Transcript Современная городская метеорология

А.С.ГАВРИЛОВ
д.ф.м.н, профессор
Российский государственный гидрометеорологический университет
СОВРЕМЕННАЯ ГОРОДСКАЯ
МЕТЕОРОЛОГИЯ:
ЦЕЛИ, ЗАДАЧИ, ПЕРСПЕКТИВЫ
ТЕНДЕНЦИИ И ПРОТИВОРЕЧИЯ
ТРЕБОВАНИЯ:
•
•
Улучшение пространственной детализации метеорологического
обеспечения;
Расширение традиционных сфер метеорологического обеспечения
муниципальных служб, промышленных предприятий и населения
(комфортность, риск здоровью, экологическая безопасность).
ПРЕДПОСЫЛКИ :
•
•
Создание плотных территориальных сетей автоматизированного
атмосферного мониторинга;
Региональные модели (разрешение свыше 1км) =>
Микромасштабные модели города (разрешение менее 2м).
ПРОТИВОРЕЧИЯ:
•
•
•
Устаревшая методическая база Росгидромета РФ и непреодолимые
проблемы по внедрению новых технологий;
Резкое снижение квалификации на всех уровнях;
Демпинговое внедрение устаревших западных технологий.
I
2
0
0
Мегаполисы
ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ
Поле ветра
Вероятность скорости ветра ниже 1 м/с (%)
Реконструкция с помощью модели
ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ
Загрязнение атмосферы (NO2, мкг/м3)
Реконструкция с помощью модели
ОСНОВНЫЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
Ни при каком экономически обоснованном числе постов мониторинга (вплоть до
нескольких тысяч на территории мегаполиса) не удается корректно решить задачу
пространственного анализа метеорологических величин и характеристик загрязнения атмосферы.
В основе методов интерпретации на редких сетях наблюдений лежит привлечение в
качестве дополнительной информации хотя и весьма неточных, но зато пространственно
непрерывных данных. Для города к их числу, в первую очередь, следует отнести результаты
расчетов с использованием методов математического моделирования.
Моделирование
Расчетные
модели
Усвоение
данных
Оценка
уровней
воздействия
Измерения
Выбросы
МОДЕЛИРОВАНИЕ
ГОРОДСКОЙ АТМОСФЕРЫ
Эмпирикостатистические
модели
Аналитические решения
уравнения для заданных
моделей коэффициентов
+
Эмпирическая информация
ОНД-86
Модели на основе
лагранжевого
метода описания
Полуэмпирическое
уравнение
турбулентной диффузии
Одномерные
(1D)
численные
модели
ADMS
urban
Двумерные
(2D)
численные
модели
Трехмерные
(3D)
численные
модели
Траекторные
лагранжевы
модели
Стохастические
модели (метод
Монте-Карло)
ГДМ+МК
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ГОРОДСКОЙ АТМОСФЕРЫ
ГДМ+МК
Препятствия
Основные уравнения динамики
 Ri a
 u~i
1 p
 ~
 2 i a  au 
 ua
 i ,
dt
  xi
 xa
 xa
d ui
 ua
 xa
Траектории
0
,
Источник
Основное уравнение диффузии
dX ik
 ui [ X ik (t ), t ],
dt
X ik (t0 )  xi0
Граничные условия на зданиях
R  12u2 ,
R  22u2 ,
R  32u2 ,
u  U  (a ) / ln
a
0
R  U2 ,
R  0
P
0

Пример краткосрочного прогноза загрязнения атмосферы выбросами
объектов энергетики
Примесь: Азота диоксид
Область: 25*25 кв.км
ПРИМЕР РАСЧЕТА СРЕДНЕГОДОВОГО ПОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
NO2 (мкг/м3)
Область: 3*3 кв. км
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ПЛОЩАДКИ ДЛЯ
ВЕРИФИКАЦИИ МОДЕЛИ
Database
СБОРКА РАСЧЕТНОЙ КАРТЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
для территории 40*40 кв.км с разрешением 4м
II. Расширение ядерного
энергетического потенциала РФ
Сосновый Бор:
от ЛАЭС к ЛАЭС-1 и ЛАЭС-2
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГРАДИРЕН НА
МИКРОКЛИМАТ МЕСТНОСТИ
Область модели
АПС
(30*30 км2)
Lz=500м
Область модели
ГТДМ
Lx=1000м
Траектории МК-модели
ДИНАМИЧЕСКОЕ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ ВЛИЯНИЕ
ГРАДИРЕН НА АТМОСФЕРУ
400
Z, м
300
200
100
0
400
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Z, м
300
200
100
0
100
x, м
Основные эффекты воздействия
пароконденсатного факела градирен на окружающую среду
Результаты исследований с использованием численных моделей
Испарение
Ветер
Конденсация
Осаждение
Вода
Соль
Соль
Выброс 4-х градирен
Пар: ~ 4000 куб.м/час
Вода: ~ 7 т/час
Соль: ~ 60 кг/час
Ближняя зона ~2 км
Рост температуры:
Рост влажности:
Осаждение воды:
Ледяные отложения зимой:
Осаждение соли:
Дальняя зона ~ 3-10 км
Осаждение соли:
4- 8 ºС
0.5 - 1 г/кв.м в год
6-10 %
1- 3 мм/час
6- 8 см
4- 5 г/кв.м в год
СРЕДНЕСЕЗОННЫЕ ВЕЛИЧИНЫ
ИНТЕНСИВНОСТИ ОСАЖДЕНИЯ
ВОДЫ (мм/час)
СРЕДНЯЯ ТОЛЩИНА НАМЕРЗАНИЯ
ЛЬДА ЗИМОЙ (мм/сезон)
Интенсивность осаждения соли
(мг/кв.м в сутки)
Система аварийной безопасности ЛАЭС-1
Демонстрация развития ситуации в реальном времени на учениях под международным
контролем 21.09.2007 г.
ПЕРСПЕКТИВЫ
• Оперативное получение сведений о текущем загрязнении
атмосферы города с высоким пространственным разрешением;
• Краткосрочный прогноз (24-36 часов) загрязнения атмосферы
города на основании фонового синоптического прогноза;
• Построение оперативных карт зон поражения при аварийных
химических и радиоактивных выбросах;
• Выявление в оперативном режиме несанкционированных
источников выбросов;
• Построение климатических карт загрязнения высокого
пространственного разрешения для районов и микрорайонов
городской территории;