Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

An assessment of the quality of near-real time GNSS observations as a potential data source for meteorology

Dymarska N., Rohm W., Sierny J., Kapłon J., Kubik T., Kryza M., Jutarski J., Gierczak J., Kosierb R.

Meteorology Hydrology and Water Management. Research and Operational Applications

|

2017

|

Vol. 5, Iss. 1

3--13

EN

The Global Navigation Satellite System (GNSS) can be used to determine accurate and high-frequency atmospheric parameters, such as Zenith Total Delay (ZTD) or Precipitable Water Vapour (PW), in all-weather conditions. These parameters are often assimilated into Numerical Weather Prediction (NWP) models and used for nowcasting services and climate studies. The effective usage of the ZTDs obtained from a ground-based GNSS receiver’s network in a NWP could fill the gap of insufficient atmospheric water vapour state information. The supply of such information with a latency acceptable for NWP assimilation schemes requires special measures in the GNSS data processing, quality control and distribution. This study is a detailed description of the joint effort of three institutions – Wrocław University of Environmental and Life Sciences, Wrocław University, and the Institute of Meteorology and Water Management – to provide accurate and timely GNSS-based meteorological information. This paper presents accuracy analyses of near real-time GNSS ZTD validated against reference ZTD data: the International GNSS Service (IGS) from a precise GNSS solution, Weather Research and Forecasting (WRF) model, and radiosonde profiles. Data quality statistics were performed for five GNSS stations in Poland over a time span of almost a year (2015). The comparison of near real-time ZTD and IGS shows a mean ZTD station bias of less than 3 mm with a related standard deviation of less than 10 mm. The bias between near real-time ZTD and WRF ZTD is in the range of 5-11 mm and the overall standard deviation is slightly higher than 10 mm. Finally, the comparison of the investigated ZTD against radiosonde showed an average bias at a level of 10 mm, whereas the standard deviation does not exceed 14 mm. Considering the data quality, we assess that the NRT ZTD can be assimilated into NWP models.

2

Spatial and chemical patterns of PM2.5 - differences between a maritime and an inland country

Werner M., Kryza M., Dore A. J.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2016

|

Vol. 23, nr 1

61--69

EN

The Fine Resolution Atmospheric Multi-pollutant Exchange model was used to calculate the mean annual concentration of PM2.5 at a resolution of 5 km × 5 km for the United Kingdom (UK) and Poland for the year 2007. The modelled average PM2.5 concentration is higher for Poland than the UK and amounts to 9.2 µg · m−3 and 5.6 µg · m−3, respectively. The highest concentrations concern London and coastal areas (due to the sea salt contribution) for the UK and urban agglomerations in the case of Poland. Maximum values occurring close to the UK coastline can reach 18 µg · m−3. The average contribution of natural particles amounts to 34 and 20% of total PM2.5 concentration, respectively for the UK and Poland. Among anthropogenic particles for both countries the highest contribution falls on secondary inorganic aerosols and the lowest contribution is for secondary organic aerosols.

3

HydroProg: a system for hydraulic forecasting in real time, based on the multimodelling approach

Niedzielski T., Miziński B., Kryza M., Netzel P., Wieczorek M., Kasprzak M., Migoń P., Szymanowski M., Jeziorska J., Witek M., Kosek W

Meteorology Hydrology and Water Management. Research and Operational Applications

|

2014

|

Vol. 2, Iss. 2

65--72

EN

Aleja Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków, Poland Abstract: The objective of this paper is to present the concept of a novel system, known as HydroProg, that aims to issue flood warnings in real time on the basis of numerous hydrological predictions computed using various models. The core infrastructure of the system is hosted by the University of Wrocław, Poland. A newly-established computational centre provides in real time, courtesy of the project Partners, various modelling groups, referred to as “project Participants”, with hydrometeorological data. The project Participants, having downloaded the most recent observations, are requested to run their hydrologic models on their machines and to provide the HydroProg system with the most up-to-date prediction of riverflow. The system gathers individual forecasts derived by the Participants and processes them in order to compute the ensemble prediction based on multiple models, following the approach known as multimodelling. The system is implemented in R and, in order to attain the above-mentioned functionality, is equipped with numerous scripts that manipulate PostgreSQL- and MySQL-managed databases and control the data quality as well as the data processing flow. As a result, the Participants are provided with multivariate hydrometeorological time series with sparse outliers and without missing values, and they may use these data to run their models. The first strategic project Partner is the County Office in Kłodzko, Poland, owner of the Local System for Flood Monitoring in Kłodzko County. The experimental implementation of the HydroProg system in the Nysa Kłodzka river basin has been completed, and six hydrologic models are run by scientists or research groups from the University of Wrocław, Poland, who act as Participants. Herein, we shows a single prediction exercise which serves as an example of the HydroProg performance.

4

The impact of precipitation on wet deposition of sulphur and nitrogen compounds

Wałaszek K., Kryza M., Dore A. J.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2013

|

Vol. 20, nr 4

733--745

EN

Atmospheric transport model FRAME has been used in this study to estimate the influence of precipitation on the patterns of wet deposition of oxidised sulphur, oxidised nitrogen and reduced nitrogen in Poland during the years 1981-2005. A constant wind and emission data and year-specific spatially interpolated precipitation data was used in the model. The results show that the correlation coefficient between mean annual precipitation totals and mean wet deposition is above 0.9 for all examined compounds. The spatial patterns of pollutant deposition are similar for all years, with the north-western part of Poland receiving the lowest and the southern, mountainous part, the highest pollutant load. The largest precipitation-induced changes in wet deposition budgets are observed for oxidised sulphur (53% of the average amount between wet and dry year), and smaller for oxidised and reduced nitrogen (30%). Inter-annual precipitation changes cause large variations in the amount of wet deposition of pollutants. This means that the emission abatements may not cause immediate environmental effects, eg reductions in deposition of pollutants and, further ecosystems areas of exceeded critical loads.

PL

Model transportu atmosferycznego FRAME został wykorzystany w niniejszej pracy do określenia wpływu opadów atmosferycznych na przestrzenną i czasową zmienność depozycji tlenków siarki, tlenków azotu oraz azotu zredukowanego na obszarze Polski w latach 1981-2005. W modelu zastosowano stałe warunki anemologiczne i emisję oraz mapy rocznych sum opadów uzyskane drogą interpolacji przestrzennej. Wyniki pokazują, że współczynnik korelacji między średnimi rocznymi sumami opadu a średnią mokrej depozycji przekracza 0,9 dla wszystkich analizowanych związków. Schemat przestrzenny depozycji kształtuje się podobnie dla całego okresu, z najniższymi ładunkami zanieczyszczeń w północno-zachodniej części Polski i najwyższymi w górzystej części południowej. Największe zmiany w budżecie depozycji spowodowane zmiennością opadów zachodzą dla tlenków siarki (53% wartości średniej między rokiem suchym i wilgotnym), natomiast słabiej zaznacza się zmienność zarówno dla azotu utlenionego, jak i zredukowanego (30%). Ze względu na to, że zmienność warunków pluwialnych powoduje znaczne wahania mokrej depozycji zanieczyszczeń, ograniczanie emisji może nie spowodować natychmiastowej poprawy dla środowiska, tzn. redukcji depozycji zanieczyszczeń i ograniczenia obszarów o przekroczonych ładunkach krytycznych.

5

Calculation of Sulphur and Nitrogen Deposition with the Frame Model and Assessment of the Exceedance of Critical Loads in Poland

Kryza M., Mill W., Dore A., Werner M., Błaś M.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2013

|

Vol. 20, nr 2

279-290

EN

Sulphur and nitrogen deposition were calculated with the FRAME model and used to assess the exceedances of the critical loads for acidification and eutrophication of natural ecosystems in Poland. For the first time two tools: the FRAME and SONOX models were used jointly to provide information on ecosystems at risk. The FRAME model obtained close agreement with available sulphur and nitrogen wet deposition measurements. The total mass of sulphur deposited in Poland in year 2008 was estimated as 292 Gg S. Total deposition of nitrogen (oxidized + reduced) is 389 Gg N. 11% of the ecosystems in Poland were calculated to be at risk of acidification due to deposition of sulphur and nitrogen. In the case of eutrophication, over 95% of terrestrial ecosystems are at risk due to the large deposition of nitrogen compounds.

PL

W pracy zastosowano model FRAME do obliczenia informacji o depozycji związków siarki i azotu w Polsce. Na tej podstawie określono przekroczenia ładunków krytycznych dla ekosystemów naturalnych. Po raz pierwszy dwa narzędzia, modele FRAME i SONOX, zostały zastosowane razem w celu określenia zagrożenia dla ekosystemów. Wykazano, że depozycja siarki i azotu, obliczona za pomocą modelu FRAME, jest w dobrej zgodności z dostępnymi pomiarami. Całkowita depozycja siarki, zdeponowanej w Polsce w 2008, została określona na 292 Gg S. Masa zdeponowanych związków azotu (utlenionego i zredukowanego) to 389 Gg N. Wykazano, że 11% ekosystemów w Polsce jest zagrożonych nadmiernym zakwaszeniem w wyniku depozycji atmosferycznej siarki i azotu, a ponad 95% ekosystemów lądowych jest zagrożonych eutrofizacją w wyniku depozycji związków azotu.

6

Zastosowanie krigingu reszt lokalnego modelu regresji do interpolacji przestrzennej średniej rocznej temperatury powietrza w Polsce

Szymanowski M., Kryza M.

Przegląd Geofizyczny

|

2012

|

Z. 1

75-84

PL

Podstawowym celem opracowania jest przedstawienie procedury przestrzennej interpolacji średniej rocznej temperatury powietrza w Polsce z wykorzystaniem krigingu reszt lokalnego modelu regresji (regresji ważonej geograficznie). Interpolacji przestrzennej dokonano na podstawie danych z roku 1996, obejmujących 250 stacji meteorologicznych z Polski i najbliższego sąsiedztwa. Dokonano porównania modeli regresji globalnej i lokalnej za pomocą szeregu miar statystycznych. Stwierdzono, że w związku z niestacjonarnością pola temperatury model lokalny jest lepiej dopasowany do danych pomiarowych niż globalny model regresji. Obydwa modele zostały rozszerzone o interpolację reszt regresji (kriging resztowy) i wykorzystane do wykonania map średniej rocznej temperatury powietrza. Wyniki interpolacji uzyskane czterema metodami zostały porównane za pomocą metody oceny krzyżowej. Stwierdzono, że rozszerzenie modeli regresji przez komponent geostatystyczny podnosi jakość interpolacji, głównie przez eliminację stref systematycznego przeszacownia/niedoszacowania. W związku z metodyczną poprawnością stosowania modelu lokalnego w warunkach niestacjonarności za najlepszą metodę w analizowanym przypadku uznano kriging reszt oparty na regresji ważonej geograficznie.

EN

The main aim of the paper is to perform the spatial interpolation of the annual mean air temperature in Poland using geographically weighted regression residual kriging. The interpolation has been done for a set of data for year 1996, covering 250 meteorological stations from Poland and its surroundings. Global and local regression models have been compared using various statistics. It has been stated that local model approach is better suited for spatial modeling of air temperature than the global one, as it takes into account non-stationarity of the spatial process. Both models have been extended by the interpolation of regression residuals, and used for mapping air temperature field, and the interpolation results have been evaluated with the cross-validation (CV) approach. The incorporation of the spatially interpolated residuals leads to significant improvement of the results, especially by eliminating the zones of systematic over- or underestimations. Because local regression is better justified in terms of statistical specification, the residual kriging based on geographically weighted regression is recommended for spatial modeling of annual mean air temperature, instead of widely applied global regression based residual kriging models.

7

National scale modelling of the concentration and deposition of reduced nitrogen and its application to Poland

Kryza M., Błaś M., Dore A., Sobik M.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2010

|

Vol. 17, nr 2

161-176

EN

The relative contribution of reduced nitrogen in acid and eutrophic deposition in Europe has been recently increasing as a result of SO2 and NOx emissions abatements. For Poland, the main source of spatial information on dry and wet deposition of NHx is the EMEP model with a coarse 50 km x 50 km grid which may be insufficient for national scale studies, as the NHx emissions, concentrations and depositions vary considerably over a short distance. The FRAME model is used to calculate the spatial patterns of annual average NHx air concentrations and depositions with a 5 km x 5 km grid. The results correlate well with available measurement and with spatial patterns of concentrations and depositions of NHx reported with the EMEP, but show higher spatial variability. The differences in deposition budgets calculated with FRAME and EMEP are less than 17% for wet and 6% for dry deposition. The differences between FRAME and the Polish Chief Inspectorate of Environmental Protection interpolation based wet deposition budget is 3%. Up to 93% of dry and 53% of wet deposition of NHx comes from national activities. The western part of Poland and the mountains in the south are strongly influenced by the NHx deposition from transboundary transport.

PL

W wyniku skutecznej redukcji emisji SO2 i NOx wzrasta względny udział azotu zredukowanego w zakwaszaniu i eutrofizacji środowiska przyrodniczego w Polsce i całej Europie. Głównym źródłem przestrzennej informacji o suchej i mokrej depozycji NHx w Polsce jest model EMEP (European Monitoring and Evaluation Programme), pracujący z przestrzenną rozdzielczością 50 km x 50 km. Ze względu na dużą zmienność przestrzenną w emisji, koncentracji i depozycji NHx taka informacja może być niewystarczająca dla analiz w skali regionalnej. W pracy zastosowano model FRAME (Fine Resolution Atmospheric Multi-pollutant Exchange) do obliczenia średniorocznych stężeń azotu zredukowanego oraz jego suchej i mokrej depozycji w rozdzielczości przestrzennej 5 km x 5 km. Uzyskane wyniki wykazują dużą zgodność z dostępnymi danymi pomiarowymi oraz z przestrzenną informacją obliczoną za pomocą modelu EMEP, wykazując jednocześnie znacznie większą zmienność przestrzenną. Różnice w bilansie depozycji, obliczonym za pomocą szacunków FRAME i EMEP, nie przekraczają 17% dla depozycji mokrej i 6% dla suchej. Różnice między FRAME a szacunkami polskiego Głównego Inspektoratu Ochrony Środowiska są na poziomie 3% w przypadku mokrej depozycji. W pracy wykazano także, że 93% suchej i 53% mokrej depozycji azotu zredukowanego w Polsce pochodzi z emisji ze źródeł krajowych. Transgraniczny napływ zanieczyszczeń ma największe znaczenie na obszarze zachodniej Polski oraz w górach na południu kraju.

8

Wpływ rozmrażania na wybrane właściwości fizyczne tkanki mięsnej w czasie zamrażalniczego przechowywania

Kryza M., Mikulska M., Szczepanik G.

Chłodnictwo : organ Naczelnej Organizacji Technicznej

|

2010

|

R. 45, nr 11

42-47

PL

Celem pracy było określenie wpływu rozmrażania na wybrane właściwości fizyczne tkanki mięsnej szynki i ligawy w czasie zamrażalniczego przechowywania. Przeanalizowano wpływ parametrów rozmrażania tradycyjnego i zamrażalniczego przechowywania na wyróżniki fizycznej jakości dwóch rodzajów tkanki mięsnej utrwalonej niskimi temperaturami. Do badań zastosowano dwa rodzaje świeżej tkanki mięsnej szynki wieprzowej i ligawy wołowej, które pochodziły ze sprzedaży detalicznej (kwiecień 2009). Pozyskane mięso pocięto na kawałki wielkości 3-4-8 cm, a następnie pakowano w folię polietylenową, po czym zgrzewano z pozostawieniem powietrza wewnątrz opakowania. Następnie zapakowane próby zamrażano metodą owiewowa w temperaturze -25°C i przechowywano w temperaturze -24°C przez 10 tygodni. Przeprowadzone badania obejmowały następujące analizy tkanki mięsnej: zawartość tłuszczu, zawartość wody całkowitej, aktywność wody, pH, ilościowy ubytek sublimacyjny i rozmrażalniczy. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że średnia zawartość wody całkowitej i aktywności wody tkanki mięsnej zarówno szynki, jak i ligawy uległa istotnie obniżeniu po 10 tygodniach przechowywania i była niższa w szynce. Ponadto czas przechowywania istotnie wpływał na obniżenie pH analizowanej tkanki mięsnej szynki i ligawy. Średni ilościowy ubytek sublimacyjny i rozmrażalniczy obu analizowanych tkanek mięsnych uległ istotnie podwyższeniu po dziesięciu tygodniach zamrażalniczego przechowywania, a średnie straty w wyniku utrwalenia zamrażalniczego (straty sublimacyjne i rozmrażalnicze) były niższe w ligawie. Uzyskany średni ilościowy ubytek sublimacyjny i rozmrażalniczy zarówno dla szynki, jak i ligawy nie przekroczył 2%, co może świadczyć, że fizyczna jakość analizowanej tkanki mięsnej szynki i ligawy kształtowała się na zadowalającym poziomie, uwzględniając przyjęte w części doświadczalnej niniejszej pracy parametry dla całego łańcucha zamrażalniczego. Uzyskane wyniki wykazały, że przez dobór parametrów dla całego łańcucha zamrażalniczego: zamrażanie, przechowywanie i rozmrażanie, można wpływać na własności technologiczne i funkcjonalne tkanki mięsnej oraz kształtowanie wyróżników fizycznej jakości tkanki mięsnej utrwalonej niskimi temperaturami.

EN

The aim of this study was to determine the impact of thawing on some physical properties of meat muscle tissue of ham and silverside (beef) during frozen storage. The influence of traditional parameters of thawing and frozen storage on the physical quality of distinguishing the two types of meat tissue to the preserved of low temperatures. Investigations used two types of fresh meat tissue of porkham and silverside (beef), which came from retail sales (April 2009). Obtained the meat cut into pieces the size of 3-4-8 cm and then packed in polythene and then welded, leaving the air in-side the package. Then, try frozen packaged air chilling method at -25°C and stored at -24°C for 10 weeks. The studies included the following analysis of the tissues of meat: fat content, total water content and active water, pH, quantitative loss of sublimation and after thawing. Based on the study it was found that the average total water content and active water of tissues of both meat ham and silverside (beef) was significantly reduced after 10 weeks of storage and was lower in ham. In addition, storage time significantly affected at a lower pH of the analyzed meat tissue of pork ham and silverside (beef). The average of quantitative loss of sublimation and after thawing both analyzed tissues of meat has increased significantly after 10 weeks of frozen storage, and the average losses from freezing preserved (freeze and defrosting losses) were lower in silverside (beef). The resulting of quantitative average loss of sublimation and after thawing for both pork ham and silverside (beef), did not exceed 2%, suggesting that the physical quality of the analyzed meat tissue of pork ham and silverside (beef) developed at a satisfactory level, having regard to the experimental part of this work the parameters for the entire chain frozen. Our results showed that by choosing the parameters for the entire chain of freezing: freezing, storing and thawing can affect the functional and technological properties of meat tissue and the formation of the physical parameters of meat quality tissue preserved of low temperatures.

9

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

Kryza M., Błaś M., Dore A.J., Sobik M.

Archives of Environmental Protection

|

2010

|

Vol. 36, no. 1

49-62

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).

10

Zastosowanie regresji ważonej geograficznie do modelowania miejskiej wyspy ciepła we Wrocławiu

Szymanowski M., Kryza M.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2009

|

Vol. 20

407--419

PL

Artykuł prezentuje zastosowanie regresji ważonej geograficznie (GWR) do interpolacji przestrzennej temperatury powietrza w warunkach wystąpienia miejskiej wyspy ciepła (UHI) we Wrocławiu. Rezultaty interpolacji GWR porównano z uzyskanymi za pomocą innych metod: regresji wieloczynnikowej (MLR) – model globalny, i krigingu resztowego dla obydwu modeli regresyjnych (odpowiednio: RK i GWRK). Dane wejściowe stanowiły pomiary temperatury powietrza w 206 nieregularnie rozmieszczonych punktach oraz warstwy dodatkowych zmiennych objaśniających, utworzone głównie na podstawie mapy pokrycia terenu i zdjęć satelitarnych (Landsat TM). Walidację interpolacji przeprowadzono metodą oceny krzyżowej (CV), analizując miary diagnostyczne (BIAS, MAE, RMSE) i rozkład przestrzenny błędów CV. Porównanie rezultatów modeli regresyjnych wskazało zasadność zastosowania GWR w przypadku niestacjonarnego procesu przestrzennego (UHI). Kalibrację modelu lokalnego przeprowadzono w zmiennej macierzy sąsiedztwa (tzw. kernelu) z uwzględnieniem zachowania możliwości fizycznej interpretacji procesu. Kriging reszt, przeprowadzony dla lokalnego i globalnego modelu regresji poprawił jakość interpolacji. Za optymalną w analizowanych przypadkach UHI metodę interpolacji uznano kriging resztowy dla regresji ważonej geograficznie (GWRK).

EN

Implementation of geographically weighted regression (GWR) for urban heat island (UHI) modelling in Wrocław is presented. The results of spatial interpolation using 4 methods are evaluated and compared. The methods are: multiple linear regression (MLR) – global model, GWR – local model and residual kriging for both regression techniques (RK and GWRK). The analysis was performed based on 2 examples of UHI. Air temperature data were gathered in 206 irregularly distributed points. Additional explanatory variables were developed based mainly on the land-use map and Landsat TM images. The cross-validation (CV) technique was used to compare results obtained with the different algorithms together with the evaluation of errors (BIAS, MAE, RMSE) and their spatial distribution. The results confirmed the usefulness of GWR in the case of non-stationarity of the spatial process. Calibration of the local models was performed using adaptive kernel, taking into account the possibility of physical interpretation of the model. Kriging of MLR and GWR residuals significantly improved the spatial interpolation results in terms of cross-validation errors. The most accurate results of the UHI spatialization were obtained with the GWRK techniquedr.

11

Modelling and validation of the potential solar radiation for the Hornsund region - application of the R.sun model

Szymanowski M., Kryza M., Migała K., Sobolewski P., Kolondra L.

Roczniki Geomatyki

|

2008

|

T. 6, z. 2

107-112

EN

R.sun is a solar radiation model implemented in the OpenSource GRASS GIS. The model can be used to calculate spatial patterns of both instantaneous and daily sums of beam, diffused and reflected solar radiation. The input data are digital elevation model, needed to calculate slopes and their aspects, and the Linke turbidity factor, which describes the attenuation of the solar radiation in the atmosphere. Optionally, terrain-shadowing effects may be considered, which is important for areas with complex relief. Effects of cloudiness on the incoming solar radiation can also be parameterised, separately for the beam and diffused radiation. Here the r.sun model is applied to calculate the potential (i.e. for cloudless conditions) solar radiation for the Hornsund area (SW Spitsbergen). The shadowing effect is included, which is of special importance for the area because of the relief complexity and low solar altitudes. The results are shown on a series of maps and compared with measurements. The validation of the model shows a good agreement between the model results and the available measurements.

PL

R.sun jest narzędziem służącym do modelowania dopływu promieniowania słonecznego do powierzchni ziemi, zaimplementowanym w działającym na licencji OpenSource systemie GIS GRASS. Model może być zastosowany do obliczania zarówno wielkości chwilowych (momentowych), jak i dziennych sum promieniowania bezpośredniego, rozproszonego i odbitego. Wejściowymi informacjami są: cyfrowy model terenu, potrzebny do określenia nachyleń i ekspozycji stoków oraz współczynnik zmętnienia Linkego, opisujący zmniejszenie promieniowania słonecznego w atmosferze. Dodatkowo istnieje możliwość uwzględnienia zachmurzenia nieba, parametryzowanego oddzielnie dla promieniowania bezpośredniego i rozproszonego. Model R.sun zastosowano tu do obliczenia potencjalnego (niebo bezchmurne) promieniowania dla obszaru Hornsundu (SW Spitsbergen). W opracowaniu uwzględniono efekty zacienienia, związane z urozmaiconą rzeźbą terenu, szczególnie istotne przy niskim położeniu słońca nad horyzontem. Wyniki zaprezentowano na mapach i zweryfikowano poprzez porównanie z danymi pomiarowymi. Walidacja modelu wykazała dużą zgodność między wielkościami estymowanymi za pomocą R.sun a zmierzonymi.

12

Application and validation of the residual kriging method for interpolation of the monthly precipitation field in Poland

Kryza M.

Roczniki Geomatyki

|

2008

|

T. 6, z. 1

107-113

EN

Residual kriging (RK) is applied to calculate spatial patterns of monthly precipitation in Poland. RK is one of the multi-dimensional interpolation schemes being used for spatial interpolation of various climatological data. The algorithm is supported by additional explanatory variables, which reflect physical processes responsible for spatial pattern of the interpolated phenomena. Here, the algorithm is implemented in the OpenSource GIS GRASS, supported by the R statistical package. These tools are found to be very flexible and efficient for this purpose. The RK results are compared with other interpolation procedures (Inverse Distance Method and Ordinary Kriging). Both visually and in terms of cross-validation errors, RK performs better than the other interpolation algorithms tested. The general statistics, Root Mean Square Errors and Mean Absolute Errors, are lower for RK than for the other methods compared, and the differences are statistically significant. The cross-validation errors are strongly correlated with the areas of high precipitation. There is also an increase of cross-validation error with the elevation a.s.l., but the increase is smaller for the RK than for the other interpolation algorithms used.

PL

W pracy zastosowano metodę krigingu resztowego (Residual Kriging, RK) do przestrzennej interpolacji miesięcznych sum opadu atmosferycznego w Polsce. Kriging resztowy jest jednym z algorytmów interpolacji wielowymiarowej, który znajduje szerokie zastosowanie w klimatologii. Wynika to z faktu, że RK uwzględnia dodatkowe zmienne niezależne (objaśniające), odpowiedzialne za przestrzenny opis procesów fizycznych kształtujących interpolowane zjawisko. W tej pracy algorytm zaimplementowany został w systemie GIS GRASS, współpracującym z pakietem statystycznym R. Obydwa środowiska działają na licencji OpenSource i okazały się być bardzo wydajnymi narzędziami do realizacji prezentowanego zadania. Wyniki interpolacji RK zostały porównane z otrzymanymi z zastosowaniem dwóch innych algorytmów, metody odwrotnych odległości (IDW) oraz krigingu zwykłego (OK). Porównanie zostało wykonane zarówno jakościowo (wizualnie), jak i ilościowo przez zastosowanie oceny krzyżowej. W obu przypadkach wyniki uzyskane RK są lepsze niż dla IDW i OK. Ogólne statystyki błędu oceny krzyżowej, RMSE i MAE, policzone dla RK, są niższe niż uzyskane dla IDW i OK, a różnice są istotne statystycznie. Wysokie błędy interpolacji są skorelowane przestrzennie z obszarami z wysokimi sumami opadów. Stwierdzono także wzrost błędów oceny krzyżowej z wysokością, który dla RK jest mniejszy niż dla IDW i OK.

13

Modelling the long-range transport, concentrations and deposition of atnospheric pollutants in Poland - applications of the FRAME model

Kryza M., Błaś M., Dore A. J., Sobik M.

Proceedings of ECOpole

|

2008

|

Vol. 2, No. 1

47--52

EN

FRAME (Fine Resolution Atmospheric Multi-pollutant Exchange) is a statistical Lagrangian atmospheric transport model. It has high spatial (5 km x 5 km) and vertical resolution (33 layers). The model was developed in the Centre for Ecology and Hydrology (Edinburgh, U K) and has successfully been used for modelling long-range transport and deposition of atmospheric pollutants. The model is used as a tool to support government policy in assessing the effect of abatement of pollutant gas emissions. The FRAME model has been recently adopted to work for the area of Poland. This study presents the spatial patterns of dry and wet deposition of SOX, NOy and NH, as well as the yearly average air concentrations of SO2, NOx, and NH3 for Poland for the year 2002. The model results are compared with the measurements. The modelled concentrations are found to be in a good agreement with observations, with a determination coefficient around 0.7 for SO2 and NOX. The NH3 concentrations are not routinely measured in Poland, therefore only the spatial pattern of air concentration is presented. FRAME dry and wet deposition of SO2 NOy and NH3 was compared with the EMEP data and the measurement-based estimates provided by the IMWM (wet only). The calculated deposition budgets were found to be in close agreement. Spatial patterns of dry and wet deposition are generally similar to those reported by EMEP and CIEP/IMWM. Because of the higher spatial resolution of the FRAME model, the calculated depositions are locally higher, especially in the mountainous areas where the seeder-feeder effect is incorporated.

PL

FRAME (Fine Resolution Atmospheric Multi-pollutant Exchange) jest statystycznym modelem trajektorii typu Lagrange'a. Główne cechy modelu to duża rozdzielczość pozioma (5x5 km) i pionowa (33 warstwy) przy jednocześnie krótkim czasie wykonania obliczeń (ok. 30 minut). FRAME został pierwotnie opracowany dla obszaru Wielkiej Brytanii przez Centre for Ecology and Hydrology w Edynburgu i jest od kilku lat Ł powodzeniem używany do modelowania transgranicznego transportu i depozycji zanieczyszczeń atmosferycznych. FRAME stanowi narzędzie wspomagające dla podejmowania decyzji ograniczających emisję gazów przemysłowych w Wielkiej Brytanii. W ostatnim czasie FRAME został przystosowany do działania na obszarze Polski. Praca prezentuje mapy średniorocznej koncentracji i rocznej depozycji (suchej i mokrej) tlenków siarki i azotu oraz azotu zredukowanego dla Polski, obliczone na podstawie emisji z 2002 roku. Wyniki działania modelu FRAME zostały porównane z koncentracją SO2 i NOx, zmierzoną w sieci stacji monitoringu jakości powietrza GIOŚ. Stwierdzono dużą zgodność modelu FRAME z pomiarami, wyrażoną współczynnikiem determinacji na poziomie ok. 0,7 (dla obu związków). Ze względu na to, że rutynowe pomiary koncentracji zanieczyszczeń, prowadzone w sieci IOŚ, nie obejmują stężeń NHs, wykonanie podobnej analizy dla amoniaku nie jest możliwe. Bilanse suchej i mokrej depozycji SO2, NOx i NH3 obliczone na podstawie map depozycji uzyskanych za pomocą modelu FRAME, są zbliżone do danych raportowanych przez EMEP i GIOŚ/IMGW (tylko mokra depozycja). Mapy depozycji obliczone modelem FRAME są podobne w ogólnym zarysie do prezentowanych przez dwa pozostałe źródła. Różnią się głównie ze względu na dużą rozdzielczość przestrzenną FRAME, która pozwala uwzględnić procesy działające w małej skali (np. efekt seeder-feeder).

14

Wyznaczanie stężenia oraz depozycji NHx w Polsce za pomocą modelu FRAME

Kryza M., Błaś M., Dore A. J., Sobik M.

Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie

|

2007

|

T. 7, z. 2a

219-230

PL

Skuteczne zmniejszenie emisji tlenków siarki i azotu w Europie doprowadziło w ostatnich latach do zwiększenia względnego udziału amoniaku w zakwaszeniu i eutrofizacji środowiska przyrodniczego. W pracy zaprezentowano wyniki modelowania rozkładów przestrzennych stężenia oraz depozycji suchej i mokrej amoniaku w Polsce w rozdzielczości 5x5 km. W tym celu zastosowano brytyjski model FRAME, który w ostatnich latach jest przystosowywany do pracy w warunkach polskich. FRAME jest modelem typu Lagrange'a, cechującym się dużą rozdzielczością pionową (33 warstwy) oraz przestrzenną (5x5 km). Walidację modelu w odniesieniu do stężenia i depozycji NHx przeprowadzono na podstawie pomiarów punktowych oraz przez porównanie bilansu depozycji z innymi dostępnymi źródłami danych: EMEP (European Monitoring and Evaluation Program), IOŚ i IMGW. Stwierdzono dużą zgodność wyników uzyskanych za pomocą modelu FRAME z dostępnymi danymi pomiarowymi. Bilans depozycji suchej i mokrej NHx dla Polski, obliczony na podstawie danych uzyskanych za pomocą FRAME, jest zbliżony do podawanego przez EMEP i GIOŚ. Zaprezentowane w pracy wyniki badań wykazują także konieczność poprawy niektórych parametrów w polskiej wersji modelu FRAME. Dotyczy to szczególnie procesu seeder-feeder, którego efektywny wpływ na wielkość mokrej depozycji zmienia się przestrzennie.

EN

Over the last ten years the acid and nitrogen deposition have decreased in Poland as a result of decreased emissions. However, the relative contribution of ammonia deposition shows an increasing trend. To support the national monitoring of ammonia concentration and deposition of reduced nitrogen, numerical models have been developed. Here, the gridded emissions and meteorological data for 2002 were applied to estimate the concentration and deposition of NHx for Poland with the FRAME model (Fine Resolution Atmospheric Multi-pollutant Exchange model). FRAME is a Lagrangian model with high spatial (5 x 5 km) and horizontal resolution (33 layers) and was originally developed for the United Kingdom. Because of its high spatial resolution, the model considers the seeder-feeder effect (the washout of polluted hill cloud droplets by raindrops from upper layers), which is largely responsible for enhanced wet deposition over mountainous areas. FRAME results were compared with available data from the monitoring sites and with the EMEP and IMGW/IOŚ estimates of wet and dry deposition. The results show close agreement with measurements (with R2 of 0.71 for wet deposition). Due to the fine spatial resolution of the FRAME model, the spatial distribution of NH3 concentration and NHx deposition shows a complex pattern which can not be noticed in the coarser resolution EMEP model. The FRAME national deposition budget is in close agreement with the EMEP and IMGW estimates. The modelled reduced nitrogen wet deposition is overestimated in the Tatra Mts. This is because of the more continental climate and the seeder-feeder process being less effective, if compared with the UK. This suggests that the efficiency of the seeder-feeder effect, included into the model, should vary spatially.

15

Wybrane metody interpolacji w modelowaniu map ekstremalnej temperatury powietrza (na przykładzie południowo-zachodniej Polski)

Kryza M., Szymanowski J., Wieczorek M.

Przegląd Geofizyczny

|

2007

|

Z. 1

61-82

PL

W opracowaniu porównano 4 metody interpolacji ekstremalnych temperatur stycznia i lipca na obszarze poludniowo-zachodniej Polski: oparty na relacji odległościowej między punktami pomiarowymi kriging prosty, dwie techniki wykorzystujące wysokość bezwzględną do objaśnienia przestrzennej zmienności temperatury powietrza (kokriging prosty i regresja prosta) oraz regresję wieloczynnikową. Dokładność poszczególnych technik interpolacji omówiono na podstawie wyników oceny krzyżowej. Porównano największe dodatnie i ujemne różnice między wartościami estymowanymi a obserwowanymi oraz pierwiastek średniego odchylenia kwadratowego (RMSE). Dokonano także analizy przestrzennego rozkładu wielkości odchyleń, a uzyskane mapy poddano ocenie wizualnej. Najlepszymi rezultatami, pod względem RMSE, charakteryzowała się metoda regresji wielo-czynnikowej, mimo że jednocześnie technika ta odznaczała się nieznacznie większymi odchyleniami dodatnimi niż kokriging prosty. Stosując kryterium RMSE stwierdzono, że metoda regresji prostej jest nieznacznie lepsza niż kokriging. Najsłabiej pod tym względem, a także skrajnych różnic, wypadł kriging prosty. Stwierdzono, że wielkość RMSE jest wprost proporcjonalna do przestrzennej zmienności interpolowanej cechy. W przypadku krigingu i kokrigingu prostego wielkość odchyleń między wartościami estymowanymi a obserwowanymi, uzyskanymi w procesie oceny krzyżowej, silnie zależała od wartości temperatury obserwowanej na stacjach sąsiadujących. Największe różnice obserwowano w górach, gdzie temperatura podlega szybkim zmianom na niewielkiej przestrzeni. Wizualnie najlepsze rezultaty dała metoda regresji wieloczynnikowej. Na mapach uzyskanych metodą prostej regresji nie odznaczają się makroskalowe cechy zmienności temperatury. Zastosowanie metod geostatystycznych (krigingu i kokrigingu) powodowało natomiast powstanie na mapach charakterystycznych struktur zamkniętych izolinii.

EN

We compare and cross-validate four spatialisation techniques used to interpolate extreme air temperatures for January and July in SW Poland. Simple kriging, based on autocorrelation; simple co-kriging; simple regression where height a.s.l. was used as an explaining variable; and multiple regression with three variables. The largest residuals and the root mean squared error (RMSE) for tested methods were compared, as well as the spatial distribution of cross-validation results. Resultant maps were also checked visually. The smallest RMSE was achieved using multiple regression, though gave slightly higher positive deviations than simple co-kriging. Simple regression gave a smaller RMSE than simple co-kriging. The largest RMSE was obtained with simple kriging, where no additional explaining variables were used in interpolation procedure. The RMSE was found to be directly proportional to the spatial variability of the modelled characteristic for all interpolation methods tested. The quantity of the cross-validation error for simple kriging and simple co-kriging for a station depends on its neighbouring stations' air temperature. This error is generally larger in mountainous terrain, where air temperature can show marked lateral variations. The best results visually were achieved with multiple regression. On maps generated with simple regression macroscale trends are not seen. There are visible "bull's eye" effects on kriging and cokriging maps.