Fine-resolution modeling of concentration and deposition of nitrogen and sulphur compounds For Poland - application of the FRAME model

• Autorzy: Kryza M. , Błaś M. , Dore A.J. , Sobik M.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie koncentracji i depozycji zanieczyszczeń atmosferycznych w wysokiej rozdzielczości przestrzennej - zastosowanie modelu FRAME

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main source of spatial information on concentration and deposition of air pollutants in Poland is the continental scale EMEP model with 50 km x 50 km grid. The coarse resolution of the EMEP model may be insufficient for regional scale studies. A new proposal is the application of the national scale atmospheric transport model FRAME (Fine Resolution Atmospheric Multi-pollutant Exchange), originally developed for the United Kingdom. The model works with 5 km x 5 km spatial resolution and the air column is divided into 33 layers. FRAME was used here to assess the spatial patterns of yearly averaged air concentrations, and wet and dry deposition of sulphur and nitrogen compounds for the area of Poland. This study presents preliminary results of the modeling of the yearly average concentrations as well as dry and wet depositions of SOx, NOyand NH x for Poland. FRAME results were compared with available measurements from the monitoring sites and national deposition budget with the EMEP and IMGW estimates. The results show close agreement with the measured concentrations expressed by determination coefficient close to 0.7 for both SO2 and NO x. The dry and wet deposition budgets for FRAME are also in close agreement with the EMEP and GIOŚ estimates. The FRAME model, despite its relatively simple meteorological parameterizations, is well suited to calculate the spatial pattern of annual average concentration and yearly deposition of atmospheric pollutants which was earlier presented for the UK and was shown in this paper for Poland. The model can also be used to analyze the impact of individual point sources or different emission sectors on spatial pattern of air concentration and deposition as well as testing the changes in deposition resulting from future emissions reduction scenarios.

PL

W opracowaniach dotyczących koncentracji i depozycji zanieczyszczeń atmosferycznych w Polsce, podstawowym źródłem informacji przestrzennej jest model EMEP. Jest on cennym narzędziem pozwalającym na ilościowe i jakościowe zobrazowanie przestrzennych zmian koncentracji i depozycji zanieczyszczeń oraz na szacowanie roli transportu dalekiego zasięgu w skali kontynentalnej. Jego najistotniejszą wadą jest mała rozdzielczość przestrzenna (50 km x 50 km), która ogranicza możliwości uwzględnienia procesów atmosferycznych zachodzących w skali regionalnej (np. powiązanych z rzeźbą terenu). Jednym z kilku stosowanych w Europie regionalnych modeli o wyższej rozdzielczości jest brytyjski model FRAME (Fine Resolution Atmospheric Multi-pollutant Exchange). Wszystkie uwzględnione w nim procesy atmosferyczne i chemiczne analizowane są w kolumnie powietrza o podstawie 5 km x 5 km, podzielonej w pionie na 33 warstwy. Uzyskane za pomocą polskiej wersji modelu FRAME rozkłady przestrzenne koncentracji oraz depozycji zanieczyszczeń dla Polski dla 2002 r. charakteryzują się dobrą zgodnością z danymi pomiarowymi. W przypadku koncentracji współczynnik determinacji jest na poziomie 0,7 dla SO2 oraz NO2. Roczny bilans suchej oraz mokrej depozycji, wyliczony w oparciu o model FRAME, jest bliski szacunkom modelu EMEP oraz GIOŚ. Pomimo dość prostej parametryzacji danych meteorologicznych model FRAME z dobrym przybliżeniem oszacował średnią roczną koncentrację oraz roczną depozycję zanieczyszczeń. Wcześniej podobne wyniki otrzymano także dla Wielkiej Brytanii. FRAME może być więc traktowany jako użyteczne narzędzie pozwalające na przestrzenną charakterystykę średniej rocznej koncentracji i rocznej depozycji zanieczyszczeń atmosferycznych w stosunkowo wysokiej rozdzielczości przestrzennej. Model pozwala także analizować zakres oddziaływania pojedynczych źródeł emisji, czy też wpływ na środowisko poszczególnych sektorów emisji (np. osobno emisji niskiej bądź wysokiej).

Słowa kluczowe

EN

air concentration; pollutant dispersion; pollutant deposition; modeling; FRAME; Poland

PL

koncentracja zanieczyszczeń; depozycja; modelowanie; model FRAME

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 36, no. 1
• Strony: 49--62
• Opis fizyczny: bibliogr. 35 poz., mapki, tab., wykr.

Twórcy

autor

Kryza M.

autor

Błaś M.

autor

Dore A.J.

autor

Sobik M.

• Wrocław University, Institute of Geography and Regional Development, Department of Climatology and Atmosphere Protection ul. Kosiby 8, 51-670 Wrocław, Poland

Bibliografia

• [1] Abert K., K. Budziński, K. Juda-Rezler: Regional air pollution models for Poland, Ecological Engineering, 3, 225-244 (1994).
• [2] ApSimon H.M., B.M. Barker, S. Kayin: Modelling studies of the atmospheric release and transport of ammonia in anticyclonic periods, Atmospheric Environment, 28(4), 665-678 (1994).
• [3] Barrett K., O. Seland: European Transboundary Acydifying Air Pollution - Ten years calculated field and budgets to the end of the first Sulphur Protocol, EMEP, 1/95, Norwegian Meteorological Institute Oslo, Norway (1995).
• [4] Bartnicki J., J. Hrehoruk, A. Grzybowska, A. Mazur: Regional model for atmospheric transport of heavy metals over Poland, [in:] P. Anttila, J. Kamri, M. Tolvanen (Eds), Proceedings of the 10th Air Clean World Congress, Espoo, Finland, 339-350 (1995).
• [5] Błaś M., M. Sobik: Natural and human impact on pollutant deposition in mountain ecosystems with the Sudetes as an example, Studia Geograficzne, 75, 420-438 (2003).
• [6] Dore A.J., M. Sobik, K. Migała: Patterns of precipitation and pollutant deposition in the Western Sudety Mountains, Poland, Atmospheric Environment, 33, 3301-3312 (1999).
• [7] Dore A.J., M. Vieno, N. Fournier, K.J. Weston, M.A. Sutton: Development of a New Wind Rose for the British Isles Using Radiosonde Data and Application to An Atmospheric Transport Model, Quarterly Journal Royal Meteorological Society, 132, 2769-2784 (2006).
• [8] Dore A.J., M. Vieno, Y.S. Tang, U. Dragosits, A. Dosio, K.J. Weston, M.A. Sutton: Modelling the atmospheric transportand deposition of sulphur and nitrogen over the United Kingdom and assessment of the influence of SO2 emissions from international shipping, Atmospheric Environment, 41, 2355-2367 (2007).
• [9] Dragosits U., M.A. Sutton, C.J. Place, A.A. Bayley: Modelling the spatial distribution of ammonia emissions in the United Kingdom, Environmental Pollution, 102(S1), 195-203 (1998).
• [10] EMEP: Detailed reports per country; Poland; Emissions split by source sector, http://www.emep.int.
• [11] European Environment Agency: European Pollutant Emission Register, www.eper.cec.eu.int, (2006).
• [12] EPA: Guideline for regulatory application of the urban airshed model, US EPA Report No. EPA-450/491-013, (1991).
• [13] Fournier N., A.J. Dore, M. Vieno, K. J. Weston, U. Dragosits, M. A. Sutton: Modelling the deposition of atmospheric oxidised nitrogen and sulphur to the United Kingdom using a multi-layer long-range transport model, Atmospheric Environment, 38(5), 683-694 (2004).
• [14] Fournier N., Y.S. Tang, U. Dragosits, Y. Kluizenaar, M.A. Sutton: Regional atmospheric budget of reduced nitrogen over the British Isles assessed using a multi-layer atmospheric transport model, Water, Air and Soil Pollution, 162, 331-351 (2005).
• [15] Fournier N., K.J. Weston, A.J. Dore, M.A. Sutton: Modelling the wet deposition of reduced nitrogen over the British Isles using a Lagrangian multi-layer atmospheric transport model, Quarterly Journal Royal Meteorological Society, 131, 703-722 (2005).
• [16] GIOŚ: Monitoring jakości powietrza, www.gios.gov.pl (2006).
• [17] Juda K.: Modelling of the air pollution in the Cracow area, Atmospheric Environment, 20, 2449-2558 (1986).
• [18] Juda-Rezler K.: Modelling of the air pollution with sulphur species in Poland, Environment Protection Engineering, 30, 53-70 (2004).
• [19] Kamiński J.W., D.A. Plummer, L. Neary, J.C. McConnell, J. Strużewska, L. Łobocki: First application of MC2-AQ to multiscale air quality modeling over Europe, Physics and Chemistry of the Earth, 27, 1517-1524 (2002).
• [20] Kryza M.: Zastosowanie GIS do przestrzennego modelowania miesięcznych sum opadu atmosferycznego w Polsce, [in:] K. Migała, P. Ropuszyński (Eds.), Współczesna meteorologia i klimatologia w geografii i ochronie środowiska, PTG Wrocław, 77-87 (2006).
• [21] Kryza M., M. Błaś, A.J. Dore, M. Sobik: Modelling of ammonia concentrations and deposition of reduced nitrogen in Poland with the FRAME model, Woda - Środowisko - Obszary Wiejskie, 2(20), 219-230 (2007).
• [22] Markiewicz M.: The Gaussian air pollution dispersion model with variability of the input parameters taken into account, Environmental Protection Engineering, 19 (1-4), 123-141 (1994).
• [23] Markiewicz M.: Podstawy modelowania rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym, OWPW Warszawa, (2004).
• [24] Metcalfe S.E., J.D. Whyatt, R. Broughton, R.G. Derwent, D. Finnegan, J. Hall, M. Mineter, M. O'Donoghue, M.A. Sutton: Developing of the Hull Acid Rain Model: its validation and implications for policy makers, Environmental Science & Policy, 4, 25-37 (2001).
• [25] Metcalfe S.E., J.D. Whyatt, J.P.G. Nicholson, R.G. Derwent, E. Heywood: Issues in model validation: assessing the performance of a regional-scale acid deposition model using measured and modelled data, Atmospheric Environment, 39, 587-598, (2005).
• [26] National Statistical Office: Regional Data Bank, www.stat.gov.pl (2006).
• [27] Olendrzyński K., B. Dębski, J. Skośkiewicz, I. Kargulewicz., J. Fudała, S. Hławiczka, M. Cenowski: Inwentaryzacja emisji do powietrza SO2, NO2, NH3, CO, pyłów, metali ciężkich, NMLZO i TZO w Polsce za rok 2002, Instytut Ochrony Środowiska (2004).
• [28] Oxley T., H. ApSimon, A.J. Dore, M.A. Sutton, J. Hall, E. Heywood, T. Gonzales del Campo, R. Warren: The UK Integrated Assessment Model, UKIAM: A National Scale Approach to the analysis of strategies for abatement of atmospheric pollutants under the convention on long-range transboundary air pollution, Integrated Assessment, 4, 236-249 (2003).
• [29] Simpson D., H. Fagerli, J.E. Jonson, S. Tsyro, P. Wind: Transboundary Acidification, Eutrophication and Ground Level Ozone in Europe, Part 1, Unified EMEP Model Description, EMEP Report 1/2003 (2003).
• [30] Singles R., M.A. Sutton, K.J. Weston: A multi-layer model to describe the atmospheric transport and deposition of ammonia in Great Britain, Atmospheric Environment, 32, 393-399 (1998).
• [31] Skotak K., J. Iwanek, G. Mitosek: Ocena stanu zanieczyszczenia powietrza w Polsce w 2002 roku na podstawie pomiarów w sieci podstawowej, Inspekcja Ochrony Środowiska (2003).
• [32] Vestreng V.: Inventory Review 2004, Emission data reported to CLRTAP and the NEC Directive, EMEP/ EEA Joint Review Report 2006, EMEP/MSC-W Note 1 (2006).
• [33] Vieno M.: The use of an Atmospheric Chemistry-Transport Model (FRAME) over the UK and the development of its numerical and physical schemes, PhD thesis, University of Edinburgh (2005).
• [34] Willmott C.J.: Some comments on the evaluation of model performance, Bulletin American Meteorological Society, 63, 1309-1313.
• [35] Yu S., B. Eder, R. Dennis, S. Chu, S.E. Schwartz: An unbiased symmetric metrics for evaluation of air quality models, Atmospheric Science Letters, 7, 26-34 (2006).