Meteorologické minimum Stabilitně a rychlostně členěné větrné růžice jako podklad pro zpracování rozptylových studií Bc. Hana Škáchová Oddělení modelování a expertíz Úsek ochrany čistoty ovzduší, ČHMÚ
Atmosféra vrstva plynů obalující planetu přenosové médium (přenos a rozptyl znečišťujících látek, jejich chemické změny, depozice ) Zdroj: Mgr. Martin Novák, Úvod do meteorologie a klimatologie 2
Troposféra Oblast neustálého vertikálního promíchávání vzduchu Výška 16 18 km (rovník), 7 9 km (póly) Z hlediska znečištění ovzduší nás zajímá především mezní vrstva atmosféry bezprostředně se zde projevuje vliv zemského povrchu na pole meteorologických prvků dosahuje od zemského povrchu do výše několika stovek m až cca 2 km a výška její horní hranice roste se zvětšující se drsností zemského povrchu, s rychlostí větru a s rostoucí instabilitou teplotního zvrstvení 3
Teplota vzduchu Meteorologický prvek, udávající informace o tepelném stavu ovzduší Není-li řečeno jinak, jedná se o teplotu měřenou ve 2 m nad zemí v meteorologické budce s přesností na jednu desetinu stupně Jednotky C (meteorologická praxe) K (SI soustava) F (anglosaské země) 4
Vertikální teplotní gradient Teplota může s výškou klesat, vzrůstat nebo zůstávat konstantní Teplotní gradient (změna teploty s výškou) určuje stabilitní poměry atmosféry γ = T z z = T 2 T 1 z 2 z 1 C/100 m 5
Stabilita atmosféry Čím větší stabilita, tím jsou horší podmínky pro vertikální pohyby a výměny v atmosféře Definujme referenční hladinu, ve které má vzduchová částice určitou teplotu a hustotu. Vychýlíme-li tuto částici z její výchozí polohy pomocí nějakého vnějšího impulsu ve vertikálním směru, pak má-li částice tendenci vrátit se do původní polohy, hovoříme o stabilním stavu atmosféry pokračuje-li částice dál v naznačeném směru již bez působení vnějšího impulsu, hovoříme o labilním stavu atmosféry nevrací-li se částice do původní polohy ani neprojevuje tendenci pokračovat ve vychýlení, hovoříme o normálním (indiferentním, neutrálním) stavu atmosféry 6
Směr a rychlost větru Vítr je jedním ze základních meteorologických prvků, který popisuje pohyb zvolené částice vzduchu v určitém místě atmosféry v daném časovém okamžiku. Měří se ve standardní meteorologické výšce 10 m nad zemí. Větrná růžice = statistické rozložení směru větru v závislosti na třídách rychlostí, event. stability. Odkud vane severní vítr? 7
Stabilitně a rychlostně členěná VR Souhrnná informace o režimu proudění a stabilitních podmínkách na určitém místě. Základní vstupní klimatologický údaj pro výpočet dle metodiky SYMOS 97. Stabilitně a rychlostně členěná VR je nezbytná pro výpočet průměrných ročních koncentrací doby překročení T R zvolené prahové koncentrace R Větrná růžice není potřeba pro výpočet maximálních možných krátkodobých koncentrací. Ty jsou určovány bez ohledu na skutečné zastoupení směru, rychlosti proudění a stabilitních 8 podmínek
3 třídy rychlostí větru Metodika SYMOS 97 třída rychlosti větru rozmezí rychlosti [m.s -1 ] třídní rychlost [m.s -1 ] 1. slabý vítr od 0 do 2,5 včetně 1,7 2. mírný vítr od 2,5 do 7,5 včetně 5,0 3. silný vítr nad 7,5 11,0 5 tříd stability podle klasifikace Bubník-Koldovský na základě teplotního gradientu třída stability vertikální teplotní gradient [ C na 100 m] popis I. superstabilní < 1,6 silné inverze, velmi špatné rozptylové podmínky II. stabilní 1,6 < 0,7 běžné inverze, špatné rozptylové podmínky III. izotermní 0,7 < 0,6 slabé inverze, izotermie nebo malý kladný teplotní gradient, často se vyskytující mírně zhoršené rozptylové podmínky IV. normální 0,6 0,8 indiferentní teplotní zvrstvení, běžný případ dobrých rozptylových podmínek V. konvektivní > 0,8 labilní teplotní zvrstvení, rychlý rozptyl znečišťujících látek 9
kotel 50 MW, zemní plyn, komín 100 m lokální topeniště Vliv stability atmosféry na rozptyl znečišťujících látek v závislosti na vzdálenosti od zdroje znečištění 10
Stabilitní členění atmosféry Původní metodika předpokládala vyšší zastoupení stabilitních tříd a nižší zastoupení konvektivní třídy než je tomu ve skutečnosti. aerologické měření Praha-Libuš, 2003-2012 11
Zastoupení stabilit se liší v závislosti na výšce, ze které se počítá Tgrad. Čím vyšší horní hladina výpočtu, tím stoupá zastoupení středních stabilitních tříd na úkor stabilitních a konvektivních tříd. Pro výpočet VR je tedy třeba zvolit odpovídající popis stabilitních podmínek. Pro nižší zdroje je vhodnější počítat Tgrad z nižší hladiny, pro vysoké komíny naopak z vyšší. 12
VR zpracovávané před rokem 2010 = odborný odhad na základě předpokládaného stabilitního rozložení VR zpracovávané po roce 2010 = objektivní metoda modelem CALMET pomocí uživatelského rozhraní CalmetIntegrátor Tvar staré a nové VR může být stejný, resp. podobný, ale neodpovídá rozdělení stabilitních tříd. stará nová 13
CalmetIntegrátor Uživatelské rozhraní pro výpočet stabilitně a rychlostně členěných větrných růžic podle klasifikace Bubník Koldovský, které se používají v referenčním modelu SYMOS 97. Na vývoji se podílí ČHMÚ ve spolupráci s firmou IDEA-ENVI s.r.o. Výpočet větrné růžice se provádí pomocí meteorologického modelu CALMET, který je součástí systému pro disperzní modelování CALPUFF. Model CALMET obsahuje diagnostický modul pro pole proudění, který na zvolené doméně počítá hodinová, vertikálně členěná pole směru a rychlosti větru a je schopen vypočítat mikrometeorologické charakteristiky mezní vrstvy nad zemským a vodním povrchem. 14
15
Příklad použití starší větrné růžice I. tř. stab. II. tř. stab. III. tř. stab. IV. tř. stab. V. tř. stab. 16
Příklad použití starší větrné růžice Průměrná roční koncentrace PM 10. Podíl výsledku získaného starší a aktuální větrnou růžicí. 17
Proč používat nové VR? použití větrných růžic výrazně ovlivňuje výsledek rozptylové studie, proto požaduje metodický pokyn MŽP použití aktuálních VR aktualizace metodického pokynu navrhuje použití 10letých VR s platností 5 let (VR za období 2007 2016 je platná do roku 2022) 18
Jak ovlivňuje použití nesprávné větrné růžice výsledky rozptylové studie Imaginární zdroj ve Zlíně emise PM 10 0,483 g.s -1 výška komína 100 m provoz zdroje 24 h Větrná růžice v místě zdroje 4 větrné růžice ve vzdálenostech 400 až 800 m od zdroje 19
VR 01 VR 03 VR 00 VR 04 VR 02 20
21
Výsledky výpočtu koncentrací při použití VR v místě zdroje 22
Výsledky výpočtu koncentrací při použití VR v místě 04 23
Rozdíl výsledků RS při použití VR v místě zdroje a VR č. 4 24
Liniové zdroje 25
problém: Liniové zdroje dlouhé úseky v rozdílně členěném terénu jedna větrná růžice není reprezentativní pro celou stavbu řešení: použít pro výpočet více větrných růžic, a to zejména v blízkosti sídel rozdělit výpočet podle počtu větrných růžic 26
27
Závěr Použití nesprávné větrné růžice může výrazně zkreslit výsledek rozptylové studie a ovlivnit tak rozhodnutí o (ne)povolení zdroje. U zdrojů, jejichž příspěvek k imisnímu pozadí není zanedbatelný, nebo v případech, kdy je hodnocena doba překročení prahové koncentrace je třeba věnovat dostatečnou pozornost umístění a konstrukci větrné růžice, včetně uvedení všech relevantních informací v rozptylové studii, které umožní zpětnou kontrolu. 28
Prosba na závěr 29
A to je vše, přátelé Děkuji za pozornost 30