1

نمذجــة جــودة الهــواء

( 1والتحكم فيهـــا )

Air Quality Modeling and Control

مهندس / ماهــر عـزيــز استشارى الطاقة والبيئة وتغير المناخ

9795-368-0122( 2)موبايل : < : اليكترونى <maher_aziz49@yahoo.comبريد

العربية الدول جامعةالعرب الوزارء لمجلس الفنية واألمانة للكهرباء العربى الوزارى المجلس أمانة

البيئة - شئون عن المسئولينكهرماء ) ( والماء للكهرباء القطرية العامة الموسسة

آسيا ) لغربى واالجتماعية االقتصادية ( ESCWAاللجنةللبيئة ) المتحدة األمم (UNEPبرنامج

 

التدريبية طرق حول " الدورة فى األساسية المبادئالعربية " الدول فى الكهرباء بقطاع للبيئة الملوثة االبتعاثات حساب

الدوحة – / قطر 2012مايو 31- 29دولة

2

األولى المحاضرة

مقدمة عامة لنمذجة جودة الهواء

2

3

Outline العريضة الخطوط

الجوى • الغالف عمليات

نمذجة • الهواء (نوعيةجودة )مكونات

النماذج • إلى الحاجة

النماذج • أنواع

( الشروط • والتخوم ) المبادئ واإلطارية المبدئية

والالتيقنيةالحساسية •

العينة • Sample Outputs نواتج

االستخدام النماذج • متواترة

الستخراج الموقع دليل • والنماذج اإللكترونى البيانات

4

فى عملية الهواء التحكم جودة

مرتدة هى • تغذية عملية

عنصر جودة نمذجة • هي (رئيسيمركزى )الهواء

توزيعات الملوثات

تصميم استراتيجية

التحكم

توزيعات االبتعاثات

جودة نموذجالهواء

الغالف كيمياءالجوي

الجوية األرصاد

الهواء جودة تأثيراتوالرفاهية • الصحةالثانوية • التأثيراتالسكان • populationتعرض

exposure

الهواء جودة مستهدفاتالفنية • الجدوىاالقتصادية • القضاياrobustnessالتعافى •

5

الهواء جودة نماذجوكيمياء ت• بفيزياء معرفتنا وتكامل الجوى دمج الغالف

المستقبل لأدوات هى • في الهواء جودة على االبتعاثات أثر تحديد

الشمسي اإلشعاع

المائية الكيمياء

إلى النقلالخارج

إلى النقلالداخل

الضوئية الكيمياء

الخلط ارتفاعأمطار االضطراب

الجوى

ترسيب

6

الهواء جودة نماذج

الهواء؟ • جودة نموذج هو ماo االبتعاث أنماط تصف رياضية صياغة . اتهو اإلزالة وعمليات الكيميائي، والتحول الجوية، واألرصاد ،

النموذج؟ • نستخدم لماذاo" " " ؟ " ب الموقع في الملوثات تركيزات في أ المصدر مساهمة هي ما

o فعالية األكثر االستراتيجية هي لخفض ما التكلفة حيث متطلبات من لتلبية الملوثات تركيزات

إماميات

Standards الهواء؟ جودة

o اب تدفق خفض أو إضافة عن الناجم الهواء جودة على التأثير هو محدد؟ تما ملوث عاث

o أن أين مصدر يتعين المرء aيضع صناعي ) للتلوث ا مجمع المستقبل سريع، أو في لخ( إ ...طريق

البيئية؟ آثاره من للحد

o غد؟ عليه ستكون ماذا بعد أو غدا الهواء جودة

7

الهواء جودة نموذج عناصرغير عمليات

متجانسةعمليات متجانسة

ترسب كسح

كيميائية تفاعالتحرارية

تفاعالت ضوئية كيميائية

عمليات األيروسول

عمليات االمتصاص

العمليات الكيميائية

الرياضي النموذج التركيزات المتوقعة

المصادر

عن ناجمة ابتعاثاتالبشري النشاط

طبيعية ابتعاثات

المتأفقة الملوثات) أفقى) اتجاه فى المتحركة

Transportالنقل

االضطراب الجوى

الطوبوغرافيا

خشونة السطوح

ارتفاع االنعكاس

أو الهطولاإلشعاعالترسب

السحب الرياح الحرارة غطاء درجة

8

االبتعــاثــات

البشري االبتعاثات • النشاط عن ( الناتجة اإلنسان ) صنع من

Anthropogenic

o النقطى المصدرPoint Source (الكهرباء توليد النيتروجين :محطات أكاسيد

"NOx" "الكربون أكسيد أول ،CO "الجسيمات (الدقيقة ،

o المصدر منطقة

o" ( النيتروجين أكاسيد السيارات، متنقل الكربون" "NOxمصدر أكسيد أول ،CO "،

الثقيلة " (HCالغيوم الجسيمات" ،

الحية االبتعاثات • الكائنات عن Biogenic الناتجة

االبتعاثات • معالجةo الزمن مع Temporizationالدوران

o التنويع أو Speciationالتصنيفoالتشبيك Gridding

العالمية: • االبتعاثات حصر نشاط Global Emission Inventoryمثال

Activity (GEIA)

9

الكتلة • بقاء معادلة هو النماذج لهذه النظري األساس

conservation of mass األثرية الجوية األنواع traceالنتقال

species. وترسبها وكيميائها

•: الكيميائية األنواع لمعادلة العام الشكل

: المعادالت النموذج Equationsصياغة

10

: أن حـــيث

في التغير معدل االنتقال ) ciهو للتأفق االتجاه نتيجة األفقي( فى

في التغير معدل المضطرب ciهو لالنتشار turbulent diffusion نتيجة

في التغير معدل المائية، ) ciهو الكيمياء التبخر، الكسح، السحب لعمليات نتيجة

) الرطب الترسب

في التغير معدل الجاف ciهو للترسب نتيجة

في التغير معدل لعمليات ciهو ( ) نتيجة البيني ) النقل الجوي الهباء اإليروسوالت

) ) اإليروسوالت ) ديناميكا ، الجوي الهباء واإليروسوالت الغاز بين

Rgi / الفقد معدل الكيميائية المواد إنتاج صافي

Ei االبتعاث معدل

) : تابع) المعادالت النموذج Equationsصياغة

11

: البنية النموذج Structureصياغة

من • بعدد النموذج التشغيلية يتميز منها operatorsالعوامل كل يمثل

/ المثال، سبيل وعلى مختلفة، كيميائية فيزيائية عمليات

A( :االنتقال التأفق االتجاه عامل ( فى Advection Operatorاألفقى

D :االنتشار Diffusion Operatorعامل

C :السحب Cloud Operatorعامل

R :الغازية المرحلة كيمياء Gas-phase Chemistry Operatorعامل

P / اإليروسوالت: الجسيمات Particle / aerosol Operatorعامل

S / :المماص المصادر Source / Sink Operatorعامل

12

: ) البنية) النموذج صياغة Structureتابع

حل يسفر • عن التشغيل لعامل المتزامن التطبيق

solution: الحقة زمنية خطوة في

c(x,y,z; t +∆t) = c(x, y, z; t) + [A(∆t) + D(∆t) +

C(∆t) + R(∆t) + P(∆t) + S(∆t)] c(x, y, z; t)

13

االبتعاثات معالجةEmission Processing

•" ( الكربون أكسيد أول االبتعاثات مختزن oحnوmل أكاسيد" COت ،

المتطايرة" "NOxالنيتروجين " العضوية المركبات ،VOC )"إلى

وزمانى مكاني انحالل .Spatial & temporalنموذج

لل الج nعoم• oفء حسابيا تابك فعال Computationallyعاثات

Efficient.

•p a ِمoوnل نمذجيا جاهزة ابتعاثات مدخالت لالبتعاثات model-readyد

والنقط ( يالمجالية االنتقالية ) والحركية . mobileة واألحيائية ،

14

الهواء يةاألرصاد لتلوث الجويةMeteorology of Air Pollution

• ) المقياسات ) Scalesالنطاقاتo( ) الكبير ) المقياس (1000النطاق كم

o( ) المتوسط ) المقياس (100النطاق كم

o( ) الصغير ) المقياس (1النطاق كم

حدود • ( طبقة الجوي تخوم) Atmosphericالغالف

Boundary Layer

o واالنتشار االضطراب Turbulent & Diffusion Processesعمليات

o السطحية Surface Layerالطبقة

o اليومي Diurnal Variationالتغير

15

الهواء يةاألرصاد لتلوث (الجوية تابع)Meteorology of Air Pollution

الجوية • Atmospheric Stabilityاالستقرارية

السحب • Cloud Processesعمليات

o" الكبريت أكسيد لثاني المائية المرحلة في" SO2تأكسد

لتحويل العالمي النطاق على أهمية األكثر المسار هو السoحoب

الكبريت " أكسيد كبريتات" SO2ثاني .Sulfateإلى

o الحمضي .Acid Depositionالترسب

16

الجوية األرصاد نماذجMeteorology Models

المقياس • وسطى التوليد Mesoscale Model( MM5 )5نموذج

Generation 5

الجوي "• للغالف اإلقليمي النمذجة RAMS" Regional Atmosphericنظام

Modeling System

للمناخ "• اإلقليمي RegCM2" Regional Climate Modelالنموذج

المجتمعي )• النطاق على المناخ CCM3 )Community Climateنموذج

Model

17

) النماذج ) أنواع أنماطTypes of Models

• : على مؤسسة نماذج هي الرياضية النماذج

أساسية fundamental descriptionsتوصيفات

الغالف في والكيميائية الفيزيقية للعمليات

الجوي.

• : على مؤسسة نماذج هي اإلحصائية النماذج

. للبيانات اإلحصائي التحليل

18

الرياضية Mathematical Modelsالنماذج

أبعاد "• ب" D-0بدون ،o1واحد "ْدْع-D" "بعدان ،2-D" "أبعاد ثالثة ،3-D"

• : هوائية لحoْزمnة الكيميائي التركيب في التغييرات تحاكى الجرانج نماذج

. ) الجوي ) الغالف في a أفقيا انتقالها أى تأفقها يتم معينةo تبادل يوجد ال بحيث المحلية الرياح مع يتحرك الذي اإلطار هو الجرانج نمذجة إطار

oسمح ي التي االبتعاثات أنواع باستثناء بها، المحيطة والمناطق الهواء ْزمnة oح بين للكتلة

. قاعدتها خالل من الهوائية الحزمة بدخول لها

o :مثال"OZIPR " (لألوزون المتساوية التوقيع Ozone Isopleth Plottingحزمة

Package  )

أويلر • : Eulerian Modelsنماذج من مجموعة في الملوثات تركيز تصف

جغرافي نطاق ضمن الثابتة الحسابية الخالياo" :مثالMAQSIP .)) النطاقات" ) ) المقياسات متعددة الهواء جودة محاكاة منصة

19

) ( ) ب ) و الجرانج نموذج أ من لكل التخطيطي اإلظهارإويلر نموذج

األنواع

الخارجة

األنواع

الداخلة

االبتعاثات

) (ب) أ)

20

اإلحصائية النماذجStatistical Models

معين • موقع في للملوثات المقاسة التركيزات لربط محاولة

) ( تركيبات nى بِن باستخدام nْقبِل Compositionsبمصادرها المoْست

receptor والمصدرSource . وجود ضروريا وليس فقط

أو ) وحجم والموقع والطوبوغرافيا الجوية األرصاد عن معلومات

. المصادر( مقدارo :الكيميائية الكتلة توازن .Chemical Mass Balance (CMB) مثال

21

المسار نماذجTrajectory Models

االستمرارية • معادلة حل الرياح Continuity Equationيتم حقل باستخدام

. مرجعي إطار باعتباره

المزايا•o ْفءo وك بسيطة

o ) الترميز ) فى أيسر الشبكية to codeأسهل بالنماذج مقارنة Grid Modelsوالتشغيل

o ) الحساسية ) محاكيات في المدخالت وتغيير النموذج لمدخالت التحديد يسيرة سهلة

o وواضحة كبيرة كيميائية آليات تشمل أن يمكن

o ) لآلليات ) التعديل يسيرة سهلة

o المرجعى اإلطار والمتلقي Reference Frameيسهل المصدر بين العالقات تقييم

22

المسار ( نماذج تابع)Trajectory Models (Contd.)

العيوب•o غير تقدير عنه ينجم قد مما المضطرب والتشتت للنقل للغاية مبسط تمثيل هى

. األنواع لتركيزات فيها مبالغ تقديرات فى يتسبب كافي

o المركبين والنقل الخلط مع خاصة أيام، عدة سيناريوهات تمثيل فى complexصعبة

الجوي للغالف الحدودية الطبقة فوق .atmospheric boundary layerمنo . النقاط من محدودة مجموعة في الناتج ف oعnر| وي ضعيفة ومكانية زمنية بتحليالت تمدنا

) ( دراسة الصعب من يجعل مما الحزمة، محور مسار طول على معينة أوقات في

مكاملتها أو جغرافية مساحة على موقع integratedالتأثيرات في الوقت عبر

معين.

23

األويليرية الشبكة األبعاد Eulerian نماذج ثالثية"3-D"

المزايا •o والنقل الجوية األرصاد لعمليات تفصيليا وصفا .transportتتضمنo جغرافي نطاق على فة مoعnر| النموذج بواسطة المتوقعة األنواع تركيزات

كامل

o أيام عدة سيناريوهات لمحاكاة مصممة

العيوب•o . وتشغيلها صيانتها فى مكلفة

o. النموذج توقعات في اليقين عدم حاالت تتبع بإزاء صعبة

24

Sensitivityالحساسية

الحساسية • تحليل أنواع- . آلية أو نموذج داخل للبارامترات معينة تحديد عملية لتأثيرات بذاتها قائمة اختبارات

Stand-alone tests of the effects of a particular parameterization

within a model or mechanism العملية - بارميترات تحديد فى للتغييرات النموذج مخرجات متغيرات استجابة

process بنية . أو لnة/ nدْخoالم المتغيرات أو النموذج، رقمية أو عددية

مoخ - متغير استجابة المتغيرات ْتعديل أو النموذج تعديل نتيجة االبتعاثات في لتغير ج nر

لnة. nدْخoالم

- ) لجودة ) معين معيار إمامى لبلوغ الالزمة االبتعاثات فى التحكم استراتيجية في تغيير

الهواء.

25

) اليقين ) عدم Uncertaintyالالتيقن

المدخالت • Input Dataبياناتo االبتعاثات

o الجوية األرصاد

التخوم • وظروف Boundary Conditionsحاالتo الجانبيةLateral

o العلياUpper

• ) الرقمية ) الرمزية الحسابات Numerical Algorithmاأللجورتماتo النقلTransport

o والمكان الزمان اختالف مخططات

o الفرعي النطاق على الفيزيقية العمليات بارامترات تحديد

الكيمياء • Chemistry Mechanismآلية

26

اإلنترنت على والنماذج البيانات

للهواء )• التنظيمية النماذج دعم (SCRAMمركزo:// . . / 001/http www epa gov scram

•( ) العالمية ) االبتعاثات مختزن جرد (GEIAأنشطةo:// . . . / /http blueskies sprl umich edu geia

النطاقات )• متعددة هواء جودة محاكاة (MAQSIPمنصةo:// . . / / /http envpro ncsc org products maqsip

الهوائية )• بالقياسات الخاصة المعلومات استرجاع (AIRSنظامo:// . . / /http www epa gov airs

27

النمذجة تطبيقاتModeling Applications

الحضرية • Urbanالمناطقo المجال قياسات تخطيط

o . ) المحيط ) الهواء لجودة الوطني المعيار اإلمامى لتحقيق الالزمة االبتعاثات خفوضات تقدير

o تn nقْباِل المoْست عند الملوثات لتركيزات المختلفة المصادر مساهمة .receptorsتقدير

اإلقليمى • Regionalالنطاقo ) حلقات ) حوادث في ومساهماتها للملوثات اإلقليمي النقل المحلي episodesتقدير التلوث

العالمى • Globalالنطاقo العالمي المناخ على والتأثير الدفيئة، وغازات الكيميائية، للمركبات العالمي التطور تقدير

28

THANK YOU28