Zone d’étude

Une qualité de l’air ambiant (PM_dix concentration) a été étudiée au cours de six campagnes d’échantillonnage mobiles menées pendant les mois d’hiver entre décembre 2021 et mars 2022 dans les villes/villages ruraux entourant Cracovie, à savoir Węgrzce, Przybyslawice, Niepolomice i Libertow. Chaque itinéraire d’échantillonnage a commencé et s’est terminé au même endroit, à proximité de la Faculté de physique AGH UST de Cracovie. Tous les itinéraires de mesures mobiles (appelés transects) ont été planifiés à proximité des stations nationales de surveillance de l’environnement (SEM), qui sont des stations de référence fixes et fixes appartenant à l’inspecteur en chef de la protection de l’environnement. La distance totale parcourue au cours de toutes les campagnes de mesure comprenait une superficie de 653 km. Chiffre 1 représente la zone d’étude, y compris les frontières administratives de Cracovie et les stations de la grille de surveillance environnementale de l’État (SEM).

Zone d’étude comprenant les stations de référence de la grille de surveillance environnementale de l’État (SEM) marquées par des points rouges.

Méthodes

L’unité mobile de surveillance de l’air utilisée dans cette étude était constituée du DustTrak II Aerosol Monitor 8530 équipé des modules suivants : un module de transmission et d’enregistrement des données, une antenne GPS avec support magnétique, un module de mesure préalable de la climatisation et l’alimentation électrique qui permet d’alimenter l’appareil en 12 V ou 220 V. Le module de climatisation était constitué d’un tube en acier inoxydable qui chauffait l’air de prélèvement à une température supérieure à 100 °C pour éviter la formation de gouttelettes d’eau. Les détails concernant le schéma de la station de surveillance mobile sont illustrés sur la Fig. 2.

Schéma de station mobile de surveillance de l’air (un) entrée d’air et localisation du module GPS (à l’extérieur de la voiture, par la vitre du siège passager avant) (b) panneau (c) montre la disposition des instruments.

Une station de surveillance mobile utilisée dans l’étude est une propriété de l’Association d’alerte au smog de Cracovie (acronyme KAS), qui a été empruntée aux fins de cette recherche in situ.

Particules de poussière en suspension PM_dix ont été enregistrés par les appareils de mesure à une fréquence de 3 Hz, conformément à la méthodologie de mesure proposée par Bartyzel et al.²⁶. La station était située sur le siège passager, le module GPS et la prise d’entrée étaient placés à l’extérieur de la voiture à travers la fenêtre du siège passager. L’alimentation électrique était fournie via un convertisseur approprié à la prise allume-cigare.

Les mesures ont été effectuées pendant la nuit entre 20 heures et 2 heures du matin, lorsque la couche limite est la plus fine en raison de l’inversion, créant ainsi des conditions météorologiques stables. L’absence de trafic automobile intense à cette heure de la journée permet d’associer un seul point chaud à des sources locales de pollution par les poussières (dites « à faible émission », émises par des émetteurs jusqu’à 40 m de haut, provenant principalement des chaudières domestiques). La vitesse de la voiture ne dépassait pas 40 km/h.

Tableau 1 décrit un enregistrement des itinéraires de mesures mobiles (transects), incluant les paramètres météorologiques lors de 6 campagnes d’échantillonnage. La distance d’un seul itinéraire de mesure mobile était d’environ 50 à 170 km, les mesures duraient environ 2 à 5 heures, la vitesse moyenne d’une voiture était d’env. 35km/h. Paramètres météorologiques fournis dans le tableau 1 ont été obtenus à la gare de l’aéroport de Cracovie-Balice située au nord-est de Cracovie.

Calibrage du système et validation des résultats obtenus

La station de surveillance mobile a été calibrée avant d’effectuer nos recherches in situ avec les stations de référence stationnaires (SEM) afin d’obtenir des résultats de haute qualité. De plus, un étalonnage in situ supplémentaire a été réalisé selon les recommandations du fabricant, afin d’ajuster les coefficients d’étalonnage aux conditions locales.

L’étalonnage in situ de la station mobile a été réalisé dans la ville de Skala, à env. 20 km au nord de Cracovie. Le processus d’étalonnage a duré environ 23 jours en novembre 2021, au cours duquel plus de 500 échantillons ont été enregistrés sous forme de lectures de données horaires dans une large plage de valeurs : de 20 µg/m³ jusqu’à 800 µg/m³. Le coefficient de corrélation de Pearson était égal à R = 0,89 (valeur p≪0,05). De plus, plusieurs tests zéro ont été effectués tout au long de la campagne.

En outre, des bases de données en ligne supplémentaires provenant des stations de référence fixes sur la qualité de l’air (SEM)²⁷ ont été utilisés afin d’analyser et d’interpréter les résultats obtenus.

Signification statistique des lectures obtenues

MP_dix les lectures de la station mobile DustTrak ont ​​été moyennées dans un rayon de 50 m des stations de référence fixes (SEM). Les mesures ont ensuite été comparées aux lectures de la station SEM. Cependant, ce qui est particulièrement important est le fait que la moyenne des lectures du Dustrak est de 1 minute lorsque la station de référence fixe fournit des données sous forme de lecture horaire. Par conséquent, nous avons supposé que les mesures (lectures) obtenues à la fois par les stations mobiles et fixes ne peuvent être comparées que lorsque l’état de l’atmosphère est proche de la stabilité, selon l’échelle de Pasquill. Dans ce cas, la concentration horaire moyenne de poussière ne change que dans de petites plages. Le rapport d’une PM moyenne horaire_dix La concentration obtenue à partir de la station de référence fixe par rapport à notre lecture moyenne minute de Dustrack a été calculée. De plus, la valeur moyenne (\(\overline{{\text{x}}}\)) et l’écart type (σ) des rations ont ensuite été déterminés. Uniquement les résultats des stations de la gamme \(\overline{{\text{x}}}\)± σ ont été pris en compte pour une analyse plus approfondie. Le rejet des ratios extrêmes – au-delà du \(\overline{{\text{x}}}\)Plage ± σ – est étayée par le fait que le dépoussiéreur lors de la mesure à proximité de la station pourrait mesurer un changement temporaire mais significatif de la concentration de poussière, qui sera visible sur une échelle de plusieurs minutes, mais pas sur une échelle horaire (par exemple, rendant impossible pour détecter par exemple les épisodes de points chauds provoqués par des déchets brûlant rapidement dans la cheminée).

De plus, pour définir la pertinence statistique des mesures mobiles, les coefficients de régression de Pearson et Spearman pour les stations DustTrak et SEM ont été calculés (Tableau 2). On suppose que pour des corrélations élevées (R > 0,5), la mesure peut être considérée comme statistiquement représentative.

Mesures en dehors du \(\overline{{\text{x}}}\)L’intervalle ± σ n’a pas été inclus pour une analyse plus approfondie, marqué en gris et astérisque dans le tableau 2.

La surveillance mobile de la voiture fournit des données temporaires, représentatives uniquement d’une courte période de temps par rapport à la mesure stationnaire de la moyenne horaire. Malgré cet écart, les résultats des stations présentés dans le tableau 2 ont révélé de bons accords statistiques. Le coefficient de corrélation (R) de Pearson et Spearman était supérieur à 0,5, ce qui prouve une corrélation significative et donc une signification statistique des données obtenues au cours de 5 jours de mesure sur 6.