Monitoring of long-range transported air pollutants in Norway Annual Report 2019 Wenche Aas, Sabine Eckhardt, Markus Fiebig, Sverre Solberg and Karl Espen Yttri NILU report 4/2020 NILU report 4/2020 ISBN: 978-82-425-3000-4 CLASSIFICATION: ISSN: 2464-3327 Norwegian Environment Agency A – Unclassified (open report) M-1710 | 2020 DATE SIGNATURE OF RESPONSIBLE PERSON NUMBER OF PAGES 09.08.2020 Ole-Anders Braathen, 133 Deputy Director (sign.) TITLE PROJECT LEADER Monitoring of long-range transported air pollutants in Norway Wenche Aas Annual Report 2019 NILU PROJECT NO. O-113007/O-113008 AUTHOR(S) QUALITY CONTROLLER Wenche Aas, Sabine Eckhardt, Markus Fiebig, Sverre Solberg and Karl Espen Yttri Kjetil Tørseth REPORT PREPARED FOR CONTRACT REF. Norwegian Environment Agency Contract number 17078061 Postboks 5672 Sluppen, 7485 Trondheim ABSTRACT This report presents results from the monitoring of atmospheric composition and deposition of air pollution in 2019, and focuses on main components in air and precipitation, particulate and gaseous phase of inorganic constituents, particulate carbonaceous matter, ground level ozone and particulate matter. In 2019, it was an unusual wide-spread episode during April causing high concentrations of most pollutants at several sites. NORWEGIAN TITLE Overvåking av langtransportert forurenset luft og nedbør. Atmosfæriske tilførsler 2019. KEYWORDS Atmosphere and climate/ Aerosols and particles/ Ground level ozone/ Acid rain and eutrophication/ Atmosfære og klima/ Aerosoler og partikler Bakkenært ozon Sur nedbør og overgjødsling ABSTRACT (in Norwegian) Denne rapporten omhandler resultater fra overvåkningsprogrammet for langtransportert forurenset luft og nedbør og atmosfæriske tilførsler i 2019. Rapporten presenterer målinger av uorganiske hovedkomponentene i luft og nedbør, partikulært karbonholdig materiale, partikkelmasse og bakkenært ozon. I 2019 ble det observert en uvanlig omfattende episode med høye konsentrasjoner av luftforurensing på flere stasjoner. PUBLICATION TYPE: Digital document (pdf) COVER PICTURE: Source: NILU, Birkenes Observatory © NILU – Norwegian Institute for Air Research NILU’s ISO Certifications: NS-EN ISO 9001 and NS-EN ISO 14001. NILU’s Accreditation: NS-EN ISO/IEC 17025. NILU report 4/2020 Contents Sammendrag ....................................................................................................................... 4 Summary ............................................................................................................................ 6 1 The monitoring programme 2019 ................................................................................. 8 2 The weather in Norway 2019 ...................................................................................... 11 3 Inorganic components ................................................................................................ 13 3.1 Observations in 2019 ................................................................................................... 13 3.1.1 Chemical composition in precipitation ........................................................... 13 3.1.2 Chemical composition in air ............................................................................ 17 3.1.3 Total deposition of sulfur and nitrogen .......................................................... 21 3.2 Trends .......................................................................................................................... 23 3.3 Summary ...................................................................................................................... 30 4 EC and OC .................................................................................................................. 31 4.1 Introduction ................................................................................................................. 31 4.2 Concentrations of OC in PM10, PM2.5 and PM10-2.5 ....................................................... 31 4.3 Concentrations of EC in PM10 and PM2.5 ...................................................................... 32 4.4 Relative contribution of EC and OC to PM ................................................................... 33 4.5 Trends for concentrations of EC and OC ...................................................................... 33 4.6 Concentrations of levoglucosan, mannosan and galactosan in PM10 .......................... 34 4.7 Summary ...................................................................................................................... 35 5 Particulate matter, mass concentrations ..................................................................... 36 5.1 Introduction ................................................................................................................. 36 5.2 PM10, PM2.5 and PM10-2.5 concentrations ...................................................................... 36 5.3 Trends .......................................................................................................................... 39 5.4 Compliance with EU limit values and Air-Quality Guidelines for PM10 and PM2.5 ....... 41 5.5 Chemical composition of particulate matter ............................................................... 42 5.6 Particle number concentrations .................................................................................. 45 5.7 Summary ...................................................................................................................... 45 6 Ground-level ozone .................................................................................................... 46 6.1 Monitoring network ..................................................................................................... 46 6.2 Ground-level ozone in Norway .................................................................................... 47 6.3 Norwegian ozone levels in 2019 .................................................................................. 48 6.4 Exceedances of the limit values for protection of human health ................................ 51 6.5 Exceedance of the threshold values for protection of vegetation .............................. 54 6.6 Long-term trends in ground level ozone...................................................................... 57 6.7 Summary ...................................................................................................................... 62 7 The April 2019 episode ............................................................................................... 63 7.1 Meteorology and ground level ozone .......................................................................... 63 7.2 PM variables ................................................................................................................. 65 8 References ................................................................................................................. 70 Annex 1 Results from the monitoring programme ............................................................. 74 Annex 2 Detailed information of the monitoring programme........................................... 122 2 NILU report 4/2020 Annex 3 Sampling and chemical analysis (incl. background information on PM and EC/OC and levoglucosan) .................................................................................................... 126 3 NILU report 4/2020 Sammendrag Overvåkingsprogrammet for langtransporterte luftforurensninger, som presenteres i denne rapporten, omhandler målinger av svovel- og nitrogenforbindelser i luft og nedbør, elementært og organisk karbon (EC/OC) i partikler, bakkenært ozon, partikkelmasse (PM10 og PM2.5) og størrelsesfordeling av partikkelantall på 16 norske bakgrunnsstasjoner. I tillegg rapporteres målinger av levoglukosan på Birkenes. For første gang rapporteres nivåer av OC og EC for den arktiske stasjonen Zeppelin på Svalbard. Hovedmålet er å kvantifisere nivåene og dokumentere eventuelle endringer i atmosfærisk tilførsel, noe som er viktig for å kunne evaluere luftforurensningenes effekt på økosystem, helse, materialer og klima. Programmet startet i 1973 med målinger av svovel- og nitrogenforbindelser og ble senere utvidet med bakkenært ozon (1985), partikler og EC/OC (2000/1) og størrelsesfordeling av partikkelantall (2010). Kjemisk sammensetning og geografisk fordeling Birkenes i Agder observerer vanligvis de høyeste nivåene av luftforurensning på grunn av nærhet til utslippsområdene på kontinentet. Noen stasjoner i innlandet påvirkes av regional landbruksaktivitet som kan gi relativt høyt ammoniumnivå. De høyeste nivåene av EC, OC og NO2 observeres på Hurdal i Akershus, sannsynligvis på grunn av at denne regionen er relativt tett befolket, og har relativt mye veitrafikk. Målestasjon i Finnmark opplever hvert år høye nivåer av sulfat på grunn av påvirkning fra nærliggende smelteverk på Kola-halvøya i Russland. Den høyeste våtavsetningen av svovel og nitrogen skjer langs kysten fra Agder til Hordaland. Organisk materiale utgjorde den største fraksjonen av PM10 ved alle stasjonene (34 – 46%), fulgt av sekundære organiske forbindelser (SIA) (17 – 29%) og sjøsaltpartikler (6 – 21%), mens mineralstøv ble estimert å utgjøre 13% av PM10 på Birkenes. Både konsentrasjonen og det relative bidraget av SIA og sjøsaltpartikler til PM10 var betydelig høyere ved Birkenes-observatoriet enn for de to andre stasjonene, hvilket reflekterer områdets nærhet til henholdsvis store antropogene utslippsområder på det europeiske