Ilmanlaadun seuranta

Ilmanlaatua seurataan jatkuvatoimisesti ja reaaliajassa lähes sadalla asemalla eri puolilla Suomea. Vaadittavat mittaukset on määritelty lainsäädännössä ja niistä ovat vastuussa kaupungit ja teollisuuslaitokset omilla alueillaan, sekä Ilmatieteen laitos. Usein lähikunnat hoitavat mittaustoimintaansa yhteistyössä. Tällöin  ne muodostavat yhteisen mittausverkon. Alueella toimiva päästöjä aiheuttava teollisuus usein osallistuu mittaustoiminnan rahoitukseen, mutta sillä voi olla myös oma mittausverkko.

Ilmatieteen laitos toimii koko maan alueella vastaten ilmanlaadun perustason seurannasta niin sanotuilla tausta-alueilla. Ilmatieteen laitos on hoitanut keskitetysti Suomen ilmanlaatutietojen jakamisen yleisölle ilmanlaatuportaalin (ilmanlaatu.fi) kautta  vuodesta 2007 alkaen. 

Keskeinen lainsäädäntö:

Ympäristönsuojelulaki 527/2014  http://www.finlex.fi/fi/laki/smur/2014/20140527

Ympäristönsuojeluasetus 713/2014  http://www.finlex.fi/fi/laki/smur/2014/20140713

Ilmanlaatuasetus 38/2011 (http://www.finlex.fi/fi/laki/smur/2011/20110038)

Ilmanlaatuasemat

Ilmansaasteille on asetettu  sitovia ilmanlaadun raja-arvoja, joiden ylittäminen ei ole sallittua. Pääsosa ilmanlaadun mittausasemista onkin perustettu  valvomaan, etteivät ihmiset joudu hengittämään terveydelle haitallisia saasteita. Niinpä asemat on sijoitettu  tämä valvontatarpeen  mukaisesti.  Tyypillisiä  sijoituspaikkoja ovat kaupunkien keskustat ja muut vilkasliikenteiset alueet.

Teollisuuden päästöjen vaikutusta  seuraavat asemat pyritään  tyypillisest sijoittamaan niin, että saadaan tietoa pahimmin kuormituksesta kärsivällä  asutulla alueella.  Usein niiden sijoittelussa on otettava huomion mm. vallitsevat tuulensuunnat.

Yhä tärkeämmäksi on myös nousemassa  tiheään  rakennettujen pientaloyhdyskuntien ilmanlaadun seuranta lisääntyvän puun pienpolton vuoksi. Reaaliaikaisia mittauksia tehdään tällä hetkellä  noin 80 kaupunki- tai teollisuusasemalla eripuolilla Suomea.

Ilmatieteen laitoksen ylläpitämät tausta-asemat puolestaan pyritään sijoittamaan mahdollisimman edustavasti kuvaamaan laajan alueen ilmanlaadun perustasoa. Niiden avulla pystytään myös hyvin tunnistamaan erilaisia kaukokulkeutumaepisodeja. Tausta-asemia on kymmenkunta.

Ilmanlaatumittaukset

Reaaliaikaisesti mitataan seitsemän saastekomponentin pitoisuuksia. Kaasumaiset saasteet ovat rikkidioksidi (SO2),  typpidioksidi (NO2), otsoni (O3),  hiilimonoksidi (CO) ja  haisevat rikkiyhdisteet (TRS).  Lisäksi  avoimessa datassa on kahden  eri kokoluokan hiukkasten kokonaismassta:  hengitettävät hiukkaset (PM10) ovat aerodynaamiselta halkaisijaltaan alle 10 µm ja pienhiukkaset (PM2.5 ) alle 2.5 µm.  

Kaasumaisten yhdisteiden pitoisuudet  mitataan lähes poikkeuksetta ilmanlaatuasetuksessa luetelluilla vertailumenetelmillä. Hiukkasten kokonaismassaa mitataan useilla eri menetelmillä, joiden vastaavuus vertailumenetelmään  saattaa vaihdella jonkin verran. Ilmatieteen  laitoksen johtamana  ja ympäristöministeriön rahoituksella  on käynnissä laaja vertailumittaus, jossa saadaan kaikille Suomessa käytössä oleville hiukkasmassan mittalaitteille Suomen olosuhteisiin soveltuvat käyttökertoimet. Vertailumittaus tulokset valmistuvat vuoden 2015 loppuun mennessä.

Havaintoasemien tarkastukset, huollot ja mittalaitteiden kalibrointi

Instrumentin lisäksi suuri merkitys havainnon laadulle on mittausten ylläpitäjän resursseilla  ja ammattitaidolla. Ilmanlaatuasemat  huolletaan määräajoin laadukkaiden havaintojen turvaamiseksi. Havaintoasemilla käytetään kalibroituja mittalaitteita ja –antureita ja mittaukset ovat jäljitettäviä.

Mittausverkot noudattavat omia laatujärjestelmiään.  Ilmatieteen laitos järjestää koulutusta, vertailumittauksia ja auditointeja sekä tarjoaa kalibrointipalveluita.  Vaikka Suomessa ilmanlaadun mittaukset on hajautettuna yli kolmellekymmenelle eri toimijalle (mittausverkolle), kansainvälisesti ottaen ilmanlaatumittausten  laatu on varsin hyvä.  Kansalaiset sekä ympäristöviranomaiset saavat niistä luotettavaa tietoa päätöksenteon pohjaksi.  

Ilmanlaatuasemilta havaintoja saadaan tuntikeskiarvona kerran tunnissa. Automaattisilla testeillä havainnoista poistetaan ilmeiset virhelukemat, lisäksi mittauksen ylläpitäjä voi tehdä kolmen päivän sisällä virheellisille mittausjaksoille manuaalisen pikakorjauksen. (Aina uuden havainnon yhteydessä kantaan ladataan takautuvasti kolmen päivän aikasarja.) Näistä varotoimenpiteistä huolimatta reaaliaikaisissa mittauksissa voi olla virheitä.

Kerran vuodessa  (maaliskuussa) mittausten ylläpitäjä toimittaa Ilmatieteen laitokselle lopulliset tarkistetut vuosiaikasarjat, jotka Ilmatieteen laitos sitten raportoi EU:lle ja useihin  kansainvälisiin tietokantoihin. Myöhemmässä vaiheessa myös nämä  tarkistetut aikasarjat vuodesta 1985 alkaen siirretään avoimeen dataan.

Havaintoajat

Avoimen data ilmanlaatuhavainnot kirjataan aina maailman standardiajassa, UTC-ajassa (Universal Time, Coordinated). Suomen paikallinen aika on kesällä kolme tuntia UTC-aikaa edellä ja talvella kaksi tuntia. Edeltävän tunnin keskiarvo kirjataan siis UTC-aikaan.

Havaintoasematunnukset

Jokaiselle havaintoasemalle annetaan yksikäsitteinen kansallinen FMISID-asematunnus, joka on juokseva numerosarja (alkaen luvusta 100000).

Jokaisella havaintoasemalla on virallinen nimi, joka kertoo sen sijainnista. Pääsääntöisesti asemanimet ovat kaksiosaisia. Ensimmäinen osa on kunnan tai kaupungin nimi, jossa havaintoasema sijaitsee, ja toinen osa on lähimmän kylän, kaupungin tai kunnan osan tai taajaman nimi. Kaksiosainen nimi ei kaikissa tapauksissa identifioi asemapaikkaa tarpeeksi, jolloin asemanimistä tehdään kolmiosaisia. 

Ilmanlaadun havaintosuureet

SO2   Rikkidioksidi on hapan kaasu, joka on haitallista sekä ihmisten terveydelle että ekosysteemeille. Rikkidioksidia pääsee ilmaan  rikkipitoisten polttoaineiden palamisessa energiantuotannossa (94% vuotuisesta kokonaispäästöstä (SYKE 2014)) sekä teollisuusprosesseissa (4%). Tieliikenteen osuus päästöistä on pieni.

NO2 Typpidioksidi (NO2) on hengitysteiden ärsytystä aiheuttava kaasu, ekosysteemeihin päädyttyään se puolestaan aiheuttaa rehevöitymistä ja happamoitumista. Typpidioksidi on osallisena myös toisen ilmansaasteen, otsonin, muodostumisessa.

Typpidioksidia pääsee ilmaan kaikessa palamisessa. Suomessa typpidioksidin kokonaispäästöstä noin 51 % tulee energiatuotannosta ja teollisuusprosesseista  ja loput 48 % liikenteestä.  Kaupunkien ilmanlaatuun liikenteellä on päästöosuuttaan suurempi vaikutus, koska liikenteen päästö tapahtuu maanpinnan tasolle suoraan hengitysilmaan.

O3 Otsonia ei ole päästöissä. Otsonia muodostuu auringon valossa  typenoksidien ja haihtuvien hiilivetyjen välisissä reaktioissa. Erityisesti liikenteen päästöt sisältävät otsonia tuottavia  saasteita.  Otsonin syntyminen on monimutkainen kemiallinen tapahtumaketju, jossa otsonia sekä syntyy että kuluu. Korkeimmat pitoisuudet voivat esiintyä maaseudulla satojen kilometrien päässä päästölähteistä.

Käytännössä tämä Suomen oloissa saa aikaan sen, että kaupunkiemme keskustoissa, missä typen oksidien päästöt ovat suurimmat, otsonipitoisuudet ovat kuitenkin pienet. Kauempana päästöistä — jo kaupunkien laidoilla — pitoisuudet kohoavat, ja ovat korkeimmat maaseudun tausta-alueilla.  Hengitysilman korkeat otsonipitoisuudet ovat ihmisten terveydelle haitallisia. Otsoni on haitallista myös kasvillisuudelle.

CO Hiilimonoksidi eli häkä muodostuu polttoaineen hiilen palaessa vajavaisesti heikoissa palamisolosuhteissa. Suuri potentiaali hiilimonoksidipäästöihin on tyypillisesti pienissä yksiköissä kuten pienpoltossa ja autojen ja työkoneiden polttomoottoreissa.  Liikenteen osuus kokonaispäästöstä on 57 %.  

TRS (Total Reduced Sulphur) Haisevat eli ns. pelkistyneet rikkiyhdisteet ovat pääosin peräisin teollisuudesta, erityisesti selluteollisuudesta, joten ongelmia esiintyy vain tietyillä paikkakunnilla. Useat yhdisteet haisevat erittäin pahalle jo hyvin pieninä pitoisuuksina.  Pelkistyneet rikkiyhdisteet saastuttavat ilmaa paikallisesti päästölähteiden läheisyydessä ja tavallisesti korkeita pitoisuuksia esiintyy ilmassa lyhytaikaisesti.

PM10 Hengitettäviksi hiukkasiksi  kutsutaan halkaisijaltaan alle 10 mikrometrin (µm) hiukkasia (Particulate Matter). Tämän kokoiset hiukkaset kulkevat hengitysilman mukana ihmisen keuhkoputkiin asti. Hiukkaset voivat olla kemialliselta koostumukseltaan vaikkapa valtaosin vaaratonta pölyä tai merisuolaa, mutta niihin voi olla sitoutuneena myös esimerkiksi ihmiselle haitallisia raskasmetalleja tai hiilivetyjä. Huomiota herättävin osa kaupunki-ilman hengitettävistä hiukkasista on liikenteen nostattamaa katupölyä. Pitoisuudet kohoavat erityisesti maalis-huhtikuussa, jolloin jauhautunut hiekoitushiekka ja asfalttipöly nousevat liikenteen nostattamina kuivilta kaduilta.

PM2.5 Halkaisijaltaan alle 2.5 mikrometrin (µm) hiukkasia kutsutaan pienhiukkasiksi . Pienhiukkaset ovat osa hengitettäviä hiukkasia (PM10).  Nämä pienemmät hiukkaset tunkeutuvat hengitysilman mukana syvemmälle hengitystiehyeihin.

Pienhiukkasia tulee ilmaan polttoaineiden palamisessa, erityisesti puun pienpoltossa. Pienhiukkasiksi muuntuvat myös ilmaan päästetyt rikkidioksidi- ja typpidioksidikaasut. Pienhiukkaset voivat kulkeutua ilmamassojen mukana jopa tuhansia kilometrejä ja poistuvat ilmakehästä tehokkaasti vasta sateen mukana. Kaukokulkeutuma ilmenee usein samanaikaisina kohonneina pitoisuuksina (episodeina) laajoilla alueilla. Kaukokulkeutuma muodostaakin huomattavan osan myös kaupunki-ilman pienhiukkaspitoisuuksista, mikä tasaa kaupunkien välisiä pitoisuuseroja.