Beskrivning av ALARM-systemet

Sammanfattning

ALARM (Advanced Local And Regional Modelling system)

Kännetecken

• Spridningsmodell som tar hänsyn till den lokala terrängens inverkan på vind- och turbulensfält.

• Spridningsberäkningar kan utföras för lätta gaser och partiklar från punkt-, linje-, och ytkällor samt diffust utsläpp från byggnader.

• Spridningsberäkningar kan utföras vid enskilt tillfälle, t.ex. vid olyckor, såväl som för beräkning av medelvärden och percentiler.

• Modellen kan användas för prognosberäkningar.

• Modellen kan användas för depositionsberäkningar.

• Modellen kan användas för beräkning av vindenergi.

• Modellen kan köras av icke-specialister över internet.

Indata

• Meteorologisk databas för vindar, temperaturer och turbulens

• Mastmätningar av vind och temperatur upp till ca 15 m

• Sodarmätningar eller höga mastmätningar för att erhålla vindar upp till några hundra meters höjd

Utdata

• Koncentrationen från källa/källor vid enskilt tillfälle t.ex för beräkning av spridning vid olycka

• Prognos av spridningen från enskilda eller alla källor

• Medelvärdeskoncentrationer och percentiler för eget val av perioder

• Emmisioner och emmisionskartor för de olika typerna av källor

• Meteorologiska data och statistik, såväl vid befintliga mätplatser som i andra delar av området som saknar mätningar genom att utnyttja vind- och turbulensdatabasen.

• Potentiell vindenergi samt vindenergi för specifika vindkraftverk

Tillämpningsområden

• Spridningsberäkningar vid olycka med prognos

• Medelvärdes- och percentilberäkningar från enstaka eller flera källor – vägar, industrier, uppvärmning mm

• Prognoser av luftföroreningshalter

• Vind- och temperaturstatistik

• Vindenergikartering

Validering

• Den meteorologiska modellen är validerad mot mätningar i ett stort antal experiment

• Den s.k semi-Gaussiska trajektoriemodellen är validerad mot mätningar i bl a Vänersborg-Trollhätteområdet.

• Den s.k. higher-order closuremodellen är validerad mot mätningar i Vänersborg-Trollhätteområdet samt i Nevada, USA och mot mätningar i Athen, Grekland.

Konsten att hantera stora mängder väderdata

Dynamiken i atmosfärens gränsskikt beror på komplex växelverkan av olika inflytande: Lokal topografi, vegetation, moln, storskaliga synoptiska krafter som låg- och högtryck, olika uppvärmning av jordytan och andra processer. Det turbulenta flödet i atmosfären är extremt komplext och övergriper så många storlekar av virvlar att det i praktiken är helt omöjligt att i detalj simulera alla virvlar. Studiet av det turbulenta flödet fokuseras därför på att beskriva dess statistiska egenskaper.

Modellen som används i Västra Götaland löser ekvationerna för medelflödena, dvs. för vinden, temperaturen och fuktigheten, men också ekvationer för turbulensen i atmosfären. Modellen har utvecklats vid Meteorologiska institutionen vid Uppsala Universitet. Den datamaskinstid som fordras av för den här typen av modell är ofta av samma storleksordning som den simulerade tiden, och är alltså alltför datamaskinkrävande för att utnyttjas vid säsongs- eller årsberäkningar. Istället för att förenkla modellstrukturen, som skulle kunna introducera felaktiga resultat i komplex terräng, initierade Enger KM-konsult ett annorlunda tillvägagångssätt.

Ett stort bibliotek med simulerade vind-, temperatur, specifik fuktighets- och turbulensfält skapades genom att göra simuleringar med den meteorologiska modellen för ett stort antal vädersituationer – en så kallad meteorologisk databas. Denna databas innehåller meteorologiska data för flera tusen vädersituationer för det aktuella området.

Det atmosfäriska modellsystemet ALARM har implementerats i hela Västra Götalands län. Det används operationellt såväl som beräkning av luftföroreningssituationer vid enskilda tillfällen som beräkning av medelvärden av koncentrationerna. Alla beräkningar utförs med hjälp av den meteorologiska databasen samt genom att använda lokala meteorologiska mätningar. När man använder den meteorologiska databasen för spridningsberäkningar måste man veta vilket av dess flera tusen vind- och turbulensfält som skall användas för en viss tidpunkt.

Genom att använda mätningar av vind från ett SODAR-instrument på någon plats i området och mätningar av en temperaturprofil och vind från en mast i området, kan modellen jämföra mätdata med simulerade data och leta fram den situation i databasen som ger den bästa överensstämmelsen mellan mätningar och simuleringar på de aktuella mätplatserna. Den situation som ger bästa överensstämmelsen används för spridningsberäkningarna.

Användning av ALARM-modellen

Data från vädermätningarna samlas automatiskt in en gång per timme. Dessa data sparas i en databas för att användas vid medelvärdesberäkningar. För att beräkna koncentrationerna under en viss tidsperiod t ex en vecka, en månad eller ett år, utför modellen statistik på hur många gånger var och en av de tusentals turbulensfälten har uppträtt. Denna statistik tillsammans med databasen av vind- och turbulensfält används sedan för beräkning av medelkoncentrationen och percentiler samt vid vindenergikarteringar.

Modellsystemet har utformats så att en person utan någon meteorologisk bakgrund skall kunna arbeta med systemet. I Västra Götalands län har databasen och programmet installerats i en dator på Luft i Västs kontor. Alla kommuner och medlemsindustrier kan koppla upp dig mot systemet för att göra egna enklare beräkningar. Systemet kan användas för att beräkna spridningen i såväl små områden, t ex ett par kvarter, som hela kommuner eller hela länet.

Spridningsberäkningar kan utföras för

• punktkällor, ofta skorstenar

• linjekällor dvs vägar

• areakällor tex ett upplag

• volymkälllor dvs diffusa utsläpp från byggnader

Vid beräkningen tas hänsyn till kringliggande byggnader som påverkar vind och turbulens.

Vid spridningsberäkningar för ett avgränsat område beräknas punkt- och små areakällor med hjälp av en semi-Gaussisk trajektoriemodell. Linje- och stora areakällor beräknas med hjälp av en s.k higher-order closuremodell.

Spridningsberäkningarna kan användas för

• Operationell luftföroreningsbedömning

• Bedömningar av miljökvalitetsnormer och miljömål

• Medelvärdes- och percentilberäkningar vid miljöprövningar

• Medelvärdes- och percentilberäkningar vid fysisk planering

• Bedömning av klagomål på besvär av lukt eller annan påverkan.

• Bedömning av ev fara vid olyckor

• Planering av verksamhet som kan ge besvär vid ogynnsamt väder.