet var mitt intresse för främst biltrafikens inverkan

på den luft vi andas. Utsläpp av kväveoxider är ett problem i vårt samhälle. Det är därför

högst förvånande att det så sällan nämns i pressen. Vid en sökning i tidningsarkiv hittades

endast ett tiotal artiklar som berörde kopplingen mellan biltrafik och kväveoxidutsläpp. Det är

inte särskilt mycket på tio år.

Jag vill rikta ett stort tack till min handledare Björn Holmer, universitetslektor vid Göteborgs

universitet, för uppslaget till uppsatsen och kontinuerlig hjälp längs vägen. Ett tack till Hans

Alter, storfixaren på Geovetarcentrum, som lade ner stor möda på utrustning som aldrig ville

fungera. Stort tack till Evert Ljungström, universitetslektor i oorganisk kemi, Chalmers

tekniska högskola/Göteborgs Universitet, för utlåning av NOx-mätare samt en lektion i de

komplicerade reaktioner som pågår i luften omkring oss.

Stort tack till Lars Lindkvist och Deliang Chen för all hjälp med det eviga GEO-EAS-

programmet. Utan er hade det varit svårt med såväl förståelsen som genomförandet.

Tack till Jan Brandberg på miljöförvaltningen i Göteborg, för tusentals mätvärden.

Till Susanne Sandberg på Millipore AB, riktas ett tack för de oumbärliga teflonfilter som jag

fick ”på prov”. Jag vill även tacka Per Kronqvist på Hyrpoolen i Göteborg för hans eminenta

förståelse för studenter med pressad budget, som resulterade i en mycket förmånlig hyra av ett

elverk.

Tack till Mats Karlsson för hjälp vid de första stapplande försöken att uppföra och trimma in

den mobila forskningsstationen.

Till sist, på hedersplats, vill jag tacka Per Jonsson och Karin Mägi. I ett mycket kritiskt läge

ryckte dessa fina människor in och agerade mänsklig datalogger respektive chaufför, och på

så sätt räddade de mig ifrån en svår situation. Tack ska ni ha !!

Med förhoppning om en trevlig läsning

Linus Theorin

iv

Innehållsförteckning

PROBLEMBAKGRUND ........................................................................................................ 1

SYFTE.......................................................................................................................................... 1EMISSION OCH SPRIDNING AV NOX .............................................................................................. 1KEMISK OMVANDLING OCH DEPOSITION AV NOX ........................................................................ 2TIDIGARE FORSKNING OM KVÄVEOXIDER I DEN URBANA MILJÖN ................................................ 2BEARBETNINGSMETODER ............................................................................................................ 4FRÅGESTÄLLNINGAR ................................................................................................................... 4

OMRÅDESBESKRIVNING ................................................................................................... 5

METODIK ................................................................................................................................ 8

MÄTNING OCH MÄTUTRUSTNING................................................................................................. 8MÄTSTRÄCKOR............................................................................................................................ 9BEARBETNING AV DATA ............................................................................................................ 10INTERPOLERING-KRIGING.......................................................................................................... 11

Prevar.................................................................................................................................... 12Vario...................................................................................................................................... 12X-valid ................................................................................................................................... 13Krige...................................................................................................................................... 13Concrec ................................................................................................................................. 13

OCAD ........................................................................................................................................ 14IDRISI......................................................................................................................................... 14

RESULTAT............................................................................................................................. 16

OBSERVERADE NOX-HALTER..................................................................................................... 16OMRÄKNADE NOX-HALTER ....................................................................................................... 17KRIGING.................................................................................................................................... 19ISO NOX-KARTA ........................................................................................................................ 21JÄMFÖRELSE MED FASTA MÄTSTATIONER ................................................................................. 22KOPPLING HALTER-HÖJD ........................................................................................................... 23

ANALYS OCH DISKUSSION.............................................................................................. 24

SLUTSATSER........................................................................................................................ 26

REFERENSER....................................................................................................................... 27

MUNTLIG REFERENS .................................................................................................................. 28WEBBKÄLLA ............................................................................................................................. 28

1

Problembakgrund

Syfte

Syftet med denna uppsats är att presentera en enkel metod för att få en bild över hur NOx-

halterna varierar över en urban yta, i detta fall Göteborg. Av vikt är även att förklara de

faktorer som styr fördelningen av halterna. Vidare är tanken att försöka relatera mätresultaten

till miljöförvaltningens fasta mätstationer. Slutligen är syftet att utvärdera metoden samt att ge

förslag till vidare tillämpning. I ett större perspektiv syftar uppsatsen till att utifrån en

punktmätning kunna förutse halter av NOx över en större yta.

Emission och spridning av NOx

Kväveoxiderna har såväl naturliga som antropogena källor. De antropogena består i

förbränning av fossila bränslen och biomassa och de naturliga består i skogsbränder,

mikrobiologiska emissioner från jord, ammoniakoxidation samt bildande av kväveoxider

under inverkan av blixtar. Ur ett globalt perspektiv råder emellertid stor osäkerhet beträffande

fördelningen av storleken av dessa källor, särskilt den mikrobiologiska verksamheten i jorden

och den av blixtar genererande kväveoxiden (Gallardo 1996, s 5 ff). I urbana miljöer härrör

kväveoxidemissionerna praktiskt taget uteslutande från förbränning av fossila bränslen.

Kväveoxiderna har i viss utsträckning ursprung i bränslets kväveinnehåll, men merparten

bildas genom att syret och kvävet i luften förenas under hög värme och högt tryck, oavsett

vilket bränsle som används. Kväveoxiderna har till viss del hamnat lite i skymundan för

svaveldioxiden som varit den stora och uppmärksammade syndabocken sedan

industrialismens vagga runt sekelskiftet. Till skillnad från svaveldioxiden har man inte lyckats

få bukt med kväveoxidhalterna. De utsläppsbegränsningar som uppnåtts vid industri- och

förbränningsanläggningar har ”kompenserats” av den allt intensivare biltrafiken. Det har

medfört att kväveoxidhalterna i de nordiska länderna har legat kvar på samma nivåer som på

70- och 80-talet till skillnad från svaveloxidhalterna som minskats med ca 50-80 % mellan

1970 och 1990 (Bernes 1993, s. 42 f).

Restriktioner i form av en lag om katalytisk avgasrening kom i Sverige och Norge till stånd

1989, följt av Finland och Danmark 1990. Katalysatorreningen beräknas under sin livstid

släppa ut 55-75 % mindre kväveoxider och 70-90 % mindre kolmonoxid och kolväten än

motsvarande bil utan katalysator. Det är dock frågan om det är tillräckligt för att uppnå målet

på en 30 %-ig sänkning av kväveoxidhalterna till 1998 som är målet för de nordiska länderna.

Katalysatortekniken fungerar dessutom inte för dieselavgaser, vilket kommer att medföra att

dessa fordon kommer att stå för en ökad andel av de totala kväveoxidutsläppen (Bernes 1993,

s.45).

2

Utsläpp av kväveoxider skapar ett flertal problem för människa och miljö. Utsläppen ger dels

direkta, dels indirekta effekter. De direkta effekterna är de som sker då vi andas in

kväveoxiden, d v s kvävemonoxid (NO) och kvävedioxid (NO2) som tillsammans benämns

NOx. All kvävemonoxid oxideras förr eller senare i atmosfären till den ur hälsosynpunkt

skadligare kvävedioxiden som kan orsaka luftvägsbesvär. Gasen kan tränga djupt ner i

lungorna och försämra kroppens förmåga att försvara sig mot exempelvis luftburna

cancerframkallande ämnen (Grennfelt et al. 1991, s 120 ff).

Kemisk omvandling och deposition av NOx

Efter utsläpp tar kväveoxiderna två olika vägar, kemisk omvandling i luften eller

markdeposition. I luften ingår kväveoxiderna i ett kemiskt reaktionsförlopp, benämnt NO2:s

fotolytiska cykel. Där sker följande reaktioner:

NO2 + hv ------› NO + O* (* = radikal, d v s mkt reaktionsbenägen)

O* + O2 ------› O3

O3 + NO ------› NO2 + O 2

Förloppet initieras av solstrålning och bildar marknära ozon. Ozon är den dominerande

komponenten i fotokemisk smog, s k Los Angeles smog. NO2:s fotolytiska cykel förklarar

dock inte de höga ozonhalterna i fotokemisk smog då O3 och NO bildas och förstörs

kontinuerligt. Det är här som reaktiva kolväten från bilavgaser (benämnda Hc) kommer in och

rubbar jämvikten i systemet enligt följande:

Hc + O* ------› HcO*

HcO* + O 2 ------› HcO3*

HcO3* + NO ------› HcO2* + NO2

HcO3* + O2 ------› HcO2* + O3

Sammanfattningsvis ger kväveoxiderna, tillsammans med kolväten från bilavgaserna, en ökad

produktion av marknära ozon (Oke 1987, s 318 f). Ozon kan redan i små mängder ge en ökad

känslighet för infektioner och vissa studier tyder på att ämnet har mutagena egenskaper samt

att det kan verka som cancerpromotor (Grennfelt et al 1991, s 80). Ozonets skadeverkningar

på växtlighet är markanta. En kortvarig och måttlig förhöjd ozonhalt kan ge betydande skador

på jordbruksgrödor. Enbart i Sverige räknar man med att jordbruket förlorar mer än 1 miljard

kronor årligen p g a förhöjda halter av ozon (Bernes 1993, s 122).

3

Figur 1 :NO, NO2 och O3 variationer i urban miljö (källa: Stern, 1984). NO, NO2 and O3 variations in an urbanenvironment.

Fig. 1 visar förhållandet mellan NO, NO2 och O3 under ett dygn i ett urbant område. NOx, det

vill säga NO och NO2-halterna uppvisar höga värden nattetid medan O3 uppvisar en topp

under dagen då solens aktivitet är som störst.

Deposition av kväve sker antingen som torrdeposition eller våtdeposition. Torrdepositionen

utgörs i första hand av NO2 och salpetersyra (HNO3), som bildats genom följande reaktioner:

H2O + O* ------› OH* + OH* (OH* = hydroxylradikal)

NO2 + OH* ------› HNO3

En viss mängd av salpetersyran sönderdelas i sin tur till nitratjoner (NO3- ) som är bundna till

aerosoler eller lösta i molndroppar. Tillsammans med ammoniumjoner (NH4+) våtdeponeras

nitratjonerna och bidrar till försurning (Petersson 1997, s 5.3).

Tidigare forskning om kväveoxider i den urbana miljön

Forskningen om hur kväveoxiderna varierar i den urbana miljön är ganska sparsam, men en

och annan observation har gjorts. Luria et al (1990) redovisar resultat från NOx-mätningar

längs gatcentrum (mitt i gatan) i Jerusalem. De visar att de högsta uppmätta värdena erhölls,

inte där trafiken var som intensivast, utan på platser där gatan var som smalast. De höga

värdena på dessa ställen tros bero på den ökade canyoneffekten, där det råder ett sämre

4

luftombyte. NOx-halterna som uppmättes i gatans centrum var dessutom avsevärt högre än de

halter som uppmättes vid fasta mätstationer och även vid mätningar som gjordes vid sidan av

gatan. För övrigt noterades förhöjda NOx-värden i gatukorsningar. Däremot fann man inget

samband mellan de uppmätta värdena och den atmosfäriska luftomblandningen. Just canyon-

effekten har uppmärksammats på fler platser. I Tyskland har det startats pilotprojekt för att

kontinuerligt mäta bl a halter av NO2 för att kunna observera förhöjda halter och därigenom

vidtaga åtgärder för att reglera detta (Pfeffer et al. 1995).

Sambandet mellan kväveoxider och stadens värmeö-effekt har studerats i Japan. Yamashita

(et al. 1995) menar att det är extremt sannolikt att inversionslagret påverkar spridningen av de

föroreningar som emitteras i den urbana miljön. Yamashita (et al. 1995) fann höga

koncentrationer av NOx på en höjd av ca. 100 meter över marknivå. Denna nivå sammanföll

med den undre gränsen av inversionslagret och koncentrationer motsvarande det dubbla

markvärdet uppmättes. Författarna är inte helt på det klara om orsakerna till fenomenet, med

föreslår att emissionernas termiska konduktivitet och stadens vindsystem i kombination med

inversionslagrets ”lockeffekt” är bidragande orsaker. Gotho (1992) påvisar en ökad

koncentration av NO2 i 72% av de japanska storstäderna under perioden 1982-1988.

Denna uppsats berör koncentrationsvariationer av kväveoxider i Göteborg. Kontinuerlig

mätning av kväveoxider i Göteborg utförs av miljöförvaltningen vid fasta mätstationer, men

även mobila mätningar har utförts, bl a av Holmer (1983) där samband mellan

inversion/kalluftssjöar och NOx-halter påvisades, vid högre temperaturer tenderar NOx-halten

att sjunka något och vid lägre temperaturer tenderar NOx-halten att öka. En annan observation

som gjordes var att förhöjda NOx-halter vid de fasta mätstationerna så gott som alltid

sammanföll med en vindkantring, varvid luften stockades upp och stagnerade, med följden att

ventilation förhindrades. Emissionskällor i Göteborg är främst biltrafiken, men även

oljeraffinaderierna står för en betydande del. Shells raffinaderi har av koncessionsnämden fått

klartecken att släppa ut 450 ton kväveoxider/år. Det motsvarar utsläppen från 30 000 bilar

som körs 40 km om dagen. Även de andra raffinaderierna vill höja utsläppen, bland annat

Preem, som vill ha samma utsläppsnivå som Shell (G-P 970406).

Någon undersökning som kartlagt NOx-halter och deras variation över en urban yta har jag

inte funnit. Detta är något förvånande i och med att halterna av NOx tycks vara ett växande

problem i alla större städer. Inte bara i London och Los Angeles har ohälsosamma halter

uppmätts, utan även i Aten och Paris. I Paris har myndigheterna varit tvungna att begränsa

trafikflödet i staden för att få bukt på de höga halterna av kvävedioxid. Metoden har varit att

endast tillåta bilar med jämna registreringsnummer varannan dag och bilar med udda

registreringsnummer varannan dag (G-P 970830), en metod som under en längre tid använts i

5

Aten. Att man tar till såpass drastiska åtgärder tyder på att det inte är särskilt nyttigt för

individen att exponeras i utsläppshalter av detta slag. Följaktligen vore det mycket intressant

att se hur dessa utsläpp varierar över den urbana ytan, det vill säga se var de högsta respektive

lägsta halterna av skadliga ämnen befinner sig och var man då bör respektive inte bör vistas

under dagar av förhöjda halter. Med denna typ av mätning relaterad till en fast mätstation,

som de flesta större städer har, kan man få en bra uppfattning om utsläppens omfattning och

utbredning.

Bearbetningsmetoder

För att undersöka NOx-halter över en urban yta krävs inte bara mätvärden utan även vissa

bearbetningsmetoder. För det första måste mätvärdena intepoleras. För detta syfte valdes den

geostatistiska metoden kriging. Krigingtekniken är liksom all annan geostatistik matematiska

beräkningsmodeller som är speciellt framtagna för att beräkna olika typer av

spridningsmönster etc. Dessa modeller är alltså mer skräddarsydda för beräkningar av detta

slag.

För det andra är det bra om resultatet kan framställas på ett begripligt sätt. För detta ändamål

presenteras resultatet i form av en GIS-karta. GIS (Geografiska Informationssystem) har, med

all rätt, fått stort genomslag för sitt enkla och lättöverskådliga sätt att bearbeta och visualisera

alla möjliga typer av rumsliga företeelser.

Frågeställningar1. Hur varierar NOx-halterna över Göteborg ?

2. Vilka faktorer påverkar spridningen ?

3. Är den använda metoden tillförlitlig ?

4. Går det att relatera en mätning av detta slag till miljökontorets fasta mätstationer ?

6

Områdesbeskrivning

Göteborgsområdet är beläget i sydvästra Sverige där det är en del av det bohuslänska

sprickdalslandskapet. Stadens centrum ligger i skärningspunkten mellan flera dalgångar av

vilka Göta älvs, säveåns och mölndalsåns är de mest framträdande. Samtliga dalar

karakteriseras av branta sidor. Dessa dalar delar upp den högre terrängen i platålandskap vilka

i sig är oregelbundet kuperade med sjöbäcken och bergsryggar (Rudberg 1978).

Figur 2 : Undersökningsområdet där Göteborgs centrum är placerat i kartans nedre centrala del. Kartan

avgränsas av rikets nät koordinater min x: 1260000; max x: 1282000; min y: 6400000; max y: 6422000(Källa:

Höjddatabas över Göteborg). The investigated area where the centre of Gothenburg is placed in the lower

central part of the map. The map is limited by the nations coordinates min x:1260000; max x: 128200; min y:

640000; max y: 642200.Godkänd från sekretessynpunkt för spridning. Lantmäteriverket 1998-12-16.

Landskapet har styrt stadens utseende. Dalgångarna har blivit naturliga bebyggelse- och

kommunikationslinjer. Visserligen har stadens tillväxt tvingat bebyggelsen allt högre upp

längs dalsidorna, men det är till dalgångarna som såväl industri som trafiken är koncentrerad.

Göteborg är känt för sina ”goda” inversionsbetingelser, då föroreningar ackumuleras i

dalgångarna till följd av ”lockeffekten” som förhindrar luftomblandning. Inversioner sker

7

mest sommartid, men det är de inversioner som inträffar under högtryckssituationer vintertid

som är förknippade med de kraftigaste haltförhöjningarna (Bernes 13 1993, s 197).

Göteborgs miljöförvaltning driver sedan en tid ett projekt som kallas Luftnet. Här presenteras,

via Internet, värden på det mesta. Det gäller bland annat temperatur, vind samt

luftföroreningar. Här kan man följa utvecklingen timme för timme och det finns värden från

ett par år tillbaka. Figur 3 visar dygnsmedelvärden på NOx för hela 1997. Diagrammet visar

tydligt att de högsta topparna av NOx återfinns under vintermånaderna. Det visar även att

NOx-koncentrationerna över lag varierar kraftigt. Den mätning som ligger till grund för detta

arbete skedde 970503-970504. Under denna period uppvisas relativt låga dygnsmedelvärden,

< 50 µg/m3 (se fig. 3).

Figur 3 : NOx-variation i Göteborg 1997 (Källa : www.luftnet.com). The NOx variations in Gothenburg 1997.

8

Metodik

Mätning och mätutrustning

Mätningarna utfördes under klara och lugna kvällar/nätter under april-maj 1997.

Mätutrustningen var monterad på en bil och denna kördes längs två stråk genom Göteborg, ett

nordsydligt och ett östvästligt stråk (se fig. 4). Luftproverna insamlades på en höjd av ca 160

cm över marknivå vid bilens förarsida, det vill säga i gatans centrum. Luftproven gick via

insamlingsslangen in i bagageutrymmet där mätutrustningen befann sig.

Kväveoxidhalterna uppmättes med en chemiluminescencemätare av typen CLD 700 AL.

Chemiluminiscencemetoden är till dags datum den metod som används i störst utsträckning

när man mäter kväveoxidhalter. Denna mätmetod producerar en linjär signal över hela

mätspannet som i sin tur ger en konstant och omedelbar signal för värdena på NO, NO2 och

NOx . Principen för mätutrustningen är att den producerar ozon (O3) som i sin tur reagerar

med kväveoxiden (NO) i luftprovet enligt följande:

NO + O3 - - - › NO2 + O 2

Reaktionen mäter NO-halten i luftprovet, då cheluminescencen är proportionell mot NO-

halten, förutsatt att det finns ett överskott av O3. För att mäta NO2- halten i luftprovet måste

det först konverteras till NO. Denna reduktion erhålls genom att låta luftprovet passera genom

en aktiv reduceringsagent, mobdylen (Mo). Följande reaktion äger då rum:

3 NO2 + Mo - - - › 3 NO + MoO3

Vid normala förhållanden innehåller luften NO och NO2 sida vid sida. Summan av dessa två

gaser är NOx , d v s:

NO + NO2 = NOx

Detta förhållande gör det möjligt att bestämma NO2 - halten enligt formeln:

NOx - NO = NO2

Mätapparaturens tvåkammarsystem gör det möjligt att mäta NO- och NO2-halten samtidigt.

Luftprovet delas in i två lika stora gasflöden; den ena förs till NOx-reaktionskammaren och

den andra till NO-reaktionskammaren. Denna konstruktion är nödvändig då NO-

koncentrationen kan uppvisa snabba förändringar i stadsmiljö.

9

Själva mätningen av halterna görs genom en optisk läsning av det ljus som

chemiluminescencen utvecklar i de båda reaktionskamrarna och som sedan projekteras på en

fotokatod. Instrument som baseras på chemiluminescentprincipen är massflödeskänslighets-

detektorer. Den utgående signalen beror på antalet NO-molekyler som kommer in i

reaktionskammaren. Det är därför mycket viktigt att flödet av luftprovet är konstant, eller att

flödesvariationerna mäts med stor exakthet. CDL 700 AL avläser kontinuerligt trycket på den

inkommande luften och på så sätt korrigeras den utgående signalen (Användarhandbok till

CLD 700 AL).

Det är inte helt okomplicerat att utföra mobila mätningar med en NOx-mätare av detta slag.

Det är inte vikten och storleken på apparaturen, utan framförallt dess krav på elektrisk effekt.

CLD 700 AL krävde ca 750 W för att drivas. Dessutom tillkom en bärbar dator som behövde

strömförsörjning. Problemet löstes genom att medföra ett bensindrivet elverk. Detta

placerades på bilens tak, bakom luftprovsintaget och med avgasutsläppet riktat bakåt, för att

inte inverka på emissionshalterna i luftprovet.

NOx-mätaren krävde en uppvärmningstid på ca 35 minuter och krävde dessutom en viss

arbetstemperatur. Enligt användarhandboken skulle denna temperatur vara minst 10 °C, men

det visade sig att det snarare behövdes 25 °C för att det skulle fungera.

Totalt gjordes det fem mätkörningar. Av dessa kunde endast en mätning användas. Detta

berodde till en stor del på krångel med dator och datalogger, men det berodde även på en del

tekniska småmissar som saboterade mätningarna. Brist på bra mättillfällen och det faktum att

lånet av NOx-mätaren var tidsbegränsat var också bidragande orsaker. Det sista mättillfället,

natten innan NOx-mätaren skulle returneras, blev dock lyckat. Mätningen genomfördes

970503 mellan klockan 23.39 och 01.45. Vädret var klart (<1/8 molnighet) och lugnt, vilket

borgade för stabila luftmassor. Vid det laget var det mycket viktigt att få mätvärden och för att

eliminera ytterligare missöden tillämpades direktavläsning på mätutrustningen. Mätvärden

registrerades varje hel minut. Nackdelen med denna typ av avläsning var att minut-

medelvärden inte kunde erhållas, men stora fluktuationer mellan punktmätningarna noterades

dock.

10

Mätsträckor

Figur 4 : Mätsträckor genom Göteborg. Grå färg symboliserar bebyggt område. The measured distances throughGothenburg.The grey areas represents built-up areas.Godkänd från sekretessynpunkt för spridning.Lantmäteriverket 1998-12-16.

Kriterierna för mätsträckorna var att de skulle representera de skilda betingelserna i

mätområdet (variationer i topografi, bebyggelse och trafikbelastning). Dessutom skulle

mätsträckorna kunna köras förhållandevis snabbt för att minimera den tid på vilken NOx-

halten kunde förändras. De markerade punkterna valdes efter intressanta haltförändringar.

11

Tabell 1: Sifferförklaring till fig.4. Number explanations to fig. 4.

Punkt Plats Punkt PlatsS Start sydnord körning 10 Björndammen1 Mölndal 11 Partille centrum2 Korsvägen 12 Danska vägen/Kärralundsg.3 Heden 13 St. Sigfrids plan4 Korsning Allén/Avenyn 14 Korsning Berzelig./Avenyn5 Stenpiren/Operan 15 Landala6 Gasklockan 16 Sahlgrenska sjukhuset7 Tingstadstunneln 17 Linnéplatsen8 Lillhagsvägen 18 Järntorget9 Bäckebol 19 FjällgatanN Slut sydnord körning V Saltholmen, Slut östväst körningÖ Furulund, Start östväst körning.

Bearbetning av data

Värdena från mätningen lades in i Excel och fick senare justeras med en viss procentsats

efter det att NOx-mätaren kalibrerats. Därefter omräknades ppm (parts per million) till µg/m3.

Den bearbetade datan omräknades för att representera samma tidpunkt. Därefter

interpolerades de med hjälp av kriging för att sedan digitaliseras i Ocad, varefter den slutliga

kartan skapades i Idrisi.

För att försöka få en bild över kväveoxidernas fördelning över en yta, krävs det att värdena

representerar samma tidpunkt. För att åstadkomma detta krävs det en viss justering av den

insamlade datan. I en punkt, Korsvägen, sammanföll de båda mätsträckorna, och genom att

jämföra dessa värden kunde man få en bild om förändringen i halterna. Det visade sig att

NOx-halten hade sjunkit med 70,64 µg/m3, från 198,26 till 127,62 µg/m3, mellan de båda

mättillfällena i den gemensamma punkten. Då gjordes ett antagande att NOx-halten hade

sjunkit med en konstant hastighet. För att få en jämn justering av värdena lades

utgångspunkten för de omräknade värdena vid den tidpunkt som låg mittemellan dessa två

mätpunkter (kallad T0). Utifrån NOx-halten och haltavtagandet i punkten T0, kunde en

procentuell förändring per minut erhållas. De matematiska beräkningarna var följande:

∆∆NOx = (198,26 - 127,62) / 82 ⇒⇒ ∆∆NOx = 0,8615 µµg/m3/min

NOx(T0)= (198,26 + 127,62) / 2 ⇒⇒ NOx(T0) = 162,94 µµg/m3

12

∆∆%/min = ( ∆∆NOx / NOx(T0)) x 100 ⇒⇒ ∆∆%/min = 0,5287 %/min

De uppmätta värdena korrigerades sålunda genom dra av respektive lägga till en faktor

motsvarande det faktiska värdet multiplicera med 0,005287 och antal minuter från T0. På detta

sätt blir värdena korrigerade med hänsyn till både tids- och haltaspekten. Tidpunkten för de

korrigerade värdena blev 00.35 den 4:e maj 1997.

Längs varje mätsträcka fanns det 15-20 olika ”kontrollstationer”. Här noterades tiden och på

så sätt hölls ordningen på hur många mätpunkter som uppmätts längs de olika delsträckorna.

Detta var till stor hjälp vid nästa steg då x och y-kordinater för varje mätpunkt skulle

bestämmas. Då tiden som förflutit mellan kontrollstationerna var känd, fick man fram en

delsträcka där ett visst antal mätpunkter skulle fördelas. Här antogs att bilen körts i konstant

hastighet, varvid mätpunkterna placerades jämnt längs delsträckan. För bestämning av

kordinater användes en satellitbild från SSC (Swedish space corporation).

Interpolering-Kriging

De uppmätta och justerade värdena var endast punktvärden. För att sprida ut värdena över en

större yta krävdes det en interpolering av värdena. Interpolation är en procedur där man

uppskattar värden på en viss parameter på de platser inom ett område där man inte har någon

provtagning. Grundstommen för interpolation är att punkter som är nära varandra har en

större sannolikhet att ha liknande värden än punkter som är längre ifrån varandra. Exempelvis

är det mer troligt att två punkter på toppen av samma berg har liknande värden än två punkter

på två olika berg som är belägna flera kilometer ifrån varandra. När man då exempelvis har

två mätsträckor genom ett givet område, kan man genom interpolationstekniken modellera ut

värden över en större area (Burroughs, 1986, s 147 ff).

Kriging är den interpolationsmetod som används i detta arbete. Denna teknik förklarar de

lokala variationer av provtagningarna (samplingarna) med den relativa rumsliga fördelningen

av desamma. Det finns många olika tekniker för göra estimeringar av detta slag, men en

jämförelse mellan olika tekniker visar att kriging är den metod som oftast ger de mest

trovärdiga resultaten (Isaaks & Srivastava 1989).

Kriging är en s k geostatistisk metod, en slags regionaliserad variabelteori, där man antar att

den rumsliga variationen av variabeln kan uttryckas som summan av tre komponenter. Dessa

komponenter är dels den generella trenden, dels den lokala variationen samt den slumpartade

variationen (Burrough 1986, s 155). I detta arbete har programmet GEO-EAS använts.

Interpoleringsprocessen sker i ett antal steg (fig. 5), som kommer att beskrivas närmare i det

följande stycket.

13

⇓

⇓

⇓

⇓

Figur 5 : Flödesshema för kriging. Flowchart for kriging.

Prevar

I denna modul stoppar man in sina mätvärden tillsammans med koordinaterna. Mätvärdena

jämförs sedan parvis. Ursprungsfilen är en vanlig textfil.

Vario

I denna modul skapas ett variogram, kärnan i kriging. Variogramet ϒϒ (h) förklarar

semivariansen, d v s summan av variansen som uppkommer av hälften av de jämförda

samplingsparen. Sålunda är variogramet beräknat genom att använda det relativa läget av

samplingen och är en funktion av avståndet (lagdistance) mellan samplingsparen (h) enligt:

ϒϒ (h) = (2 n)-1 ∑∑[[V(xi) - V(xi+h)]]2

där n är de antal samplingspar som är separerade av avståndet (lagdistance), V(xi) är värdet på

den observerade variabeln på platsen i och V(xi+h) är värdet på sträckan h från i.

Ett variogram beräknas i GEO-EAS med hjälp av formeln ovan, varvid en modell görs.

Variogramet visar avståndet där samplingarna blir oberoende av varandra (vid distance=80).

Vid denna punkt når semivariansen ett toppvärde (sill), för att sedan sjunka. Den s k nugget-

variansen beror på mätfel och variationer som förekommer på avstånd som är kortare än de

som råder mellan mätpunkterna. Det finns ett par olika metoder för att göra modelleringen.

Den metod som är vanligast är den sfäriska (spherical), och det är den som använt i denna

Prevar

Vario

Xvalid

Krige

Conrec

14

uppsats. Ett trial-and-error-moment följer sedan för att hitta den sfäriska modell som bäst

passar in i variogramet.

Figur 6 : Variogram (Användarhandbok GEO-EAS). Variogram.

Momentet består i att kombinera sill, nugget och range så att den sfäriska modellen bildar en

kurva som skär genom punkterna i variogramet. När detta är gjort har man erhållit ett

matematiskt uttryck för semivariansen (se fig. 6).

X-valid

Detta modulnamn är en förkortning av crossvalidation. I denna modul jämförs de uppmätta

värdena med beräknade värdena från modellen i variogramet. Här experimenterar man fram

det optimala avståndet (minor range, major range) mellan de punkter som ska interpoleras.

Till hjälp har man tre olika typer av analyser, histogram, plot of error samt scatterplot. Med

utgångspunkt från dessa analysinstrument kan man få fram det optimala avståndet, d v s det

avstånd som råder då de uppmätta värdena bäst stämmer överens med de beräknade värdena.

Värdet på detta avstånd används sedan i krigingen. I modulen x-valid kan man även se om det

finns någon trend i en viss riktning genom att söka samband i olika riktningar. En sådan här

analys går egentligen bara att göra då man har samplingar jämt utspridda över hela ytan, något

som inte är fallet med mina mätvärden.

Krige

I denna modul interpoleras värden på variabeln ut över hela ytan.

Concrec

I denna modul skapas ett kordinatsystem med konturlinjer för variabeln.

15

Ocad

Ocad är ett kartritningsprogram avsett för Windows 95. Programmet kräver en scanner som

kan producera BMP-filer. Den inscannade kartan visas som en bakgrundsbild på vilken valda

delar kan digitaliseras och exporteras vidare (Användarhandbok till Ocad 6.0). Ocad (eller

något annat ritprogram) krävs som en länk mellan GEO-EAS och Idrisi. Detta beror på att den

slutliga filen som skapas i GEO-EAS Conrec-modul är en met-fil. Det finns ingen standard

för att importera detta filformat till Idrisi. Den gridfil som met-filen bygger på kan visserligen

importeras till Idrisi, men att göra om den till iso-linjer i Idrisi medför ett annat resultat än det

som Conrec-modulen genererade. Följaktligen scannades den iso-karta som skapats i Conrec

in i Ocad, där iso-linjerna digitaliserades och exporterades. Ett liknande moment gjordes även

för huvudvägar i området.

Idrisi

Idrisi är det GIS-program som används av institutionen för geovetenskaper vid Göteborgs

Universitet. I Idrisi arbetar man, i likhet med andra GIS-program, med digitaliserade kartor

och med matematiska applikationer av desamma. Anledningen till att det har används i denna

uppsats är att höjddatabasen över Göteborg legat som underlag för såväl analyser som

kartunderlag för den slutliga kartan.

Ocad-filerna importerades till Idrisi där de gjordes om till vektorfiler och gavs nya x- och y-

kordinater via en korrespondensfil för att motsvara rikets nät, det kordinatsystem som

höjddatabasen bygger på. Ett liknande moment gjordes även för huvudvägar i området.

16

Resultat

Observerade NOx-halter

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46

mätminut

ug

/m3

NOx

Figur 7 : Observerade NOx-halter Syd Nord. Observed NOx-levels South-North.

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52

mätminut

ug/m3 NOx

Figur 8 : Observerade NOx-halter Öst-Väst. Observed NOx-levels East-West.

17

Omräknade NOx-halter

För att få en bild av NOx-halternas variation över ytan vid samma tidpunkt krävdes en

omarbetning av de uppmätta värdena. Underlaget för omräkningen av NOx-halterna redovisas

i metodikavsnittet.

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

400,00

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46

mätminut

ug/m3 NOx

Figur 9 : Omräknade NOx-halter Syd-Nord. Recalculated NOx-levels South-North.

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

400,00

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52

mätminut

ug/m3 NOx

Figur 10 : Omräknade NOx-halter Öst-Väst. Recalculated NOx-levels East-West.

En jämförelse mellan diagrammen över de observerade och de omräknade NOx-halterna (fig.

7,8 resp 9,10) visar att skillnaderna mellan toppvärdena i centrum mellan de två olika

mätningarna minskat, samtidigt som det blivit en större skillnad mellan de lägre halterna

utanför centrum. Någon praxis för hur en sådan här beräkning ska göras finns inte, men i detta

fall är hänsyn tagen till tid och halt.

I NOx-mätningen Syd-Nord (fig. 9) kan tre större toppar urskiljas; mellan mätminut 1-4, 15-

29 samt 38-40. Mätminut 15-29 är effekten av Göteborgs centrum, och mätminut 1-4 och 38-

40 är motorvägseffekten vid E6 i söder (Mölndal) respektive norr (Bäckebol). Effekten av

motorvägen är dock inte helt entydig, Minut 11-13 är mätningar längs E6 strax söder om

Göteborgs centrum, och här är det inga speciellt höga halter. Orsaken kan vara att motorvägen

18

här inte representerar den lägsta ytan, vilket kan orsaka att föroreningarna följer kalluftsflödet.

Vad beträffar centrumhalterna är variationen stor. Vid 15 minuter, där centrumeffekten börjar,

är platsen Korsvägen. Två minuter senare, vid Heden, sjunker halterna med 50%. Detta kan

bero på den minskade canyoneffekten. Nästa topp är vid 19 minuter, då Allén korsar Avenyn.

Halterna sjunker sedan med 50% förbi Stenpiren och Operan, men når vid Gasklockan (minut

25) ett toppvärde på drygt 330 µg/m3. Vidare sjunker halterna kraftigt genom Tingstads-

tunneln (minut 27), för att sedan öka fram till Lillhagsvägen (minut 29), där de sedan avtar.

De lägsta halterna utanför centrumzonen återfinns på mindre trafikerade vägar, vilket ter sig

ganska naturligt. Noterbart är dock de kraftiga haltfallen vid 5 respektive 40 minuter som är i

samband med en stigning, vilket kan tyda på att utsläppen påverkas av kalluftsflödet.

I likhet med mätningen Syd-Nord visar resultaten av Öst-Väst mätningen (fig. 10) en tydlig

centrumeffekt (minut 21-39). Till skillnad mot den förra mätningen uppvisar inte halterna lika

kraftiga variationer. Den första indikationen på centrumeffekten är mätvärdet vid 21 minuter,

vilket geografiskt motsvarar rondellen vid Danska vägen/Kärralundsgatan. Förutom ett

mindre haltfall strax innan S:t Sigfrids Plan fortsätter halterna att öka stadigt in mot centrum

för att kulminera i en topp vid minut 27, där Berzeligatan korsar Avenyn. Halterna sjunker

sedan under stigningen upp mot Landala (minut 28), för att sedan öka i nedförsbacken mot

Sahlgrenska sjukhuset (minut 31). Därefter sker ett mindre fall följt av en uppgång vid

Linnéplatsen (minut 32). Ner mot Järntorget sjunker sedan halterna något för att senare, på

väg upp mot Fjällgatan i Masthugget, sjunka kraftigt (minut 40). Halterna avtar sedan något ut

mot Saltholmen. Det mest uppseendeväckande med denna mätning är halterna i början av

mätningen. Från Furulund centrum ner mot Partille sker en mycket kraftig höjning av halterna

som kulminerar i rondellen vid Björndammen (minut 3). Därefter sjunker halterna ju längre

ner i dalgången man kommer. Möjligtvis kan den mindre toppen vid minut 5 indikera

förhöjda halter i dalbotten vid Partille centrum, men minut 6-8 visar på sjunkande halter trots

att dessa provtagningar var gjorda på Göteborgsvägen som löper jämsides med E20. Om de

höga halterna vid Björndammen skulle bero på en ackumulation av föroreningar under

inversionslagret, skulle det med största sannolikhet också gett någon indikation vid den

kraftig stigningen under minut 8-9, vilket representerar en liknande höjd på samma dalsida,

vilket inte är fallet. Detta mätvärde betraktas därför som en tillfällighet.

19

Kriging

Figur 11 : Variogram för NOx-halter. Variogram for NOx-levels.

Som variogramet i fig.11 visar följer inte den estimerade kurvan de observerade punkterna

helt och hållet. Tanken med den framtagna kurvan är att den på ett så bra sätt som möjligt ska

visa semivariansen även på längre avstånd än 2000 meter. Fram till en range av 2000 meter

följer kurvan punkterna bra, men eftersom den ligger på ett ungefärligt medelvärde av

punkterna, beskriver kurvan semivariansen tillfredställande. Då mätvärdena inte täcker hela

den interpolerade ytan, är det viktigt att modellen på ett så bra sätt som möjligt ger ett uttryck

för semivariansen för avstånd upp till 8000 meter.

20

Figur 12 : Crossvalidation resultat. Crossvalidation results.

Kolumn 1 och 2 i figur 12 visar de observerade respektive de estimerade värdena för

variabeln. Min- och maxvärdena skiljer sig ganska mycket från varandra då man jämför de

observerade värdena med de estimerade. Detta beror på att jag valt en ganska stor sökradie,

något som är nödvändigt för att kunna interpolera ut värden över hela ytan. Om man ser på de

övriga värdena, 25 och 75 percentilen samt medianen, visar det sig dock att de estimerade

värdena stämmer väl överens med de observerade värdena. Med andra ord är denna

interpolering rent statistiskt en bra modell. Det som har förändrats är min- och maxvärdena,

och dessa har så att säga ”tryckts ihop” en smula mot medelvärdet, något som sker i alla typer

av interpolation.

Figur 13 : Isolinjer över NOx-halter. Iso lines for NOx-levels.

21

Iso NOx-karta

Figur 14 : NOx-halter över Göteborg. Värdena representerar halter i µg/m3. Röda linjer är huvudvägar inom

området. Kartan avgränsas av rikets nät kordinater min x: 1260000, max x: 1282000, min y: 6400000 samt max

y: 6422000. (Källa: Höjddatabas över Göteborg). NOx-levels for Gothenburg (µg/m3). Red lines are main roads.

The map is limited by the nations coordinates min x:1260000; max x: 128200; min y: 640000; max y: 642200.

Godkänd från sekretessynpunkt för spridning. Lantmäteriverket 1998-12-16.

Resultaten av de interpolerade värdena visar en klar centrumeffekt. Från centrum sträcker sig

de höga halterna i viss mån i de större dalgångarnas sträckning. Resultatet är rimligt med

utgångspunkt från de uppmätta värdena samt de faktorer som verkar influerande på halterna.

En tveksamhet är de höga halterna i NV och N. Det blir ganska uppenbart att dessa isolinjer är

starkt influerade av de höga halter som uppmättes länga den norrgående Götaälvdalens

huvudväg. Dessa mätvärden är de som ligger närmast och följaktligen är det de värdena som

influerat dessa platser mest. Centrumvärdena har däremot större säkerhet då det här finns ett

större underlag för en noggrannare interpolering.

22

Jämförelse med fasta mätstationer

Miljöförvaltningen har två fasta mätstationer för NOx i Göteborg. Den ena sitter på Östra

Nordstans tak och den andra på taket av Folkets hus, Järntorget. Mätvärdena avser

timmedelvärden. Jag har valt att jämföra mina mätvärden med stationen vid Järntorget, då

denna punkt passerades vid mätningen. Fig. 15 uppvisar ett normalt utseende på NOx-

variationen i ett urbant område det vill säga förhöjda koncentrationer under natten (jfr. fig. 1).

Det faktiska punktvärdet som uppmättes under körningen kl. 01.29 drygt 130 µg/m3 och det

estimerade värdet för tidpunkten T0 kl. 00.35 drygt 200 µg/m3. Miljöförvaltningens mätvärden

för dessa tider ligger på omkring 75 µg/m3. Det finns uppenbara problem vid denna

jämförelse. Miljöförvaltningens mätvärden motsvarar timmedelvärden medan de andra

värdena motsvarar punktvärden och omräknade punktvärden. Miljöförvaltningens mätvärden

är tagna på ca 30 meters höjd, de andra på en höjd av ca 170 cm över gatuplan, d v s i höjd

med inandningen. Faktum kvarstår att mätningarna på samma plats uppvisar stora skillnader.

Det finns två möjligheter. För det första kan värdena inom en timme uppvisa stora variationer.

För det andra behöver en mätning i samma punkt på olika höjder inte ha något speciellt

samband.

Figur 15 : Observerade NOx-halter (timmedelvärden) från miljöförvaltningens mätstation, Järntorget, 970503 kl12.00 till 970504 kl 11.00. (Källa: J. Brandberg, miljöförvaltningen i Göteborg). Observed NOx-levels (hourlyaverage) from the environmental buerau, Järntorget 970503 at 12.00 to 970504 at 11.00.

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

12.0

0

14.0

0

16.0

0

18.0

0

20.0

0

22.0

0

00.0

0

02.0

0

04.0

0

06.0

0

08.0

0

10.0

0

Tidpunkt

ug/m

3

23

Koppling halter-höjd

Som det tidigare nämnts, misstänks höjden vara en faktor som påverkar NOx-halten. Figur 16

visar relationen mellan halter och höjd över havet. Höjdvärdena är hämtade ur topografiska

kartan och ska betraktas som ungefärliga.

Figur 16 : Relation mellan NOx-halter och höjd över havet (mätsträcka Syd-Nord). Relations between NOx-levels

and height over sea (measured distance South-North).

Resultatet visar tydlig koppling mellan höjd och halt kan ses. Vid relativt höga höjder är NOx-

halterna relativt låga och vid relativt låga höjder är NOx-halterna relativt höga. Tydligast

märks det utanför centrum (minut 1-14 samt minut 31-49), men även i centrum ses ett

samband.

Figur 17: Trendlinje mellan NOx-halter och höjd över havet. Trendline between NOx-levels and height over sea.

Trendlinjen i ett x, y-diagram visar även det ett samband. Höga halter återfinns bara på

låglänta områden och i höglänta områden återfinns enbart relativt låga halter.

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45

mätminut

ug

/m3

0

10

20

30

40

50

60

m ö

h NOx

höjd

0102030405060

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00

ug/m3

m ö

h

24

Analys och diskussion

Det verkar finnas tre huvudfaktorer som tillsammans kan förklara varför det ser ut som det

gör i Göteborg. Det första är emissionskällorna och då främst biltrafiken, som är den primära

orsaken. Utsläppen sker längs vägarna och trafikintensitet står i proportion till halterna. Detta

faktum kan ses då man studerar motorvägshalterna i fig. 7-10. En annan mekanism som

verkar influerande på haltvariationen är kalluftsflödet. Detta grundas på det faktum att

samband mellan halt och höjd kunde konstateras i fig. 16 där mätsträckan Syd-Nord

relaterades till höjden. Samspelet mellan de två första huvudfaktorerna är med stor

sannolikhet intimt. De största och mest trafikintensiva vägarna ligger i dalgångarna. Här

stockas luften upp varvid emissionerna ackumuleras. Den tredje mekanismen är det som i

texten benämns som centrumeffekten. Fig. 7-10 visar på ett mycket tydligt sätt hur NOX-

halterna bildar en ”puckel” då centrum passeras. Då emissionerna är luftburna, kan det

antingen relateras till omlandsbrisen och/eller inversionseffekten. Dalgångarnas höga

emissionshalter dras in mot centrum där de ackumuleras under inversionslocket.

Vid en jämförelse mellan mina resultat och tidigare forskning visar det sig att jag fått helt

andra resultat, till och med resultat som är rent motsägelsefulla. Luria et al. (1990) kom fram

till att de högsta NOX-halterna återfanns där gatan var som smalast, och inte där den

intensivaste trafiken var. Enligt mina mätningar återfinns de högsta värdena längs

motorvägarna samt i centrum längs relativt öppna platser som Avenyn och vid gasklockan.

Det faktum att jag hållit mig längs relativt breda gator vid mätningarna i centrum kan

visserligen vara en bidragande orsak till att jag fått annorlunda resultat. Något som stämde

överens med Lurias et al. (1990) undersökning var att de observerade halterna var avsevärt

högre än de som uppmättes vid fasta mätanläggningar.

Tyvärr har jag inte kunnat göra NOx-mätningar i höjdled för att kunna dra paralleller till

Yamashitas et al. (1995) mätningar och deras teorier om förhöjda halter under

inversionslocket. Det enda som kan konstateras är att halterna sjunker med ökad höjd. Det blir

ju i så fall motsägelsefullt. Yamashitas teori är dock intressant och det finns flera faktorer som

tyder på att den är applicerbar även för Göteborg. Som det nämnts tidigare uppvisar NOX-

halterna en ”puckel” över staden. Om det inte fanns någon inversionseffekt finns det en

möjlighet att halterna i centrum skulle spädas ut till följd av omlandsbrisen.

Undersökningsresultaten stämmer bättre ihop med mätningarna utförda av Holmer (1983),

som påvisar ett samband mellan kalluftssjöar och ökade NOx -halter. Detta tyder på att

kväveoxiderna följer med kalluftsflödet.

25

Det faktum att de observerade halterna inte uppvisar samma halter som miljöförvaltningens

fasta mätstation kan ha flera förklaringar (se resultatdelen). Det vore intressant att studera

haltvariationer i höjdled för att kunna relatera de fasta mätstationerna till de faktiska halter

som råder i gatunivå. I Hongkong började man mäta luftföroreningar i gatunivå i stället för 20

meter över marken. Man fann då att föroreningsnivån blev nästan tre gånger högre (GP

980623).

För att få en bättre bild över NOx-spridningen inom området krävs troligtvis att man gör

mätningar som rent geografiskt täcker en större del av den interpolerade ytan. Dessutom vore

det intressant att beakta höjden över havet, en variabel som med stor sannolikhet inverkar på

halterna.

26

Slutsatser

Variationen av NOx-halter över Göteborg uppvisar en klar topp i centrum och högre halter i

låglänta områden. Variationen styrs huvudsakligen av tre faktorer:

1. Emmisionskällorna. Ju mer trafik, desto högre halter.

2. Kalluftsflödet. Samband mellan halt och höjd.

3. Omlandsbris och/eller inversionseffekter. En tydlig centrumeffekt med höga

emissionshalter vilket härleds till luftburen transport av NOx och/eller ackumulering av

emissioner under ett inversionslock.

Metoden för att erhålla en iso-karta över NOX-halterna genom att använda sig av den

geostatistiska interpolationsmetoden kriging visade sig fungera bra, men ett noggrannare

resultat kan troligen uppnås med fler mätpunkter och eventuellt co-kriging med höjd över

havet som kompletterande variabel.

En jämförelse mellan de uppmätta NOX-halterna och miljöförvaltningens fasta mätstation vid

Järntorget uppvisar vitt skilda värden. Det kan finnas flera olika förklaringar till detta och en

mer omfattande detaljstudie om hur NOx-halter varierar i höjdled kanske kan förklara detta

förhållande. På grund av de skilda värdena kan inget samband mellan de fasta mätstationerna

och förhållandet i gatunivå påvisas. Det står dock klart att halterna i gatuplan kan vara flera

gånger högre än de halter miljöförvaltningen presenterar.

27

Referenser

Användarhandbok till CLD 700 AL.

Användarhandbok till GEO-EAS.

Användarhandbok till Ocad 6.0.

Bernes C (1993): Nordens miljötillstånd, utveckling och hot. Nordiska Ministerrådet.211 s.

Burrough P A (1986): Principles of geographical information systems for land resourceassessment .Oxford, 194 s.

Gallardo L (1996): Oxidized nitrogen in the troposphere: The role of lightning. StockholmsUniversitet.

Gotoh T (1992): Relation between heat island and NO2 pollution in some japanese cities.Atmospheric environment 27B, s.121-128.

Grennfelt P, Holmer B, Leksell I, Lindahl B, Lindskog A, Steen B, Wallin G, Värmby G,Ågren C (1991): Luftvård. Göteborg, 222 s.

Holmer B (1983): Ventilationsförhållande under NOx-episoder i feb. 1983. Bergabklimatundersökningar. Göteborg, 35 s.

Isaaks E H & Sirvastava M R (1989): An introduction to applied geostatistics. Oxford,561 s.

Luria M, Weisinger R & Peleg M (1988): CO and NOx levels at the center of city roads inJerusalem. Atmospheric environment 24B, s. 93-99.

Oke T R (1987): Boundary layer climates. Methuen & Co. Ldt, 435 s.

Petersson G (1997): Kemisk miljövetenskap. Göteborg, 50 s.

Pfeffer H-U, Friesel J, Elbers G, Beier R & Ellermann K (1994): Air pollution in streetcanyons in North Rhine-Westphalia, Germany. The Science of the total environment. 169 s 7-15.

Rudberg S (1978): Hur landet formats. Ur Johansson J, red, (1978): Göteborg- STF:s årsbok1978.

Stern A C, Boubel R W, Turner D B & Fox D L (1984): Fundamentals of air pollution.Academic press, Inc, 530 s.

Yamashita E, Sahashi K & Hieda T (1995): Nitrogen-oxide layer over the urban heatisland in Okayama city. Atmospheric environment. 30, s. 531-535.

Göteborgs Posten 970830: Avgaslarm begränsar Paristrafiken

28

Göteborgs Posten 980623: God morgon!

Göteborgs Posten 970406: Shell släpper ut mer än tillåtet.

Muntlig referensJan Brandberg, Miljöförvaltningen i Göteborg

WebbkällaLuftnet: www.luftnet.com