Verifikace výsledků matematického modelování znečišťování ovzduší modelem ADMOSS s využitím měření pomocí UAS a biomonitoringu

Vladislav Svozilík

Doctoral thesis

Verification of Mathematical Air Pollution Modelling Results by ADMoSS Model Using UAS Measurement and Biomonitoring

Abstract:

Cílem práce bylo provést verifikaci Analytického Disperzního Modelovacího Superpočítačového Systému (ADMoSS), který se využívá pro modelování znečišťování ovzduší v rozsáhlých oblastech. Verifikace byla provedena pomocí výsledků dvou speciálních monitorovacích metod. První z nich byla metoda měření znečištění ovzduší pomocí bezpilotní vzducholodi a druhá biomonitoring ovzduší pomocí mechorostů. Úvodní část práce je věnována teoretickému rozboru problematiky znečišťování ovzduší, monitoringu kvality ovzduší pomocí standardních i speciálních metod a problematice matematického modelování znečišťování ovzduší. Druhá část práce je věnována popisu modelovacího systému ADMoSS. Další části jsou věnovány popisu metodiky jednotlivých verifikačních metod, interpretaci výsledků a diskuzi výsledků. Pro účely verifikace byla provedena a vyhodnocena vybraná letová měření, realizovaná v oblasti česko-polsko-slovenského pohraničí a bylo provedeno vyhodnocení výsledků biomonitoringu pomocí mechorostů v oblasti Evropského seskupení pro územní spolupráci (ESÚS) Tritia. Získané výsledky byly porovnány s výsledky matematického modelování znečišťování ovzduší pomocí ADMoSS. Z dosažených výsledků vyplývá, že letová měření pomocí bezpilotní vzducholodi jsou vhodná pro zachycení dynamických jevů, ale nejsou vhodná pro verifikaci matematických modelů znečišťování ovzduší popisujících dlouhodobou situaci v rozsáhlém území. Naopak biomonitoring pomocí mechorostů se prokázal jako vhodný pro verifikaci matematických modelů znečištění ovzduší z důvodu schopnosti mechorostů zachytávat dlouhodobou depozici znečišťujících látek a z toho plynoucí možnosti zjištění opravdového rozložení znečišťujících látek v oblasti a také možnosti identifikace konkrétních chemických prvků, jejichž rozložení se shoduje s matematickým modelem.

Abstract:

The aim of this work was to verify the Analytical Dispersion Modelling Supercomputer System (ADMoSS), which is used for modelling of air pollution in large areas. The verification was performed using the results of two special monitoring methods. The first of them was a method of measuring air pollution by unmanned airship and the second one was biomonitoring of air pollution using bryophytes. The introductory part of the thesis is devoted to a theoretical analysis of air pollution, air quality monitoring using standard and special methods and mathematical modelling of air pollution. The second part is devoted to the description of ADMoSS modelling system. The following sections are devoted to a description of the methodology of the individual verification methods, interpretation and discussion of results. For the purposes of verification, selected flight measurements were carried out and evaluated in the Czech-Polish-Slovak border area and the results of biomonitoring were evaluated using bryophytes in the European Grouping of Territorial Cooperation (EGTC) Tritia. The results obtained were compared with the results of mathematical modelling of air pollution using the ADMoSS. The results show that flight measurements using an unmanned airship are suitable for capturing dynamic phenomena, but are not suitable for verifying of mathematical air pollution models describing the long-term situation in a large area. On the contrary, biomonitoring using bryophytes proved to be suitable for the verification of mathematical models of air pollution due to the ability of bryophytes to capture long-term deposition of pollutants and the resulting possibility of finding the real distribution of pollutants in the area as well as of identifying specific chemical elements whose distribution coincides with the mathematical model.

Keywords

verifikace, matematický model, znečištění ovzduší, ADMoSS, monitoring, UAS, biomonitoring

Keywords

verification, mathematical model, air pollution, ADMoSS, monitoring, UAS, biomonitoring

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 11. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 3. 12. 2020
• Supervisor: Petr Jančík
• Reader: Daniela Ďurčanská, Zbigniew Ustrnul, Marina Vladimirovna Frontasyeva

VSB – Technical University of Ostrava

Hornicko-geologická fakulta

Doctoral programme / field:
Geodézie, kartografie a geoinformatika (čtyřleté) / Geoinformatika