Strona poprawnie działa w przeglądarkach IE 8.0 i wyżej, Firefox 3.6 i wyżej, Chrome 9 i wyżej, Opera 11 i wyżej oraz na platformie mobilnej iPhone, Android, Windows Mobile 6 i wyższe, Windows Phone 7 i wyższe.
X

SYSTEM PROGNOZOWANIA ROZPRZESTRZENIANIA ZANIECZYSZCZEŃ POWIETRZA

FORECASTING OF AIR POLLUTION PROPAGATION SYSTEM

Opis systemu prognozowania


System FAPPS:

System Prognozowania Rozprzestrzeniania Zanieczyszczeń Powietrza

Forecasting of Air Pollution Propagation System


Wielozadaniowy system, funkcjonujący na dwóch poziomach dostępności:


Dostęp swobodny:

  • mapy diagnostyczne i prognostyczne stężeń zanieczyszczeń powietrza
    (PM10, PM2.5, NO2, SO2),

  • mapy wskaźnika wentylacji (pilotażowo dla Krakowa),

  • informacje o zagrożeniach zdrowotnych wskutek pogorszenia jakości powietrza

Dostęp po zalogowaniu:

  • moduł systemu wspomagający zarządzanie poważnymi awariami,

  • osłona meteorologiczna procesów technologicznych grożących uwolnieniem do powietrza niebezpiecznych substancji,

  • ocena wpływu projektowanych emitorów na środowisko


System FAPPS (Hajto i in. 2012, Godłowska i in. 2012, Godłowska i in. 2011a, Godłowska i in. 2011b) działa na bazie zespołu następujących modeli

  • numeryczna prognoza pogody ALADIN,

  • niehydrostatyczny, mezoskalowy model meteorologiczny MM5,

  • preprocesor meteorologiczny CALMET,

  • dyspersyjny model obłoku CALPUFF.



  1. ALADIN – Zapewnia warunki początkowe i brzegowe dla modelu MM5

  2. MM5 - Prognozuje pola meteorologiczne

  3. CALMET - Oblicza głębokość mieszania, klasę stabilności, kinematyczne efekty terenu, termodynamiczne efekty występujące w terenie nachylonym oraz blokujące efekty występowania przeszkód terenowych

  4. CALPUFF - Oblicza prognozy stężeń zanieczyszczeń


Do przygotowania prognostycznych pól meteorologicznych, determinujących proces dyspersji zanieczyszczeń służą modele ALADIN i MM5 (PSU/NCAR 2005) oraz preprocesor meteorologiczny CALMET (Scire i in. 2005a). Dane CALMET służą także przygotowaniu map prognostycznych wskaźnika wentylacji ( Ventilation Index VI )

Model dyspersji obłoku CALPUFF (Scire i in. 2005b)służy do przygotowania prognostycznych pól stężeń zanieczyszczeń.

Obliczenia wykonywane są w oparciu o dane z inwentaryzacji emisji zanieczyszczeń dla województwa małopolskiego z 2010 roku oraz dane z europejskiej bazy danych EMEP (The European Monitoring and Evaluation Programme). Uwzględniono zmienność roczną i dobową emisji charakterystyczną dla różnych rodzajów źródeł emisji wg. kategorii SNAP (Selected Nomenclature for sources of Air Pollution).

System FAPPS uruchamiany jest na danych ALADIN z godziny 00:00 UTC z horyzontem prognozy 50 godzin. Umożliwia to przygotowanie prognoz stężeń godzinowych i dobowych SO2, NO2, PM10 i PM2.5 dla dwóch kolejnych dni. Uwzględniane są przemiany chemiczne związków siarki i azotu MEZOPUFF II (SO2, SO4, NOx, NO3, HNO3). Prognozy stężeń zanieczyszczeń obliczane są z rozdzielczością 5 km dla Województwa Małopolskiego oraz z rozdzielczością 1km dla Krakowa. W obu przypadkach uwzględniany jest napływ spoza domeny obliczeniowej.

Wykorzystanie w systemie FAPPS modelu dyspersji obłoku CALPUFF umożliwia prognozę rozprzestrzeniania się różnorodnych zanieczyszczeń (także radioaktywnych) z wybranych lub projektowanych źródeł punktowych, powierzchniowych, liniowych i objętościowych. Taka opcja systemu jest dostępna dla uprawnionych użytkowników i umożliwia ocenę wpływu emisji zanieczyszczeń z takich emitorów na środowisko, osłonę procesów technologicznych grożących awaryjnym uwolnieniem substancji do powietrza oraz prognozowaniem stref zagrożeń.



Bibliografia

Hajto M. J., Godłowska J., Kaszowski W., Tomaszewska A.M.; 2012, System prognozowania rozprzestrzeniania zanieczyszczeń powietrza FAPPS – założenia, możliwości, rozwój. [W:] Ochrona powietrza w teorii i praktyce. T. 2 (red. Konieczyński J.), Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN, Zabrze, s. 89-96. (Hajto i in. 2012.pdf)

Godłowska J., Kaszowski W., Hajto M. J., Tomaszewska A.M.; 2012, Wpływ sposobu przygotowania meteorologicznych danych wejściowych w systemie FAPPS na jakość pola wiatru i głębokości mieszania. Konsekwencje dla prognozy PM10. [W:] Ochrona powietrza w teorii i praktyce. T. 2 (red. Konieczyński J.), Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN, Zabrze, s. 75-88. (Godłowska i in. 2012.pdf)

Godłowska J., Kaszowski W., Hajto M. J., Rozwoda W.; 2011a, Wpływ parametryzacji warstwy granicznej atmosfery i asymilacji danych obserwacyjnych na wyniki zespołu modeli ALADIN/MM5/CALMET/CALPUFF. Wiad. MHGW t.5(55), z.4, s.19-47. (Godłowska i in. 2011a.pdf)

Godłowska J., Kaszowski W.; 2011b, Uruchomienie zespołu modeli ALADIN/MM5/CALMET/CALPUFF. Wiad. MHGW, t. 5 (55), z. 1-2, s. 69-88.

(Godłowska i in. 2011b.pdf)

PSU/NCAR Mesoscale Modeling System Tutorial Class Notes and Users' Guide (MM5 Modeling System Version 3). Mesoscale and Microscale Meteorology Division, National Center for Atmospheric Research (NCAR), 2005 (http://www.mmm.ucar.edu/mm5/documents/tutorial-v3-notes.html )

Scire J. S., Robe F. R., Fernau M. E., Yamartino R. J., 2000a: A user’s guide for the CALMET Meteorological Model (Version 5.0). Earth Tech, Inc., Concord, MA (www.src.com/calpuff/download/CALMET_UsersGuide.pdf ).

Scire J. S., Strimaitis D. G., Yamartino R.J., 2000b: A user’s guide for the CALPUFF Dispersion Model (Version 5.0). Earth Tech, Inc., Concord, MA (www.src.com/calpuff/download/CALPUFF_UsersGuide.pdf).


Serwis internetowy FAPPS powstał w ramach projektu rozwojowego własnego NR14-0013-10/2010 „Utworzenie systemu prognozowania rozprzestrzeniania zanieczyszczeń powietrza, opartego o meteorologiczne modele mezoskalowe oraz dyspersyjny model obłoku”, realizowanego w IMGW-PIB, finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

Zakład Monitoringu i Modelowania Zanieczyszczeń Powietrza IMGW - PIB Oddział w Krakowie

Numeryczna prognoza pogody ALADIN


Model ALADIN jest modelem hydrostatycznym. Opisuje zjawiska o skalach przestrzennych od 7 km do około 1000 km. Przykładami takich zjawisk są linie frontów, tornada, huragany, fale stojące, skupiska chmur, wpływ gór (orografii) oraz zbiorników wodnych (oceanu, mórz, jezior), wpływ miast oraz większych burz. Pozostałe zjawiska (szczególnie te o mniejszych skalach) są w modelu parametryzowane. Umożliwia to ujęcie w schemacie modelu drobnoskalowych zjawisk pogodowych (jak np. punktowe powodzie - flash flood - lub mniejsze burze), jednak stanowi także potencjalne źródło błędów prognozy (jak każde uproszczenie).

W systemie FAPPS wykorzystano prognozy z modelu ALADIN z godz. 00:00 UTC z krokiem prognozy 3 godziny, horyzontem czasowym prognozy 54 godziny i rozdzielczością przestrzenną 7 km.

Dane z modelu ALADIN służą, jako warunki początkowe i brzegowe dla modelu MM5.

×

Model meteorologiczny MM5


Model MM5 [1] jest mezoskalowym, niehydrostatycznym modelem meteorologicznym rozwiniętym przez PSU/NCAR (Pennsylvania State University / National Center for Atmospheric Research ) w USA, szeroko stosowanym w wielu krajach. Jest przeznaczony do symulacji i prognozowania stanu atmosfery na danym (ograniczonym) obszarze. Jego następcą jest WRF (Weather Research and Forecasting Model). Obliczenia modelu w systemie FAPPS wykonywane są w punktach definiowanych przez prostokątne siatki gridowe trzech domen obliczeniowych o różnej rozdzielczości poziomej (13.5, 4.5 i 1.5 km) (rys. 1) oraz 34 poziomy ciśnieniowe (rys.2).


Rys 1. Domeny obliczeniowe modelu MM5 w systemie FAPPS



Rys.2. Pionowa (na lewo) i pozioma (na prawo) struktura modelu MM5 wg. PSU/NCAR Mesoscale Modeling System Tutorial Class Notes and Users' Guide (MM5 Modeling System Version 3)

×

Preprocesor meteorologiczny CALMET


Model CALMET jest diagnostycznym modelem meteorologicznym uwzględniającym kinematyczne efekty terenu, przepływy w terenie nachylonym oraz blokujące efekty terenu dla właściwego odtworzenia pola wiatru w skomplikowanym terenie. Dodatkowo CALMET zawiera procedury do obliczenia wysokości warstwy mieszania oraz określenia stanu równowagi atmosfery. Stosowane jest odmienne podejście w przypadku obliczeń nad gruntem niż w przypadku obliczeń nad powierzchnią wody.

×

Model dyspersji obłoku CALPUFF


CALPUFF jest niestacjonarnym modelem Lagrange’a, wykorzystującym w obliczeniach równania Gaussa, pozwalającym uwzględnić wpływ skomplikowanej orografii, uskok wiatru, transport zanieczyszczeń nad zbiornikami wodnymi, procesy atmosferyczne występujące w strefie brzegowej, oddziaływanie z budynkami i kominami, procesy wymywania zanieczyszczeń przez opady, suchą depozycję zanieczyszczeń oraz proste przemiany chemiczne związków siarki i azotu.


Cechy charakterystyczne modelu CALPUFF:


  1. Emisja realizowana jest w postaci maleńkich obłoków (puffs - ok. 1000/sek), których rozmiar powiększa się w miarę upływu czasu z szybkością zależną od stanu równowagi atmosfery i których przemieszczanie się w atmosferze jest zdeterminowane przez meteorologię. Istnieje możliwość podziału obłoku, jeśli jego rozmiar przekracza rozmiar oczka siatki modelu.

  2. Możliwe jest modelowanie rozprzestrzeniania zanieczyszczeń pochodzących z emitorów punktowych (POINT), objętościowych (VOLUME), powierzchniowych (AREA) i liniowych (LINE). Emitory punktowe to najczęściej kominy. W CALPUFF przy modelowaniu rozprzestrzeniania zanieczyszczeń z takich źródeł uwzględnia się parametry takie jak: wysokość i średnica komina oraz temperatura i prędkość gazów wylotowych. W przypadku emisji niezorganizowanej (np. w obszarach zamieszkanych) CALPUFF umożliwia wprowadzenie emitorów zastępczych VOLUME lub AREA. Dla źródeł VOLUME określa się współrzędne środka obszaru emisji, średnią wysokość źródeł emisji oraz rozmiary poziome i pionowe emitora zastępczego. Dla źródeł AREA podawane są współrzędne wierzchołków czworokątnego obszaru emisji. Źródła VOLUME stosuje się w przypadku modelowania rozprzestrzeniania zanieczyszczeń z wielu rozproszonych źródeł o różnej wysokości punktu emisji, zaś AREA najczęściej w przypadku emisji z jakiejś powierzchni – np. w pożarach lasów. Źródła LINE stosuje się przy modelowaniu zanieczyszczeń z emitorów liniowych, takich jak systemy napowietrznych rurociągów czy pasów transmisyjnych. Emisja komunikacyjna może być, zależnie od skali, traktowana w systemie CALPUFF albo jako emisja ze źródeł VOLUME albo jako emisja ze źródeł AREA.

  3. Emitowane substancje podlegają przemianom chemicznym, procesom suchej depozycji i wymywania przez opady. W systemie FAPPS zastosowano schemat MEZOPUFF II, uwzględniający przemiany chemiczne SO2, SO4, NOx, NO3, HNO3.

  4. W CALPUFF istnieje możliwość określenia zmienności emisji zanieczyszczeń. W systemie FAPPS uwzględniana jest dominująca dla danej kategorii źródeł emisji zmienność dobowa, roczna lub mieszana – sezonowo-dobowa.

×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×