Transcript Modelowanie stężeń pyłu

MODELOWANIE STĘŻENIA PYŁU PM10 I PM2.5
EMITOWANEGO ZE ŹRÓDEŁ CIEPŁA W REGIONIE
PRZYGRANICZNYM Z CZECHY-POLSKA
Dr Czesław Kliś
Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych, Katowice
Zadanie modelowania stężeń pyłu
W ostatnim czasie głównym zanieczyszczeniem
kształtującym jakość powietrza jest pył. Projekt
koncentrował się na ustaleniu w jakim stopniu
lokalna emisja pyłu z instalacji grzewczych w
budynkach mieszkalnych kształtuje stężenia pyłu.
Zgodnie z założeniami, projekt przewidywał
przeprowadzenie modelowania stężeń pyłu PM10 i
PM2,5 ze źródeł komunalnych dla oceny jaki wpływ
na jakość powietrza ma emisja pyłu z instalacji
grzewczych w indywidualnych budynkach
mieszkalnych
Ustalony zakres modelowania stężeń pyłu
Uściślając zadanie przyjęto, że modelowanie stężeń
pyłu PM10 i PM 2.5 ze źródeł emisji związanych
z instalacjami grzewczymi w budynkach
mieszkalnych wykonane będzie oddzielnie dla
każdej jednostki administracyjnej w strefie
objętej projektem dla okresów grzewczych
(styczeń-kwiecień), (wrzesień-grudzień) w latach
2006-2007.
Schemat obliczeń stężeń pyłu
GIS
METEO
Preprocesor Calmet
Baza emisji
Sterownik obliczeń
Calpuff
Baza
wyników
Serwer
www
Baza danych GIS
Podstawowa baza danych GIS projektu zawiera:
1. Granice wszystkich jednostek administracyjnych,
2. Granice zidentyfikowanych obszarów zabudowy w
jednostkach administracyjnych,
3. Współrzędne receptorów reprezentatywnych dla każdego
obszaru zabudowy,
Dane te dostępne na stronie projektu z poziomu przeglądarki
Google Map
Ponadto baza zawiera dane robocze:
1. Dane o wysokości terenu.
2. Dane o sposobie użytkowania terenu
Domena modelu
Program Calpuff wymaga zdefiniowania domeny, w
której są przeprowadzone obliczenia rozkładów
stężeń
Przyjęto, że domeną dla projektu jest siatka kilometrowa
o wymiarach 380x260 km z centrum w punkcie
17oE, 49oN
Domenę rzutowano z układu geograficznego przy
pomocy transformacji Lambert Conic Conformal dla
wiernego zachowania powierzchni obszarów emisji.
Domena pokrywa całą strefę przygraniczną.
Model wysokości terenu
Program Calpuff wymaga precyzyjnej informacji o
wysokości terenu.
Przy pomocy danych z europejskich zasobów
mapowych oraz własnych danych wyznaczone
zostały wysokości terenu w węzłach siatki oraz
został opracowany program do interpolacji
wysokości wszystkich obiektów (granice
obszarów emisji, receptory itp.)
Mapa użytkowania ziemi
Dla obliczenia szorstkości terenu program Calpuff
wymaga informacji o sposobie użytkowania
terenu.
Informacje na ten temat zostały opracowane na
podstawie zasobów europejskich (w tym danych
CORINE)
Na tej podstawie została przygotowana odpowiednia
warstwa informacyjna dla programu Calpuff
Obszarowe źródła emisji pyłu ze spalania
paliw w indywidualnych gospodarstwach
domowych
Założono, że na terenie każdej jednostki
administracyjnej znajdują się skupiska emitorów
określane jako źródła obszarowe.
Granice obszarów emisji zostały wyznaczone
poprzez inwentaryzację satelitarną (CORINE)
Dane o wielkości emisji pyłu zostały zgromadzone w
trakcie realizacji poprzednich etapów projektu.
Wszystkie te dane są dostępne na stronach projektu
prezentujących inwentaryzację emisji pyłu.
Obszarowe źródła emisji pyłu ze spalania
paliw w indywidualnych gospodarstwach
domowych
Biorąc pod uwagę gęstość rozmieszczenia budynków, obszary
emisji zostały podzielone na 3 grupy możliwe do
zidentyfikowania na podstawie klasyfikacji CORINE:
1. Zabudowa zwarta,
2. Zabudowa rozproszona,
3. Zabudowa silnie rozproszona .
Według wcześniejszych badań przyjęto że emisja ze spalania
paliw przypadająca na jednostkę powierzchni w obszarze
o zabudowie rozproszonej jest 2-krotnie mniejsza niż w
obszarze o zabudowie zwartej, a w obszarze o zabudowie
silnie rozproszonej 4-krotnie mniejsza.
Przykład: obszary emisji w gminie Pszczyna (Google Map)
Przykład: obszary emisji w gminie Pszczyna (CORINE)
Przykład rekordu bazy danych elementarnych
obszarów emisji w gminie Pszczyna (CALPUFF)
[('x',[325.411, 325.434, 325.392, 325.411]),
('y',[ 76.614, 76.629, 76.670,76.614]),
('gid','241005'),
('nam','Pszczyna'),
('sid', 1543),
('typ', 2),
('x_c',325.4),
('y_c',76.6),
('z_c',258.0),
('h', 7.5),
('sig',1.0),
(('pm10',3.56e-08),
('pm2_5',3.46e-08),
('area', 779),
('sop', 853706)]
Baza danych meteorologicznych
Do modelowania warunków meteorologicznych w
strefie przygranicznej w latach 2006-2007
wykorzystano:
• Dane z naziemnych stacji meteorologicznych z
obszaru strefy przygranicznej z zasobów NOAA
• Dane z globalnego modelowania
meteorologicznego NOAA (fnl)
• 1-godzinne dane meteorologiczne uzyskane w
IETU przy pomocy modelu meteorologicznego
MM5 dla lat 2006-2007 w węzłach siatki 9x9km
pokrywającej całą strefę objętą projektem
CALMET
Generator danych meteorologicznych
Do modelowania rozkładów stężeń zanieczyszczeń
powietrza przy pomocy CALPUFF konieczne jest
uzyskanie danych meteorologicznych dla węzłów
domeny z krokiem 1 godzinnym
Dla modelowania danych meteorologicznych
wykorzystano program CALMET skompilowany
w środowisku Linux dla siatki podstawowej
380x260 węzłów
Czas obliczeń danych meteorologicznych - 480h
(czas procesorów)
Metoda wyznaczania emisji pyłu w funkcji
temperatury otoczenia
Emisja zanieczyszczeń ze spalania paliw do celów
grzewczych bardzo mocno zależy od bieżących
warunków meteorologicznych.
Do określenia emisji pyłu w funkcji temperatury
otoczenia wykorzystano metodykę liczenia emisji
zanieczyszczeń ze spalania paliw stosowaną w
Republice Czeskiej. Opiera się ona na wyrażeniu
wielkości emisji zanieczyszczeń w funkcji
różnicy temperatury otoczenia i bazowej
temperatury komfortu cieplnego 21oC.
Moduł sterujący obliczeniami CALPUFF
Za realizację obliczeń stężeń pyłu odpowiadał moduł
sterujący, którego zadaniem było:
1. Przygotowanie danych wejściowych do obliczeń
stężeń pyłu w czasie kolejnej doby (pliku
calpuff.inp - zawiera dane do obliczeń)
2. Uruchomienie programu CALPUFF
3. Odebranie wyników obliczeń
4. Wyznaczenie stężeń średniodobowych
5. Przesłanie wyników do tabeli asis w bazie danych
CALPUFF
Obliczenia stężeń pyłu przeprowadzono przy
pomocy programu CALPUFF v5-8
(skompilowanego przy pomocy kompilatora pgi)
na klastrze złożonym z 4 komputerów
czteroprocesorowych w środowisku Linux
(Fedora10).
Łączny czas pracy procesorów dla obliczeń stężeń
wynosił ponad 2100 godz.
Szczegółowe wyniki modelowania dla
obszarów emisji
Szczegółowe wyniki modelowania zawiera tabela
asis w bazie danych
Tabela asis składa się z rekordów opisujących dla
każdej doby i każdego obszaru emisji :
• średniodobowe stężenie pyłu PM2,5;
• średniodobowe stężenie pyłu PM10;
• średnie składowe wektora wiatru;
• średnią temperaturę.
Wyniki są dostępne na stronie internetowej projektu
Szczegółowe wyniki modelowania dla
obszarów emisji
Syntetyczne wyniki modelowania stężeń pyłu
dla jednostek administracyjnych
Syntetyczne wyniki modelowania zostały
opracowane dla porównania poziomu stężeń pyłu
PM2,5 i PM10 powodowanego przez lokalne
emisje pyłu z instalacji grzewczych w budynkach
mieszkalnych w każdej jednostce
administracyjnej w obszarze przygranicznym.
Wyniki są dostępne na stronie internatowej projektu.
Syntetyczne wyniki modelowania stężeń pyłu
dla jednostek administracyjnych
Zestaw danych charakteryzujących stężenia pyłu w danym
roku zawiera:
• Średnie stężenie pyłu PM2,5 w okresach grzewczych.
• Średnie stężenie pyłu PM10 w okresach grzewczych.
• Najwyższe średniodobowe stężenie pyłu PM10 w
okresach grzewczych.
• Liczbę dni w czasie których średniodobowe stężenie pyłu
PM10 przekraczało 5 µg/m3, 10 µg/m3 25 µg/m3, 50
µg/m3, 100 µg/m3.
Ponadto zestaw zawiera listę 35 dni z najwyższymi
stężeniami pyłu PM10
Syntetyczne wyniki modelowania stężeń pyłu
dla jednostek administracyjnych
Dziękuję za uwagę