A légköri diszperzió modellezése

A légköri terjedési modellezés egy szimuláció diszperziós tollak szennyezés egy adott kontextusban és időbeliség készült matematikai eszközök és a számítógép térképészeti szoftver. A modellek a nemkívánatos, veszélyes vagy mérgező anyagok (gázok, részecskék, aeroszolok, radionuklidok stb.) Kibocsátásának (véletlenszerű vagy nem véletlenszerű) közvetlen és közvetett következményeit térben és időben kívánják figyelembe venni.

Alkalmazás

A légszennyezésnek az épületekre, az egészségre és az ökoszisztémákra gyakorolt következményeinek jobb felmérésére, előrejelzésére és megelőzésére használják, például helyhez kötött vagy mobil forrásokból származó szennyező anyagok esetén, vagy tűzvészek által okozott kockázatok esetén. (talaj, talajvíz vagy tenger robbanásai, szennyeződése vagy másodlagos szennyezése), balesetek, illékony szennyezők szándékos kiömlése stb. által

A modellezést széles körben használják a radiotoxikus termékek szivárgásának vagy a nukleáris balesetek hatásainak tanulmányozására is, a radioekológiában is . Ugyanez vonatkozik a fertőző organizmusok stb. Terjesztése által kiváltott kockázatokra is.

A légköri diszperzió modellezése a légköri áramlások háromdimenziós szimulációja, amely ezért messze túlmutat az időjárás-előrejelzés egyszerű keretein . A számítások eredményeinek értelmezéséhez a toxikológia , az ökotoxikológia és a légköri kémia ismereteinek összevonása szükséges

A szemközti képen a légköri inverziós mennyezet alatt a legalacsonyabb köteg által kibocsátott füst valószínűleg jelentős talajhatásokat okoz lefelé, míg a magasabban diszpergál magasságban. Az alsó rétegekbe így befogott szennyezés néha akár az ellentétes irányban is keringhet, mint az uralkodó szél vagy a magasabb légköri rétegben uralkodó szél. A modelleknek ezért figyelembe kell venniük a levegő viselkedésének változásait a légoszlop minden magasságában.

Alapelvek

Az alapelv az, hogy elméletileg a szennyezők atmoszférikus diszperziója a folyadékmechanika elmélete alapján modellezhető és szimulálható jelenség .

Beviteli adat

A sikeres modellnek megfelelő bemeneti adatokon kell alapulnia:

• Meteorológiai adatok ;
• Terepi (vagy topográfiai ) adatok;
• A kibocsátási források típusai;
• A kibocsátási források paraméterezésének típusai ;
• A szennyező anyagok jellege;
• Az emissziós mechanizmusok.

A modellezés nehezebbé válik, és akkor kell konfigurálni, ha a környezet összetettebb a következők miatt:

• geomorfológia (hegyek, völgyek, szakadt partvonal, torkolatok, kanyonok);
• a színek (domináns vagy lokálisan nagyon világos vagy nagyon sötét színek, amelyek szerepet játszanak az albedo szempontjából);
• építmények (városépítészeti, tevékenységi zóna stb.):
• növényvilág (többé-kevésbé sűrű lombkoronájú és az évszaknak megfelelően változó erdők), rétek vagy szántás, betakarítás előtt vagy után stb. amelyek szezonálisan módosítják a táj érdességét , albedóját és termohigrometriai jellemzőit, különös tekintettel az evapotranspirációra);
• összetett meteorológiai körülmények ( légköri inverzió , köd , turbulencia stb.);
• a szennyező anyag ismeretének hiánya (különös tekintettel a nanoszennyező anyagokra, sok feltörekvő szennyező anyagra és a szennyező komplexekre, amelyek szinergikusan működhetnek egymással).

A meglévő modellekből levezetett, korszerű technikák, amint megvalósultak, mindazonáltal lehetővé teszik, hogy egyre megbízhatóbban megjósolják, hogy a szennyező anyagok hogyan oszlanak el a légkörben, vagyis megbecsülik vagy megjósolják a szél irányát és a légszennyező anyagok koncentrációját. vagy szennyező forrásokból származó toxinok.

Inverz modellezés

Néha szükség van retrotrajektorok létrehozására; ezután a csapadék, az expozíciós adatok és a meteorológiai archívumok alapján helyre kell állítani a szennyezés forrását „  inverz modellezéssel  ” ).

Az 1990-es évek óta ez a fajta modellezés sokat fejlődött, kihasználva a számítástechnika és a meteorológiai modellek fejlődését, amelyek évtizedek óta képesek használni a legerősebb számítógépeket.

A levegő (vagy a vízi) szennyeződések visszamenőleges modellezése nem tökéletes, de halad. Ezt a típusú modellezést használták fel például a Xenon 133 ( radioaktív ) jelentős kibocsátásának (történelmi feljegyzése) rekonstrukciójára, amely a 2011-esohohoku földrengés , valamint az azt követő szökőár előtt és után jelent meg .

Használat és korlátozások

A légköri diszperzió modellezésének sokféle célja van:

• teljesíteni a lakosság tájékoztatására és védelmére, valamint bizonyos szennyező anyagok különféle mértékű kötelező ellenőrzésére vonatkozó szabályozási kötelezettségeket. Ezek a skálák lehetnek globálisak (pl. Az ózonréteget lebontó szennyező anyagok nyomon követése ), nemzetek feletti (pl. A higany , az ólom és a kadmium , három fő szennyező anyag határokon átnyúló nyomon követése, amelyek ellenőrzése Európában kötelező), nemzeti vagy helyi szintű.
• a város- és vidéktervezésért felelős építészek, várostervezők vagy közigazgatási hatóságok a szennyező anyagok felhalmozódásának jobb előrejelzésére és megelőzésére, a városi hőbuborékok hatásainak korlátozására , vagy az utcák és épületek morfológiájához kapcsolódó "kanyonhatás" elkerülésére használják. Szakosodott szervek felelősek a levegő védelme, mint például a Nemzeti környezeti levegőminőségi szabványok az Egyesült Államokban , illetve a francia hivatal számára környezeti és munkahelyi egészségvédelmi is használja ezeket az eszközöket preventív módon, hogy engedélyezi vagy nem a létesítmény egy ipari terület. Lehetővé teszik továbbá a hatékony biztonsági tervek előzetes meghatározását azáltal, hogy optimalizálják a katasztrófavédelem személyzetének irányítását ipari balesetek esetén, vagy hatékony eszközöket találnak a káros légszennyezők elleni küzdelemre.
• A kikötő, út, repülőtér, ipari fejlődés során, vagy valószínűleg szennyezés forrása lehet (égetőmű stb.), A modellezés lehetővé teszi a jövőbeni lakások, iskolák, kórházak vagy állatok, növények stb. Kitettségének elkerülését. krónikus vagy véletlen szennyeződés okozta szennyeződés veszélye esetén.
• a levegőben lévő biokontaminánsokkal kapcsolatos egészségügyi kockázat vagy öko-epidemiológia szakemberei felhasználhatják bizonyos járványok tanulmányozására vagy előrejelzésére;
• Az ad hoc közigazgatási hatóságok időnként légköri diszperziós modelleket alkalmaznak a gépjárműforgalom szabályozására, hogy korlátozzák annak levegőben gyakorolt ​​hatásait, ha az időjárási viszonyok kedveznek a stagnáló szennyezésnek.
• Egyes szakemberek a polgári biztonsági használat részeként a válságkezelés a légszennyezés (vagy felkészülés egy esetleges támadás), beleértve a határon átnyúló szennyezés ellenőrzésére vagy elérésének vissza pályáira szennyezés tollak. Ezeket a modelleket ipari balesetek vagy olyan események során alkalmazzák, amelyek véletlenszerű légszennyező anyagok ( biokontaminánsok , vegyi anyagok , radionuklidok stb.) Kibocsátását okozzák . A gázok és füstök diszperziójának modellezése szintén segíthet megelőzni a természeti jelenségek bizonyos hatásait, például a vulkánkitörés következményeit . A csernobili felhő szétszóródása számos modell tárgyát képezte.
• a pollen levegőben való eloszlásának modellezése ökológiai, agronómiai és egészségügyi szempontból érdekes (vö. pollenallergia), és arra is alkalmazták, hogy lehetőség szerint megakadályozzák a GMO- növények növényei körüli keresztporzást .

Ezek a szimulációk mindig nagyon összetettek. Ezért jelentős számítási időt és erőforrásokat szabnak ki. De az előrehaladásuk lehetővé teszi például a szennyezés által leginkább érintett területek elhelyezkedésének becslését, a szennyező anyagok szintjét, amellyel a lakosoknak vagy a sürgősségi szolgálatoknak szembe kell nézniük. A mentő- vagy válságkezelő szervezetek így jobban hozzá tudják igazítani erőforrásaikat a helyzethez (a jelenlegi és a jövőhöz), és megfelelő védintézkedéseket hajthatnak végre (például a kiürített terület újranyitásának elkerülése érdekében, ahol a szél ismét szennyezést okozhat).

A számítástechnika és a modellezés fejlődése javította a modellek pontosságát, különösen alacsony magasságú szennyezés és heterogén tájak inverziós rétegeiben , és különösen egy komplex "városi lombkorona" összefüggésében (azaz nagyon nagy komplex épületek száma).

A diszperziós modell, még félig empirikus is , konszolidálható a szélcsatornákban végzett mérésekkel (ahol a termikus gradiensek rekonstruálhatók), de csak a valós világban, a modellezett mezőben és különböző időjárási körülmények között végzett mérésekkel érvényesíthető. .

Néhány létező modell

• ADMS 4.2
• AERMOD
• LÉPÉS
• CALPUFF
• Diszperzió21
• ISC3
• NÉV
• HIGANY
• MOCAGE-Baleset
• TOLL
• GYÖNGYSZEM
• RIMPUFF
• SIRANE
• BIZTONSÁGOS LEVEGŐ
• PUFF-TULAJDONSÁG

Lásd is

Kapcsolódó cikkek

• Levegőforrások laboratórium
• Légszennyeződés
• Kríziskezelés
• Cindynics
• Áramlástan
• Anemometria
• Modellezés
• Digitális terepmodell (DTM)
• Légköri határréteg
• Kriging

Külső linkek

• (Fr)

Bibliográfia

• (fr) M Bocquet, Bruno Sportisse (2007), A levegőminőség inverz modellezése: módszertani elemek és példák  ; Levegőszennyezés ( Inist / CNRS összefoglaló )
• (fr) A Khlaifi, A Ionescu, Y Candau (2010), Szenzorhálózat tervezése a krónikus szennyezés forrásainak inverz modellezéssel történő becslésére - Légköri szennyezés ( Inist / CNRS összefoglaló )
• (fr) P MAYS (2002), diffúz és diffúz kibocsátások mérése és becslése  ; Környezet és technika, ( INST / Cnrs összefoglaló )
• (fr) Y Roustan t al. (2005), doktori értekezés, A higany, az ólom és a kadmium modellezése európai léptékben  ; Nemzeti Híd- és Utakiskola, 2005-12-12, pastel.archives-ouvertes.fr, PDF, 167 p
• (fr) Y Roustan t al. (2006), A higany, az ólom és a kadmium modellezése európai léptékben (vö. POLAIR3D kémiai-szállítási modell és inverz modellezés); Folyóirat: Levegőszennyezés; 2006. évf. 48, no191, pp. 317-326, 10 oldal; ( ISSN  0032-3632 ) ( Résumé Inist / CNRS) * (fr) Bruno Sportisse (2008), Levegőszennyezés: A folyamatoktól a modellezésig; Springer, 2008. január 1., 351 oldal ([https://books.google.fr/books?id=dOcWwb4O8B4C&dq=%22mod%C3%A9lisation+inverse%22&lr=&hl=fr&source=gbs_navlinks_s Google könyvekkel kivonatolva )
• (fr) Uliasz, M. (1983), A perturbációs elmélet alkalmazása egy légszennyezettségi modell érzékenységi elemzésére  ; Zeitshrift für Meteorologie, 33: 169 {181
• (en) Wu, Y., Brashers, B., Finkelstein, P. L. és Pleim, JE (2003), Többrétegű biokémiai száraz lerakódási modell 1. Modellkészítmény  ; J. Ge ophys. Res. , 108: D14013
• (en) Zhang, L., Moran, MD, Makar, P. A., Brook, JR és Gong, S. (2002), Gáznemű száraz lerakódás modellezése AURAMS-ban: egységes regionális levegőminőségi modellezési rendszer  ; Atmos. Kb. , 36: 537 {560
• (fr) A Ionescu (2010), Vissza a légköri szennyezés forrásaihoz: francia tudósok nézőpontja  ; Levegőszennyezés, szerk .: APPA
• V Mallet, D Quélo, B Sportisse, I Korsakissok (2007), Polyphemus: a légszennyezés és a kockázatértékelés több modelles platformja  ; Szennyezés…, 2007; PDF, 10 p, hal.archives-ouvertes.fr
• Sportisse B (1999) Hozzájárulás a reaktív áramlások modellezéséhez: A kémiai kinetikai modellek csökkentése és a légköri szennyezés szimulációja (Doktori disszertáció, Palaiseau, École politechnika).

Hivatkozások

1. Monika Krysta, A radionuklid-diszperzió numerikus modellezése és adatassimilációja a közeli mezőben és kontinentális léptékben , Val de Marne, coll.  „Doktori disszertáció a Párizsi Egyetemen XII.”, 196  p. ( olvasható online [PDF] )
2. "  Légköri diszperzió modellezése | Avizo Experts-Conseils  ” , az Avizo Experts-Conseils | Környezet, infrastruktúra és építés ,2020. május 12(megajándékozzuk 1 -jén augusztus 2020 )
3. (in) Prof. P. Burt ( University of Greenwich ): "  Hogyan teremti meg a torkolatok a helyi légiforgalmat - Hogyan befolyásolhatják ezek a topográfia által kiváltott helyi szelek és turbulenciák jelentősen a 2, 5 és 10 μm-es aeroszol-mérettartomány diszperzióját  " [ PDF] , ATTMA aeroszolnap
4. Cionco R (1965) Matematikai modell a vegetatív lombkorona légáramlásához . J. Appl. Met., 4.517–522.
5. Példa fordított modellezésre: Doktori értekezés kémia, légköri szennyezés és környezeti fizika címmel: Reverse modellezés a légköri szennyezés elsődleges forrásainak regionális szintű optimalizálására , készítette: I Pison (2005), Open-Archives
6. CC Marchant és társai. (2011), A tejipari részecskék kibocsátásának becslése lidar és fordított modellezéssel  ; Az ASABE tranzakciói; Szerk .: Amerikai Agrármérnöki Társaság; repülési. 54. szám, 4. o.  1453-1463  ; 11 oldal ( ISSN  2151-0032 ) ( Összefoglaló Inist CNRS )
7. M Bocquet (2010), A véletlen légszennyező források fordított modellezése: a közelmúltban elért eredmények  ; Légszennyezés, 2010 - ( Összefoglaló Inist / CNRS )
8. Reaktorbaleset Fukushima sajtóközlemény - Új nemzetközi tanulmány a radioaktív anyagok légkörbe történő kibocsátásáról  ; és „  tanulmány  ” ( Archívum • Wikiwix • Archive.is • Google • Mi a teendő? ) (egy verzió egy szakértők által áttekintett folyóiratba érkezett, és ezért valószínűleg később módosítják)
9. Roustan Y (2005) A higany, az ólom és a kadmium légköri diszperziójának modellezése európai léptékben (Ph.D. értekezés: École des Ponts / ParisTech
10. Sotiris Vardoulakis, Bernard EA Fisher, Koulis Pericleous, Norbert Gonzalez-Flescac; A levegő minőségének modellezése az utcai kanyonokban: áttekintés Légköri környezet  ; Légköri környezet 37 (2003) 155–182 37 (2003) 155–182 ( absztrakt és teljes cikk )
11. Jarosz N (2003) A kukorica pollen atmoszférikus eloszlásának vizsgálata: hozzájárulás a keresztporzás kockázatainak szabályozásához (Doktori értekezés, INAPG AgroParisTech)
12. Foudhil H (2002) A részecskék légköri diszperziójának digitális modelljének kidolgozása heterogén táj léptékében (Doktori disszertáció, Bordeaux 1)
13. Soulhac L (2000) A városi lombkorona légköri diszperziójának modellezése (Doktori disszertáció, École Centrale de Lyon), PDF, 349 oldal
14. Charpentier C (1967) A mesterségesen előállított hőgradiens stabilitásának vizsgálata kis sebességű áramlásban, fűtőelemek rácsával . Az EFA belső jelentése