"Данные схожи со спутниковыми". Ученый БГУ создал систему расчета загрязнений воздуха для районов Минска
Комментарии
28.01.2024 | 15:54
Тимофей Шлендер
С каждым годом ландшафты городов Беларуси меняются - появляются
новые жилые кварталы, дома, заводы и магистрали. Вместе с тем
увеличиваются и объемы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.
Особенно актуальным этот вопрос становится для Минска как для
развивающегося и быстрорастущего города нашей страны. Для экологической
оценки проектов городской застройки в БГУ была разработана система по
адаптации и оптимизации методики задания источников эмиссий и переноса
атмосферных загрязняющих примесей с учетом реального рельефа и
3D-застройки столицы. Как работает данная система, где ее можно
применять и в чем ее уникальность, рассказал корреспонденту БЕЛТА ее
разработчик - научный сотрудник Национального научно-исследовательского
центра мониторинга озоносферы Белорусского государственного университета
Тимофей Шлендер.
Как работает система оценки загрязнений
Данная разработка была создана в рамках отдельного проекта Министерства образования "Изучение эффекта городского острова загрязнения воздуха с помощью математического моделирования и инструментальных наблюдений" в ННИЦ МО БГУ в 2021-2023 годах.
"Цель нашей работы заключалась в том, чтобы оценить загрязнения, в частности диоксида азота, которые выбрасываются в атмосферу. Для этого мы использовали численную атмосферную математическую модель WRF - Chem. Сама модель находится в открытом доступе в интернете. Ее можно самостоятельно расширять и модифицировать. Мы же адаптировали ее для условий Минска. Для этого мы задали в модель рельеф подстилающей поверхности столицы со всеми районами. Далее на этот рельеф наложили квалификацию участков землепользования - сельхозпоселки, промзону, парки, водные территории, а также карту этажности зданий, низковысотную застройку и другое. Кроме того, в систему задавались начальные и граничные условия, атмосферные параметры - ветер, температура воздуха, атмосферное давление, влажность и другие", - рассказал Тимофей Шлендер.
По его словам, в модель внедрялись данные Белстата по общему объему загрязняющих веществ. При этом станции, которые измеряют уровень загрязнения воздуха в Минске, расположены в конкретной точке города и то, что происходит дальше этой точки, допустим, в соседнем квартале, системы не фиксируют.
"Отдельно мы разрабатывали методику по внесению в программу всех эмиссий и выбросов загрязнений. Акцент делали на промышленные зоны и транспортные магистрали - все наши основные улицы, проспекты, центральная часть города, где больше всего наблюдаются автомобильные пробки, плотный транспортный поток автомобилей", - подчеркнул научный сотрудник.
Сама программа запускалась на суперкомпьютере. Ученый пояснил, что каждые 100 м в Минске просчитывались как ячейка для учета переноса загрязняющих примесей или выброса загрязняющих газов. При этом до высоты 200 м можно было отследить перенос диоксида азота. В результате были получены неплохие экспериментальные результаты, схожие со спутниковыми.
В чем уникальность разработки
До недавнего времени в Беларуси не было такой модели, которая бы учитывала одновременно рельеф и 3D-застройку, а также источники загрязнений. Другие модели использовали только локальную местность выбросов, ограничиваясь, например, только промзоной или без учета конструкций зданий, а также других детальных турбулентных атмосферных процессов. Кроме того, новая модель может показать пространственные и вертикальные распределения загрязнений в городе.
"Среднегодовой и среднемесячный объемы выбросов по Минску не давали нам конкретики. Мы не можем оценить уровень выбросов по районам города, используя лишь одну цифру на весь город. В итоге для адаптации данных Белстата с моделью, мы попытались упростить методом параметризации точки эмиссий в городе, учитывая потенциальные места интенсивных выбросов загрязнений. Таким образом, наша модель позволяет рассчитать объем выбросов для каждого района, квартала и улицы Минска", - пояснил Тимофей Шлендер.
Ученый также рассказал, где может применяться данная разработка и каковы перспективы ее расширения.
"При проектировании нового квартала модель может отразить, как будет происходить перенос примесей. Либо на примере уже существующих районов можем узнать и оценить, как воздушные потоки будут влиять на качество воздуха и комфортность нахождения людей в этих местах. Таким образом, данная модель может быть полезна для архитектурных организаций, городских, строительных и научных предприятий. Кроме того, модель могут использовать экологические организации, которые оценивают степень загрязняющих выбросов в атмосферу в городских условиях, планируют парковые лесопосадки для уменьшения загрязняющих выбросов", - заявил научный сотрудник центра озоносферы БГУ.
По его словам, многие китайские исследователи используют такую систему в своих городах и применяют ее для оценки загрязнений в больших мегаполисах. Белорусская разработка тоже находится на мировом уровне, но ее дальнейшее внедрение зависит от решения высших инстанций. "В теории подобные модели можно разработать и для других городов Беларуси. Главное, чтобы были заказы и предложения", - добавил Тимофей Шлендер.
"У нас был совместный проект с УП "Минскградо". Мы работали с ними по определению коридоров проветривания в Минске: рассматривали, как происходит движение воздуха в городе, где оно более или менее интенсивное. Сейчас мы продолжаем сотрудничать с УП "Минскградо", но уже по новым проектам и целям. Также выполняются научные программы, посвященные загрязнению городов Беларуси, совместно с Национальной академией наук. Кроме того, в рамках международного научного сотрудничества в 2024 году планируем расширить связи с Узбекистаном и Китаем, в частности и по оценке объема загрязнений в городах", - подытожил научный сотрудник центра озоносферы БГУ.
БЕЛТА.-0-
Как работает система оценки загрязнений
Данная разработка была создана в рамках отдельного проекта Министерства образования "Изучение эффекта городского острова загрязнения воздуха с помощью математического моделирования и инструментальных наблюдений" в ННИЦ МО БГУ в 2021-2023 годах.
"Цель нашей работы заключалась в том, чтобы оценить загрязнения, в частности диоксида азота, которые выбрасываются в атмосферу. Для этого мы использовали численную атмосферную математическую модель WRF - Chem. Сама модель находится в открытом доступе в интернете. Ее можно самостоятельно расширять и модифицировать. Мы же адаптировали ее для условий Минска. Для этого мы задали в модель рельеф подстилающей поверхности столицы со всеми районами. Далее на этот рельеф наложили квалификацию участков землепользования - сельхозпоселки, промзону, парки, водные территории, а также карту этажности зданий, низковысотную застройку и другое. Кроме того, в систему задавались начальные и граничные условия, атмосферные параметры - ветер, температура воздуха, атмосферное давление, влажность и другие", - рассказал Тимофей Шлендер.
По его словам, в модель внедрялись данные Белстата по общему объему загрязняющих веществ. При этом станции, которые измеряют уровень загрязнения воздуха в Минске, расположены в конкретной точке города и то, что происходит дальше этой точки, допустим, в соседнем квартале, системы не фиксируют.
"Отдельно мы разрабатывали методику по внесению в программу всех эмиссий и выбросов загрязнений. Акцент делали на промышленные зоны и транспортные магистрали - все наши основные улицы, проспекты, центральная часть города, где больше всего наблюдаются автомобильные пробки, плотный транспортный поток автомобилей", - подчеркнул научный сотрудник.
Сама программа запускалась на суперкомпьютере. Ученый пояснил, что каждые 100 м в Минске просчитывались как ячейка для учета переноса загрязняющих примесей или выброса загрязняющих газов. При этом до высоты 200 м можно было отследить перенос диоксида азота. В результате были получены неплохие экспериментальные результаты, схожие со спутниковыми.
В чем уникальность разработки
До недавнего времени в Беларуси не было такой модели, которая бы учитывала одновременно рельеф и 3D-застройку, а также источники загрязнений. Другие модели использовали только локальную местность выбросов, ограничиваясь, например, только промзоной или без учета конструкций зданий, а также других детальных турбулентных атмосферных процессов. Кроме того, новая модель может показать пространственные и вертикальные распределения загрязнений в городе.
"Среднегодовой и среднемесячный объемы выбросов по Минску не давали нам конкретики. Мы не можем оценить уровень выбросов по районам города, используя лишь одну цифру на весь город. В итоге для адаптации данных Белстата с моделью, мы попытались упростить методом параметризации точки эмиссий в городе, учитывая потенциальные места интенсивных выбросов загрязнений. Таким образом, наша модель позволяет рассчитать объем выбросов для каждого района, квартала и улицы Минска", - пояснил Тимофей Шлендер.
Практическое применение
"При проектировании нового квартала модель может отразить, как будет происходить перенос примесей. Либо на примере уже существующих районов можем узнать и оценить, как воздушные потоки будут влиять на качество воздуха и комфортность нахождения людей в этих местах. Таким образом, данная модель может быть полезна для архитектурных организаций, городских, строительных и научных предприятий. Кроме того, модель могут использовать экологические организации, которые оценивают степень загрязняющих выбросов в атмосферу в городских условиях, планируют парковые лесопосадки для уменьшения загрязняющих выбросов", - заявил научный сотрудник центра озоносферы БГУ.
По его словам, многие китайские исследователи используют такую систему в своих городах и применяют ее для оценки загрязнений в больших мегаполисах. Белорусская разработка тоже находится на мировом уровне, но ее дальнейшее внедрение зависит от решения высших инстанций. "В теории подобные модели можно разработать и для других городов Беларуси. Главное, чтобы были заказы и предложения", - добавил Тимофей Шлендер.
"У нас был совместный проект с УП "Минскградо". Мы работали с ними по определению коридоров проветривания в Минске: рассматривали, как происходит движение воздуха в городе, где оно более или менее интенсивное. Сейчас мы продолжаем сотрудничать с УП "Минскградо", но уже по новым проектам и целям. Также выполняются научные программы, посвященные загрязнению городов Беларуси, совместно с Национальной академией наук. Кроме того, в рамках международного научного сотрудничества в 2024 году планируем расширить связи с Узбекистаном и Китаем, в частности и по оценке объема загрязнений в городах", - подытожил научный сотрудник центра озоносферы БГУ.
БЕЛТА.-0-
