Emissioner och spridningssmodelling praktiska exempel

Transkript

1 Emissioner och spridningssmodelling praktiska exempel Marie Haeger- Eugensson IVL Svenska Miljöinstitutet

2 Noggrannhet vid återgivning av emissioner för spidningsmodellering. Matcha modell med databas. Generalisering vid spridningsberäkning. Några exempel på hur stor blir effekten kan bli på beräknade haltnivåer? Mätningar i Sverige.

3 Generalisieringar: Emissionerna De övriga indata som modellen behöver vid dispersionsberäkningarna Genom att man väljer en, för ändamålet, felaktig modell

4 Emissioner anges i form av: Enskilda källor Databaser Där punkt-, linje-, area- eller volymkällor kan ingå.

5 För enskilda källor och ofta även i databaser krävs, förutom emission, även andra indata: Rökgasflöden Rökgastemperatur Skorstenshöjd och radie Närliggande byggnader Gärna topografi Ofta markanvändning

6 Vanliga förenklingar gällande emissionsindata: Tidsfördelning (år, månad, dygn). Ex. emissionen är inte kontinuerlig utan har en tydlig tidsfördelning. Ytfördelning Emissionen fördelad över t.ex. större/mindre yta än var som egentligen är fallet. Typ av källa Om inte nödvändiga indata finns för t.ex. en punktkälla kan istället emissionen beskrivas som en areakälla.

7 Tidsfördelning Exemepel: Exempelvis vid värmekraftverk för spetsbelastning, som används några få tillfällen/vinter, men då med mycket höga emissioner. I nedanstående exempel blir skillnaden ca 28 ggr större emission/sek vid detaljerad återgivning Fördelning Emission (kg/år) Emission (g/s) Fördelat på 15 dygn Fördelat på helår 0.005

8 Exempel 2, tisfördelning Om en linjekälla anges med konstanta emissioner hela dygnet. Detta resulterar i att halten under natten blir för hög men under dagen, vid morgon- och eftermiddagsrusningar, blir halten för låg. Förhöjningen under natten kan eventuellt bli kraftigt förhöjd till följd av försämrad omblandning nattetid. Detta kommer främst att märkas på korttidsvärden så som 98 percentiler för dygn och timme.

9 Ytfördelning Emissioner för t.ex. biobränsleeldning information för en hel kommun. Ger underskattning om dessa inte allokeras till rätt områden. Vid en industri kan diffusa emissioner från t.ex. VOCutsläpp anges för ett helt industriområde men skall i själva verket endast vara för en del av området.

10 Typ av källa Bör kanske vara en punktkälla men anges som ytkälla. Detta ger en överskattning nära källan men underskattning längre ifrån. Linjekälla anges ibland som ytkälla. Detta resulterar ofta i en viss underskattning nära vägen eftersom emissionens yta är större än linjens varför utgångshalten är lägre.

11 Val av modell Modellval styrs av vilken skala man vill genomföra beräkningen i och/eller vilka processer som kan vara viktiga att modellen klarar av att simulera.

12 Databaser Inkluderar ofta flera typer av källor Gridupplösningen styr till vilken skala man kan göra spridninsmodelleringen i. Olika skalor för olika modelleringar: 1. Globalt 2. Europa/Sverige 3. Stad 4. Gaturum

13 Inför val av modell - inkludera för ändamålet relevanta processer (på nationell nivå). Regional/lokal skala Lokal/gaturums skala Kall gas - Land/sjöbris - Urban circulation (omlandsbris) - Inversioner - Kalluftsflöden Kort tidsupplösning exv. luktbesvär - Topografiskt styrd vind Lokal meteorologi - Virvlar mellan hus - Trafikinducerad turbulens

14 Globalskala av NO x emissioner från vägtrafik (Matthers et. al Atmos. Chem. Phys 2005)

15 Spridningsberäkning av NO x från trafik med en sk. GCMmodel (global scale model) (Matthers et. al Atmos. Chem. Phys 2005)

16 Simulering av långdistanstransport av PM 10 (EMEP-modellen)

17 NO x emissions in Sweden (SMED 2000)

18 Spridningsberäkning för Sverige (Match)

19 Geografisk fördelning (500x500m) av emissions från arbetsmaskiner i Västra Götalands län.

20 Emissioner i 100x100 m upplösning

21 Effekt av generalisering vid spridningsmodellering i finare skala Gridskalor för spridningsresultatet Fysiska indata

22 Olika gridupplösning ger olika maxhaltnivåer. 200x200 m 100x100 m

23 Samma beräkning men jämförelse 100x100 och 300x300 m gridupplösning som medelvärden x100 m gridupplösning x300 m gridupplösning

24 Halten ökar vid ökad gridupplösning nära källan

25 Meteorologiska parametrar Om beräkning skall göras i kustnära områden bör sjö och landbris kunna simuleras.

26 Modellerad vindriktning Sommardag - sjöbris

27 Sommarnatt - landbris

28 Till diagnostiska modeller används importerad meteorlogisk indata där oftast inte timvisa data anges utan grupperat t.ex. med avseende på frekvensen i olika vindriktningar. Mängden grupper påverkar resultatet.

29 Fler vindriktningsgrupper ger mer trovärdigt resultat.

30 Exampel på modellering i olika skalor i en tätort Umeå

31 NO 2 iumeå 500x500 m taknivå inne i tätbebyggt område

32 Beräkning taknivå gaturumsmodell

33 Mikrolokalskale/ gaturumsmodell. Beräkning markplan för hel stad

34 Ovan tak Gaturum

35 Detaljerad indata Förenklad indata 50x50m 1x1 km 1x1 km

36 Exempel på effekter till följd av olika emissionshöjder: Punktkällor 100 ggr större emissioner än från Transporter

37 Effekten på haltnivån till följd av olika spridningsförutsättningar av samma trafikemissioner. Vägen till vänster ligger i en smal dalgång och den till höger ligger i öppen terräng.

38 Spridning av hästallergen Utan plank och med plank

39 Jämförelse skillnad av haltnivåerna vid olika års meteorologi och emissionsdata (i urban bakgrund)

40 Spridning av tunga gaser % 23% 20% Zo=0.1 Zo=0.01 Zo=0.005 Time of max conc (min) CO 2 concentration (%) 18% 15% 13% 10% 8% 5% 3% 0% Distance from source (m) Half plume width (m) Distance from source (m) conc 5% conc 10% Distance from sounce (m)

41 Beräkning av brand med olika typer av modeller a) b)

42 Jämförelse mellan mätningar och beräkningar i Örnsköldsvik Haltavatgandet (NO2) med höjden i Ö-vik från Miskam och TAPM Höjd (m) Miskam Urban pnkt TAPM Urban Miskam CentrEspll TAPM C-Esp TAPM Strandg Miskam Strand Miskam BadhPark Mätning Urban Mätn Badh park NO 2 (µg/m 3 )

43 Jämförelse mellan beräknade och uppmätta NO 2 -halter i regional bakgrund R 2 = Beräknad NO 2 (µg/m 3 ) NO2 Kilsmo NO2 Örlingen 1 NO2 Våtsjön 0.5 NO2 Äspedalen Linear (NO2 beräkn) Uppmätt NO 2 (µg/m 3 )

44 och av O 3 90 Beräknad O 3 (µg/m 3 ) 80 R 2 = O3 Kilsmo O3 Örlingen O3 Våtsjön 30 O3 Äspedalen Linear (O3 alla stationer) Uppmätt O 3 (µg/m 3 )

45 Mycket av den spridningsmodellering som görs syftar till att kontrollera om MKN överskrids i dagsläget i framtiden p g a förändrad verksamhet förändrade förutsättningar (t.ex. byggnationer) Beräknade haltnivåer bör dock jämföras mot mätningar. Mätningar behövs även för kontroll av trender vilka ofta inte fångas in av modeller.

46 Blå staplar är uppmätta halter i urban bakgrund och röda staplar uppmätta halter i gaturum Årsmedelvärde av NO Årsmedelvärd, ub Årsmedelvärde, gata MKN 40 Miljökvalitetsnorm 30 Övre utvärderingströskel Göteborg Helsingborg Botkyrka Malmö Borås Stockholm Sundsvall Lund Halmstad Landskrona Umeå Norrköping Västerås Oxelösund Jönköping

47 Övertorneå Borlänge Mölndal 98 percentil dygnsmedelvärde NO 2 NO2 som 98-percentil för dygnsmedelvärden år 2006 vinterhalvår 2005/06 (oktober-mars) Miljökvalitetsnorm-dygn Övre utvärderingströskel 40 Nedre utvärderingströskel 20 0 Oxelösund Västerås Norrköping Lund Stockholm Malmö Halmstad Umeå Sundsvall Helsingborg Borås Botkyrka Göteborg Jönköping Skellefteå vhmv Hässleholm Linköping Köping Landskrona Östersund Huddinge Kramfors Värnamo Trelleborg Burlöv Uppsala Hudiksvall Söderhamn Timrå Kungälv Falkenberg Karlstad µg/m3

48 Vinterhalvårsmedelvärde av SO 2 Miljökvalitetsnorm - vinterhalvår Övre utvärderingströskel Nedre utvärderingströskel Miljömål Stockholm Falkenberg Hässleholm Kungälv Linköping Jönköping Huddinge Skogås Värnamo Karlskoga Karlstad Timrå Köping Uppsala Söderhamn Hudiksvall Norrköping Västerås Lund Landskrona Göteborg Helsingborg Malmö Oxelösund Trelleborg µg/m3

49 Timrå Köping Uppsala Söderhamn Hudiksvall Vinterhalvårsmedelvärde av SO2 Miljömål Norrköping Stockholm Falkenberg Hässleholm Kungälv Linköping Jönköping Huddinge Skogås Värnamo Karlskoga Karlstad Västerås Lund Landskrona Göteborg Helsingborg Malmö Oxelösund Trelleborg µg/m3

50 Lund Borås Oxelösund Helsingborg, Söder Bredkälen* Högsta glidande 8-timmarsmedelvärde av O3 Vindeln* Helsingborg, Norr Botkyrka, Alby Norra Kvill* Grimsö* Göteborg, Järntorget Norrtälje, Norr Malma* Norrköping, Rosen Stockholm, Torkelknutssonsg Uppsala, Marsta* Malmö, Rådhuset Miljökvalitetsnorm Generationsmål (2020) Vavihill* Göteborg, Femman Västerås, Stadshuset Esrange* Råö* Halmstad Aspvreten* µg/m3

51 PM pecentil för dygnsmedelvärde Södertälje Eksjö Sollefteå Karlshamn Burlöv Kalmar Kävlinge Kramfors Uppsala Hässleholm Örebro Jönköping Västervik Mariestad Tidaholm Ljusdal november-april Västerås Karlskoga Borlänge Trelleborg Landskrona Höganäs Östersund Älmhult Alingsås Uppsala Värnamo Timrå Söderhamn Övertorneå oktober-mars Västerås Uppsala Umeå Sollentuna Norrköping Linköping Landskrona Kristianstad Karlstad Helsingborg Karlshamn Göteborg Stockholm Burlöv Lund Malmö Luleå årsmedelvärde oktober-mars november-april Miljökvalitetsnorm Övre utvärderingströskel µg/m3