Leisure boat activities and emissions in Sweden

1 SMHI, 2 Chalmers University of Technology

Summary

The Baltic Sea as a whole does not meet the criteria for good environmental status (GES) under descriptors 8 and 9 of the Marine Framework Directive based on a comprehensive evaluation of hazardous substances (HELCOM, 2018). Improved understanding of how human activities affect the Baltic sea is required to be able to more effectively target measures where they can have the greatest benefit.

Shipping has been identified as a significant source of emissions of metals and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in particular to the marine environment. We have developed a new activity model for Swedish leisure boats, using a new mapping of moorings in combination with Automatic Identification System (AIS) data. AIS transmitters are mandatory for larger ships, with gross tonnage over 300, as well as for passenger ships in international traffic. The use of AIS among leisure boats is therefore generally lower than for commercial traffic, but many boat owners still use AIS voluntarily, for example for safety reasons. Therefore, AIS data does not provide full temporal and spatial cover-age of leisure boats, but the data can be used, among other things, to produce a generic time variation for leisure boat activity.

The activity model combines AIS data for the year 2023, and a new dataset on Swedish moorings of leisure boats along the entire coast of Sweden, mapped using satellite imagery. The activity model is also based on information from the boating survey where boat owners estimated how often they use their boat, the distance sailed and what type of boat they use (Swedish Transport Agency, 2020). The model then assumes a Gaussian distribution of activity, concentrated at moorings and with a greater probability of boat activity closer to land. By modelling the activity for 232 963 leisure boats, we estimate a total fuel use of 27 330 tonnes. Antifouling paints release 18.9 tonnes of copper and 15.9 tonnes of zinc.

As a complement to the activity model, Shipair has also been used (Segersson, 2013) to model the emissions of larger leisure boats. Shipair models emissions based on time series of boat positions available through AIS. AIS data also tracks longer trips, between different ports, which are not covered by the activity model. Although only about 6 000 leisure boats are equipped with AIS transponders, 11.1 % of the entire fleet's travelled distance is covered by these boats. However, the modelled fuel consumption is only 5.2 % of the total fuel consumption estimated by the activity model, since a large proportion of the boats are assumed to be sailing boats.

The findings presented in this study can serve as input data for dispersion modelling to estimate atmospheric and marine pollutant concentrations. Moreover, the model can be adapted to assess additional environmental pressures on the marine ecosystem, including underwater noise, physical disturbances, and unburned fuel emissions from two-stroke engines. Additionally, it can be used to analyse the effects of different policy scenarios, offering valuable insights into how regulations influence emissions in both the atmosphere and marine environment.

Sammanfattning (sve)

Större delen av Europas havsområden når inte upp till en tillfredsställande miljöstatus enligt deskriptor 8 (farliga ämnen) och deskriptor 9 (farliga ämnen i livsmedel) i havsmiljödirektivet. Förbättrad förståelse kring hur olika mänskliga aktiviteter påverkar olika havsområden krävs för att mer effektivt kunna rikta åtgärder där de kan göra störst nytta.

Sjöfart har identifierats som en betydande källa till utsläpp av särskilt metaller och polycykliska aromatiska kolväten (PAHer) till havsmiljön. Vi har tagit fram en ny aktivitetsmodell för svenska fritidsbåtar med hjälp av en ny kartering av bryggor baserat på satellit-bilder i kombination med Automatic Identification Systemdata (AIS). AIS-sändare är obligatoriska för större fartyg, med bruttodräktighet över 300, samt för passagerarbåtar i internationell trafik. Användandet av AIS bland fritidsbåtar är därför generellt lägre än för den kommersiella trafiken, men många båtägare använder ändå AIS frivilligt, till exempel av säkerhetsskäl. Därför ger AIS-data ingen full tidsmässig och rumslig täckning av fritidsbåtar, men uppgifterna kan bland annat användas för framtagandet av en generisk tidsvariation för fritidsbåtsaktivitet.

Aktivitetsmodellen kombinerar AIS-data för år 2023, och ett nytt dataset över svenska bryggor framtagen i tidigare projekt av Chalmers där förtöjningsplatser för fritidsbåtar längs hela Sveriges kust kartlagts med hjälp av ortofoton från Lantmäteriet tagna under 2020–2022. Aktivitetsmodellen bygger även på information från Båtlivsundersökningen där båtägare skattat hur ofta de använder sin fritidsbåt, seglad sträcka och vilken typ av båt de använder (Transportstyrelsen 2020). Modellen antar sedan en Gaussisk spridning av aktiviteten, koncentrerat vid förtöjningsplatser och med större sannolikhet för båtak-tivitet närmare land. Genom att modellera aktiviteten för 232 963 fritidsbåtar, uppskattar vi en total bränsleanvändning av 27 330 ton. Från bottenfärger släpps 18,9 ton koppar och 15,9 ton zink.

Som ett komplement till aktivitetsmodellen har även Shipair används. Shipair modellerar emissioner baserat på tidsserier av båtpositionerna som är tillgängliga genom AIS. AIS-data visar även längre turer, mellan olika hamnar, som inte omfattas av aktivitetsmodellen. Trots att bara cirka 6 000 fritidsbåtar är utrustade med AIS-sändare, täcks 11,1 % av hela flottans färdsträcka av dessa båtar. Den modellerade bränsleförbrukningen utgör dock bara 5,2 % av den totala bränsleförbrukningen som estimeras av aktivitetsmodellen, eftersom det är en stor andel av båtarna som antas vara segelbåtar.

Resultaten från modellerna kan användas som indata för spridningsmodellering för att estimera atmosfäriska och marina koncentrationer av olika föroreningar. Dessutom har modellerna potential att inkludera och utvärdera andra miljöbelastningar på det marina ekosystemet, såsom undervattensbuller, fysiska störningar och oförbrända bensinutsläpp från tvåtaktsmotorer. Dessutom kan modellerna användas för att utvärdera effekterna av olika åtgärder, vilket ger insikter om lagstiftningens inverkan på utsläpp till atmosfären och den marina miljön.