Numerical simulation of air quality over a Tomsk city in light wind | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2022. № 79. DOI: 10.17223/19988621/79/3

Numerical simulation of air quality over a Tomsk city in light wind

A mathematical model and a numerical method for calculating meteorological parameters and quantities characterizing the quality of atmospheric air in the city, obtained using mesoscale models of numerical weather forecasting and impurity transport, are presented. The results of numerical calculations were compared with the data of observations performed with the instruments of the Central Collective Use Center "Atmosfera" of the Institute of Atmospheric Optics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. The conducted studies have shown that the most unfavorable meteorological conditions leading to the accumulation of impurities near the earth's surface are observed in the morning and evening hours - this is a weak wind of variable direction and stable or neutral stratification of the surface air layer.

Download file

Counter downloads: 38

Keywords

mathematical modeling, air quality, semi-implicit difference schemes, parallel computing, weak wind, stable stratification

Authors

Name	Organization	E-mail
Starchenko Alexander V.	Tomsk State University	starch@math.tsu.ru
Shelmina Elena A.	Tomsk State University; Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics	eashelmina@mail.ru
Kizhner Lyubov I.	Tomsk State University	kdm@mail.tsu.ru
Odintsov Sergey L.	Institute of Atmospheric Optics of V.E. Zuev, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences	odintsov@iao.ru

Всего: 4

References

Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. Л. : Гидрометеоиздат, 1991.267 с.

Безуглая Э.Ю., Расторгуева Г.П., Смирнова И.В. Чем дышит промышленный город. Л. : Гидрометеоиздат, 1991. 251 с.

Sokhi R.S., Baklanov A.A., Shlunzen K.H. Mesoscale modelling for meteorological and air pollution application. Anthem Press, 2018. 376 p.

Baklanov A., Korsholm U., Nuterman R., Mahura A., Nielsen K.P., Sass B.H., Rasmussen A., Zakey A., Kaas E., Kurganskiy A., S0rensen B., Gonzalez-Aparicio I. Enviro-HIRLAM online integrated meteorology-chemistry modelling system: strategy, methodology, developments and applications (v7.2) // Geosci. Model Dev. 2017. V. 10. P. 2971-2999. doi: 10.5194/gmd-10-2971-2017

Srivastava I., Yarragunta S., Kumar R., Mitra D. Distribution of surface carbon monoxide over the Indian subcontinent: Investigation of source contributions using WRF-Chem // Atmospheric Environment, 2020. V. 243. Art. 117838. doi: 10.1016/j.atmosenv.2020.117838

Нахаев М.И., Березин Е.В., Шалыгина И.Ю., Кузнецова И.Н. и др. Экспериментальные расчеты концентрации РМ10 И СО комплексом моделей CHIMERE и COSMO-Ru7 // Оптика атмосферы и океана. 2015. Т. 25, № 6. C. 485-492.

Шалыгина И.Ю., Нахаев М.И., Кузнецова И.Н., Березин Е.В., Коновалов И.Б., Блинов Д.В., Кирсанов А.А. Сравнение рассчитанных с помощью химических транспортных моделей приземных концентраций загрязняющих веществ с данными измерений в Московском регионе // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30, № 01. С. 53-59. doi: 10.15372/AOO20170107.

Старченко А.В., Барт А.А., Кижнер Л.И., Данилкин Е.А. Мезомасштабная метеорологи ческая модель TSUNM3 для исследования и прогнозирования состояния метеопараметров приземного слоя атмосферы над крупным населенным пунктом // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика, 2020. № 66. C. 3555. doi: 10.17223/19988621/66/3

Starchenko A., Shelmina E., Kizhner L. Numerical Simulation of Meteorological Conditions and Air Quality above Tomsk, West Siberia // Atmosphere. 2020. V. 11 (11). Art. 1148. doi: 10.3390/atmos11111148

Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М. : Наука, 1982. 319 с.

Пененко В.В., Алоян А.Е. Модели и методы для задач охраны окружающей среды. Новосибирск : Наука, Сиб. отд-ние, 1985. 256 с.

Wesley M.L. Parameterisation of surface resistances to gaseous dry deposition in regional-scale numerical models // Atmospheric Environment. 1989. V. 23 (6). P. 1293-1304. doi: 10.1016/0004-6981(89)90153-4

Об экологической ситуации в Томской области в 2020 году : государственный доклад / Департамент природных ресурсов и охраны окружающей среды Томской области. Томск, 2021. 134 с.

Bart A.A., Starchenko A.V. Modelling of urban air pollution by anthropogenic and biogenic source emissions // Proc. SPIE. 2014. Vol. 9292. P. 929248-1-929248-8.

Guennther A.B., Jiang X., Heald C.L., Sakulyanontvittaya T., Duhl T., Emmons L.K., Wang X. The Model of Emissions of Gases and Aerosols from Nature version 2.1 (MEGAN2.1): an extended and updated framework for modeling biogenic emissions // Geosci. Model Dev. 2010. V. 5. Р. 1471-1492.

Hurley P. TAPM V4. Part 1: Technical Description : CSIRO Marine and Atmospheric Research Paper No. 25. 2008. 59 p.

Stockwell W.R., Goliff W.S.Comment on «Simulation of a reacting pollutant puff using an adaptive grid algorithm» by R.K. Srivastava et al. //j. Geophys. Res. 2002. V. 107. P. 46434650.

Толстых М.А., Фадеев Р.Ю., Шашкин В.В., Гойман Г.С., Зарипов Р.Б., Киктев Д.Б., Махнорылова С.В., Мизяк В.Г., Рогутов В.С. Многомасштабная глобальная модель атмосферы ПЛАВ: результаты среднесрочных прогнозов погоды // Метеорология и гидрология. 2018. № 11. С. 90-99.

Van Leer B. Towards the ultimate conservative difference scheme. II. Monotonicity and conservation combined in a second order scheme // Journal of Computational Physics. 1974. V. 14. P. 361-370.

Shen J., Zhao Q.Comparison of some atmospheric chemical modelling schemes // Journal of Environmental Sciences. 1997. V. 9 (2). P. 183-201.

Старченко А.В., Берцун В.Н. Методы параллельных вычислений. Томск : Изд-во Том. ун-та, 2013. 223 с.

Rife D.L., Davis C.A., Liu Y., Warner T.T. Predictability of Low-Level Winds by Mesoscale Meteorological Models // Monthly Weather Review. 2004. V. 132. P. 2553-2569. doi: 10.1175/MWR2801.1

Olauson J., Samuelsson J., Bergstrom H., Bergkvist M. Using the MIUU Model for Prediction of Mean Wind Speed At Low Height // Wind engineering. 2015. V. 39 (5). P. 507-518. doi: 10.1260/0309-524X.39.5.507

Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. Руководящий документ. Документы о состоянии загрязнения атмосферы в городах для информирования государственных органов, общественности и населения : дата введения 01.02.2006. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200067118 (дата обращения 16.02.2022)