HYSPLIT - HYSPLIT

В Гибридная лагранжева интегральная траектория одной частицы модель (HYSPLIT)[1] представляет собой компьютерную модель, которая используется для расчета траекторий воздушных посылок, чтобы определить, как далеко и в каком направлении находится посылка, а затем загрязнители воздуха, будем путешествовать. HYSPLIT также может рассчитывать загрязнители воздуха. разброс, химическое превращение и отложение.[2] Модель HYSPLIT была разработана Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) Лаборатория воздушных ресурсов и Центр исследований Австралийского бюро метеорологии в 1998 г.[3] Модель получила свое название от использования обоих Лагранжево и эйлерово подходы.

Разработка модели

Радиозонд телеметрия прибор, переносимый в атмосферу на метеозонде, для измерения различных атмосферных параметров

Ранний интерес к вычислению траекторий авиаперевозок возник из-за гонка ядерных вооружений из Холодная война. В 1949 году правительство США использовало данные о ветре из радиозонд измерения с аэростата для определения вероятных источников траекторий воздушных посылок, чтобы найти Советский союз атомный полигон.[4] Первоначальная версия HYSPLIT (HYSPLIT1) была разработана в 1982 г. и получала метеорологические данные исключительно из Rawinsonde измерения и расчеты его дисперсии предполагали равномерный дневной смешивание и никакого перемешивания ночью.[5] Вторая версия HYSPLIT (HYSPLIT2) улучшила HYSPLIT1 за счет изменения силы смешивания.[6] Третья версия HYSPLIT (HYSPLIT3) использовала численный прогноз погоды модели для расчета метеорологии, а не только данные зондирования, улучшая пространственное и временное разрешение модели.[7] HYSPLIT4, созданный в 1998 году, служит основой для текущих версий модели.[3]

Приложения

Модель HYSPLIT широко используется как для исследовательских приложений, так и для реагирования на чрезвычайные ситуации для прогнозирования и установления взаимосвязей «источник-рецептор» от различных загрязнителей воздуха и опасных материалов.[1] Примеры использования включают:

  • Анализ обратной траектории для установления отношений источник-рецептор[8]
  • Отслеживание и прогнозирование радиоактивных материалов [9]
  • Прогнозирование дыма от лесных пожаров в реальном времени [10]
  • Выносимая ветром пыль [11]
  • Стационарные источники антропогенных выбросов
Лесная служба США В рамках моделирования AirFire Research Team BlueSky используется HYSPLIT для моделирования рассеивания из нескольких одновременных лесные пожары на западе США 19 ноября 2020 г.

Модель HYSPLIT можно запустить в интерактивном режиме на веб-сайте Real-Time Environmental Applications and Display System (READY).[12] или установлены на ПК, Mac или приложениях LINUX, которые используют графический интерфейс пользователя или автоматически с помощью скриптов (пакет PySPLIT в Python, пакеты openair и splitr в р ). HYSPLIT довольно необычен тем, что его можно запускать в режиме клиент-сервер (HYSPLIT-WEB) с веб-сайта NOAA, что позволяет представителям общественности выбирать наборы исторических или прогнозных данных с привязкой к сетке, настраивать прогоны моделей и получать результаты моделей через Интернет. браузер. Разработчики HYSPLIT предлагают ежегодные тренинги по установке, настройке и использованию системы моделирования и ее приложений.[13]

Прогнозирование дыма от лесных пожаров

Модель HYSPLIT широко используется агентствами по управлению земельными ресурсами США для прогнозирования потенциальных воздействий на здоровье человека от лесной пожар дым. Дым от лесных пожаров может напрямую сказаться на здоровье населения и пожарного персонала.[14] В Министерство сельского хозяйства США Лесная служба Исследовательская группа AirFire использует HYSPLIT в качестве компонента своей модели моделирования BlueSky для расчета вероятных траекторий дымовых клубов, исходящих от пожара.[15] В сочетании с различными другими независимыми моделями информации о пожаре, загрузке топлива, расходе огня, выбросах пожара и метеорология в рамках BlueSky пользователь может рассчитать концентрации нескольких загрязняющих веществ, выделяемых при пожаре, с подветренной стороны, например Углекислый газ или же Твердые частицы. Эта информация полезна для агентств по управлению земельными ресурсами и воздушному регулированию, чтобы понять влияние обоих запланировано а также незапланированные лесные пожары и связанные с задымлением последствия для всего спектра тактик управления лесными пожарами и стратегий смягчения их последствий.[16] В аварийных ситуациях, команды управления инцидентами может задействовать технических специалистов-консультантов по воздушным ресурсам, чтобы помочь с прогнозированием и сообщением о воздействии дыма широкому кругу заинтересованных сторон, включая группы по инцидентам, органы, регулирующие качество воздуха, и общественность. Консультанты по воздушным ресурсам специально обучены интерпретировать прогнозы BlueSky, чтобы своевременно предоставлять информацию о воздействии дыма и прогнозировать информацию для решения здравоохранение риски и опасения.

Анализ обратной траектории

Выходные данные обратной траектории HYSPLIT определяют вероятные источники загрязнение воздуха влияющий Округ Дор, Висконсин

Одним из популярных способов использования HYSPLIT является определение того, вызваны ли высокие уровни загрязнения воздуха в одном месте переносом загрязнителей воздуха из другого места. Обратные траектории HYSPLIT в сочетании со спутниковыми изображениями (например, из НАСА MODIS спутников), могут дать представление о том, вызваны ли высокие уровни загрязнения воздуха местными источниками загрязнения воздуха или проблема загрязнения воздуха возникла из-за ветра.[17] Анализ обратных траекторий за длительные периоды времени (месяц-год) может помочь выявить географическое происхождение, наиболее связанное с повышенными концентрациями. Существует несколько методов определения вклада высоких концентраций,[18] включая частотные подходы, функцию потенциального вклада источника, взвешенную по концентрации траекторию и группировку траекторий.

Например, обратные траектории HYSPLIT показывают, что наибольшее загрязнение воздуха в Округ Дор, Висконсин происходит из-за пределов округа. На этой карте показано, как воздух попадает к монитору загрязнения в Государственный парк Ньюпорта.[19] Поскольку монитор в парке штата Ньюпорт находится недалеко от берега, только красные линии (которые показывают более низкие воздушные потоки) значимо показывают путь озона к монитору. К сожалению, как показано на карте, эти более низкие воздушные потоки переносят загрязненный воздух из крупных городских районов. Но дальше вглубь суши воздух сверху смешивается сильнее, поэтому все цветные линии важны при отслеживании пути загрязнения воздуха дальше вглубь суши. К счастью, эти более высокие воздушные потоки (показаны зеленым и синим цветом) дуют из более чистых, в основном сельских районов.[20]

Ограничения

Хотя модель HYSPLIT была усовершенствована с момента ее создания в 1980-х годах, есть несколько соображений для пользователей.[21] Ключевым из них является неспособность модели учитывать вторичные химические реакции и зависимость от разрешения входных метеорологических данных, которые могут иметь грубое временное и пространственное разрешение. Пользователи должны тщательно оценивать результаты на участках со сложным рельефом. Несмотря на то, что HYSPLIT используется в широком диапазоне аварийных ситуаций, он не Агентство по охране окружающей среды США (Агентство по охране окружающей среды США) предпочтительная или рекомендуемая модель для нормативных целей. АЕРМОД, стационарный гауссовский Модель распространения шлейфа - предпочтительная модель Агентства по охране окружающей среды США для оценки воздействия точечных источников выбросов первичных загрязнителей.[22] Фотохимические сеточные модели, такие как Многомасштабная модель качества воздуха в сообществе (CMAQ), может моделировать сложные химические и физические процессы в атмосфере (включая вторичное образование загрязнителей воздуха) в крупном масштабе.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Stein, A. F .; Draxler, R. R .; Rolph, G.D .; Stunder, B.J.B .; Cohen, M.D .; Нган, Ф. (01.12.2015). «Система моделирования атмосферного переноса и дисперсии NOAA HYSPLIT». Бюллетень Американского метеорологического общества. 96 (12): 2059–2077. Дои:10.1175 / БАМС-Д-14-00110.1. ISSN  0003-0007.
  2. ^ «ГИСПЛИТ». Получено 10 ноября 2020.
  3. ^ а б Draxler, R.R .; Гесс, Г.Д. Обзор системы моделирования HYSPLIT_4 для траекторий, рассеивания и осаждения. Aust. Встретились. Mag. 1998, 47, 295–308.
  4. ^ Махта, Лестер (1992-11-01). «Обнаружение места первого советского ядерного испытания в 1949 году». Бюллетень Американского метеорологического общества. 73 (11): 1797–1806. Дои:10.1175 / 1520-0477 (1992) 0732.0.CO; 2. ISSN  0003-0007.
  5. ^ Дракслер Р.Р. и А.Д. Тейлор, 1982: Параметры горизонтальной дисперсии для моделирования переноса на большие расстояния. J. Appl. Метеор., 21, 367-372, DOI: https://doi.org/10.1175/1520-0450(1982)021%3C0367:HDPFLR%3E2.0.CO;2.
  6. ^ Дракслер, Р.Р., и Б.Дж.Б. Stunder, 1988: Моделирование профилей концентрации вертикальных индикаторов CAPTEX. J. Appl. Метеор., 27, 617-625, DOI: https://doi.org/10.1175/1520-0450(1988)027%3C0617:MTCVTC%3E2.0.CO;2
  7. ^ Дракслер, Р.Р., 1992: Гибридные лагранжевые интегрированные траектории отдельных частиц (HYSPLIT): версия 3.0 - Руководство пользователя и описание модели. Лаборатория воздушных ресурсов техн. Памятка. ERL ARL-195, 84. Доступно в Интернете по адресу: http://www.arl.noaa.gov/documents/reports/ARL%20TM-195.pdf
  8. ^ «Обзор: раскрытие влияния истории воздушных масс на интерпретацию наблюдаемого состава атмосферы». Атмосферные исследования. 104-105: 1–39. 2012-02-01. Дои:10.1016 / j.atmosres.2011.09.009. ISSN  0169-8095.
  9. ^ Коннан, О., К. Смит, К. Органо, Л. Сольер, Д. Маро и Д. Хеберт, 2013: Сравнение выходных данных модели атмосферной дисперсии RIMPUFF, HYSPLIT, ADMS с использованием процедур аварийного реагирования с 85Измерения Kr проводились вблизи завода по переработке ядерных материалов. J. Envion. Радиоакт., 124, 266-277, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2013.06.004
  10. ^ О’Нил, Сьюзан М .; Ларкин, Нарасимхан (Сим) К .; Ходли, Жанна; Миллс, Грэм; Vaughan, Joseph K .; Draxler, Roland R .; Рольф, Гленн; Румински, Марк; Фергюсон, Сью А. 2009. Региональные системы прогнозирования задымленности в реальном времени. В: Bytnerowicz, Andrzej; Арбо, Майкл; Андерсен, Кристиан; Рибау, Аллен. 2009. Пожары в дикой природе и загрязнение воздуха. Развитие науки об окружающей среде 8. Амстердам, Нидерланды: Elsevier. стр. 499-534
  11. ^ Frie, Alexander L .; Гаррисон, Alexis C .; Шефер, Майкл В .; Бейтс, Стив М .; Боттофф, Джон; Мальц, Миа; Инь, Саманта С .; Лайонс, Тимоти; Аллен, Майкл Ф .; Аронсон, Эмма; Бахрейни, Ройя (20 августа 2019 г.). «Источники пыли в бассейне Солтон-Си: ясный случай антропогенного воздействия пыли». Экологические науки и технологии. 53 (16): 9378–9388. Дои:10.1021 / acs.est.9b02137. ISSN  0013-936X.
  12. ^ https://www.ready.noaa.gov/index.php
  13. ^ https://www.arl.noaa.gov/hysplit/hysplit-workshop/
  14. ^ Лю Дж.С., Перейра Дж., Уль С.А., Браво М.А., Белл М.Л. Систематический обзор воздействия дыма лесных пожаров на физическое здоровье в результате непрофессионального воздействия. Environ Res. 2015; 136: 120–32
  15. ^ Ларкин, Н.К .; O’Neill, S.M .; Solomon, R .; Raffuse, S .; Strand, T .; Салливан, округ Колумбия; Krull, C .; Рориг, М .; Peterson, J .; Фергюсон, С.А.Фреймворк моделирования дыма BlueSky. Int. J. Wildland Fire 2009, 18, 906–920.
  16. ^ Мюллер, С .; Tarnay, L .; O’Neill, S .; Раффуз, С. Распределение воздействия дыма от лесных пожаров 2018 г. на участки Восточной Сьерра-Невады. Атмосфера 2020, 11, 970.
  17. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2014-12-24. Получено 2014-11-07.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  18. ^ Флеминг, З. Л., П. С. Монкс и А. Дж. Мэннинг. 2012. «Обзор: раскрытие влияния истории воздушных масс на интерпретацию наблюдаемого состава атмосферы». Атмосферные исследования 104-105: 1–39. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2011.09.009.
  19. ^ Фото ПЦН на стр.128 из WI DNR. «План сети мониторинга атмосферного воздуха на 2016 год, июнь 2015 года» (PDF). EPA. Получено 6 февраля 2019.
  20. ^ Агентство по охране окружающей среды США. «Висконсин: Северный Милуоки / Береговая линия Озоки, район округа Шебойган, район округа Манитовок, район округа Дор. Окончательные обозначения районов для документа технической поддержки национальных стандартов качества атмосферного воздуха 2015 года» (PDF). Зеленая книга. Получено 7 февраля 2019.
  21. ^ https://ready.arl.noaa.gov/hypub/limitations.html
  22. ^ Агентство по охране окружающей среды США, 2015 г. Руководство по использованию моделей для оценки воздействия выбросов из отдельных источников на вторично образующиеся загрязнители озон и PM2,5. https://www3.epa.gov/ttn/scram/11thmodconf/Draft_Guidance_SingleSource_SecondaryFformed-07152015.pdf

внешняя ссылка