close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Эффекты влияния природных

код для вставкиСкачать
Новые технологии и методы
прогнозирования
качества воздуха
Кузнецова И. Н., Зарипов Р.Б., Нахаев М.И., Коновалов И.Б.,
Звягинцев А.М., Семутникова Е.Г.
ФГБУ«Гидрометцентр России», Москва muza@mecom.ru
ФГБУН Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород
ФГБУ Центральная аэрологическая обсерватория, Долгопрудный
ГПБУ Мосэкомониторинг, Москва
Часть 1. Развитие системы численного моделирования
загрязнения приземного воздуха
•
Одной из главных задач мониторинга состояния атмосферы является предсказание
опасных для окружающей среды явлений - и экстремальных величин, и резких
изменений: морозы и жара, ливни и шквалы, перепады давления и температуры.
Быстрое развитие МА: ММ5, WRF, COSMO…
Мониторинг качества окружающей среды
за рубежом принятие законов о качестве воздуха
стимулировало быстрое развитие ХТМ на фоне
стремительно растущей сети автоматизированного
контроля.
Сегодня – международная кооперация,
свободно распространяемые ХТМ –
химической погоды в Европе
портал
У нас отставание техническое, следовательно,
и методологическое.
За рубежом – особое внимание эпизодам загрязнения (air pollution, aerozol, ozone).
И в наших исследования они являются важным объектом с позиций изучения условий
их формирования и возможности заблаговременного предсказания.
Типовой суточный ход концентраций СО на городских
станциях Москвы при НМУ (4 срока Росгидромета)
концентрации мг/м3
Полнота оценки состояния окружающей среды зависит от технических средств
мониторинга, которые во многом определяют развитие средств
прогнозирования.
Для создания зарубежных аналогов в Московском регионе наиболее
благоприятные условия :
• сеть АСЗКА «Мосэкомониторинг». Рис…. (суточные максимумы)
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ч
маг
смеш
жил
• расширенный список загрязняющих веществ,
в т.ч. рекомендованные ВОЗ (Озон, РМ10)
Повторяемость эпизодов концентраций О3
выше ПДКм.р. (≥160 мкг м-3) в Московском регионе
год
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
Кол-во
Кол-во
эпизодов
дней
Москва
4
9
1
2
1
1
1
1
4
6
3
3
1
1
0
0
2 (5)
20(35)
2 (3)
2(7)
О3 мах
ИФА РАН Зеленоград Звенигород
254
174
157
132
193
171
176
172
176
157
155
163
330
508
403
210
183
186
Озоновые Эпизоды 2012 г: 22.05, 8.07 и 1-4.08.
«Мосэкомониторинг»
4.
2
01
08
2
.0
4.
20
15
12
.0
4.
20
22
12
.0
4.
20
29
12
.0
4.
20
06
12
.0
5.
20
13
12
.0
5.
20
20
12
.0
5.
20
27
12
.0
5.
20
03
12
.0
6.
20
10
12
.0
6.
20
17
12
.0
6.
20
24
12
.0
6.
20
01
12
.0
7.
20
08
12
.0
7.
20
15
12
.0
7.
20
22
12
.0
7.
20
29
12
.0
7.
20
05
12
.0
8.
20
12
12
.0
8.
20
19
12
.0
8.
20
12
01
.0
Концентрация РМ10, мкг м-3
Аэрозольное загрязнение (PM10) теплый сезон
2012 : Москва 5-6 эпизодов
140
РМ10
120
100
Марьинский парк
Зеленоград мр 11
МГУ
Косино
Спиридоновка ул.
Останкино 0
Звенигород
ПДК
80
60
40
20
0
НМУ и эпизоды РМ10 . Пыльца.
500
-3
450
100
400
75
Шаболовка ул.
Марьинс кий парк
Зеленоград мр 11
МГУ
Косино
Спиридоновка ул.
Ос танкино 0
Ср.с ут
50
350
10 м
, мкг
25
300
17.8
11.8
5.8
30.7
24.7
18.7
12.7
6.7
30.6
24.6
18.6
12.6
6.6
31.5
25.5
19.5
13.5
7.5
1.5
25.4
19.4
13.4
7.4
1.4
250
200
150
100
Концентрация РМ
50
0
1
5
10
15
20
1 - 30 апреля 2012 г
25
30
Загрязнение атмосферы продуктами горения
биомассы (в ед. ПДК). Лето 2010 г. Москва
Самые высокие уровни загрязнения в городе - при адвекции продуктов
горения, в т.ч., продуктов фотохимических реакций – более токсичных, чем
эмиссии природных пожаров
4,0
О3
РМ10
СО
NO2
3,0
НМУ
2,0
1,0
0,0
НМУ
НМУ
2 августа 2010. MODIS
М
Н.Н
Жители больших городов при пожарах
испытывали более сильное негативное воздействие за счет аккумулятивного
эффекта и более интенсивного перемешивания в городском АПС
Весенний эпизод в Европе и Арктике. Май 2006 г.
Сжигание стерни на
С-З России.
Антициклон.
Перенос ЗВ на 1000
км. На Шпицбергене
О3 около 160 мкг м-3
Зарубежный аналог: комплексы МА-ХТМ
в Гидрометцентре России
• Современные средства прогнозирования качества воздуха за рубежом – ХТМ
• В Гидрометцентре НИР Росгидромета совместно с ИПФ (Н.Новгород) создается
технология прогноза концентраций ЗВ :
WRF-CHIMERE (открытый доступ) и COSMO-ART
WRF-CHIMERE. Подход, где МА обеспечивает детальной метеорологической
информацией Эйлерову химико-транспортную модель, которая рассчитывает
прогностические поля концентрации загрязняющих веществ.
CHIMERE (Франция). блоки газофазных реакций: MELCHIOR 1 (~80 веществ, >300
реакций) Аэрозоли разделяются на 8 градаций по размерам. Биогенные
эмиссии рассчитываются по данным о свойствах поверхности и погоде.
Антропогенные эмиссии рассчитываются по данным инвентаризации EMEP 2005
года с разрешением 0.5х0.5. Пространственное разрешение ~10 km.
COSMO-ART (Германия+Россия) - комплексная модель, одновременно
рассчитывающую и состояние атмосферы, и поля концентраций ЗВ
Прогноз CHIMERE: О3 и СО (на 8 ч утра 1,2 и 3.06 2011)
О3 мах
2.06 и 3.06
-в шлейфах ЗВ
предшественников
- НМУ-оз
СО (на 8 ч утра 1, 2 и 3.06.2011)
Прогноз ХТМ: индекс качества воздуха (AQI)
Расчет концентраций ЗВ на каждый час суток с заблаговременностью
до 72 ч позволяет рассчитывать различные показатели качества воздуха, в
т.ч. интегральные: 8-ми часовые скользящие, AQI, ИЗА.
Тестирование ХТМ CHIMERE и COSMO-ART на
данных автоматизированной сети Москвы (5 ЗВ)
• Разработана система оценки успешности модельного
прогноза концентраций ЗВ.
• Тестирование на данных в пунктах АСКЗА Москвы показало:
- систематические модельные погрешности по разным
веществам ;
- неустойчивость результатов по станциям, веществам при
высокой неоднородности полей загрязнения в городе;
- необходимость разработки методов интерпретации
модельных прогнозов для оперативного использования
(статкоррекция);
- дифференцированный подход: погрешности в диапазоне
низких уровней и в эпизодах загрязнения
Средние показатели успешности модельного
прогноза концентрации ЗВ . Январь 2011 г.
СО
NO2
460 H
577
531
-46
CHIMERE
Max
1084
724
-360
Mean
577
531
-46
8H
772
655
-117
Days Char Mean_obsMean_calc BIAS
505 H
558
2586
2028
COSMO
Max
1046
4994
3949
Mean
558
2586
2028
8H
747
3649
2902
354
672
235
375
RMS
2818
4725
2426
3499
0.50
0.55
0.65
0.63
CORR
0.49
0.57
0.60
0.63
444 H
44
41
-3
CHIMERE
Max
63
59
-4
Mean
44
41
-3
8H
54
54
0
Days Char Mean_obsMean_calc BIAS
488 H
44
61
17
COSMO
Max
63
90
27
Mean
44
61
17
8H
53
75
22
22
25
16
21
RMS
32
44
28
35
0.57
0.57
0.74
0.64
CORR
0.62
0.60
0.69
0.65
(-)
(+)
(-)
(+)
Средние показатели успешности модельного
прогноза концентрации ЗВ . ИЮЛЬ 2011
378
СО
H
CHIMERE
Max
Mean
8H
Days
Char
411 H
COSMO
Max
Mean
8H
443
CHIMERE
NO2
COSMO
H
Max
Mean
8H
Days
Char
494 H
Max
Mean
8H
144
О3
H
CHIMERE
Max
Mean
8H
Days
Char
159 H
COSMO
Max
Mean
8H
524
1031
524
708
M_obs
532
1044
532
717
488
-36
929
-103
488
-36
693
-15
M_calc BIAS
663
131
1537
493
663
131
873
155
406
691
267
478
RMS
544
935
337
492
0.35
0.25
0.39
0.33
CORR
0.26
0.27
0.44
0.29
33
64
33
45
M_obs
34
65
34
46
46
13
85
21
46
13
63
18
M_calc BIAS
50
16
88
22
50
16
62
17
33
48
25
37
RMS
32
38
24
28
0.46
0.43
0.55
0.51
CORR
0.38
0.38
0.49
0.43
37
36
29
34
RMS
36
48
27
43
0.71
0.64
0.37
0.65
CORR
0.66
0.36
0.15
0.34
48
69
21
100
111
11
48
69
21
84
99
16
M_obs M_calc BIAS
49
31
-18
101
63
-38
48
30
-18
85
53
-31
(-)
(+)
(+)
(+)
(+)
(-)
Временной ход NO2 и CO:
наблюдения, модельный прогноз. Январь 2011 г.
30 янв
28 янв
27 янв
25 янв
24 янв
22 янв
21 янв
19 янв
OB S
Моде ль ны й прогноз и наблюде ния (Мос э комонит оринг).
С O , Я нв арь 2011 г. с т . З е ле ноград
C HIME R E
C OS MO
OB S
30 янв
28 янв
27 янв
25 янв
24 янв
22 янв
21 янв
19 янв
17 янв
16 янв
14 янв
13 янв
11 янв
9 янв
8 янв
6 янв
5 янв
3 янв
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
2 янв
17 янв
16 янв
14 янв
C OS MO
концентрация мкг/м3
C HIME R E
13 янв
11 янв
9 янв
8 янв
6 янв
5 янв
3 янв
160
140
120
100
80
60
40
20
0
2 янв
концентрация мкг/м3
Моде ль ны й прогноз и наблюде ния (Мос э комонит оринг).
NO 2, Я нв арь 2011 г. с т . З е ле ноград
Временной ход NO2:
наблюдения, модельный прогноз.
Июль 2011 г.
250
200
150
Общее завышение
на низком фоне NO2
100
30 июл
28 июл
27 июл
25 июл
24 июл
22 июл
21 июл
19 июл
OB S
C HIME R E
C OS MO
OB S
30 июл
28 июл
27 июл
25 июл
24 июл
22 июл
21 июл
19 июл
17 июл
16 июл
14 июл
13 июл
11 июл
9 июл
8 июл
6 июл
5 июл
160
140
120
100
80
60
40
20
0
3 июл
Моде ль ны й прогноз и наблюде ния
(Мос э комонит оринг). NО 2, Июль 2011 г. с т . З в е нигород
2 июл
17 июл
16 июл
13 июл
14 июл
C OS MO
концентрация, мкг/м3
C HIME R E
11 июл
9 июл
8 июл
6 июл
5 июл
0
3 июл
50
2 июл
концентрация, мкг/м3
Моде ль ны й прогноз и наблюде ния (Мос э комонит оринг).
NО 2, Июль 2011 г. с т . Ч е ре му шки
200,00
Модельный прогноз и наблюдения (Мосэкомониторинг).
Озон, Июль 2011 г. ст. Мар-кий парк
180,00
160,00
140,00
Занижение COSMO
120,00
100,00
80,00
60,00
Небольшое завышение
CHIMERE
40,00
20,00
31 июл
29 июл
28 июл
27 июл
26 июл
24 июл
23 июл
22 июл
21 июл
OBS
Моде ль ны й прогноз и наблюде ния (Мос э комонит оринг).
О зон, Июль 2011 г. с т . З е ле ноград
300
250
200
150
100
C HIME R E
C OS MO
OB S
30 июл
28 июл
27 июл
25 июл
24 июл
22 июл
21 июл
19 июл
17 июл
16 июл
14 июл
13 июл
11 июл
9 июл
8 июл
6 июл
5 июл
0
3 июл
50
2 июл
20 июл
18 июл
16 июл
17 июл
COSMO
концентрация, мкг/м3
CHIMERE
15 июл
14 июл
12 июл
11 июл
10 июл
9 июл
8 июл
6 июл
5 июл
4 июл
3 июл
0,00
2 июл
концентрация, мкг/м3
Временной ход максимального за сутки Oз :
наблюдения, модельный прогноз.
Июль 2011 г.
30000
25000
20000
15000
10000
5000
ХТМ
занижают СО, РМ10, NO,
завышают O3 и NO2.
C HIME R E
OB S
30 июл
28 июл
27 июл
25 июл
23 июл
22 июл
20 июл
18 июл
17 июл
15 июл
13 июл
12 июл
10 июл
8 июл
7 июл
5 июл
0
3 июл
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
2 июл
концентрация, мкг/м3
Моде ль ны й прогноз и наблюде ния (Мос э комонит оринг).
Р М10, Июль 2011 г. с т . Мар-кий парк
конц-ия мкг/м3 (дл я C O S MO )
Временной ход мелких взвешенных частиц (РМ10):
наблюдения, модельный прогноз.
Июль 2011 г.
C OS MO
ХТМ – инструмент восстановления полей концентраций в районах с
отсутствием наблюдений за к-л ЗВ.
Городское моделирование: - разрешение до 1-2 км . Нерешенная задача.
Погрешность расчетов, их снижение - важный этап работ на
«экспериментальном» Московском регионе.
ХТМ- инструмент оценки влияния на локальное
загрязнение удаленных источников в
региональном и трансграничном масштабе.
Средняя суточная концентрация
РМ10 (мкг м-3) в Хабаровске с
учетом переноса аэрозоля из Китая
(красная линия) и без учета (синяя
линия). Внизу- макс. О3
Трансграничный перенос
антропогенных загрязнений на юг
Хабаровского края: эпизоды
многократного увеличения
концентрации PM10, а также более
редкие выраженные возмущения
концентраций O3.
Обусловливающие эпизоды
синоптические условия: в основном
теплый сектор циклона
Часть 2 . Технология краткосрочного прогноза
ОСО и УФИ на территории России
• Мониторинг ОСО и УФР на сети Росгидромета. Редкая сеть наблюдений
– около 15 станций измерений УФР с устаревшей аппаратурой М-124
• Весна 2011 г: аномалии ОСО с дефицитом до 35-40% .
• Летние аномалии с дефицитом ОСО (стационарный антициклон, вынос
субтропического воздуха), в зависимости от облачности - повышенная
УФ- облученность даже в умеренных широтах страны.
• (Невостребованный озоново- ультрафиолетовый продукт - один из
показателей качества окружающей среды)
• Краткосрочный прогноз ультрафиолетовой облученности (УФ - индекса)
на территории России в теплый сезон разрабатывается совместно с
ЦАО, тестирование методических прогнозов проводится на данных
озонометрической сети Росгидромета с участием ГГО. Но….
УФИ Москва (МО МГУ), июнь-август 2012 г.
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1.6
6.6
11.6 16.6
21.6 26.6
1.7
6.7
11.7 16.7 21.7
26.7 31.7
5.8
10.8 15.8 20.8 25.8
30.8
УФИ 6-7 –высокий , 8 и больше -очень высокий. Требуется защита
Летом 2012 в мегаполисе УФИ> 5.5 30 дней,
УФИ ≥6 (высокий уровень УФР) 16 дней
Прогноз УФ-индекса
Прогноз УФИ
на 4 июля (слева)
на 27 сентября (внизу) 2012
В планах:
Прогноз облачности COSMO
Дневной ход УФИ в пунктах
В заключении
• ЭПИЗОДЫ ухудшения качества воздуха продолжительные по
времени при значительном охвате территории имеют
сезонные особенности: с мая по август чаще формируются
эпизоды высокого УФ-облучения и озонового загрязнения, в
зимнее время – эпизоды с высокими концентрациями
оксидов азота и СО, весной -аэрозольного загрязнения.
• Создаваемые вычислительные технологии с использованием
современных численных МА и ХТМ нацелены на
предсказание эпизодов, представляющих угрозу для здоровья
населения и окружающей среды, для заблаговременного
предупреждения опасного события.
• Экспериментальные расчеты полей концентраций ЗВ для
центральных областей ЕТР и УФИ для территории России –
на сайте Гидрометцентра России.
Документ
Категория
Презентации
Просмотров
2
Размер файла
5 228 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа