Prognoza jakości powietrza na obszarze

pogranicza polsko-czeskiego dla rejonu

Śląska i Moraw

Ewa Krajny, Leszek Ośródka, Marek Wojtylak

Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy (IMGW-PIB)

Zakład Monitoringu i Modelowania Zanieczyszczeń Powietrza

Cieszyn, 14 czerwca 2013 r.

CEL ZADANIA

Jednym z celów projektu obok pomiarów i diagnozy sytuacji w zakresie

zanieczyszczeni powietrza było przygotowanie modelu krótkoterminowej

prognozy jakości powietrza na obszarze badań. Dyrektywa 2008/50/WE

Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie jakości powietrza i czystszego

powietrza dla Europy zakłada, że w strefach gdzie niedotrzymywane są normy

zanieczyszczeń powietrza obok innych działań należy podjąć działania

krótkoterminowe. Jednym z nich jest ostrzeganie ludności przed możliwymi

przekroczeniami wartości kryterialnych stężeń zanieczyszczeń powietrza.

Funkcję taką może pełnić krótkoterminowa prognoza jakości powietrza.

METODA PROGNOZY

Aby prognoza mogła spełniać swoją funkcję czyli szybkiego

informowania społeczeństwa o możliwości wystąpienia niekorzystnych

warunków sanitarnych powietrza, musi poza skutecznością odznaczać

się szybkością przygotowania. Takie warunki spełnia między innymi

prognoza eksploracyjna.

Do obliczenia prognozy stężeń zanieczyszczeń dla obszaru badań wykorzystano

następując dane wejściowe z okresu 2006-2010:

historyczne prognozy pogody z modelu COSMO (meteogramy),

warunki meteorologiczne ze stacji synoptycznych

(Racibórz, Ostrawa, Katowice, Bielsko Biała),

stężenia zanieczyszczeń powietrza z automatycznych stacji monitoringu jakości

powietrza.

PROGNOZA EKSPLORACJNA

Podstawą prognozy są dwie podstawowe zasady:

podobne prognozy pogody prowadzą do podobnej pogody,

podobna pogoda powoduje podobne sytuacje sanitarną powietrza (imisję),

ponieważ pogoda steruje emisją oraz określa warunki dyspersji zanieczyszczeń

powietrza.

Zatem mając aktualną prognozę pogody oraz dane historyczne powinniśmy

otrzymać dobre przybliżenie przebiegu stężeń zanieczyszczeń. Cały problem

stanowi słowo „podobne”. W tym celu należy posłużyć się dość wyrafinowanym

aparatem matematycznym. W tym celu wykorzystuje się metod eksploracji

danych (data mining), takie jak grupowanie i klasyfikację. Ponadto szeroko

stosowane są liczby rozmyte.

Prognoza

pogody

Warunki

meteorologiczne

Stężenie

zanieczyszczeń

Prognoza

jakości powietrza

Liczby Grupowanie

Zbiór rozmyty Liczby rozmyta

Grupowanie rozmyte

Zbiór rozmyty (zbiór serii czasowych)

Standaryzacja

Liczby (serie czasowe)

Grupowanie

SCHEMAT PROGNOZY (algorytm)

SCHEMAT PROGNOZY (dane)

Historyczne

prognozy

pogody

Model prognostyczny

Parametry: p1,..,pn

Historyczne

elementy

meteorologi

-czne

Numeryczna

prognoza

pogody

COSMO

Historyczne

stężenia

zanieczy-

szczeń

powietrza Prognoza stężenia

średniego i

maksymalnego

danego

zanieczyszczenia,

oraz wskaźnika

jakości powietrza

Parametry modelu ustalane są osobno dla każdej stacji, każdego zanieczyszczenia

i różnych typów pogody

KALENDARIUM PROGNOZY JAKOŚCI POWIETRZA

16.04.2012 r. – pierwsza przekazana dobowa prognoza stężeń PM10

z krokiem godzinnym,

22.08.2012 r. – uzgodnienie formy prognozy dla horyzontu czasowego 48 godzin,

do 31.08.2012 r. – testowanie prognozy,

1.10.2012 r.– poprawa algorytmu prognozy stężeń zanieczyszczeń powietrza,

1.06.2013 r. – pierwsza prognoza stężeń: PM10, PM2.5, SO2, O3, NO2

dla obszaru projektu Air Silesia

10.06.2013 r. – uruchomienie prognozy jakości powietrza na stronie internetowej

projektu

Stacje pomiarowe w rejonie Śląska i Moraw

czyli w obszarze oddziaływania projektu

Obszar oddziaływania projektu

to podregiony:

- rybnicki (powiat: raciborski,

rybnicki, wodzisławski, miasto:

Jastrzębie-Zdrój, Rybnik, Żory);

- bielski (powiat: bielski, cieszyński,

żywiecki, miasto Bielsko-Biała);

- Morawsko-Śląski kraj (bez

powiatu Bruntal).

Automatyczne stacje monitroingu jakości powietrza WIOŚ w

Katowicach (żółte punkty) i ČHMÚ (zielone punkty)

Dodatkowa analizowano dane z

powiatu: pszczyńskiego,

mikołowskiego, bieruńsko-

lędzińskiego, aglomeracji

górnośląskiej (zespół 14 miast).

Przykład prognozy dla punktów pomiarowych wykonanej dla 8.12.2012 r.

Prognoza stężenia chwilowego PM10 Prognoza stężenia dobowego PM10

Sprawdzalność prognozy dla punktów pomiarowych

L.p. Stacja R2 Równanie L.p. Stacja R2 Równanie

1. Bielsko-Biała 0,4220 y=1,3173x 5. Bohumín 0,3888 y=1,1766x

2. Tychy 0,5483 y=1,2549x 6. Havířov 0,4708 y=1,1069x

3. Rybnik 0,3033 y=1,5023x 7. Karviná 0,4848 y=1,1141x

4. Wodzisław Śl. 0,3853 y=1,3963x 8. Věřňovice 0,215 y=1,0639x

Sposób indeksowania, czasy uśredniania i przedziały stężeń

zanieczyszczeń wskaźnika jakości powietrza dla województwa śląskiego i

kraju morawsko-śląskiego

Index Kvalita ovzduší

SO2 NO2 O3 PM10

1 h

µg/m³

1 velmi dobrá 0 - 25 0 - 25 0 - 33 0 - 20

2 dobrá > 25 - 50 > 25 - 50 > 33 - 65 > 20 - 40

3 uspokojivá > 50 - 120 > 50 - 100 > 65 - 120 > 40 - 70

4 vyhovující > 120 -

350 > 100 - 200 > 120 - 180 > 70 - 90

5 špatná > 350 -

500 > 200 - 400 > 180 - 240 > 90 - 180

6 velmi špatná > 500 > 400 > 240 > 180

chybi data

Wskaźnik Jakość powietrza

SO2 NO2 O3 PM10 PM2,5 PM10 PM2,5

1 godz. 24 godz.

1 bardzo dobra 0 - 50 0 - 50 0 - 60 0 - 25 0 - 15 0 -15 0 - 10

2 dobra > 50 - 100 > 50 -

100 > 60 - 120 > 25 - 50 > 15 - 30 > 15 - 30 > 10 - 20

3 umiarkowana > 100 - 300 > 100 -

200 > 120 - 180 > 50 - 90 > 30 - 55 > 30 - 50 > 20 - 30

4 zła > 300 - 500 > 200 -

400 > 180 - 240 > 90 - 270 > 55 - 180 > 50 - 150 > 30 - 100

5 bardzo zła > 500 > 400 > 240 > 270 > 180 > 150 - 300 > 100

6 ekstremalnie zła - - - - - > 300 -

brak danych

Legenda IMGW-PIB

Legenda ČHMÚ

PROGNOZA NA STRONIE INTERNETOWEJ PROJEKTU www.air-silesia.eu

Wybór dobowego

wskaźnika

cząstkowego

jakości powietrza

(dla danego

zanieczyszczenia

powietrza) lub

średniego

dobowego

wskaźnika jakości

powietrza (AQI)

Wskaźnik jakości powietrza

PL lub CZ

Przebieg godzinowy stężeń

zanieczyszczeń:

NO2, SO2, O3, PM2,5, PM10

PODSUMOWANIE

1. Celem zadania było opracowanie prognozy stężeń zanieczyszczeń

powietrza w obszarze wsparcia tj. dla pogranicza polsko-czeskiego w rejonie

Śląska i Moraw, przy wykorzystaniu modelu matematycznego opartego o

zaawansowane metody eksploracji danych wykorzystywanego dotąd w

Polsce.

2. Prognoza ta powinna wspomagać odpowiedzialne służby za działania

krótkoterminowe w podejmowaniu decyzji o informowaniu społeczeństwa o

stanie zagrożenia smogowego.

3. Uzyskane wyniki sprawdzalności krótkoterminowej prognozy

zanieczyszczeń powietrza pozostawiają jednak wątpliwość, co do możliwości

zastosowania tego modelu w sytuacjach prognozowania wartości

maksymalnych.

4. Jest zatem sprawą otwartą na ile opracowany produkt będzie

wykorzystywany jako źródło wiedzy o prognozowanym ryzyku przekroczenia

wartości alarmowych w podejmowaniu decyzji o ostrzeganiu przed

sytuacjami smogowymi, a na ile pozostanie on platformą informacyjną o

prognozowanej klasie jakości powietrza dla społeczeństwa.

PODZIĘKOWANIE

Autorzy zadania składają serdeczne podziękowania:

WIOŚ w Katowicach za udostępnienie danych o jakości powietrza za dla

potrzeb prognozy jakości powietrza.

Partnerowi zadania - ČHMÚ Oddział w Ostrawie za wnikliwe i cenne uwagi

oraz merytoryczną ocenę sprawdzalności prognozy jakości powietrza

zarówno w fazie testowej jak też i w fazie operacyjnej.

Dziękuję za uwagę …

KONTAKT:

dr Leszek Ośródka

Zakład Monitoringu i Modelowania Zanieczyszczeń Powietrza

IMGW-PIB Oddział w Krakowie

40-045 Katowice, ul. Bratków 10

tel. (32) 3571135

e-mail: leszek.osrodka@imgw.pl

http://www.imgw.pl

www.pogodynka.pl

www.air-silesia.pl