Extrémní hodnoty znečišťujících látek v numerickém modelu atmosférické chemie a jejich validace

• Thesis title in Czech: Extrémní hodnoty znečišťujících látek v numerickém modelu atmosférické chemie a jejich validace
• Thesis title in English: Extreme values of key pollutants from a atmospheric chemistry model and their validation
• Key words: atmosférická chemie, znečištění ovzduší, numerický model atmosférické chemie, extrémní hodnoty, validace
• English key words: atmospheric chemistry, air pollution, numerical model of atmospheric chemistry, extreme values, validation
• Academic year of topic announcement: 2017/2018
• Thesis type: project
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Atmospheric Physics (32-KFA)
• Supervisor: doc. Mgr. Peter Huszár, Ph.D.

Guidelines

Atmosféra Země, kromě stálých složek jako jsou dusík, kyslík, vzácné plyny, jejichž koncentrace jsou víceméně konstantní v prostoru i v čase, obsahuje také složky podléhající velké časové i prostorové variabilitě, zejména v důsledku jejich zvýšené chemické reaktivity a značně nerovnoměrného rozložení emisí. Mezi tyto složky řadíme oxidy dusíku (NOx) oxidy síry (SOx), oxid uhelnatý (CO), ozón (O3) a v neposlední řadě těkavé uhlovodíky (VOC – volatile organic carbon). Kromě uvedených plynných příměsí se do ovzduší, také díky lidské činnosti, dostává nezanedbatelné množství aerosolových částic tvořících neoddělitelnou součást atmosféry.
Mnohé z těchto látek přispívají k znečištění ovzduší a vykazujou nepříznivé vlyvy na zdravý člověka. Proto je jejich monitorování (prováděné v České republice Českým Hydrometeorologických Ústavem – ČHMU) a předpověď klíčové.
Z důvodu značně nelineárního chování těchto látek, podléhajících horizontálnímu transportu (advekci), turbulentní difuzy, mokré a suché depozici a chemickým transformacím je nutno časový vývoj rozložení těchto látek počítat pomocí numerických modelů atmosférické chemie, tzv. chemicko transportních modelů.
Takovým modelem, již dlouho a hojne používaným na Katedře meteorologie a ochrany prostředí, je model CAMx. Tento model je určen pro numerickou integraci koncentrací troposférických přímesí v čase uvažující reakce fotochemické (iniciované fotony slunečného záření), reakce tepelné, reakce heterogenní (při přítomnosti vody) atd.
Výstupem takového modelu je tří-dimenzionální rozložení látek v atmosféře v jistých časových úsecích (např. po hodiách).

Vrámci projektu se student seznámí se základy modelování chemických procesů v atmosféře, získá přehled o nejdůležitějších znečišťujících látek v ovzduší vč. jejich vlivu na lidské zdraví, a také o kvantitativních ukazatelých určujících míru jejich zátěže člověka. Student poté provede vyhodnocení těchto ukazatelů na základě modelových výstupů získaných modelem CAMx (projekt nezahrnuje práci modelem CAMx, data jsou již připravena) a porovná je s daty získané z měřících stanic v ČR.

Výstupem porovnání bude objektivní míra úspěšnosti modelu CAMx simulovat extremní hodnoty znečištění ovzduší. To je klíčové pro hodnocení budoucích modelových předpovědí, např. při studiu dopadů klimatických změn na čistotu ovzduší a nebo vlivu změn v emisích atd.

References

Huszar, P., Juda-Rezler, K., Halenka, T., Chervenkov, H. and others: Effects of climate change on ozone and particulate matter over Central and Eastern Europe, Clim. Res. 50, 51-68, 2011, doi:10.3354/cr01036


Juda-Rezler, K., Reizer, M., Huszár, P., Krueger, B., Zanis, P., Syrakov, D., Katragkou, E., Trapp, W., Melas, D., Chervenkov, H., Tegoulias, I. and Halenka, T.: Modelling the effects of climate change on air quality over central and Eastern Europe: concept, evaluation and projections, Clim. Res., 53:179-203, 2012 doi: 10.3354/cr01072, 2012

Preliminary scope of work

Modely atmosférické chemie jsou klíčovými nástrojemi pro studium časového vývoje prostorového rozložení koncentrací znečišťujících příměsí v ovzduší. Výstupy z těchto modelů musí ovšem být podrobeni detailní validaci na měřených datech. Ta ověří, zda je daný model schopný úspěšně simulovat chemické podmínky v atmosféře a předpovídat jejich budoucí stav.