Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Air quality modeling for Warsaw agglomeration

Holnicki P., Kałuszko A., Nahorski Z., Stankiewicz K., Trapp W.

Archives of Environmental Protection

|

2017

|

Vol. 43, no. 1

48--64

EN

The paper investigates the air quality in the urban area of Warsaw, Poland. Calculations are carried out using the emissions and meteorological data from the year 2012. The modeling tool is the regional CALMET/CALPUFF system, which is used to link the emission sources with the distributions of the annual mean concentrations. Several types of polluting species that characterize the urban atmospheric environment, like PM10, PM2.5, NOx, SO2, Pb, B(a)P, are included in the analysis. The goal of the analysis is to identify the most polluted districts and polluting compounds there, to check where the concentration limits of particular pollutants are exceeded. Then, emission sources (or emission categories) which are mainly responsible for violation of air quality standards and increase the adverse health effects, are identified. The modeling results show how the major emission sources – the energy sector, industry, traffic and the municipal sector – relate to the concentrations calculated in receptor points, including the contribution of the transboundary inflow. The results allow to identify districts where the concentration limits are exceeded and action plans are needed. A quantitative source apportionment shows the emission sources which are mainly responsible for the violation of air quality standards. It is shown that the road transport and the municipal sector are the emission classes which substantially affect air quality in Warsaw. Also transboundary inflow contributes highly to concentrations of some pollutants. The results presented can be of use in analyzing emission reduction policies for the city, as a part of an integrated modeling system.

PL

W pracy przedstawiono wyniki analizy jakości powietrza w Warszawie. Obliczenia przeprowadzono dla danych emisyjnych i meteorologicznych z roku 2012. Jako narzędzie modelowania wykorzystano regionalny system CALMET/CALPUFF, którego zadaniem było powiązanie danych emisyjnych z rozkładami stężeń średniorocznych. Analiza dotyczy podstawowych zanieczyszczeń atmosferycznych, charakteryzujących aglomeracje miejskie, jak np.: PM10, PM2.5, NOx, SO2, Pb, B(a)P, metale ciężkie. Celem analizy było zidentyfikowanie najbardziej zanieczyszczonych obszarów miasta oraz zanieczyszczeń, których stężenia przekraczają poziomy dopuszczalne. Ponadto, wskazanie źródeł emisji (lub kategorii emisyjnych), które głównie odpowiadają za te przekroczenia, powodując negatywne skutki zdrowotne. Wyniki modelowania pokazują, w jakim stopniu główne źródła emisyjne – związane z sektorami energii, przemysłu, transportu lub komunalno-bytowym – odpowiadają za wartości stężeń w receptorach. Uwzględniono przy tym udział transgranicznego napływu zanieczyszczeń. Wyniki pozwalają wskazać dzielnice, w których zostały przekroczone poziomy dopuszczalne stężeń i konieczne są odpowiednie działania naprawcze. Dokonano ilościowej oceny udziału źródeł emisji głównie odpowiedzialnych za przekroczenia standardów. Ruch uliczny oraz sektor komunalno-bytowy wskazano jako kategorie emisyjne, które mają decydujący wpływ na pogarszanie jakości powietrza w Warszawie. W przypadku niektórych zanieczyszczeń (np. PM) bardzo istotny jest również udział napływu zewnętrznego. Wyniki mogą być przydatne przy wyborze strategii ograniczania emisji oraz jako część zintegrowanego systemu modelowania.

2

Particulate matter air pollution in an urban area : a case study

Holnicki P., Kałuszko A., Stankiewicz K.

Operations Research and Decisions

|

2016

|

Vol. 26, No. 3

43--56

EN

Many European agglomerations suffer from high concentrations of particulate matter (PM), which is now one of the most detrimental pollutants characterizing the urban atmospheric environment. This paper addresses the problem of PM10 pollution in the Warsaw metropolitan area, including very harmful fine fractions (PM2.5), and also some heavy metals. The analysis of air quality in the Warsaw agglomeration discussed in this study is based on results from computer modeling presented elsewhere, and refers to emission and meteorological data for the year 2012. The range of emissions considered in this analysis includes the main sectors of municipal activity: energy generation, industry, urban transport, residential sector. The trans-boundary inflow of the main pollutants coming from distant sources is also taken into account. The regional scale computer model CALPUFF was used to assess the annual mean concentrations of major pollutants in the urban area. The results show the regions where the air quality limits are exceeded and indicate the dominant sources of emission which are responsible for these vio-lations (source apportionment). These are the key data required to implement efficient regulatory actions.

3

Air quality modeling in Warsaw Metropolitan Area

Holnicki P., Nahorski Z.

Journal of Theoretical and Applied Computer Science

|

2013

|

Vol. 7, nr 1

56--69

EN

Decision support of air quality management needs to connect several categories of the input data with the analytical process of air pollution dispersion. The aim of the respective model of air pollution is to provide a quantitative assessment of environmental impact of emission sources in a form of spatial/temporal maps of pollutants’ concentration or deposition in the domain. These results are in turn used in assessment of environmental risk and supporting respective planning actions. However, due to the complexity of the forecasting system and the required input data, such environmental prognosis and related decisions contain many potential sources of imprecision and uncertainty. The main sources of uncertainty are commonly considered meteorological and emission input data. This paper addresses the problem of emission uncertainty, and impact of this uncertainty on the forecasted air pollution concentrations and adverse health effects. The computational experiment implemented for Warsaw Metropolitan Area, Poland, encompasses one-year forecast with the year 2005 meteorological dataset. The annual mean concentrations of the main urban pollutants are computed. The impact of uncertainty in emission field inventory is also considered. Uncertainty assessment is based on the Monte Carlo technique where the regional scale CALPUFF model is the main forecasting tool used in air quality analysis.

4

Some aspects of the integrated approach to air quality management based on optimization techniques

Holnicki P.

Archives of Environmental Protection

|

2010

|

Vol. 36, no. 1

145-159

EN

The quantitative evaluation of environmental impact of emission sources is an important step of integrated modeling and the air quality decision support. The problem is especially difficult in the case of a complex, multi-source emission field. The approach discussed in the paper is based on the forecasts of the Eulerian type models of air pollution transport. The aim is to get a quantitative assessment of the contribution of the selected sources, according to the specified, environmental objective function. The approach utilizes the optimal control technique for distributed parameter systems. The adjoint equation, related to the main transport equation of the forecasting model, is applied to calculate the sensitivity of the cost function to the emission intensity of the specified sources. An example implementation of a regional scale, multi-layer dynamic model of SO2 transport is discussed as the main forecasting tool. The test computations have been performed for a set of the major power plants in a selected industrial region of Poland.

PL

Jedną z istotnych funkcji zintegrowanego systemu oceny jakości powietrza atmosferycznego jest ilościowe oszacowanie wpływu poszczególnych źródeł emisji na zagrożenie środowiska. Problem ten jest szczególnie trudny w przypadku dużych aglomeracji miejsko-przemysłowych charakteryzujących się bardzo złożonym opisem pola emisji i dużą liczbą źródeł. W podejściu prezentowanym w pracy, jako podstawowe narzędzie prognostyczne wykorzystano eulerowski model rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń atmosferycznych w skali regionalnej. Wyniki prognoz modelu wykorzystano do oszacowania ilościowego udziału wybranych (dominujących) źródeł emisji w zagrożeniu środowiska. Udział ten jest określany z punktu widzenia przyjętego wskaźnika jakości powietrza atmosferycznego. Sformułowanie matematyczne ma postać zadania sterowania optymalnego dla systemu o parametrach rozłożonych (opisanego odpowiednim układem równań transportu zanieczyszczeń). Równanie sprzężone wykorzystano do oceny wrażliwości przyjętego wskaźnika jakości ze względu na wielkość emisji poszczególnych źródeł sterowanych. Podejście to wykorzystano do sformułowania i rozwiązania zadania sterowania emisją w czasie rzeczywistym. Przedstawiono przykładowe wyniki dotyczące implementacji zadania dla wybranego regionu przemysłowego.

5

On the real-time emission control - case study application

Holnicki P.

Control and Cybernetics

|

2006

|

Vol. 35, no 2

351-367

EN

The paper addresses the problem of real-time emission control in a given set of air pollution sources. The approach applied utilizes the optimal control technique for distributed parameter systems. A set of pointwise emission sources with a predefined location and emission characteristics is considered as the controlled object. The problem is formulated as on-line minimization of an environmental cost function, by the respective modification of emission level in the controlled sources, according to the changing meteorological conditions (e.g. wind direction and velocity). Dispersion of atmospheric pollution is governed by a multi-layer, dynamic model of SOχ transport, which is the main forecasting tool used in the optimization algorithm. The objective function includes the environmental damage related to air quality as well as the cost of the controlling action. The environmental cost index depends on the current level of SOχ concentration and on the sensitivity of the area to this type of air pollution. The adjoint variable; related to the main transport equation of the forecasting model, is applied to calculate the gradient of the objective function in the main optimization procedure. The test computations have been performed for a set of major power plants in the industrial region of Upper Silesia (Poland).

6

Forecasting of sulfur deposition on a regional scale

Holnicki P., Żochowski A., Abert K., Juda-Rezler K.

Environment Protection Engineering

|

2002

|

Vol. 28, nr 3-4

95-107

EN

The paper presents an algorithm for the prediction of sulfur deposition on a regional scale. The method is based on a dynamic, single-layer model of air pollution dispersion. The set of two transport equations, for the primary (SO2) and secondary (SO42-) sulfur species, is solved. Finally, the model generates spatial characteristics of the cumulated sulfur deposition due to transport and deposition processes, taking into account aerodynamical parameters of the terrain and chemical transformations. The model is aimed at evaluating sulfur deposition originating from the major emission sources, representing the sector of energy generation. The emission intensity of each source and the time sequence of meteorological parameters within the period of simulation constitute the main input data. The model computes the contribution of each source to sulfur deposition over the predescribed time interval. The resulting total deposition map is a sum of the individual contributions. The land-cover characteristics is an important factor in this calculation. Test computations were performed for the set of major power plants in Poland, using two estimation methods of dry deposition velocity for SO2: (i) the standard literature value and (ii) the variable value calculated due to the modified version of RIVM's dry deposition model [2]. The results being presented refer to seasonal winter and summer depositions as well as to the total annual value.

PL

Przedstawiono algorytm prognozowania depozycji siarki w skali regionalnej. W zastosowanej metodzie wykorzystano dynamiczny, jednowarstwowy model rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń atmosferycznych, który opiera się na układzie równań transportu dla zanieczyszczeń pierwotnych (SO2) oraz wtórnych (SO4 -2). Na postawie modelu opracowano mapy rozkładu przestrzennego skumulowanych wartości depozycji siarki w regionie, uwzględniające wpływ parametrów aerodynamicznych i przemian chemicznych na proces transportu zanieczyszczeń. Model ma służyć do oceny wielkości depozycji związanej z oddziaływaniem głównych źródeł energetyki zawodowej. Podstawowymi danymi wejściowymi SA intensywność źródła emisji oraz ciąg danych meteorologicznych dla przyjętego okresu symulacji. Ważnym czynnikiem branym pod uwagę w obliczeniach jest charakterystyka pokrycia terenu. Końcowe pole depozycji stanowi sumę udziałów poszczególnych źródeł. Obliczenia testowe przeprowadzono dla grupy największych zakładów energetycznych w Polsce., wykorzystując dwa sposoby obliczania prędkości suchej depozycji SO2 : (i) standardową, stałą wartość literaturową oraz (ii) zmienną wartość vd obliczoną na podstawie zmodyfikowanej wersji modelu suchej depozycji RIVM. Prezentowane wyniki przedstawiono jako mapy depozycji siarki dla lata, zimy oraz całego roku.

7

Regional-scale air pollution dispersion model REGFOR1.

Holnicki P., Żochowski A., Warchałowski A.

Environment Protection Engineering

|

2001

|

vol. 27, nr 3-4

101-113

EN

An implementation of a single-layer dynamic model for SOx air pollution forecasting on regional scale is presented. The computation method simulates the transport of the primary and the secondary pollutants following the wind trajectories. The model equations take into account transport, deposition (dry and wet), and chem. Transformation processes. The model is designed for evaluation of the environmental impact of major emission sources and, eventually, for emission control. The main output consists of the set of unit concn. maps for selected, individual sources, corresponding to the unit emission intensity. The assumed linearity of the dispersion process allows us to treat each source individually, and then to compute the total concn. map as a superposition of the individual contributions. Test computations have been performed for the set of major power plants in Poland.

PL

Przedstawiono implementację jednowarstwowego modelu rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń (tlenków siarki) w skali regionalnej. Opis matematyczny jest oparty na równaniach transportu, w których uwzględniono procesy depozycji oraz przemian chemicznych, w algorytmie obliczeniowym natomiast wykorzystano równania trajektorii wiatru. Model umożliwia ilościową ocenę krótkoterminowego wpływu wybranych źródeł emisji na środowisko, a także sterowanie emisją. Podstawowe wyjście stanowią jednostkowe mapy przejścia emisja ›stężenie charakteryzujące poszczególne źródła. Założona liniowość procesu dyspersji zanieczyszczeń pozwala obliczać sumaryczne pole ich stężenia jako superpozycję wpływu poszczególnych źródeł. Działanie modelu ilustrują wyniki obliczeń testowych, które wprowadzono dla grupy podstawowych obiektów energetycznych w Polsce. s. 101-113, bibliogr. 8 poz.