Numerical Techniques in Photochemical Smog and Acid Deposition Prediction

• Autorzy: Markiewicz M.

Warianty tytułu

PL

Techniki numeryczne w modelowaniu smogu fotochemicznego i kwaśnej depozycji zanieczyszczeń na podłożu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the past 30 years air pollution dispersion models have evolved from rather simple ones to quite advanced representations. During this period not only the knowledge about processes taking place in the atmosphere has developed but also the computer capabilities have been extended and advanced numerical methods have been implemented. In this publication numerical integration methods of the stiff system of ordinary differential equations (ODEs) describing the chemical transformations of chemical pollutants in the atmosphere are presented. Results of test comparing these methods carried by different teams are described.

PL

W ciągu ostatnich 30 lat modele rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu atmosfereycznym istotnie się zmieniły. W ciągu tego okresu poszerzyła się zarówno wiedza na temat procesów atmosferycznych, jak również zwiększyły się możliwości obliczeniowe dzięki dostępności do wysokiej klasy sprzętu komputerowego i nowym technikom numerycznym. W publikacji omówiono numeryczne metody całkowania systemu sztywnych równań różniczkowych zwyczajnych (ODEs), który opisuje chemiczne transformacje zanieczyszczeń w atmosferze. Przedstawiono również wyniki prac porównujących poszczególne metody całkowania prowadzone przez różne zespoły badawcze.

Słowa kluczowe

EN

stiff ODE solvers; air pollution; chemical transformations

PL

numeryczne metody całkowania równa różniczkowych zwyczajnych; zanieczyszczenia powietrza; przemiany chemiczne

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Chemia i Inżynieria Ekologiczna
• Rocznik: 2003
• Tom: Vol. 10, nr 5
• Strony: 355--380
• Opis fizyczny: 1 tabela, bibliogr. 35 poz.

Twórcy

autor

Markiewicz M.

• Instytut Systemów Inżynierii Środowiska, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa

• Instytut Systemów Inżynierii Środowiska, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa,

Bibliografia

• [1] Markiewicz M.: Przegląd modeli rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym, Pr. Nauk. PW, 1986, 21, 35-63.
• [2] Markiewicz M.: Parametryzacja przemian chemicznych w modelach rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w atmosferze, Inż. Ochr. Środow. (in press).
• [3] Markiewicz M.: Numeryczne metody całkowania chemicznych równań kinetycznych w modelach rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w atmosferze, Mater. Konf. POLIMIS-99, Szklarska Poręba 1999.
• [4] Markiewicz M. and Syrewicz P.: Parametryzacja nieliniowych procesów chemicznych w modelach rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym, cz. II, Praca statutowa, ISIŚ Polit. Warszawska, Warszawa 1999.
• [5] Markiewicz M.: Parametryzacja nieliniowych procesów chemicznych w modelach rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym, cz. I, Praca statutowa, ISIŚ Polit. Warszawska, Warszawa 1998.
• [6] Dabdub D. and Seinfeld J.H.: Extrapolation Techniques used in the solution of stiff ODEs associated with chemical kinetics of air quality models, Atmos. Environ., 1995, 29, 403-410.
• [7] Hesstvedt E., Hov O. and Isaksen I.: Quasi-steady-state-approximation in air pollution modelling: comparison of two numerical schemes for oxidant prediction, Int. J. Chem. Kinet., 1978, 10, 971-994.
• [8] Sandu A. et al.: Benchmarking stiff ODE solvers for atmospheric chemistry problems I: Implicit versus explicit, Atmos. Environ., 1978, 31, 3151-3166.
• [9] Sandu A. et al.: Benchmarking stiff ODE solvers for atmospheric chemistry problems II: Rosenbrock solvers, Atmos. Environ., 1978, 31, 3459-3472.
• [10] Van Loon M.: Numerical Methods in smog prediction, PhD thesis, CWI, Amsterdam 1986.
• [11] Gong W. and Cho H.R.: A numerical scheme for the integration of the gas-phase chemical rate equation in three-dimensional atmospheric models, Atmos. Environ., 1973, 27A. 2147-2160.
• [12] Stockwell W.R. et al.: The second generation acid deposition model: chemical mechanism for regional air quality modelling, J. Geophys. Res., 1999, 95, 16343-16367.
• [13] Hertel O. et al.: Test of two numerical schemes for use in atmospheric transport-chemistry models, Atmos. Environ., 1993, 27A, 2591-2611.
• [14] Hairer E. and Wanner G.: Solving Ordinary Differential Equations II. Stiff and Differential-Algebraic Problems, Springer, Berlin 1991.
• [15] Odman M.T. et al.: A comparison of fast chemical kinetic solvers for air quality modelling, Atmos. Environ., 1992, 26A, 1783-1789.
• [16] Saylor R.D. and Ford G.D.: On the comparison of numerical methods for the integration of kinetic equations in atmospheric chemistry and transport models, Atmos Environ., 1995, 29, 2585-2593.
• [17] Young T.R. and Boris J.P.: A numerical technique for solving stiff ODEs associated with the chemical kinetics of reactive flow problems, J. Phys. Chem., 1997, 81, 2424-2427.
• [18] McRae G.J., Goodin W.R. and Seinfeld J.H.: Numerical solution of the atmospheric diffusion equation for chemically reacting flows, J. Comp. Phys., 1982, 45, 1-42.
• [19] Yamartino R. et al.: The CALGRID mesoscale photochemical grid model, Atmos. Environ., 1992, 26A, 1493-1512.
• [20] Verwer J.G. et al.: A comparison of stiff ODE solvers for atmospheric chemistry problems, Atmos. Environ., 1996, 30, 49-58.
• [21] Berkowicz R. and Christansen J.: Test of two numerical schemes for use in atmospheric transport chemistry models, Atmos. Environ., 1993, 16, 2591-2611.
• [22] Sillman S.: A numerical solution for the equation of tropospheric chemistry based on an analysis of sources and sinks of odd hydrogen, J. Geophys. Res., 1991, 97, 735.
• [23] Curtis C.F. and Hirschfelder J.O.: Integration of stiff equations, Proc. Acad. Sci., 1952, 38, 235-243.
• [24] Hindmarsh A.C.: GEAR: ordinary differential equation solver, Report UCID-30001., Rev. 3, Lawrence Livermore National Laboratory, 1974.
• [25] Hindmarsh A.C.: ODEPACK: a systematised collection of ODE solvers, In: Scientific Computing, (ed.) Stepleman R.C., North-Holland, Amsterdam 1983.
• [26] Palczewski A.: Równania różniczkowe zwyczajne – teoria i metody numeryczne z wykorzystaniem komputerowego systemu obliczeń symbolicznych, PWN, Warszawa 1999.
• [27] Gear C.W.: Numerical Initial Value Problems in Ordinary Differential Equations, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1971.
• [28] Eisenstat S.C. et al.: Yale Sparse Matrix Package. The symmetric codes, Int. J. Numer. Math. Eng., 1882, 18, 1145-1151.
• [29] Brown D.N., Byrne G.D. and Hindmarsh A.C.: VODE: a variable coefficient ODE solver, SIAM. J. Sci. Stat. Comput., 1989, 10, 1038-1051.
• [30] Jacobson M.Z. and Turco R.P.: SMGEAR: a sparse matrix, vectorized Gear code for atmospheric models, Atmos. Environ., 1994, 28, 273-284.
• [31] Carmichael G.R., Peters L.K and Kitada T.: A second generation model for regional-scale transport/chemistry/deposition, Atmos. Environ., 1986, 20, 173-188.
• [32] Lurman F.W. et al.: A chemical mechanism for use in long-range transport/acid deposition computer modelling, J. Geophys. Res., 1986, 92, 4171-4177.
• [33] Gery M.W. et al.: A photochemical kinetics mechanism for urban and regional scale modelling, J. Geophys. Res., 1989, 94, 2925-12956.
• [34] Stockwell W.R.: A homogenous gas-phase mechanism for use in acid deposition model, Atmos. Environ., 1986, 20, 1615-1632.
• [34] Simpson D. et al.: Updating the chemical scheme for the EMEP MSC-W oxidant model: current status. Technical report 2/93, EMEP MSC-W, The Norwegian Meteorological Institute, Oslo 1983.

Uwagi

PL

Błędna numeracja bibliografii.