Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Hybrid Одночастичная лагранжиан Интегрированная Траектория модель ( HYSPLIT ) [1] представляет собой компьютерную модель , которая используется для расчета траекторий воздуха посылок , чтобы определить , как далеко и в каком направлении сверток воздуха, а затем воздух загрязняющих веществ , будет путешествовать. HYSPLIT также может рассчитывать дисперсию , химическое превращение и осаждение загрязнителей воздуха . [2] Модель HYSPLIT была разработана Лабораторией воздушных ресурсов Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) и Австралийским центром метеорологических исследований в 1998 году. [3]Модель получила свое название от использования как лагранжевого, так и эйлерового подходов.

Разработка модели [ править ]

Радиозонд телеметрический прибор, доставленный в атмосферу на метеозонде для измерения различных атмосферных параметров

Первоначальный интерес к вычислению траекторий воздушных посылок возник из-за гонки ядерных вооружений времен холодной войны . В 1949 году правительство США использовало данные о ветре, полученные с помощью радиозондовых измерений с аэростатов, для определения вероятных источников траекторий воздушных посылок, чтобы найти ядерный полигон Советского Союза . [4] Первоначальная версия HYSPLIT (HYSPLIT1) была разработана в 1982 году и получала метеорологические данные исключительно на основе измерений с помощью радиозондов, а расчет дисперсии предполагал равномерное перемешивание в дневное время и отсутствие перемешивания ночью. [5] Вторая версия HYSPLIT (HYSPLIT2) улучшила HYSPLIT1 за счет изменения силы смешивания. [6]Третья версия HYSPLIT (HYSPLIT3) использовала численные модели прогноза погоды для расчета метеорологии, а не только данные зондирования, улучшая пространственное и временное разрешение модели. [7] HYSPLIT4, созданный в 1998 году, служит основой для текущих версий модели. [3]

Приложения [ править ]

Модель HYSPLIT широко используется как для исследовательских приложений, так и для аварийного реагирования для прогнозирования и установления взаимосвязи «источник-рецептор» от различных загрязнителей воздуха и опасных материалов. [1] Примеры использования:

  • Анализ обратной траектории для установления взаимоотношений источник-рецептор [8]
  • Отслеживание и прогнозирование радиоактивных материалов [9]
  • Прогнозирование дыма от лесных пожаров в реальном времени [10]
  • Пыль, переносимая ветром [11]
  • Стационарные источники антропогенных выбросов

Модель HYSPLIT может быть запущена в интерактивном режиме на веб-сайте Real-Time Environmental Applications and Display System (READY) [12] или установлена ​​на ПК, Mac или приложениях LINUX, использующих графический интерфейс пользователя , или автоматизирована с помощью сценариев ('PySPLIT 'package в Python ,' openair 'и' splitr 'в R ). HYSPLIT довольно необычен тем, что его можно запускать в режиме клиент-сервер (HYSPLIT-WEB) с веб-сайта NOAA, что позволяет представителям общественности выбирать наборы исторических или прогнозных данных с привязкой к сетке, настраивать прогоны моделей и получать результаты моделей через Интернет. браузер. Разработчики HYSPLIT предлагают ежегодные тренинги по установке, настройке и использованию системы моделирования и ее приложений. [13]

Прогнозирование дыма от лесных пожаров [ править ]

Модель HYSPLIT широко используется агентствами по управлению земельными ресурсами США для прогнозирования потенциальных последствий для здоровья человека от дыма от лесных пожаров . Дым от лесных пожаров может напрямую повлиять на здоровье населения и пожарного персонала. [14] Департамент сельского хозяйства США лесной службы AirFire Research Team использует HYSPLIT в качестве компонента его BlueSky основы моделирования для расчета вероятных траекторий дыма участков, выделяемых при пожаре. [15] В сочетании с различными другими независимыми моделями информации о пожаре, загрузке топлива, расходе пожара, выбросах при пожаре и метеорологии.в рамках BlueSky пользователь может рассчитать концентрации нескольких загрязняющих веществ, выбрасываемых при пожаре, таких как углекислый газ или твердые частицы, с подветренной стороны . Эта информация полезна для органов управления земельными ресурсами и управления воздушным пространством, чтобы понять последствия как запланированных, так и незапланированных лесных пожаров, а также связанные с задымлением последствия для всего спектра тактик управления лесными пожарами и стратегий смягчения их последствий. [16] В чрезвычайных ситуациях группы управления инцидентамиможет задействовать технических специалистов-консультантов по воздушным ресурсам, чтобы помочь с прогнозированием и сообщением информации о воздействии дыма широкому кругу заинтересованных сторон, включая группы по инцидентам, органы, регулирующие качество воздуха, и общественность. Консультанты по воздушным ресурсам специально обучены интерпретировать прогнозы BlueSky, чтобы своевременно предоставлять информацию о воздействии дыма и прогнозировать информацию для устранения рисков и проблем для здоровья населения .

Анализ обратной траектории [ править ]

Выходные данные обратной траектории HYSPLIT определяют вероятные источники загрязнения воздуха, влияющие на округ Дорога , штат Висконсин.

Одним из популярных способов использования HYSPLIT является определение того, вызваны ли высокие уровни загрязнения воздуха в одном месте переносом загрязнителей воздуха из другого места. Обратные траектории HYSPLIT в сочетании со спутниковыми изображениями (например, со спутников MODIS НАСА ) могут дать представление о том, вызваны ли высокие уровни загрязнения воздуха местными источниками загрязнения воздуха или проблема загрязнения воздуха возникла из-за ветра. [17] Анализ обратных траекторий за длительные периоды времени (месяц-год) может помочь выявить географическое происхождение, наиболее связанное с повышенными концентрациями. Существует несколько методов определения вклада высоких концентраций [18].включая частотные подходы, функцию потенциального вклада источника, взвешенную по концентрации траекторию и группировку траекторий.

Например, обратные траектории HYSPLIT показывают, что большая часть загрязнения воздуха в округе Дор, штат Висконсин, происходит из-за пределов округа. На этой карте показано, как воздух попадает к монитору загрязнения в государственном парке Ньюпорт . [19] Поскольку монитор в парке штата Ньюпорт находится недалеко от берега, только красные линии (которые показывают более низкие воздушные потоки) значимо показывают путь озона к монитору. К сожалению, как показано на карте, эти более низкие воздушные потоки переносят загрязненный воздух из крупных городских районов. Но дальше вглубь суши воздух сверху смешивается сильнее, поэтому все цветные линии важны при отслеживании пути загрязнения воздуха дальше вглубь суши. К счастью, эти более высокие воздушные потоки (показаны зеленым и синим цветом) дуют из более чистых, в основном сельских районов. [20]

Ограничения [ править ]

Хотя модель HYSPLIT была улучшена с момента ее создания в 1980-х годах, есть несколько соображений для пользователей. [21] Ключевыми среди них являются неспособность модели учитывать вторичные химические реакции и зависимость от разрешения входных метеорологических данных, которые могут иметь грубое временное и пространственное разрешение. Пользователи должны внимательно оценивать результаты на участках со сложным рельефом. Несмотря на то, что HYSPLIT используется в широком спектре аварийных ситуаций, модель не является предпочтительной или рекомендованной моделью Агентства по охране окружающей среды США (US EPA) для целей регулирования. AERMOD , стационарный гауссовскийМодель распространения шлейфа - предпочтительная модель Агентства по охране окружающей среды США для оценки воздействия точечных источников выбросов первичных загрязнителей. [22] Фотохимические сеточные модели, такие как многомасштабная модель качества воздуха Сообщества (CMAQ), могут моделировать сложные химические и физические процессы в атмосфере (включая вторичное образование загрязнителей воздуха) в крупном масштабе.

См. Также [ править ]

  • Терминология рассеивания загрязнения воздуха
  • Моделирование атмосферной дисперсии
  • Список моделей атмосферной дисперсии
  • Полезные преобразования и формулы для моделирования рассеивания в воздухе

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Штейн, А.Ф .; Дракслер, Р.Р .; Рольф, Г.Д .; Stunder, BJB; Коэн, доктор медицины; Нган, Ф. (01.12.2015). «Система моделирования атмосферного переноса и рассеяния NOAA HYSPLIT» . Бюллетень Американского метеорологического общества . 96 (12): 2059–2077. Bibcode : 2015BAMS ... 96.2059S . DOI : 10.1175 / БАМС-Д-14-00110.1 . ISSN  0003-0007 .
  2. ^ "ГИСПЛИТ" . Дата обращения 10 ноября 2020 .
  3. ^ а б Дракслер, Р. Р.; Hess, GD Обзор системы моделирования HYSPLIT_4 для траекторий, рассеивания и осаждения. Aust. Встретились. Mag. 1998, 47, 295–308.
  4. ^ Махта, Лестер (1992-11-01). «Обнаружение места первого советского ядерного испытания в 1949 году» . Бюллетень Американского метеорологического общества . 73 (11): 1797–1806. DOI : 10,1175 / 1520-0477 (1992) 073 <1797: FTSOTF> 2.0.CO; 2 . ISSN 0003-0007 . 
  5. ^ Draxler, RR, and AD Taylor, 1982: Параметры горизонтальной дисперсии для моделирования переноса на большие расстояния. J. Appl. Метеор. , 21 , 367-372, DOI: https://doi.org/10.1175/1520-0450(1982)021%3C0367:HDPFLR%3E2.0.CO;2 .
  6. ^ Draxler, RR, and BJB Stunder, 1988: Моделирование профилей концентрации вертикальных индикаторов CAPTEX. J. Appl. Метеор. , 27 , 617-625, DOI: https://doi.org/10.1175/1520-0450(1988)027%3C0617:MTCVTC%3E2.0.CO;2
  7. ^ Дракслер, Р.Р., 1992: Гибридные лагранжевые интегрированные траектории отдельных частиц (HYSPLIT): версия 3.0 - Руководство пользователя и описание модели. Лаборатория воздушных ресурсов техн. Памятка. ЭРЛ АРЛ-195, 84 . Доступно в Интернете по адресу: http://www.arl.noaa.gov/documents/reports/ARL%20TM-195.pdf
  8. ^ Флеминг, Зои L .; Монахи, Пол С .; Мэннинг, Алистер Дж. (2012-02-01). «Обзор: Распутывание влияния истории воздушных масс на интерпретацию наблюдаемого состава атмосферы» . Атмосферные исследования . 104–105: 1–39. Bibcode : 2012AtmRe.104 .... 1F . DOI : 10.1016 / j.atmosres.2011.09.009 . ISSN 0169-8095 . 
  9. ^ Коннан, О., К. Смит, К. Органо, Л. Сольер, Д. Маро и Д. Хеберт, 2013: Сравнение результатов модели атмосферной дисперсии RIMPUFF, HYSPLIT, ADMS с использованием процедур аварийного реагирования сизмерениями 85 Kr сделано в непосредственной близости от завода по переработке ядерных материалов. J. Envion. Радиоакт. , 124 , 266-277, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2013.06.004
  10. ^ О'Нил, Сьюзен М .; Ларкин, Нарасимхан (Сим) К .; Ходли, Жанна; Миллс, Грэм; Воан, Джозеф К .; Draxler, Roland R .; Рольф, Гленн; Румински, Марк; Фергюсон, Сью А. 2009. Региональные системы прогнозирования задымленности в реальном времени. В: Bytnerowicz, Andrzej; Арбо, Майкл; Андерсен, Кристиан; Рибау, Аллен. 2009. Пожары в дикой природе и загрязнение воздуха. Развитие науки об окружающей среде 8. Амстердам, Нидерланды: Elsevier. стр. 499-534
  11. ^ Frie, Александр Л .; Garrison, Alexis C .; Шефер, Майкл В .; Бейтс, Стив М .; Боттофф, Джон; Мальц, Миа; Инь, Саманта С .; Лайонс, Тимоти; Аллен, Майкл Ф .; Аронсон, Эмма; Бахрейни, Ройя (20 августа 2019 г.). «Источники пыли в бассейне Солтон-Си: ясный случай антропогенного воздействия пыли» . Наука об окружающей среде и технологии . 53 (16): 9378–9388. Bibcode : 2019EnST ... 53.9378F . DOI : 10.1021 / acs.est.9b02137 . ISSN 0013-936X . PMID 31339712 .  
  12. ^ https://www.ready.noaa.gov/index.php
  13. ^ https://www.arl.noaa.gov/hysplit/hysplit-workshop/
  14. ^ Liu JC, Pereira G, Уль SA, Bravo MA, Bell ML. Систематический обзор воздействия дыма лесных пожаров на физическое здоровье в результате непрофессионального воздействия. Environ Res. 2015; 136: 120–32
  15. ^ Ларкин, Н.К .; О'Нил, С. М.; Solomon, R .; Raffuse, S .; Strand, T .; Салливан, округ Колумбия; Krull, C .; Рориг, М .; Peterson, J .; Фергюсон, С. А. Фреймворк моделирования дыма BlueSky. Int. J. Wildland Fire 2009, 18, 906–920.
  16. ^ Мюллер, S .; Tarnay, L .; O'Neill, S .; Раффуз, С. Распределение воздействия дыма от лесных пожаров 2018 г. на участки Восточной Сьерра-Невады. Атмосфера 2020, 11 , 970.
  17. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 24 декабря 2014 года . Проверено 7 ноября 2014 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  18. ^ Fleming, ZL, PS Монахи и AJ Мэннинг. 2012. «Обзор: выявление влияния истории воздушных масс на интерпретацию наблюдаемого состава атмосферы». Атмосферные исследования 104-105: 1–39. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2011.09.009.
  19. ^ Фотография станции мониторинга на странице 128 WI DNR. «План сети мониторинга атмосферного воздуха на 2016 г., июнь 2015 г.» (PDF) . EPA . Проверено 6 февраля 2019 .
  20. ^ Агентство по охране окружающей среды США. «Висконсин: Северный Милуоки / Береговая линия Озоки, район округа Шебойган, район округа Манитовок, район округа Дор. Окончательные обозначения районов для документа технической поддержки национальных стандартов качества атмосферного воздуха 2015 года» (PDF) . Зеленая книга . Проверено 7 февраля 2019 .
  21. ^ https://ready.arl.noaa.gov/hypub/limitations.html
  22. ^ Агентство по охране окружающей среды США, 2015. Руководство по использованию моделей для оценки воздействия выбросов из отдельных источников на вторично образованные загрязнители озон и PM2,5. https://www3.epa.gov/ttn/scram/11thmodconf/Draft_Guidance_SingleSource_SecondaryFformed-07152015.pdf

Внешние ссылки [ править ]

  • Официальный веб-сайт
  • Исследовательская группа AirFire BlueSky Modeling Framework
  • Консультанты по воздушным ресурсам