CMAQ

Chemicko-transportný model CMAQ

Chemicko-transportný model CMAQ (Community Multiscale Air Quality modeling system) je voľne dostupný model kvality ovzdušia vyvíjaný v Národnom laboratóriu EPA pre výskum expozície, ktoré je súčasťou najväčšieho výskumného parku v USA - Research Triangle Park.
CMAQ je regionálny model - jeho priestorové rozlíšenie sa pohybuje v rozmedzí od niekoľkých stoviek metrov po desiatky kilometrov. Výstupom modelu sú časopriestorové polia koncentrácií znečisťujúcich látok pre vybranú oblasť, ako aj ich suchá a mokrá depozícia (odstraňovanie znečisťujúcich látok z atmosféry), typicky s hodinovým rozlíšením.

Vstupnými dátami pre CMAQ sú 4D polia meteorologických parametrov (teplota, tlak, vietor, …) a tiež emisie z rôznych  zdrojov (vykurovanie domácností, doprava, priemysel, systémová energetika, poľnohospodárstvo) s hodinovým časovým rozlíšením.

Modelový výstup je vypočítaný na základe systému integro-diferenciálnych rovníc. Tieto rovnice sú počítané v každom bode pravidelnej 3D mriežky, ktorá pokrývaj modelovanú oblasť, v každom kroku simulácie. Fyzikálne rovnice v modeli popisujú transport a zmenu skupenstva znečisťujúcich látok, ako aj suchú a vlhkú depozíciu. Rovnice atmosférického chemizmu popisujú chemickú premenu znečisťujúcich látok, ktorá je významná pri tvorbe atmosferického ozónu a sekundárnych pevných častíc PM, ale aj pri iných reakciách plynných znečisťujúcich látok.

V rámci práce s modelom CMAQ v súčasnosti na SHMÚ používame priestorové rozlíšenie 2x2 km. CMAQ má  zo všetkých modelov,  ktoré používame, najväčšie nároky  na výpočtové prostriedky.

Ukážky výstupov modelu CMAQ pre oblasť Slovenska sú na Obr. 1 - 4. Na animáciách vidno priebeh koncentrácií PM10 a NO2 počas dvoch dní v januári 2021. Obr. 1 a Obr. 3 predstavujú výstupy pre simulácie, pri ktorých boli použité len vybrané sektory emisií (vykurovanie domácností, resp. cestná doprava), na Obr. 2 a 4 sú výstupy modelu CMAQ pre simuláciu so všetkými zdrojmi a s okrajovými podmienkami, ktoré zahŕňajú diaľkový prenos znečisťujúcich látok.

Koncentrácie PM10 z vykurovania domácností, výstup modelu CMAQ.

Obr. 1 Priemerné hodinové koncentrácie PM10 z vykurovania domácností, výstup modelu CMAQ. 
 
Priemrné hodinové koncentrácie PM10, výstup modelu CMAQ.
Obr. 2 Celkové priemerné hodinové koncentrácie PM10, výstup modelu CMAQ.
 
Koncentrácie NO2 z cestnej dopravy
Obr. 3 Priemerné hodinové koncentrácie NO z cestnej dopravy, výstup modelu CMAQ.

priemerné hodinové koncentrácie NO2, výstup modelu CMAQ
Obr. 4 Celkové priemerné hodinové koncentrácie NO výstup modelu CMAQ.


Referencie

Byun, D W.- J.K S. Ching., 1999: SCIENCE ALGORITHMS OF THE EPA MODELS- 3 COMMUNITY MULTISCALE AIR QUALITY (CMAQ) MODELING SYSTEM. U.S. Environmental Protection Agency, Washington, D.C., EPA/600/R-99/030 (NTIS PB2000- 100561).

CMAQv5.2 Operational Guidance Document, 2017. https://www.epa.gov/cmaq/cmaq- documentation

CMAQ  [Software]. Available from  doi:10.5281/zenodo.107987

Vybrané výstupy

Štefánik, D., Matejovičová, J., Krajčovičová, J., Šedivá, T., Nemček, V., Beňo, J.: Comparison of two methods of calculating NO2 and PM10 transboundary pollution by CMAQ chemical transport model and the assessment of the non-linearity effectAtmospheric Pollution Research, Volume 11, Issue 6, 2020, p 12-23, ISSN 1309-1042, https://doi.org/10.1016/j.apr.2020.02.012.

Štefánik, D.: Calculation of the transboundary pollution by CMAQ chemical transport model and theassessment of the non-linearity effect 2020, 20th International Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes, HARMO 2020.

Štefánik, D., Matejovičová, J., Krajčovičová, J., , Nemček, V., Beňo, J.: Určenie koncentrácií PM10 na Slovensku v roku 2017 chemicko-transportným modelom CMAQ. Konferencia Ovzduší 2019

Štefánik, D., Matejovičová, J., Krajčovičová, J., Beňo, J., Nemček, V.: Kvalita ovzdušia v okresoch SR. Príspevok na konferencii Ochrana ovzdušia, 2019.

Šedivá, Tereza. Validation of CMAQ chemical-transport model and its meteorological inputs. Meteorologický časopis Roč. 22, č. 2 (2019), s. 77-85.

Štefánik, D., Matejovičová, J., Krajčovičová, J.: Vplyv opatrení v rámci projektu LIFE-IP Malopolska na kvalitu ovzdušia na Slovensku / Príspevok na konferencii Ochrana ovzdušia, 2018.