Légszennyezettség előrejelző rendszer kifejlesztése légköri víz-aeroszol kölcsönhatások figyelembevételével

Pályázat fontosabb kitűzött feladatai:
a) újszerű mikrofizikai modell alkalmazása a ködképződés tanulmányozására;
b) az időjárási feltételek számszerű dinamikus alapú leírása (két skálán elvégezve), eredményeképpen minden vizsgált esetre nagy tér és időbeli felbontású, komplex meteorológiai adatbázis;
c) hideglégpárnás helyzetek okozta légszennyező anyagok koncentráció növekedése mértékének meghatározása Magyarország nagyvárosaiban;
d) a hideglégpárnás helyzetekben fennálló nagy légnedvességnek, illetve ködnek a PM10 koncentráció szabványos mérésére gyakorolt hatásának vizsgálata.

Kutatás módszertana: laboratóriumi megfigyelés, légkörben végzett mérés és numerikus modellezés. A vizsgált folyamat komplexitása, mindhárom módszer alkalmazását megköveteli.

Elért eredmények:
(a) Saját fejlesztésű numerikus modell segítségével vizsgáltuk az aeroszol részecskék kémiai és fizikai jellemzőinek, valamint a légköri szennyező gázok szerepét a köd fizikai és kémia tulajdonságának alakításában (pl. látás távolság, ködöt alkotó vízcseppek kémhatása). Egy indiai együttműködés keretében összehasonlító számításokat végeztünk Budapesten és Delhiben kialakult köd jellemzőit tekintve. A két helyszínen jelentősen különböztek a környezeti feltételek. Delhiben jóval nagyobb volt a levegő szennyezettsége, közel egy nagyságrenddel nagyobb volt az aeroszol részecskék koncentrációja, továbbá a részecskék vízben való oldhatósága közel duplája a Bp-en mért értékeknek. A modelleredmények azt mutatják, hogy: (i) A ködcseppecskék és 0,1 µm–nél kisebb aeroszol részecskék közötti ütközés jelentősen csökkenti az aeroszol részecskék koncentrációját. (ii) A légköri szennyező gázok mennyisége jelentősen befolyásolja a ködcseppekben lejátszódó szulfát képződést. Ennek hatására jelentősen nő a köd cseppek elpárolgása után visszamarad aeroszol részecskék vízben való oldhatósága. Ez egyrészt lassítja a köd megszűnését, másrészt pedig elősegíti az újabb köd kialakulását.

(b) A köd kialakulásának operatív módon történő, megbízható előrejelzése napjainkban továbbra is nagy kihívás. Az OMSZ munkatársaival közösen új eljárást dolgoztunk ki a köd kialakulásának előrejelzésére. A fejlesztést beépítettük a világszerte elterjedten használt WRF mezoskálájú időjárás előrejelzés céljára alkalmazott modellbe. A fejlesztésnek köszönhetően sokkal pontosabban tudjuk előrejelezni a ködöt alkotó vízcseppek koncentrációját, és ennek köszönhetően köd fejlődését döntően befolyásoló sugárzási folyamatok hatását, valamint a látástávolságot. A köd kialakulását és fejlődését jelentősen meghatározzák a felszín és a légkör közötti kölcsönhatás valamint a sugárzási folyamatok. Ezért ezen folyamatok pontos modellezése meghatározó jelentőségű. Az elvégzett esettanulmányok alapján azt találtuk, hogy a turbulens kinetikus energián alapuló határréteg sémák és az RRTM (Rapid Radiative Transfer Model) sugárzási sémák együttes alkalmazása a legcélravezetőbb a ködös helyzetek előrejelzésére.

(c) A talajtextura szerepe a helyi ködképződési folyamatokra nézve fontos. A numerikus esettanulmányokra alapozott vizsgálatok azt mutatták, hogy a részletes, hazai (MTA Talajtani Kutatóintézet által készített) talajtextúra valamint az OMSZ által kifejlesztett un. Dunay féle iterációs talajnedvesség kezdeti értékként történő alkalmazása javítja a határréteg nedvesség előrejelzését. Az eredmények az operatív modellfuttatásoknál bevezetésre kerültek. A program keretében létrehozunk egy adatbázist, ami talajnedvességi és hőmérsékleti adatokat tartalmaz három különböző mélységben mérünk a talajban. A méréseket 2017-ben kezdtük, az adatok feldolgozását a projekt lezárását követően kezdjük meg.