2017. március 25. szombat
Matematikai modellezés

Sem anyagi, sem technikai lehetőség nincs arra, hogy a tér minden pontjában méréseket végezzünk. Matematikai módszerekkel azonban kiszámolható a szennyezőanyagok folytonos térbeli koncentráció-eloszlása és ennek időbeli alakulása, ha ismerjük a légköri áramlások és az egyes szennyezőanyagok tulajdonságait, a fontosabb szennyezőforrások elhelyezkedését, továbbá ezek hozamát. A szennyezőanyagok terjedését és átalakulásait leíró matematikai modellek emellett lehetőséget adnak feltételezett kibocsátások várható következményeinek felmérésére (hatástanulmányok), illetve – a meteorológiai előrejelzési modellekkel kombinálva – a légszennyezettség várható alakulásának becslésére. A különböző feladatokra más és más modellt célszerű használni, részben a számításigény ésszerű korlátok között tartása érdekében, részben pedig azért, mert a különböző folyamatok relatív jelentősége az alkalmazás céljától, tér- és időbeli skálájától függően változik. Az Országos Meteorológiai Szolgálatnál jelenleg egy regionális és két lokális térskálájú meteorológiai-kémiai matematikai modellt használunk.

A FLEXPART modellt a 90-es évek végén kezdték fejleszteni a légszennyező anyagok hosszú- és középtávú terjedésének számítására. Az advekció mellett a modell figyelembe veszi a diffúziót, a száraz és nedves ülepedést, továbbá az esetleges radioaktív bomlást, de nem kezeli a kémiai átalakulásokat. A modell mind ún. forward, mind backward módban futtatható. Az első esetben a kibocsátás utáni terjedést írjuk le, míg a második esetben visszafelé követjük a légáramlást. Utóbbi esetben megkaphatjuk az észlelt szennyezőanyag feltételezhető forrását. A modell operatívan is használható és különböző eseti kutatásokhoz, vizsgálatokhoz is. Az OMSZ-nál operatívan használt változat a rendelkezésre álló meteorológiai adatok miatt csak forward módban használható és csak a pontforrások kibocsátását kezeli. A modell alkalmas ipari (pl. nukleáris) balesetek vagy vulkánkitörések esetén a levegőbe kerülő szennyezőanyagok terjedésének, eloszlásának előrejelzésére. A 1-2. ábrák egy példaként feltételezett magyarországi szennyezőanyag-kibocsátás eloszlását és kiülepedését mutatják 2011. november 5-9. közötti meteorológiai viszonyok mellett.

1. ábra

 1. ábra
Koncentráció-eloszlás a 10-500 m-es légrétegben 18 órával (bal) és  72 órával (jobb) a feltételezett kibocsátás után

2. ábra

2. ábra
A feltételezett kibocsátást követő 96 óra során nedves (bal) és száraz (jobb) ülepedéssel
a felszínre került anyagmennyiség földrajzi eloszlása


Az OMSZ által jelenleg lokális skálájú szennyezőanyag terjedés modellezésére használt modell az amerikai fejlesztésű AERMOD. Az AERMOD szabályozás-orientált modell, amely elsősorban az ipari forrásokból történő szennyezőanyag kibocsátás hosszútávú hatásainak vizsgálatára alkalmas. Segítségével értékelni lehet, hogy egy már működő, illetve egy még csak tervezett szennyezőforrás hogyan befolyásolja, illetve befolyásolná környezete levegőminőségét. A modell előnye az OMSZ-nál korábban használt modellel szemben, hogy képes kezelni a domborzat áramlásmódosító szerepét is. A modellt az OMSZ-nál elsősorban ipari források szennyezőanyag kibocsátásának modellezésére használják. A jelenleg érvényes szabályozásnak megfelelően a modell segítségével az éves átlagos szennyezőanyag-koncentrációt, a napi maximális koncentrációt és az 1 órás maximális koncentrációt határozzuk meg. Ezek alapján, a hatályos jogszabályi elvárással összhangban, meghatározásra kerül a létesítmény hatásterülete is. A 3. ábrán az AERMOD modellel Százhalombatta térségére számított nitrogén-oxid (NOx) koncentráció évi átlagának területi eloszlását mutatjuk be.


3. ábra

3. ábra
Az AERMOD modellel számolt éves átlagos NOx koncentráció eloszlás Százhalombatta térségében


Az AERMOD az alapja annak a modell-rendszernek (EDMS) is, amelynek napi rendszerességgel történő automatikus futtatása segítségével egy napos levegőminőségi előrejelzések készülnek a Liszt Ferenc Repülőtér térségére. A repülőtér környezetvédelmi szakemberei a napi adatokból számolt éves átlagok alapján értékelik a repülőtér környezetre gyakorolt hatását.

Többéves fejlesztőmunka eredménye az a levegőminőségi előrejelző modellrendszer, amellyel Budapest területére 2 napra előrejelezhető a légszennyező anyagok koncentrációjának várható alakulása (4. ábra). Ezek az előrejelzések adhatnak alapot a különböző riasztási fokozatok elrendelésére, illetve visszavonására. A modellrendszer alapját a CHIMERE levegőkémiai transzport modell képezi. A légkörben zajló kémiai átalakulásokat a modell közel 80 anyag több mint 300 kémiai reakcióján keresztül veszi figyelembe. A modell futtatásához szükséges meteorológiai bemenő adatokat egy finom felbontású numerikus előrejelző modell szolgáltatja (WRF illetve AROME), míg az ugyancsak meghatározó szennyezőanyag-kibocsátási adatbázis az egyedi pontforrások hozamán, a becsült lakossági kibocsátáson, valamint a főváros területén még 2004-ben végzett forgalomszámlálási adatokon alapul. A modellrendszer 1 órás időbeli és 2,5 km-es térbeli felbontással számolja ki a várható PM10, NO2, SO2 és O3 koncentráció értékeket a főváros területére. A naponta frissülő szennyezőanyag specifikus eredmények az OMSZ internetes portálján megtekinthetők.

 4. ábra

 4. ábra
24 órás előrejelzés a nitrogén-dioxid koncentráció várható budapesti területi eloszlására (balra)
és a nitrogén-dioxid koncentráció várható időbeli menete a Gilice téri mérőállomáson
(jobbra)


Kapcsolódó oldalak: