Matematické modelovanie kvality ovzdušia má za cieľ najmä: 

• doplniť informácie, ktoré  o kvalite ovzdušia poskytujú monitorovacie stanice 
• poskytnúť predpovede kvality ovzdusía
• poskytnúť informácie o podiele zdrojov na znečistení ovzdusía
• a iné :)

Prečo máme modely rôznych priestorových rozlíšení a škál?

Matematické modely kvality ovzdušia sú veľmi komplexné programy pracujúce s obrovským množstvom dát. Navyše, pri analýzach dlhodobej kvality ovzdušia sa spracováva minimálne jeden rok v hodinovom časovom rozlíšení. Takéto spracovanie si vyžaduje veľkú výpočtovú silu a prebieha na vysokovýkonnom clusteri SHMÚ. Výpočtová náročnosť rastie s veľkosťou výpočtovej oblasti a s vyšším horizontálnym a časovým rozlíšením. Nie je preto reálne modelovať napr. oblasť Európy chemicko-transportným modelom s rozlíšením 100 m. Reálne sa obyčajne používa reťaz modelov smerujúca postupne k čo najvyššiemu rozlíšeniu, pričom každá väčšia doména poskytuje okrajové podmienky nasledujúcej menšej doméne s vyšším rozlíšením. Takýmto spôsobom je možné dosiahnuť v konkrétnych oblastiach potrebné detaily geografického rozlíšenia a zároveň zahrnúť nezanedbateľný vplyv širokého geografického okolia.

Rozdelenie matematických modelov kvality ovzdušia podľa metódy výpočtov:​

Deterministické – spájajú príčinu a následok pomocou matematických vzťahov približujúcich fyzikálnu a chemickú realitu (Chemicko-transportné modely, Lagrangeovské puff modely, trajektóriové modely, gaussovské modely)​

Interpolačné – založené na nameraných dátach z monitorovacích staníc. Interpolácia môže byť veľmi sofistikovaná, zahŕňajúca vplyvy terénu, využitia krajiny a iné polia (IDWA, RIO)​

Štatistické (machine learning)​

Receptorové – štatistické modely ktoré na základe nameraného chemického zloženia aerosólov v určitom mieste určia príspevky jednotlivých emisných zdrojov v okolí tohto miesta​

Kombinácie viacerých modelov

Matematické modely používané na SHMÚ

DETERMINISTICKÉ MODELY ​

​Aplikácie:​

CMAQ – regionálny chemicko-transportný model, pokrýva rozsahom celú SR a okolité krajiny, s horizontálnym rozlíšením 2 km. Využíva sa hlavne na predpoveď ale aj celoročné hodnotenie kvality ovzdušia​

CALPUFF – lagrangeovský nestacionárny puff model, využíva sa pre lokálne hodnotenie kvality ovzdušia za celý rok, rozlíšenie je obyčajne 250m alebo menej. ​

IFDM – gaussovský model, využíva sa hlavne na modelovanie príspevku cestnej dopravy v lokálnom hodnotení kvality ovzdušia za celý rok​

OSPM – model šírenia znečistenia v kaňonoch ulíc – používa sa na spresnenie výstupov modelu IFDM v uličných kaňonoch s obmedzeným rozptylom znečisťujúcich látok​

INTERPOLAČNÉ MODELY ​

Aplikácie:​

RIO – pokrýva územie SR s horizontálnym rozlíšením 2 km, využíva sa na celoročné hodnotenie kvality ovzdušia (v kombinácii s metódou IDWR), ale aj na výpočet máp kvality ovzdušia v takmer reálnom čase)​

Princíp:​

Namerané koncentrácie sa skladajú z lokálnej zložky, ktorá je daná relatívne blízkym okolím stanice (okruh cca 2km) a regionálnej zložky. Pred samotnou interpoláciou (ordinary kriging) sa „odstráni“ lokálna zložka z nameraných koncentrácií, po interpolácii sa lokálna zložka znovu pripočíta, a to nielen na staniciach, ale s využitím napr. máp využitia krajiny (CORINE landuse data) sa lokálna zložka pridá do celej interpolovanej mriežky.

KOMBINÁCIE MODELOV​

Aplikácie:​

RIO-CALPUFF-IFDM-OSPM: Táto reťaz modelov sa využíva na modelovanie s vysokým rozlíšením na obmedzených územiach kde predpokladáme výskyt zhoršenej kvality ovzdušia​

ATMOPLAN: Kombinácia modelov RIO a IFDM pre posudzovanie vplyvu stacionárnych zdrojov emisií a dopravy na kvalitu ovzdušia​
 

Zdroje neurčitostí

Okrem neurčitosti spojenej s presnosťou samotnej matematickej formulácie, ktorá sa týka všetkých modelov, sú hlavným zdrojom neurčitostí pre deterministické modely vstupné dáta: meteorologické polia, ale hlavne emisie. ​

Emisie vstupujúce do atmosféry predstavujú veľmi komplexné dáta, ktoré sú vo väčšine prípadov odhadované znovu pomocou modelov – v tomto prípade emisných. Niektoré emisie nie je možné kvantifikovať vôbec a do modelov nevstupujú (napr. emisie z nelegálneho spaľovania odpadu).
 

Ďalšie informácie