Vliv horizontálního rozlišení chemicko-transportního modelu na koncentrace znečišťujících příměsí ve městech

Bc. Adam Svoboda

Master's thesis

Impact of horizontal resolution of chemistry transport model on the concentration of air pollution in cities

Abstract:

Tato diplomová práce se zabývala vlivem horizontálního rozlišení chemicko-transportního modelu CAMx na koncentrace polutantů v Praze. Předmětem analýzy byla data z projektu URBI PRAGENSI, která dokumentovala koncentrace znečišťujících látek ve čtyřech doménách vnořených nad Prahu. Zkoumány byly koncentrace oxidu siřičitého (SO2), oxidu dusičitého (NO2), troposférického ozonu (O3) a pevných částic (PM2,5 a PM10) v průběhu roku 2019. Cílem diplomové práce bylo zpracovat modelové koncentrace ze všech dostupných domén, srovnat je s měřeními provedenými meteorologickými stanicemi na území Prahy získanými z databáze AirBase a z měření vertikálních profilů ozonu a následně určit, zdali doména s nejvyšším horizontálním rozlišením poskytuje nejpřesnější výsledky. Součástí analýzy dat byla také vizualizace plošného rozložení zkoumaných polutantů v jednotlivých doménách na území Prahy a v jejím blízkém okolí. Součástí práce byla literární rešerše, která se zabývala definováním základních polutantů, jejich měřením na území České republiky a riziky, která jsou z jejich dlouhodobé expozice očekávány. Dále se rešeršní část zabývala vlivem atmosférických procesů, tudíž stabilitními podmínkami v atmosféře, atmosférickou depozicí, větrem, tlakem, teplotou a vlhkostí na koncentrace polutantů ve městech. Zmíněna byla také specifika kvality ovzduší velkých měst, situace v Praze v roce 2019 a na závěr rešeršní části byly shrnuty základní přístupy a principy v modelování kvality ovzduší. Získané modelové koncentrace z jednotlivých domén byly velmi podobné, výsledky srovnání však naznačují, že vyšší horizontální rozlišení chemicko-transportního modelu CAMx nemusí automaticky znamenat lepší modelové výsledky. Nejvyšší zkoumané horizontální rozlišení poskytovalo velmi dobrý přehled o plošném rozložení koncentrací jednotlivých polutantů, nicméně se ukázalo být nejpřesnější jen ve dvou srovnáních z devíti. Dosažené výsledky: - •Modelová data z jednotlivých domén zkoumaného chemicko-transportního modelu CAMx se od sebe lišila jen velmi málo, nebylo proto možné na první pohled určit, která z domén poskytuje nejpřesnější modelové koncentrace. - •Porovnáním dat bylo zjištěno, že použití vyššího rozlišení chemicko-transportního modelu CAMx nemusí mít automaticky za výsledek přesnější modelové koncentrace zkoumaných polutantů.

Abstract:

This diploma thesis dealt with the impact of the horizontal resolution of the chemistry-transport model on the concentrations of air pollutants in Prague. The subject of the analysis was data from the URBI PRAGENSI project, which documented the concentrations of air pollutants in four domains nested above Prague. Investigated were concentrations of sulfur dioxide (SO2) nitrogen dioxide (NO2), tropospheric ozone (O3) and particulate matter (PM2.5 and PM10) during 2019. This diploma thesis aimed to process model concentrations from all available domains, compare them with measurements performed by meteorological stations in the territory of Prague obtained from the AirBase database and the measurement of vertical ozone profiles and subsequently determine whether the domain with the highest horizontal resolution provides the most accurate results. Part of the data analysis was also the visualization of the area distribution of the investigated pollutants in individual domains in the territory of Prague and its immediate surroundings. The diploma thesis also includes a literature review, which has focused on the definition of basic air pollutants, their measurement in the Czech Republic and the risks that are expected from their long-term exposure. Furthermore, the literature review dealt with the influence of atmospheric processes, like stability conditions in the atmosphere, atmospheric deposition, wind, air pressure, temperature and humidity on pollutant concentrations in cities. The specifics of air quality in large cities and the situation in Prague in 2019 were also mentioned. At the end of the literature review, the basic approaches and principles in air quality modelling were summarized. The obtained model concentrations from individual domains were very similar; however, the comparison results suggest that a higher horizontal resolution of the chemical transport model CAMx may not automatically mean better model results. The highest horizontal resolution examined provided a good overview of the area distribution of concentrations of individual pollutants; however, it proved to be the most accurate in only two comparisons out of nine. Results - •The model data from the individual domains of the investigated chemistry-transport model CAMx differed very little from each other, so it was not possible to determine at a glance which of the domains provided the most accurate model concentrations. - •Comparing the data, it was found that the use of a higher resolution chemistry-transport model CAMx may not automatically result in a more accurate model concentration of the investigated pollutants.

Keywords

Kvalita ovzduší, koncentrace látek znečišťující ovzduší, horizontální rozlišení, chemicko-transportní model

Keywords

Air quality, air pollution concentration, horizontal resolution, chemical transport model

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 4. 2022

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Petr Pišoft, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Rural Development and Agriculture / Development of Rural Areas