MODELOWANIE STĘśENIA PYŁU PM10 I PM2.5 EMITOWANEGO ZE ŹRÓDEŁ CIEPŁA W REGIONIE PRZYGRANICZNYM Z CZECHY-POLSKA

Transkrypt

1 MODELOWANIE STĘśENIA PYŁU PM10 I PM2.5 EMITOWANEGO ZE ŹRÓDEŁ CIEPŁA W REGIONIE PRZYGRANICZNYM Z CZECHY-POLSKA Dr Czesław Kliś Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych, Katowice

2 Zadanie modelowania stęŝeń pyłu w projekcie W ostatnim czasie głównym zanieczyszczeniem kształtującym jakość powietrza jest pył. Projekt skoncentrował się na ustaleniu w jakim stopniu za poziom stęŝeń pyłu kształtuje lokalna emisja pyłu z instalacji grzewczych w budynkach mieszkalnych. Zgodnie z załoŝeniami, projekt przewidywał przeprowadzenie modelowania stęŝeń pyłu PM10 i PM 2,5 ze źródeł komunalnych dla oceny jaki wpływ na jakość powietrza ma emisja pyłu z instalacji grzewczych w indywidualnych budynkach mieszkalnych

3 Ustalony zakres modelowania stęŝeń pyłu Uściślając zadanie przyjęto, Ŝe modelowanie stęŝeń pyłu PM10 i PM 2.5 ze źródeł emisji związanych z instalacjami grzewczymi w budynkach mieszkalnych wykonane będzie oddzielnie dla kaŝdej jednostki administracyjnej w strefie objętej projektem dla okresów grzewczych (styczeń-kwiecień), (wrzesień-grudzień) w latach

4 Schemat obliczeń stęŝeń pyłu GIS METEO Baza emisji Preprocesor Calmet Sterownik obliczeń Calpuff Baza wyników Serwer www

5 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 kaŝdego 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 uŝytkowania terenu

6 Domena modelu Program Calpuff wymaga zdefiniowania domeny, w której są przeprowadzone obliczenia rozkładów stęŝeń Przyjęto, Ŝe domeną dla projektu jest siatka kilometrowa o wymiarach 380x260 km z centrum w punkcie 17 o E, 49 o N Domenę rzutowano z układu geograficznego przy pomocy transformacji Lambert Conic Conformal dla wiernego zachowania powierzchni obszarów emisji. Domena pokrywa całą strefę przygraniczną.

7 Model wysokości terenu Program Calpuff wymaga precyzyjnej informacji o wysokości terenu. Dla domeny projektu, przy pomocy danych z europejskich zasobów mapowych oraz własnych danych wyznaczone zostały wysokości terenu węzłów siatki oraz został opracowany program do interpolacji wysokości wszystkich obiektów (granice obszarów emisji, receptory itp.)

8

9 Mapa uŝytkowania ziemi Dla obliczenia szorstkości terenu program Calpuff wymaga informacji o sposobie uŝytkowania 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

10 Obszarowe źródła emisji pyłu ze spalania paliw w indywidualnych gospodarstwach domowych ZałoŜono, Ŝe na terenie kaŝdej 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.

11 Obszarowe źródła emisji pyłu ze spalania paliw w indywidualnych gospodarstwach domowych Ze względu na gęstość rozmieszczenia budynków obszary emisji zostały podzielone na 3 grupy moŝliwe do zidentyfikowania na podstawie klasyfikacji CORINE: 1. Zabudowa zwarta, 2. Zabudowa rozproszona, 3. Zabudowa silnie rozproszona. Według wcześniejszych badań przyjęto Ŝe emisja ze spalania paliw przypadająca na jednostkę powierzchni w obszarze o zabudowie rozproszonej jest 2-krotnie mniejsza niŝ w obszarze o zabudowie zwartej, a w obszarze o zabudowie silnie rozproszonej 4-krotnie mniejsza.

12 Przykład: obszary emisji w gminie Pszczyna (Google Earth)

13 Przykład: obszary emisji w gminie Pszczyna (CORINE)

14 Przykład rekordu bazy danych elementarnych obszarów emisji w gminie Pszczyna (CALPUFF) [('x',[ , , , ]), ('y',[ , , ,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', )]

15 Baza danych meteorologicznych Do modelowania warunków meteorologicznych w strefie przygranicznej w latach 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 w węzłach siatki 9x9km pokrywającej całą strefę objętą projektem

16 CALMET Generator danych meteorologicznych Do modelowania rozkładów stęŝeń zanieczyszczeń powietrza przy pomocy CALPUFF konieczne jest uzyskanie danych meteorologicznych w siatce podstawowej z krokiem 1 godzinnym Dla modelowania danych meteorologicznych wykorzystano program CALMET skompilowany w środowisku Linux dla siatki podstawowej 380x260 węzłów Czas obliczeń 480h (czas procesorów)

17 Generator plików sterujących dla dobowych obliczeń stęŝeń pyłu Emisja zanieczyszczeń ze spalania paliw do celów grzewczych bardzo mocno zaleŝy od bieŝących 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 wyraŝeniu wielkości emisji zanieczyszczeń w funkcji róŝnicy temperatury otoczenia i bazowej temperatury komfortu cieplnego 21 o C. Generator pliku sterującego dla kaŝdego dobowego cyklu obliczeń Calpuff tworzył dla kaŝdego źródła emisji wzorzec dobowej zestaw danych o emisji w kolejnych godzinach na podstawie temperatury w tym czasie

18 CALPUFF Obliczenia stęŝeń pyłu przeprowadzono przy pomocy programu CALPUFF v5-8 (skompilowanego przy pomocy kompilatora pgi) na klastrze złoŝonym z 4 komputerów czteroprocesorowych w środowisku Linux (Fedora10). Łączny czas pracy procesorów dla obliczeń stęŝeń wynosił ponad 2100 godz. Wyniki obliczeń były przesyłane do tabeli asis w bazie danych

19 Szczegółowe wyniki modelowania dla obszarów emisji Szczegółowe wyniki modelowania zawiera tabela asis w bazie danych Tabela asis składa się z rekordów opisujących dla kaŝdej doby i kaŝdego obszaru emisji : średniodobowe stęŝenie pyłu PM2,5; średniodobowe stęŝenie pyłu PM10; średnie składowe wektora wiatru; średnią temperaturę. Dane są dostępne poprzez stronę internetową projektu z zakładki imisja

20 Syntetyczne wyniki modelowania stęŝeń pyłu dla jednostek administracyjnych Syntetyczne wyniki modelowania zostały opracowane dla porównania poziomu stęŝeń pyłu PM2,5 i PM10 powodowanego przez lokalne emisje pyłu z instalacji grzewczych w budynkach mieszkalnych w kaŝdej jednostce administracyjnej w obszarze przygranicznym. Wyniki są one dostępne na stronie internatowej projektu.

21 Syntetyczne wyniki modelowania stęŝeń pyłu dla jednostek administracyjnych Zestaw danych charakteryzujących stęŝenia pyłu w danym roku zawiera: Średnie stęŝenie pyłu PM2,5 w okresach grzewczych. Średnie stęŝenie pyłu PM10 w okresach grzewczych. NajwyŜsześredniodobowe stęŝenie pyłu PM10 w okresach grzewczych. Liczbę dni w czasie którychśredniodobowe stęŝenie pyłu PM10 przekraczało 5 µg/m 3, 10 µg/m 3 25 µg/m 3, 50 µg/m 3, 100 µg/m 3. Ponadto zestaw zawiera listę 35 dni z najwyŝszymi stęŝeniami pyłu PM10

22 Syntetyczne wyniki modelowania stęŝeń pyłu Rok Liczba gmin w strefie przygranicznej, w których 35 razy w roku było przekroczone stęŝenie 25 µg/m 3 Liczba gmin w strefie przygranicznej, w których 35 razy w roku było przekroczone stęŝenie 50 µg/m 3 Polska Czechy

23 Porównanie wyników modelowania stęŝeń pyłu PM10 oraz stęŝeń pyłu PM10 mierzonych na stacji w Jeleniej Górze Jelenia Góra 2006 StęŜenie PM10 µg/m [ 3 ] minimalne średnie maksymalne zmierzone