Моделирование концентраций фракций PM10, PM2.5 и других загрязняющих веществ в течение зимнего периода 2003 в Германии: численные эксперименты с моделями MM5-CMAQ и WRF/CHEM

Авторы: Сан Хосе Р., Перес Х.Л., Морант Х.Л., Гонсалес Р.М.

Год: 2009

Номер: 04

Страницы: 202-209

Аннотация

Авторы статьи применили модель MM5-CMAQ для моделирования высоких концентраций загрязняющих веществ с диаметрами менее 10.0 и 2.5 мкм (фракции РМ10 и РМ2.5, соответственно) в Центральной Европе на протяжении зимнего периода 2003 г. Выбран период с 15 января по 6 апреля 2003 г. Значения среднесуточных концентраций, достигающие 75  gm-3 , были выявлены в основном на некоторых станциях мониторинга в северной Германии. Оценки модели показали, что при увеличении измеренных концентраций PM10 имеет место увеличение недооценки первичного и вторичного типов загрязняющих веществ. Высокие концентрации фракций PM наблюдались при застойных погодных условиях, которые трудно смоделировать. ММ5 является негидростатической моделью PSU/NCAR, а CMAQ – это химическая дисперсионная модель, разработанная в EPA (US) и используемая в этом эпизоде совместно с моделью CBM–V. Для того чтобы в модели MM5–CMAQ смоделировать концентрации фракций PM10 и PM2.5 использовался кадастр вредных выбросов, составленный Netherlands Organization for Applied Scientific Research. Результаты показали существенную недооценку значений концентраций на высотах в феврале и марте 2003 г. Увеличение выбросов PM2.5 (в пять раз) дает ожидаемый результат, и коэффициент корреляции увеличивается незначительно. Результаты модели WRF/CHEM показали хорошую согласованность с стандартной базой данных выбросов. Главное отличие между моделированием с помощью MM5–CMAQ и WRF/CHEM являются модели MOSAIC и MADE/SORGAM используемые в WRF/CHEM и CMAQ, соответственно. Представляется, что модель MOSAIC дает лучшие результаты для рассмотренных эпизодов, чем модель MADE.

Теги: атмосферные частицы; выбросы; модели качества воздуха; фракции РМ10 и РМ2.5

Список литературы

  1. Amann, M., I. Bertok, J. Cofala, F. Gyarfas, C. Heyes, Z. Klimon (2005) BaselineScenarios for the Clean Air for Europe (CAFE) Programme. Final Report, InternationalInstitute for Applied Systems Analysis, Schlossplatz 1, A–2361 Laxenburg, Austria.
  2. Beekmann, M., A. Kerschbaumer, E. Reimer, R. Stern, D. Möller (2007) PM MeasurementCampaign HOVERT in the Greater Berlin area: model evaluation with chemicallyspecified observations for a one year period. Atmos. Chem. Phys., 7, pp. 55–68.
  3. Byun, D.W., J. Young, G. Gipson, J. Godowitch, F. Binkowsky, S. Roselle, B. Benjey, Pleim, J.K.S. Ching, J. Novak, C. Coats, T. Odman, A. Hanna, K. Alapaty, R. Mathur,J. McHenry, U. Shankar, S. Fine, A. Xiu, and C. Lang. (1998) Description of the Models-3Community Multiscale Air Quality (CMAQ) model. Proceedings of the AmericanMeteorological Society, 78th Annual Meeting Phoenix, AZ, Jan. 11–16, pp. 264–268.
  4. Carter, W.P.L. (2007) Development of the SAPRC-07 Chemical Mechanism and UpdatedOzone Reactivity Scales. Final report to the California Air Resources Board Contract, 03-318, August. Available at http://www.cert.ucr.edu/~carter/SAPRC.
  5. Collins, W.J., D.S. Stevenson, C.E. Johnson and R.G. Derwent (1997) Tropospheric ozonein a global scale 3D Lagrangian model and its response to NOx emission controls. Atmos. Chem., 86, pp. 223–274.
  6. Derwent, R., and M. Jenkin (1991) Hydrocarbons and the long-range transport of ozoneand PAN across Europe. Atmospheric Environment 8, pp. 1661–1678.
  7. Gardner, R.K., K. Adams, T. Cook, F. Deidewig, S. Ernedal, R. Falk, E. Fleuti, E. Herms, Johnson, M. Lecht, D. Lee, M. Leech, D. Lister, B. Masse, M. Metcalfe, P. Newton,A. Schmidt, C Vandenberg. and R. van Drimmelen (1997) The ANCAT/EC globalinventory of NOx emissions from aircraft. Atmospheric Environment 31, pp. 1751–1766.
  8. Gery M.W., G.Z. Whitten, J.P. Killus and M.C. Dodge (1989) A photochemical kineticsmechanism for urban and regional scale computer modelling. Journal of GeophysicalResearch 94, D10, pp. 12925–12956.
  9. Grell, G.A., J. Dudhia and D.R. Stauffer (1994) A description of the Fifth-GenerationPenn State/NCAR  Mesoscale  Model  (MM5).  NCAR/TN–398+STR,NCAR Technical Note.
  10. Guenther A., C.N. Hewitt, D. Erickson, R. Fall, C. Geron, T. Graedel, P. Harley, Klinger, M. Lerdau, W.A. McKay, T. Pierce, B. Scholes, R. Steinbrecher,R. Tallamraju, J. Taylor and P. Zimmerman (1995) A global model of natural volatileorganic compound emissions, Journal of Geophysical Research 100, pp. 8873–8892.
  11. Jacobson M.Z. and R.P. Turco (1994) SMVGEAR: A sparse-matrix, vectorized GEARcode for atmospheric models. Atmospheric Environment 28, 2, pp. 273–284.
  12. Janjic, Z. I., J. P. Gerrity, Jr. S. Nickovic (2001) An Alternative Approach toNonhydrostatic Modeling. Monthly Weather Review, Vol. 129, pp. 1164-1178
  13. Langner J., R. Bergstrom and K. Pleijel (1998) European scale modeling of sulfur,oxidized nitrogen and photochemical oxidants. Model development and evaluation for the1994 growing season. SMHI report RMK No. 82, Swedish Met. And Hydrol. Inst.,SE–601 76 Norrkoping, Sweden.
  14. Putaud, J., F. Raesa, R. Van Dingenen, E. Bruggemann, M. Facchini, S. Decesari, Fuzzi, R. Gehrig, C. Hueglin, P. Laj, G. Lorbeer, W. Maenhaut, N. Mihalopoulos,K. Mueller, X. Querol, S. Rodriguez, J. Schneider, G. Spindler, H. ten Brink, K. Torseth,A. Wiedensohler (2004) A European aerosol phenomenology — 2: chemical characteristicsof particulate matter at kerbside, urban, rural and background sites in Europe.Atmospheric Environment 38, pp. 2579–2595.
  15. Roemer M., G. Boersen, P. Builtjes and P. Esser (1996) The Budget of Ozone andPrecursors over Europe Calculated with the LOTOS Model. TNO publication P96/004,Apeldoorn, The Netherlands.
  16. San José R., L. Rodriguez, J. Moreno, M. Palacios, M.A. Sanz and M. Delgado (1994)Eulerian and photochemical modelling over Madrid area in a mesoscale context.Air Pollution II, Vol I., Computer Simulation, Computational Mechanics Publications, Baldasano, Brebbia, Power and Zannetti, pp. 209–217.
  17. San José R., J. Cortés, J. Moreno, J.F. Prieto and R.M. González (1996) Ozone modellingover a large city by using a mesoscale Eulerian model: Madrid case study, Developmentand Application of Computer Techniques to Environmental Studies, ComputationalMechanics Publications, Ed. Zannetti and Brebbia, pp. 309–319.
  18. San José, R., J.F. Prieto, N. Castellanos and J.M. Arranz (1997) Sensitivity study of drydeposition fluxes in ANA air quality model over Madrid mesoscale area, Measurementsand Modelling in Environmental Pollution, Ed. San José and Brebbia, pp. 119–130.
  19. Schmidt H., C. Derognat, R. Vautard and M. Beekmann (2001) A comparison ofsimulated and observed ozone mixing ratios for the summer 1998 in Western Europe,Atmospheric Environment 35, pp. 6277–6297.
  20. Schaap, M., H. Denier van der Gon, A. Visschedijk, M. van Loon, H. ten Brink, Dentener, J. Putaud, B. Guillaume, C. Liousse, P. Builtjes (2004а) AnthropogenicBlack Carbon and Fine Aerosol Distribution over Europe, J. Geophys. Res., 109, D18207,DOI:10.1029/2003JD004330.
  21. Spindler, G., K. Mueller, E. Brueggemann, T. Gnauk, H. Herrmann (2004) Long-termsize-segregated characterization of PM10, PM2.5, and PM1 at the IfT research stationMelpitz downwind of Leipzig (Germany) using high and low-volume filter samplers.Atmospheric Environment 38, pp. 5333–5347.
  22. Stockwell W., F. Kirchner, M. Kuhn and S. Seefeld (1977) A new mechanism for regionalatmospheric chemistry modeling, J. Geophys. Res. 102, pp. 25847–25879.
  23. Visscherdijk, A. and H. Denier van der Gon (2005) Gridded European anthropogenicemission data for NOx, SO2, NMVOC, NH3, CO, PM10, PM2.5 and CH4 for theyear 2000. TNO-report B&O-AR, 2005/106.
  24. Walcek C. (2000) Minor flux adjustment near mixing ration extremes for simplified yethighly accurate monotonic calculation of tracer advection. J. Geophys. Res. 105, 9335–9348.
Скачать полный текст (PDF)