Dr Czesław Kliś Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych, Katowice

1. 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

2. 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

3. 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.

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

5. Baza danych GIS • Podstawowa baza danych GIS projektu zawiera: • Granice wszystkich jednostek administracyjnych, • Granice zidentyfikowanych obszarów zabudowy w jednostkach administracyjnych, • Współrzędne receptorów reprezentatywnych dla każdego obszaru zabudowy, • Dane te dostępne na stronie projektu z poziomu przeglądarki Google Map • Ponadto baza zawiera dane robocze: • Dane o wysokości terenu. • Dane o sposobie użytkowania terenu

6. 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.

7. 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.)

9. 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

10. 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.

11. 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: • Zabudowa zwarta, • Zabudowa rozproszona, • 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.

12. Przykład: obszary emisji w gminie Pszczyna (Google Map)

13. Przykład: obszary emisji w gminie Pszczyna (CORINE)

14. 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)]

15. 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

16. 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)

17. 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.

18. Moduł sterujący obliczeniami CALPUFF • Za realizację obliczeń stężeń pyłu odpowiadał moduł sterujący, którego zadaniem było: • Przygotowanie danych wejściowych do obliczeń stężeń pyłu w czasie kolejnej doby (pliku calpuff.inp - zawiera dane do obliczeń) • Uruchomienie programu CALPUFF • Odebranie wyników obliczeń • Wyznaczenie stężeń średniodobowych • Przesłanie wyników do tabeli asis w bazie danych

19. 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.

20. 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

21. Szczegółowe wyniki modelowania dla obszarów emisji

22. 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.

23. 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

24. Syntetyczne wyniki modelowania stężeń pyłu dla jednostek administracyjnych

25. Dziękuję za uwagę