Pożary i rozprzestrzenianie się skażeń
Monitoring meteorologiczny atmosfery to poza tradycyjnymi pomiarami naziemnymi również sondowanie procesów, zjawisk i stanu atmosfery w pionowej kolumnie powietrza. Z wykorzystaniem wszystkich dostępnych narzędzi i nowoczesnych technologii. Efektywna osłona meteorologiczna Polski prowadzona przez IMGW-PIB uwzględnia również monitoring procesów transgranicznego transportu cząsteczek, które przedostają się do atmosfery w wyniku wielkoobszarowych pożarów czy wybuchów wulkanów.
Skala tych zjawisk i ich zasięg przestrzenny bywa zróżnicowany. Predykcja napływu zanieczyszczeń nad terytorium Polski może podlegać zmienności wraz z kolejnymi aktualizacjami modelu. Bez wątpienia jednak, nawet odległe lokalizacyjnie zdarzenia, mogą mieć wpływ na kształtowanie warunków pogodowych nad obszarem Europy Środkowej. Analiza sytuacji w obszarach turystycznych może być ponadto istotna z perspektywy planowania wypoczynku, stąd została uwzględniona w opracowaniach.
Na stronie prezentowane będą wybrane analizy z uwzględnieniem ich opisu oraz z wykorzystaniem wizualizacji: z systemu RIOT Centrum Modelowania Meteorologicznego, a także zobrazowań zarejestrowanych przez instrument pomiarowy VIIRS na satelitach Suomi-NPP i NOAA-20 oraz produktów opracowanych na podstawie zobrazowań zarejestrowanych przez instrument TROPOMI na satelicie Sentinel-5P, opracowanych przez Zakład Teledetekcji Satelitarnej Centrum Meteorologicznej Osłony Kraju.
Zapraszamy do śledzenia naszych relacji i predykcji modelu
Informacje o produktach
Opracowanie: Monika Hajto, IMGW-PIB CMOK.
- Wskaźnik aerozolu absorbującego (AAI) jest jakościowym wskaźnikiem obecności w atmosferze (na różnych wysokościach) warstw aerozolu o właściwościach pochłaniających promieniowanie. Aerozol absorbujący może pochodzić z pyłu pochodzenia pustynnego, z pożarów lub erupcji wulkanów.
- Zawartość CO w kolumnie atmosfery wskazuje na ilościową obecność w całej atmosferze jednego z głównych produktów spalania materii organicznej, tj. tlenku węgla, który pozostaje w atmosferze do kilku miesięcy, po czym utlenia się do dwutlenku węgla (CO2), który przebywa w atmosferze przez ok. 5 lat.
- Zawartość NO2 w kolumnie troposfery wskazuje na ilościową obecność w najniższej warstwie atmosfery podstawowego produktu spalania w wysokiej temperaturze (utlenienie azotu atmosferycznego), który pozostaje w atmosferze co najwyżej kilkanaście godzin.
Opracowanie: dr Bożena Łapeta, IMGW-PIB CMOK
Pożary terenów naturalnych są częstym, ale trudno przewidywalnym zjawiskiem, które odgrywa ważną rolę w cyklu biochemicznym Ziemi. Chociaż w wielu ekosystemach naturalne pożary stanowią istotny element cyklu zmian, jednak w większości przypadków stanowią one zagrożenie dla życia i infrastruktury oraz mogą prowadzić do wzrostu stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze oraz do pogorszenia jakości powietrza, a co za tym idzie – zdrowia ludzi. Czytaj dalej w #AkademiaCMM.
Opracowanie: dr Andrzej Mazur, IMGW-PIB CMM.
System RIOT – „Pierścień zagrożeń” (ang. RIng Of Threats) w założeniu ma być wsparciem przy określeniu reakcji na wystąpienie potencjalnego niebezpieczeństwa dla Polski, związanego z zagrożeniami o podłożu antropogenicznym, będącego przede wszystkim skutkiem wystąpienia incydentów w elektrowniach jądrowych w krajach sąsiednich jak również innych katastrof czy awarii o charakterze incydentów emisyjnych substancji toksycznych. W praktyce system może być wykorzystywany do symulacji i prognoz rozprzestrzeniania się dowolnego typu zanieczyszczeń (skażeń), takich jak np. produkty erupcji wulkanów, dla oszacowania ich wpływu na szeroko pojęte bezpieczeństwo transportu, przede wszystkim transportu lotniczego.
Głównym zadaniem systemu jest podniesienie poziomu bezpieczeństwa Polski w kontekście instalacji nuklearnych znajdujących się w krajach sąsiednich. Dodatkowo, wyniki pracy systemu powinny wpływać na zwiększenie bezpieczeństwa i płynności ruchu lotniczego nad Polską w przypadku wybuchów wulkanów, które mogą spowodować wprowadzenie okresowego zakazu lotów nad częścią lub nad całym obszarem Polski. Celem systemu jest również dostarczenie do potencjalnego odbiorcy (agendy rządowe, media etc.) informacji o stanie powietrza w przypadku uwolnienia do atmosfery skażeń promieniotwórczych lub innych zanieczyszczeń. W ogólnym przypadku system może być wykorzystany do przygotowania prognozy skutków wielu incydentów i awarii in statu nascendi, takich, jak intensywne pożary lasu czy wypadki komunikacyjne połączone z emisją substancji toksycznych.
System działa wg poniższego schematu:
- pobranie informacji o incydencie (współrzędne geograficzne, w miarę możliwości wielkość uwolnienia),
- pobranie wejściowych danych meteorologicznych, przygotowywanych na bieżący dzień/godzinę (w horyzoncie czasowym do 120 godzin do przodu),
- wstępne przetworzenie ich do postaci i formatu wymaganego przez moduł obliczeniowy,
- wykonanie symulacji dyspersji skażenia – substancji promieniotwórczej czy toksycznej w opisie polowym (eulerowskim) i trajektorii (lagranżowskim),
- przetworzenie wyników do wcześniej uzgodnionej postaci graficznej,
- wysłanie wyników na serwery wybranych użytkowników.
Podstawowe pola – wyniki obliczeń – uzyskiwane jako rezultat pracy systemu, to stężenie średnie (uśrednione po całym okresie obliczeń i po profilu pionowym, ozn. acnc) oraz stężenia chwilowe przy powierzchni (ozn. ccnc) i stężenie chwilowe, uśrednione po profilu pionowym (ozn. scnc). Oprócz tego uzyskiwane są trajektorie cząstek skażeń, czyli linie, po których poruszałyby się skażenia, emitowane na zadanej wysokości nad źródłem (ozn. traject).
Obecnie możliwe są trzy podstawowe obszary obliczeniowe (domeny) o różnej powierzchni, w których wykonywane są obliczenia w różnej rozdzielczości przestrzennej. Największa domena – atlantycka – obejmuje całą Europę od Uralu po Grenlandię i północną Kanadę, północny i środkowy Atlantyk, oraz północną część Afryki i półwyspu Arabskiego (rys.1a) w rozdzielczości 25km. Pośrednia, europejska, to Europa Centralna i Zachodnia po Wyspy Brytyjskie i część półwyspu Iberyjskiego, od południowej części Skandynawii po północną część półwyspów Apenińskiego i Bałkańskiego (Rys. 1b), w rozdzielczości 14km. Wreszcie najmniejsza domena obejmuje Polskę i częściowe obszary państw sąsiadujących (Rys. 1c), , w rozdzielczości 2,8km. Horyzont czasowy dla tych domen to odpowiednio 120, 78 i 48 godzin.
Rys.1 Domeny obliczeniowe systemu RIOT. (a) atlantycka (b) europejska i (c) polska. System przygotowany został na podst. założeń opisanych w pracy „Ocena zagrożenia Polski przez skażenia promieniotwórcze w świetle możliwości oddziaływania istniejących i planowanych elektrowni jądrowych”, autor: A. Mazur, wyd. Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego (Warszawa), ISBN 9788375839746, https://books.google.pl/books?id=0rJSzgEACAAJ, 2020. 
Opracowanie: dr Grzegorz Duniec, dr Joanna Wieczorek, CMM IMGW-PIB
- Co przedstawia produkt z systemu RIOT?
Produkt z systemu RIOT przestawia modelowy (wyidealizowany) przebieg rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń/skażeń/dymu od źródła emisji (nie rozważa faktycznej wielkości emisji, chyba, że jest znana – rzadko kiedy mamy taką sytuację) w kierunku (pionowym i poziomym) zależnym od prognozowanego uwarstwienia atmosfery i dominującej składowej przepływu w atmosferze w miejscu lokalizacji zdarzenia oraz w obszarach sąsiadujących, z rozdzielczością przestrzenną modelu równą 2.8km – dla domeny Polski, dla Europy odpowiednio 14km i horyzontem czasowym prognozy odpowiednio 48 i 78 godzin. Symulacje otrzymywane są w wyniku numerycznego rozwiązania równań różniczkowych opisujących procesy fizyczne zachodzące w atmosferze a w szczególności w warstwie granicznej atmosfery. Każdy model numeryczny czy to model dyspersji, czy to model numeryczny pogody oparty jest na trzech podstawowych zasadach zachowania. A mianowicie na zasadach zachowania pędu, masy i energii. Wszystkie te zasady opisane są równaniami różniczkowymi, które ze względu na swoją złożoność, muszą być rozwiązane jedynie metodami numerycznymi.
Podsumowując: otrzymane pola, np. pole stężenia zanieczyszczeń są rezultutem rozwiązania równań termohydrodynamicznych oraz równań opisujących transport zanieczyszczeń. Otrzymane pola to stężenie średnie (uśrednione po całym okresie obliczeń i po profilu pionowym, ozn. acnc), stężenia chwilowe przy powierzchni (ozn. ccnc) oraz stężenie chwilowe uśrednione po profilu pionowym (ozn. scnc). Oprócz tego uzyskiwane są trajektorie przemieszczania się produktów spalania, cząstek pyłu, skażeń radioaktywnych, emitowane na zadanej wysokości źródła nad powierzchnią gruntu (ozn. traject).
Warunki początkowe, które są niezbędne do rozpoczęcia obliczeń i otrzymania symulacji numerycznych, do kolejnego przebiegu modelu. Do uruchomienia kolejnego przebiegu modelu dyspersji warunki początkowe mogą ulec zmianie i wówczas otrzymuje się nowe prognostyczne symulacje z uaktualnionymi trajektoriami rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń. Zwizualizowane trajektorie rozprzestrzenia się zanieczyszczeń przedstawiają transfer cząstek pyłu czy skażeń tak jakby incydent dopiero się wydarzył. Model nie uwzględnia już obecnych w troposferze wyemitowanych wcześniej cząstek pyłu. Jeżeli w między kolejnymi zainicjowanymi obliczeniami zmienią się warunki początkowe, np. intensywność pożaru zmieni się, a co za tym idzie zmieni się natężenie emisji produktów spalania, w wyniku np. akcji gaśniczej, to w tym okresie nie będzie to odwzorowane, chyba, że z chwilą zmian warunku początkowe zostaną zainicjowane nowe przebiegi modelu.
- Jak odczytywać wartości?
Symulacje mają charakter wyidealizowany. Do pełnej oceny rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń/skażeń radioaktywnych należy uwzględnić aktualną sytuację synoptyczną. Dla potrzeb oceny sytuacji zasięgu rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń należy wziąć pod uwagę przebiegi archiwalne oraz zmieniającą się sytuację synoptyczną. Trajektorie wskazane na mapach określają kierunki rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń na poszczególnych poziomach izobarycznych. Dla przykładu kolorem granatowym oznaczono poziom 1000 hPa, czyli najbardziej przyziemną warstwę atmosfery – obserwując układ tej linii można stwierdzić w jakim kierunku, w kolejnych krokach czasowych prognozy, rozchodzić się będą zanieczyszczenia w warstwie przypowierzchniowej. A kolorem jasnoniebieskim te na poziomie 850 hPa, czyli na wysokości średnio 1.5 km nad powierzchnią ziemi.
Czyli wykresy trajektorii wskazują odbiorcy jak wyglądałby transfer zanieczyszczeń na danej wysokości nad ziemią, gdyby cząsteczki zanieczyszczeń trafiły na daną wysokość. Największe znaczenie ma oczywiście poziom najbliżej powierzchni gruntu.
- Jak często będzie aktualizowany?
Aktualizacja predykcji w systemie odbywa się wraz z kolejną aktualizacją głównego modelu numerycznego pogody, czyli co 6 godzin, w głównych terminach UTC, tj: 00, 06, 12 i 18.
- Co niepokojącego można z niego odczytać?
Na podstawie wizualizacji można szacować jaki będzie kierunek rozprzestrzeniania się emisji zanieczyszczeń generowanych przez dane zjawisko, jaki zasięg będzie miało pole największej ich koncentracji, a także im będzie od bardziej oddalony od źródła – można wnioskować o tempie dyspersji.
- Czy to co jest w powietrzu – jest groźne?
Nie powiadamy wiedzy o substancjach, ich faktycznym stężeniu, skłonności do wchodzenia w reakcje z innymi substancjami znajdującymi się w danym momencie w wybranym obszarze atmosfery ani profilu ich toksyczności dla organizmów żywych. Teoretycznie każda substancja znajdująca się w powietrzu w koncentracji przewyższającej typowy skład powietrza atmosferycznego będzie nosiła miano zanieczyszczenia. Zarówno pochodzenia antropogenicznego, jak i naturalnego.
- Gdzie będzie najnowsza wersja tego produktu?
Produkt jest rozwijany, a najnowsze wizualizacje dostępne na stronie CMM IMGW-PIB w zakładce Serwisu „Pożary i skażenia”. Link do Serwisu: https://cmm.imgw.pl/cmm/?page_id=41226, natomiast bezpośredni do panelu wyboru Multimodelu: IMGW-PIB CMM: Pożary i rozprzestrzenianie się skażeń, multimodel dyspersji zanieczyszczeń – Centrum Modelowania Meteorologicznego IMGW-PIB
Więcej na temat założeń i predykcji systemu RIOT w artykule:
mhwm.pl/pdf-60273-3681?filename=Project RIOT _ _Ring of.pdf
Opracowanie pod kierunkiem prof. Mariusza J. Figurskiego, przez zespół w składzie: Andrzej Mazur, Grzegorz Duniec, Joanna Wieczorek, Łapeta Bożena, Hajto Monika, Rutkowski Artur, Marcin Grzelczyk.
