Экспериментальный прогноз уровня загрязнения воздуха в центральных областях ЕТР подготовлен в Лаборатории метеорологических условий загрязнения и радиационного мониторинга Гидрометцентра России в содружестве с Институтом прикладной физики РАН (Нижний Новгород) при информационной поддержке ГПУ «Мосэкомониторинг».
Прогноз концентраций загрязняющих веществ подготовлен с использованием комплекса из мезомасштабной модели атмосферы WRF ARW 3.1.1 и химико-транспортной модели CHIMERE V200709.
При совместной работе WRF ARW и CHIMERE сначала проводится счет модели WRF ARW, при этом рассчитываемое состояние атмосферы запоминается ежечасно. Далее с использованием сохраненной информации проводится счет CHIMERE, которая рассчитывает прогностические поля концентраций загрязняющих веществ.
При счете CHIMERE используется вложение сеток: внутри внешней области моделирования (33.75–65.75° с.ш., 11.25° з.д. – 60.75° в.д.) с горизонтальным разрешением 1х1° выделяется внутренняя область, (51.7–58.3° с.ш., 30.55–45.35° в.д.) с горизонтальным разрешением 0.1° по широте и 0.2° по долготе. При определении условий на боковых границах внешней области используются климатические концентрации, при счете на внутренней области на боковых границах задаются концентрации, полученные при расчете на внешней области. В расчетах CHIMERE используются 12 вертикальных сигма-уровней от поверхности земли до изобарической поверхности 200 гПа.
Антропогенные эмиссии загрязняющих веществ заданы по данным EMEP 2005 с разрешением 0.5х0.5°. Данные переведены на вычислительные сетки CHIMERE и откорректированы с использованием информации о плотности.
Начальные поля концентраций примесей получены путем интегрирования CHIMERE при задаваемых эмиссиях и метеорологических данных для некоторого периода, предшествующего старту прогноза. При этом состояние атмосферы рассчитывается путем счета WRF ARW в режиме «притягивания» к последовательным наборам полей глобального анализа NCEP. Полученные концентрации примесей используются в качестве начальных данных как для прогноза, так и для счета CHIMERE при получении начальных данных для следующих прогнозов.
При расчете газофазных химических реакций в CHIMERE используется химический блок MELCHIOR 1, включающий в себя более 300 реакций с более чем 80 реагентами. Рассматривается 7 видов аэрозольных частиц, которые по размерам подразделяются на 8 категорий.
Используемая модель атмосферы WRF ARW основана на упругих негидростатических уравнениях, группам параметризаций подсеточных процессов соответствует несколько вариантов параметризаций различной степени сложности. В качества начальных данных и граничных условий используются анализы и прогнозы NCEP, в оперативном режиме поступающие в Гидрометцентр России. При подготовке данных для счета CHIMERE на внешней области используется горизонтальное разрешение 70х70 км, проводится «притягивание» прогноза модели к прогнозу NCEP. Для внутренней области проводятся расчеты WRF ARW с горизонтальным разрешением 14х14 км без «притягивания». Используется 44 вертикальных сигма-уровня с верхней границей расчетной области на изобарической поверхности 10 гПа. Оптимальные настройки WRF ARW были подобраны в ходе численных экспериментов, значительная часть которых проведена в содружестве с СибНИГМИ->http://sibnigmi.ru/.
Расчеты проводятся на вычислительной системе SGI Altix 4700, установленной в ГВЦ Росгидромета. Валидация расчетов состава атмосферы над территорией России, выполняемых моделью CHIMERE, рассматривается в работах [1-5]. Выбор оптимальной конфигурации модельного комплекса WRF ARW - CHIMERE обсуждается в работах [3,5].
Работа выполнена при поддержке РФФИ (гранты № 08-05-00969-а, 08-05-1345-офи-ц, 11-05-91061-НЦНИ_а) и Росгидромета (НИР № 1.4.1.3).
Список литературы
1. Konovalov, I.B., Beekmann, M., Vautard, R., Burrows, J.P., Richter, A., Nüß, H., and Elansky, N.: Comparison and evaluation of modelled and GOME measurement derived tropospheric NO2 columns over Western and Eastern Europe, Atmos. Chem. Phys., 5, 169-190, doi:10.5194/acp-5-169-2005, 2005.
2. Коновалов И.Б., Н.Ф. Еланский, А.М. Звягинцев, И.Б. Беликов, М. Бикманн. Валидация химическо-транспортной модели нижней атмосферы Центрально-Европейского региона России с использованием данных наземных и спутниковых измерений. Метеорология и гидрология, 2009, № 4, стр. 65-74.
3. Кузнецова И.Н., Р.Б. Зарипов, И.Б. Коновалов, А.М. Звягинцев, Е.Г. Семутникова, А.А. Артамонова. Вычислительный комплекс «модель атмосферы – химическая транспортная модель» как модуль системы оценки качества воздуха. Оптика атмосферы и океана, 2010, 23, № 6, стр. 485-492.
4. Кузнецова И.Н., И.Б. Коновалов, А.А. Глазкова, М.И. Нахаев, Р.Б. Зарипов, Е.А. Лезина, А.М. Звягинцев, М. Бикманн. Наблюдаемая и рассчитанная изменчивость концентрации взвешенного вещества в Москве и Зеленограде. Метеорология и Гидрология, 2011, № 3, стр. 48-60.
5. Зарипов Р.Б., И.Б. Коновалов, И.Н. Кузнецова, И.Б. Беликов, А.М. Звягинцев. Использование моделей WRF ARW и CHIMERE для численного прогноза концентрации приземного озона. Метеорология и гидрология, 2011, № 4, стр. 48-60.