Forskere ved Carnegie Mellon University forbedrer vejrprognosemodeller, så de bedre repræsenterer luftforurening, aerosoler og deres virkning på tåge. Tåge reducerer synligheden med implikationer for sikkerhed og økonomi, især forbundet med luft- og havtransport.
De fleste vejrprognosemodeller, der er tilgængelige i dag, er ikke særlig nøjagtige til at repræsentere tåge livscyklus: når den starter, hvor tyk den er, og når det spreder sig. Gordon -gruppen adresserer disse mangler i de eksisterende modeller ved at forbedre repræsentationen af dråbeantalkoncentration og størrelse. Disse tågeegenskaber påvirkes stærkt af luftforurening. I forurenede miljøer begrænser flere og mindre dråber synligheden mere end færre og større dråber.
I samarbejde med det britiske mødte kontorforenede model som basislinje tilføjer Gordon -gruppen ny kode for bedre at repræsentere både luftforureningspartikler eller aerosoler og tåge.
Forskere ved Indiens National Center for Medium Range Weather Prognose (NCMRWF) og Det Forenede Kongerige Met Office brugte dette arbejde som grundlag for et nyt vejrprognosesystem, der blev offentliggjort i Bulletin fra American Meteorological Society. De viser integrationen af et prognosesystem for aerosolluftforurening med andre systemer til at give realtidsprognoser for synlighed og PM2.5 for Delhi og de nærliggende regioner.
En pålidelig luftkvalitet og synlighedsprognose kan påvirke folkesundheden og minimere økonomiske tab. Vejrprognosesystemet i Delhi viser, hvordan Hamish Gordons model kan anvendes til at levere operationelle produkter til industrielle partnere, som lufthavne. I Delhi er luftforurening høj og har en stor effekt på synligheden.
“Ideen er at forudsige begivenheder med lav synlighed. Dette vil give lufthavnen mulighed for at foregribe forstyrrelser, flyforsinkelser og potentielt at forberede sig til sådanne situationer,” siger Gordon, adjunkt i kemiteknik.
Siden introduktion af prognosesystemet i 2021 i Quarterly Journal of the Royal Meteorological SocietyGordon og hans samarbejdspartnere har forbedret det markant. For at repræsentere synligheden skal modellen repræsentere luftkvalitet, i det mindste på en enkel måde. Baseline -samlet model repræsenterer atmosfæriske partikler ved 100 kilometer gitteropløsning. Gordon tilpassede dette modelleringssystem til brug i højere opløsning.
Han og hans samarbejdspartnere var de første, der brugte modelleringssystemet til at repræsentere forskelle i luftforurening på tværs af byer og på tværs af overskyede miljøer i gitteropløsninger på 500 meter og 330 meter. Evnen til at repræsentere gradienter af luftforurening i disse fine skalaer gør det muligt for modellen at repræsentere store skykystemer.
Forskerne ved NCMRWF integrerede også luftforureningssystemet med det nyeste og bedste landoverflademodelleringsmiljø. Landoverflademodellen er især godt tilpasset til bymiljøer, fordi den repræsenterer gade canyoner. Dets integration betyder, at vejrprognosesystemet bedre kan forudsige luftkvalitet i Delhi, og denne udvikling kan være gavnlig andetsteds, for eksempel i byer i USA.
Delhi har unikke forhold, der gør det særligt udfordrende at forudsige synlighed. Høje niveauer af partikelformigt stof Luftforurening ledsages ofte af episoder med tæt tåge. Sæsonbestemte landbrugsbrande er en bidragyder. I efteråret brænder landmænd i regionerne omkring Delhi stubben i deres marker. Disse brande varierer meget på dag og uge.
Jordsystemmodeller repræsenterer typisk ikke den daglige variation i landbrugsafbrænding, og de repræsenterer det heller ikke i høj gitteropløsning. NCMRWF -modellen repræsenterer brande på en daglig tidsplan og bruger dem i synlighedsprognoser. “Vi er nødt til at antage vedholdenhed, men stadig er dette meget mere sofistikeret og sandsynligvis meget bedre end bare at bruge et månedligt gennemsnit for røgemissionerne fra brande,” siger Gordon.
Lokale kunstvandingsaktiviteter skal også behandles detaljeret i vejrprognosesystemet, fordi de påvirker relativ fugtighed, hvilket igen påvirker tåge.
Gordon -gruppen bruger også casestudier fra andre dele af verden til realistisk at simulere tåge -dråbekoncentrationer i en vejrprognosemodel. De tester forskellige processer til aerosolaktivering, processen, hvormed luftforureningspartikler bliver tåge dråber.
Uden nøjagtig repræsentation af aerosoler kan vejrforudsigelsesmodeller ikke nøjagtigt forudsige skyer eller tåge. Aerosolpartikler kan variere i størrelse fra ca. 20 nanometer til et par mikron. De fleste feltkampagner måler ikke hele rækkevidden.
En Gordon Group -undersøgelse, der i øjeblikket er tilgængelig som et fortryk fra Atmosfærisk kemi og fysik Bruger observationsdata fra parisfog -feltkampagnen, som målte hele aerosolstørrelsesområdet i to uger sammen med andre aerosolegenskaber. Forskningen er et samarbejde med det britiske Met Office, Oak Ridge National Laboratory og National Center for Meteorological Research in France.
Gordon og Pratapaditya Ghosh oprettede simuleringer over Paris og evaluerede den samlede model mod Parisfog -datasættet. Ved at foretage fysikbaserede ændringer i, hvordan dråber dannes i modellen, blev de meget bedre enighed med observationer. Deres metoder til simulering af tåge -dråbe -nummerkoncentration kan forbedre tågeprognoser uden at øge beregningsomkostninger.
“Vores opsætning på 500 meter er mere sådan i en jordsystemmodel end i vejrprognosemodellerne, der ofte bruges til at simulere tåge,” siger Ghosh, en ph.d. studerende i Institut for Civil- og Miljøteknik. “Vi viste, at vores modelopsætning er i stand til at simulere tåge på det rigtige sted med brede egenskaber, i god overensstemmelse med observationer.”
En ledsagerfortryk, også i Atmosfærisk kemi og fysik Fra Gordon og Ghosh er en mere detaljeret undersøgelse af aerosolaktiveringsmekanismen i tåge. For bedre at evaluere deres model brugte de målinger af den lodrette struktur af tåge fra en casestudie i Storbritannien ud over PARIFFOG -datasættet.
Eksisterende modeller er designet til at beregne koncentrationer af cloud -dråbe -antal. Mekanismen, hvorpå tåge dannes, adskiller sig imidlertid lidt fra den mekanisme, hvormed skyer dannes. De fleste atmosfæriske modeller tager ikke højde for denne forskel.
Da Gordon og Ghosh tilføjede tågedannelse mekanisme, strålende afkøling, til den samlede model, forbedrede dens ydeevne. “Vi kunne få mere realistiske tåge -dråbekoncentrationer,” siger Ghosh.
Deres forskning antyder, at både tågeformationsmekanismen og skyformationsmekanismen er vigtig i atmosfæriske modeller. Gordon og Ghosh opfordrer til mere evaluering forskellige steder og med forskellige typer tåge. Deres fund er et fundament, hvorfra man kan forbedre dråbeantalkoncentrationen af FOG i enhver vejrprognosemodel.
Mere nøjagtige modeller kan hjælpe med at minimere sundhedsmæssige og økonomiske tab, mens de fremmer forståelsen af grundlæggende atmosfæriske processer, der ligger til grund for interaktion mellem luftforurening.