Seminarium: Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Kraków, 17 kwietnia 2015 r.

Transkrypt

1 Zintegrowany system monitorowania danych przestrzennych dla poprawy jakości powietrza w Krakowie Ocena warunków przewietrzania Krakowa przy wykorzystaniu zaawansowanego systemu modelowania Modelowanie pola wiatru na Krakowem - wstępne wyniki Jolanta Godłowska Wiesław Kaszowski Wojciech Rozwoda Zakład Monitoringu i Modelowania Zanieczyszczeń Powietrza IMGW-PIB Seminarium: Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Kraków, 17 kwietnia 2015 r. Projekt współfinansowany ze środków Mechanizmu Finansowego Europejskiego Obszaru Gospodarczego na lata

2 PLAN REFERATU 1. Opis wykorzystywanych modeli. 2. Dane wejściowe do modeli, opcje modelowania 3. Metodyka wyznaczania korytarzy przewietrzania w Krakowie 4. Kategorie dla uśredniania pola wiatru 5. Wstępne wyniki modelowania CALMET bez obserwacji 6. Wstępne wyniki modelowania CALMET z obserwacjami

3 Opis wykorzystywanych modeli Zespół modeli do wyznaczania pola wiatru w Krakowie: Numeryczna prognoza pogody ALADIN Niehydrostatyczny mezoskalowy model meteorologiczny MM5 Preprocesor meteorologiczny CALMET 1. Warunki początkowe i brzegowe operacyjna prognoza pogody ALADIN rozdzielczość 13.5 km 2. Prognozowanie pól meteorologicznych niehydrostatyczny mezoskalowy model MM 5 - rozdzielczość 4.5 km 3. Obliczenia głębokości mieszania, klasy stabilności, kinematycznych efektów terenu, itp. - preprocesor meteorologiczny CALMET rozdzielczość 100 m

4 Opis wykorzystywanych modeli Model MM5 Model MM5 jest mezoskalowym, niehydrostatycznym modelem meteorologicznym rozwijanym 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. Obliczenia modelu wykonywane są w punktach definiowanych przez prostokątną siatkę gridową i poziomy ciśnieniowe. Pionowa struktura modelu Pozioma struktura modelu

5 Opis wykorzystywanych modeli Model CALMET Preprocesor meteorologiczny CALMET jest zdolny do odczytania danych wyjściowych z MM5 (poprzez program CALMM5) i dodatkowo oblicza: - wysokość warstwy mieszania - klasę stabilności - długość Monina Obuchova - klasę stabilności PGT oraz modyfikuje prędkość wiatru poprzez uwzględnienie: - kinematycznych efektów orograficznych - przepływów w terenie nachylonym - blokujących efektów orograficznych Wymaga: Wejściowych danych meteorologicznych (powierzchniowe + profile pionowe) Informacji o rzeźbie terenu Informacji o użytkowaniu terenu Kalibracja modelu danymi sodarowymi Najważniejsza i najtrudniejsza jest kalibracja modelu, gdyż musimy weryfikować uśrednioną wartość dla całego oczka siatki pomiarem punktowym

6 Dane wejściowe do modeli, opcje modelowania Jak widzą rzeczywistość modele meteorologiczne? Generalizacja do rozmiaru oczek siatki modelu. Użytkowanie terenu okolice Krakowa 1 km z Urban Atlas Kraków 5 km z USGS Rzeźba terenu okolice Krakowa 1 km 5 km

7 Dane wejściowe do modeli Opcje modelowania Mapa użytkowania terenu dla modelu CALMET Mapa utworzona poprzez generalizację danych z Urban Atlas Kraków (GMES Urban Atlas PL003L Dataset ) do rozmiaru siatki 100 m z siedmioma miejskimi kategoriami użytkowania terenu

8 Metodyka wyznaczania korytarzy przewietrzania w Krakowie ALADIN MM5 obserwacje z 12 stacji obserwacje z 35 stacji surf 12 surf 35 CALMET CALMET CALMET styczeń - 27sierpień 2013 obserwacje z 12 stacji bez obserwacji obserwacje z 35 stacji Schemat systemu modelowania PRTMET Program uśredniający Prędkość wiatru: Współczynnik wentylacji: wg V Dir wg ks V ks Dir Niedz V Niedz

9 Obszar modelowania Metodyka wyznaczania korytarzy przewietrzania w Krakowie

10 Od czego może zależeć sposób przewietrzania miasta Krakowa? 1. Od cyrkulacji atmosfery (cyklonalna, antycyklonalna, kierunek spływu) Możliwe do wykorzystania dwie klasyfikacje typów cyrkulacji: Lityńskiego (27 kategorii, przygotowywana dla Europy centralnej) Niedźwiedzia (21 kategorii, przygotowywana dla dorzecza górnej Wisły) 2. Dominującego kierunku spływu oraz prędkości wiatru Możliwe do wykorzystania dane wiatrowe: z Balic problemem jest niska reprezentatywność tych danych dla obszaru miasta ze względu na rzeźbę terenu i to, że są to dane powierzchniowe z modelu liczonego z małą rozdzielczością z wyższych poziomów dla punktu gridowego w centrum miasta dobre zwłaszcza w przypadku obliczeń bez asymilacji danych obserwacyjnych 3.Od klasy stabilności ks Metodyka wyznaczania korytarzy przewietrzania w Krakowie Możliwa do wykorzystania informacja uzyskana z modelu CALMET 4. Od pory roku (obecność zieleni, albedo, produkcja ciepła antropogenicznego) Obliczenia wykonywane osobno dla zimy (I, II, III, XI, XII 2013) i lata (V, VI, VII, VIII, IX 2013)

11 Kategorie dla uśredniania pola wiatru kategoria DirV DIR V <=3 (3,6> (6,9> > <=3 (3,6> (6,9> > kategoria NiedzV antycyklonalna cyklonalna dir V dir V Na <=3 Nc <=3 (3,6> (3,6> (6,9> (6,9> >9 >9 NEa <=3 NEc <=3 (3,6> (3,6> (6,9> (6,9> >9 >9 Ea Ec SEa SEc Sa Sc SWa SWc Wa Wc NWa NWc Ca Cc Ka Bc kategoria ks V ks V (0-1.5> 1,2,3 ( > ( > ( > >6.0 (0-1.5> 4 ( > ( > ( > >6.0 (0-1.5> 5,6 ( > ( > ( > >6.0 kategoria Dir ks DIR ks V ,2, ,2,3 4 <=4 4 >4 5,6 4 <=4 4 >4 5, V Dir ks Niedz prędkość wiatru kierunek wiatru klasa stabilności typy cyrkulacji Niedźwiedzia

12 Wstępne wyniki modelowania CALMET bez obserwacji ZIMA 2013 Kategoria DirV wg wiatru w warstwie 6 modelu CALMET (ok. 270 m) SSW E

13 Wstępne wyniki modelowania CALMET bez obserwacji ZIMA 2013 Kategoria Niedz wg typów cyrkulacji Niedźwiedzia SWa Ea NWa SWc Ec NWc

14 Wstępne wyniki modelowania CALMET z obserwacjami (35 stacji) ZIMA 2013 Kategoria DirV wg wiatru w warstwie 6 modelu CALMET (ok. 270 m) SSW E

15 Wstępne wyniki modelowania CALMET z obserwacjami (35 stacji) ZIMA 2013 Kategoria Niedz wg typów cyrkulacji Niedźwiedzia SWa Ea NWa SWc Ec NWc

16 LITERATURA AERSURFACE user s guide, 2008 EPA-454/B GMES Mapping Guide for a European Urban Atlas v.1.01, Available online: Godlowska J., Tomaszewska A. M., Kaszowski W., Hajto M. J., 2012: Comparison between modeled (ALADIN/MM5/CALMET) and measured (SODAR) planetary boundary layer height. w: Proc. ICUC8 8th International Conference on Urban Climates, , Dublin, Ireland, 255. Grimmond C. S. B., Oke T. R Aerodynamic Properties of Urban Areas Derived from Analysis of Surface Form. Journal of Applied Meteorology 38, Jędrychowski I Airborne laser scanning of Cracow. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 17a, p (in Polish, summary in English) 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), Available online: ( ) 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. Available online: ( ).

17 Dziękuję za uwagę mgr Jolanta Godłowska Zakład Monitoringu i Modelowania Zanieczyszczeń Powietrza IMGW-PIB Oddział w Krakowie jolanta.godlowska@imgw.pl Seminarium: Warunki przewietrzania i jakość powietrza w Krakowie Kraków, 17 kwietnia 2015 r. Projekt współfinansowany ze środków Mechanizmu Finansowego Europejskiego Obszaru Gospodarczego na lata