Prognoza jakości powietrza na obszarze pogranicza

Prognoza jakości powietrza na obszarze pogranicza

Prognoza jakości powietrza na obszarze
pogranicza polsko-czeskiego dla rejonu
Śląska i Moraw
Ewa Krajny, Leszek Ośródka, Marek Wojtylak
Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy (IMGW-PIB)
Zakład Monitoringu i Modelowania Zanieczyszczeń Powietrza
Cieszyn, 14 czerwca 2013 r.
CEL ZADANIA
Jednym z celów projektu obok pomiarów i diagnozy sytuacji w zakresie
zanieczyszczeni powietrza było przygotowanie modelu krótkoterminowej
prognozy jakości powietrza na obszarze badań. Dyrektywa 2008/50/WE
Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie jakości powietrza i czystszego
powietrza dla Europy zakłada, że w strefach gdzie niedotrzymywane są normy
zanieczyszczeń powietrza obok innych działań należy podjąć działania
krótkoterminowe. Jednym z nich jest ostrzeganie ludności przed możliwymi
przekroczeniami wartości kryterialnych stężeń zanieczyszczeń powietrza.
Funkcję taką może pełnić krótkoterminowa prognoza jakości powietrza.
METODA PROGNOZY
Aby prognoza mogła spełniać swoją funkcję czyli szybkiego
informowania społeczeństwa o możliwości wystąpienia niekorzystnych
warunków sanitarnych powietrza, musi poza skutecznością odznaczać
się szybkością przygotowania. Takie warunki spełnia między innymi
prognoza eksploracyjna.
Do obliczenia prognozy stężeń zanieczyszczeń dla obszaru badań wykorzystano
następując dane wejściowe z okresu 2006-2010:
 historyczne prognozy pogody z modelu COSMO (meteogramy),
 warunki meteorologiczne ze stacji synoptycznych
(Racibórz, Ostrawa, Katowice, Bielsko Biała),
 stężenia zanieczyszczeń powietrza z automatycznych stacji monitoringu jakości
powietrza.
PROGNOZA EKSPLORACJNA
Podstawą prognozy są dwie podstawowe zasady:
podobne prognozy pogody prowadzą do podobnej pogody,
podobna pogoda powoduje podobne sytuacje sanitarną powietrza (imisję),
ponieważ pogoda steruje emisją oraz określa warunki dyspersji zanieczyszczeń
powietrza.
Zatem mając aktualną prognozę pogody oraz dane historyczne powinniśmy
otrzymać dobre przybliżenie przebiegu stężeń zanieczyszczeń. Cały problem
stanowi słowo „podobne”. W tym celu należy posłużyć się dość wyrafinowanym
aparatem matematycznym. W tym celu wykorzystuje się metod eksploracji
danych (data mining), takie jak grupowanie i klasyfikację. Ponadto szeroko
stosowane są liczby rozmyte.
SCHEMAT PROGNOZY (algorytm)
Warunki
meteorologiczne
Prognoza
pogody
Liczby
Grupowanie
Zbiór rozmyty
Liczby rozmyta
Grupowanie rozmyte
Grupowanie
Zbiór rozmyty
(zbiór serii czasowych)
Liczby
(serie czasowe)
Standaryzacja
Prognoza
jakości powietrza
Stężenie
zanieczyszczeń
SCHEMAT PROGNOZY (dane)
Historyczne
prognozy
pogody
Numeryczna
prognoza
pogody
COSMO
Historyczne
elementy
meteorologi
-czne
Model prognostyczny
Parametry: p1,..,pn
Historyczne
stężenia
zanieczyszczeń
powietrza
Prognoza stężenia
średniego i
maksymalnego
danego
zanieczyszczenia,
oraz wskaźnika
jakości powietrza
Parametry modelu ustalane są osobno dla każdej stacji, każdego zanieczyszczenia
i różnych typów pogody
KALENDARIUM PROGNOZY JAKOŚCI POWIETRZA
16.04.2012 r. – pierwsza przekazana dobowa prognoza stężeń PM10
z krokiem godzinnym,
22.08.2012 r. – uzgodnienie formy prognozy dla horyzontu czasowego 48 godzin,
do 31.08.2012 r. – testowanie prognozy,
1.10.2012 r.– poprawa algorytmu prognozy stężeń zanieczyszczeń powietrza,
1.06.2013 r. – pierwsza prognoza stężeń: PM10, PM2.5, SO2, O3, NO2
dla obszaru projektu Air Silesia
10.06.2013 r. – uruchomienie prognozy jakości powietrza na stronie internetowej
projektu
Stacje pomiarowe w rejonie Śląska i Moraw
czyli w obszarze oddziaływania projektu
Obszar oddziaływania projektu
to podregiony:
- rybnicki (powiat: raciborski,
rybnicki, wodzisławski, miasto:
Jastrzębie-Zdrój, Rybnik, Żory);
- bielski (powiat: bielski, cieszyński,
żywiecki, miasto Bielsko-Biała);
- Morawsko-Śląski kraj (bez
powiatu Bruntal).
Dodatkowa analizowano dane z
powiatu: pszczyńskiego,
mikołowskiego, bieruńskolędzińskiego, aglomeracji
górnośląskiej (zespół 14 miast).
Automatyczne stacje monitroingu jakości powietrza WIOŚ w
Katowicach (żółte punkty) i ČHMÚ (zielone punkty)
Przykład prognozy dla punktów pomiarowych wykonanej dla 8.12.2012 r.
Prognoza stężenia chwilowego PM10
Prognoza stężenia dobowego PM10
Sprawdzalność prognozy dla punktów pomiarowych
L.p.
Stacja
R2
Równanie
L.p.
Stacja
R2
Równanie
1.
Bielsko-Biała
0,4220
y=1,3173x
5.
Bohumín
0,3888
y=1,1766x
2.
Tychy
0,5483
y=1,2549x
6.
Havířov
0,4708
y=1,1069x
3.
Rybnik
0,3033
y=1,5023x
7.
Karviná
0,4848
y=1,1141x
4.
Wodzisław Śl.
0,3853
y=1,3963x
8.
Věřňovice
0,215
y=1,0639x
Sposób indeksowania, czasy uśredniania i przedziały stężeń
zanieczyszczeń wskaźnika jakości powietrza dla województwa śląskiego i
kraju morawsko-śląskiego
Legenda ČHMÚ
SO2
Index
1
2
velmi dobrá
dobrá
3
uspokojivá
4
vyhovující
5
špatná
6
velmi špatná
chybi data
Wskaźnik
NO2
O3
PM10
0 - 25
> 25 - 50
> 50 - 100
0 - 33
> 33 - 65
> 65 - 120
0 - 20
> 20 - 40
> 40 - 70
> 100 - 200
> 120 - 180
> 70 - 90
> 200 - 400
> 180 - 240
> 90 - 180
> 400
> 240
> 180
Kvalita ovzduší
1h
µg/m³
0 - 25
> 25 - 50
> 50 - 120
> 120 350
> 350 500
> 500
Legenda IMGW-PIB
SO2
NO2
0 - 50
0 - 50
> 50 100
> 100 200
> 200 400
> 400
-
Jakość powietrza
1
bardzo dobra
2
dobra
> 50 - 100
3
umiarkowana
> 100 - 300
4
zła
> 300 - 500
5
6
bardzo zła
ekstremalnie zła
brak danych
> 500
-
O3
1 godz.
PM10
PM2,5
PM10
PM2,5
24 godz.
0 - 60
0 - 25
0 - 15
0 -15
0 - 10
> 60 - 120
> 25 - 50
> 15 - 30
> 15 - 30
> 10 - 20
> 120 - 180
> 50 - 90
> 30 - 55
> 30 - 50
> 20 - 30
> 180 - 240
> 90 - 270
> 55 - 180
> 50 - 150
> 30 - 100
> 240
-
> 270
-
> 180
-
> 150 - 300
> 300
> 100
-
PROGNOZA NA STRONIE INTERNETOWEJ PROJEKTU www.air-silesia.eu
Wskaźnik jakości powietrza
PL lub CZ
Wybór dobowego
wskaźnika
cząstkowego
jakości powietrza
(dla danego
zanieczyszczenia
powietrza) lub
średniego
dobowego
wskaźnika jakości
powietrza (AQI)
Przebieg godzinowy stężeń
zanieczyszczeń:
NO2, SO2, O3, PM2,5, PM10
PODSUMOWANIE
1. Celem zadania było opracowanie prognozy stężeń zanieczyszczeń
powietrza w obszarze wsparcia tj. dla pogranicza polsko-czeskiego w rejonie
Śląska i Moraw, przy wykorzystaniu modelu matematycznego opartego o
zaawansowane metody eksploracji danych wykorzystywanego dotąd w
Polsce.
2. Prognoza ta powinna wspomagać odpowiedzialne służby za działania
krótkoterminowe w podejmowaniu decyzji o informowaniu społeczeństwa o
stanie zagrożenia smogowego.
3.
Uzyskane
wyniki
sprawdzalności
krótkoterminowej
prognozy
zanieczyszczeń powietrza pozostawiają jednak wątpliwość, co do możliwości
zastosowania tego modelu w sytuacjach prognozowania wartości
maksymalnych.
4. Jest zatem sprawą otwartą na ile opracowany produkt będzie
wykorzystywany jako źródło wiedzy o prognozowanym ryzyku przekroczenia
wartości alarmowych w podejmowaniu decyzji o ostrzeganiu przed
sytuacjami smogowymi, a na ile pozostanie on platformą informacyjną o
prognozowanej klasie jakości powietrza dla społeczeństwa.
PODZIĘKOWANIE
Autorzy zadania składają serdeczne podziękowania:
WIOŚ w Katowicach za udostępnienie danych o jakości powietrza za dla
potrzeb prognozy jakości powietrza.
Partnerowi zadania - ČHMÚ Oddział w Ostrawie za wnikliwe i cenne uwagi
oraz merytoryczną ocenę sprawdzalności prognozy jakości powietrza
zarówno w fazie testowej jak też i w fazie operacyjnej.
Dziękuję za uwagę …
KONTAKT:
dr Leszek Ośródka
Zakład Monitoringu i Modelowania Zanieczyszczeń Powietrza
IMGW-PIB Oddział w Krakowie
40-045 Katowice, ul. Bratków 10
tel. (32) 3571135
e-mail: [email protected]
http://www.imgw.pl
www.pogodynka.pl
www.air-silesia.pl