125 Projekt Sinica- nadgradnja sistema za ocenjevanje kakovosti zraka in ugotavljanje vzrokov č ezmernih obremenitev v Sloveniji Boštjan Paradiž * , Jure Cedilnik*, Heda Koč evar*, Irena Malešič *, Janja Turšič * V Sloveniji se zaradi specifič ne strukture virov onesnaževanja in neugodnih meteoroloških razmer sooč amo s č ezmerno onesnaženostjo zraka. Za spremljanje uč inkovitosti in posodabljanje ukrepov za izboljšanje kakovosti zraka je treba nadgraditi poznavanje in razumevanje izpustov onesnaževal, njihovega razširjanja ter posledič nih ravni v ozrač ju. Zato smo na Agenciji RS za okolje zasnovali in že zač eli izvajati projekt Sinica, ki je sofinanciran z evropskimi kohezijskimi sredstvi. Prenovili bomo merilno mrežo kakovosti zraka, omogoč ili izvajanje intenzivnih merilnih kampanj, razširili nabor meritev onesnaženosti zraka in stanja atmosfere ter nadgradili modelska orodja. Glavne izziva predstavljajo ustrezna kvantifikacija dominantnih izpustov zaradi ogrevanja z lesno biomaso ter obravnava disperzije v pogojih izrazite vertikalne stratifikacije atmosfere. Zato bo poseben poudarek namenjen meritvam parametrov turbulence in vertikalnega profila vetra, temperature ter povratnega sipanja svetlobe na aerosolih za analize epizod onesnaženosti ter za asimilacijo in verifikacijo pri modeliranju kakovosti zraka. Za več jo robustnost in boljšo interpretacijo določ anja prispevkov različ nih virov k ravnem onesnaženosti bomo hkrati uporabili neodvisni komplementarni tehniki disperzijskega in receptorskega modeliranja. Ključ ne besede: ocenjevanje kakovosti zraka, evidence izpustov, disperzijsko modeliranje, receptorsko modeliranje Key words: air quality assesment, emission inventories, dispersion modelling, receptor modelling Uvod Onesnaženost zraka v Sloveniji je zaradi specifič nih okolišč in posebej izražen problem. V precejšnjem delu Slovenije prevladujejo neugodne razmere za disperzijo, kjer lahko že manjši izpusti povzroč ajo visoke ravni onesnaževal v zraku. Poleg tega onesnaženost zraka stopnjujejo izpusti malih kurilnih naprav zaradi velikega deleža gospodinjstev, ki se ogrevajo z lesom v zastarelih peč eh in kotlih ter intenziven tranzitni in lokalni promet. Zato je Slovenija v evropskem merilu med državami z bolj onesnaženim zrakom (European Environmental Agency, 2017). Ocenjuje se, da je na č ezmerno onesnaženih območ jih prič akovana življenjska doba zaradi onesnaženega zraka okvirno eno leto krajša. Za uč inkovito ukrepanje za izboljšanje kakovosti zraka ter obvešč anje javnosti je potrebno zagotoviti ustrezne podatke o ravneh onesnaženosti zraka ter analizo izpustov in njihovih vplivov na kakovost zraka. Zadnjo več jo posodobitev sistema za spremljanje kakovosti zraka smo na Agenciji RS za okolje (ARSO) izvedeli leta 2002 v okviru projekta Phare. Ta sistem zaradi iztrošenosti merilne opreme le težko in z velikimi stroški vzdrževanja zagotavlja potreben obseg in kvaliteto podatkov. Še več , v Sloveniji ni vzpostavljene zadostne infrastrukture in znanja, da bi lahko ustrezno nač rtovali ukrepe za izboljšanje kakovosti zraka in spremljali uč inke njihovega izvajanja. V ta namen bo potrebno razviti ustrezna orodja za identifikacijo in kvantifikacijo vzrokov za č ezmerno * Agencija RS za okolje, Vojkova 1b, 1000 Ljubljana 126 onesnaženost zraka ter kvantifikacijo uč inkov posameznih ukrepov za izboljšanje stanja. Na ta nač in bo ob novelaciji nač rtov za kakovost zraka mogoč e glede na vložena sredstva doseč i več je okoljske uč inke in hkrati strokovno podpreti procese usklajevanja države, lokalnih skupnosti in drugih deležnikov glede nabora in obsega izvajanja posameznih ukrepov. Zato je nujno potrebna posodobitev obstoječ ega sistema za spremljanje kakovosti zraka in njegova nadgradnja v enovit sistem spremljanja izpustov, modelske obravnave njihovega vpliva na kakovost zraka, meritev ravni onesnaževal v zraku in drugih orodij za celovito analizo stanja. Namen projekta Namen projekta je nadgradnja in razširitev obstoječ ega sistema tako, da bo omogoč eno celovito spremljanje stanja onesnaženosti zraka in priprava strokovnih podlag odloč evalcem za nač rtovanje in spremljanje izvajanja politik in ukrepov za izboljšanje kakovosti zraka. Nadgrajen sistem bo: • omogoč al ustrezno poroč anje o izpustih na č ezmerno onesnaženih območ jih, ravneh onesnaženosti zraka v Sloveniji in vzrokih zanjo, ter o že doseženih in predvidenih uč inkih ukrepov za zmanjšanje onesnaženosti zraka Evropski komisiji, • nudil odloč evalcem strokovno osnovo za pripravo, novelacijo in spremljanje nač rtov za kakovost zraka, • prispeval k hitrejšemu in uč inkovitejšemu doseganju soglasja med vlado in lokalnimi skupnostmi o naboru in intenziteti izvajanja posameznih ukrepov v okviru nač rtov za kakovost zraka, • prispeval k doseganju okoljskih ciljev z nižjimi sredstvi zaradi ustreznejšega nabora in prioritet izvajanja ukrepov varstva zraka, • omogoč al več je upoštevanje sinergij in obvladovanje nasprotij med politikami varstva kakovosti zraka in blaženja podnebnih sprememb ter na ta nač in nižjim skupnim stroškom izvajanja obeh politik, • zagotavljal boljše obvešč anje javnosti o onesnaženosti zraka in boljšo kratkoroč no napoved ravni onesnaženosti in s tem več je možnosti prebivalstva, da zmanjša svojo izpostavljenost, • omogoč al boljše možnosti za celovito informiranje javnosti o vzrokih za č ezmerno onesnaženost zraka in na ta nač in prispeval k več ji osvešč enosti prebivalcev o možnostih za zmanjšanje onesnaženosti zraka na nivoju posameznika, • olajšal dialog in iskanje soglasja s civilno družbo pri pereč ih problemih varstva zraka, • omogoč al ustreznejšo pripravo in obravnavo strateških okoljskih presoj, presoj vplivov na okolje in okoljevarstvenih dovoljenj, • pripomogel k raziskavam na področ ju onesnaženosti zraka in vplivov na ljudi in okolje. Struktura projekta Projekt se bo izvajal v okviru štirih vsebinsko zaokroženih sklopov: • evidence in scenariji izpustov, • sistem za spremljanje kakovosti zraka in disperzijskih lastnosti atmosfere, 127 • disperzijsko modeliranje, • receptorsko modeliranje. Ena izmed osnovnih znač ilnosti in hkrati tudi prednosti projekta je integriran pristop k ocenjevanju kakovosti zraka. To bo doseženo z uporabo komplementarnih pristopov in upoštevanjem objektivnih ocen, rezultatov meritev in različ nih pristopov k modeliranju pri interpretaciji rezultatov in celoviti oceni stanja. Evidence in scenariji izpustov Evidence izpustov omogoč ajo prvo analizo vzrokov onesnaženosti zraka in so osnovni vhodni podatek disperzijskih modelov. Poleg tega je č asovni niz evidenc izpustov nepogrešljiv za ugotavljanje sprememb onesnaževanja posameznih virov in tudi uč inka ukrepov za zmanjševanje onesnaževanja zraka. V Sloveniji imamo dobre letne evidence izpustov na nacionalni ravni, velike vrzeli pa so pri evidencah izpustov v zrak z boljšo krajevno in č asovno loč ljivostjo. Največ ji poudarek bo namenjen izpustom malih kurilnih naprav za ogrevanje stavb, ki v Slovenji prispevajo več kot dve tretjini izpustov delcev. Izpuste malih kurilnih naprav se bo modeliralo na osnovi potreb po ogrevanju ob upoštevanju vrste kurilnih naprav in energentov za ogrevanje za posamezno stanovanjsko enoto (Trozzi et al. 2016). Na ta nač in bomo lahko natanč neje opisali prostorsko nehomogenost izpustov, predvsem zaradi različ ne prostorske porazdelitve kurilnih naprav na lesno biomaso. Poleg tega bodo hkrati pridobili tudi natanč nejše ocene o energetski rabi lesa v gospodinjstvih, kar je pomembno, ker kurilne naprave na lesno biomaso prispevajo več ino izpustov delcev. Pri izpustih prometa, ki je v Sloveniji po količ ini izpustov delcev na drugem mestu bomo izpuste določ ali individualno za vsak odsek državnih mest ter prometnejše ceste v urbanem okolju. Izpuste, ki se zaradi prometa sprošč ajo na drugih cestah bomo krajevno razloč ili na podlagi evidenc na nacionalni ravni in posrednih podatkov, kot je gostota prebivalstva. Izpuste več jih industrijskih virov bomo določ ali individualno. Za ostale vire izpustov se bodo razvili postopki, ki bodo izpuste, določ ene na nivoju države, disagregirali na ustrezno krajevno in č asovno resolucijo ob uporabi posrednih podatkov. Izpusti več ine virov bodo podani v prostorski mreži kvadrantov velikosti 100 x 100 m 2 , izpusti prometnejših cest bodo podani kot linijski vir, več je industrijske vire pa bomo obravnavali kot toč kovne. Za vse vire bodo pripravljeni tudi č asovni poteki. Orodja za izdelavo evidenc bodo omogoč ala tudi hitro oceno sprememb izpustov zaradi posameznih ukrepov, kot na primer sprememba vrste energenta ali vrste kurilnih naprav na določ enem območ ju. V evidence izpustov bodo vključ eni tudi neposredni izpusti toplogrednih plinov. To bo omogoč ilo oceno uč inkov posameznih ukrepov tako z vidika vplivov na kakovost zraka kakor tudi blaženja podnebnih sprememb. Scenariji predstavljajo možen č asovni potek izpustov onesnaževal zraka ob upoštevanju izbranih predpostavk. Za potrebe projekta in nač rtovanja politik in ukrepov zmanjševanje č ezmerne onesnaženosti zraka bosta pripravljeni dve vrsti scenarijev in sicer scenarij brez dodatnih ukrepov za zmanjševanje onesnaženosti zraka in scenarij, ciljno usmerjen v zagotavljanje skladnosti s standardi kakovosti zraka, predvsem za delce PM 10 . 128 Sistem za spremljanje kakovosti zraka in disperzijskih lastnosti atmosfere Posodobitve oziroma nadgradnje sistema za meritve kakovosti zraka in disperzijskih lastnosti atmosfere so potrebne tako zaradi zastarelosti obstoječ e opreme in razvoja novih merilnikov kot zaradi sprememb profilov izpustov. V okviru nadgradnje sistema bomo: • posodobili državno merilno mrežo meritev kakovosti zraka na stalnih merilnih mestih, • vzpostavili indikativne bienalne meritve kakovosti zraka, • uvedli dopolnilne meritve kakovosti zraka, • nadgradili meteorološke meritve za obravnavanje onesnaženosti, • pripravili opremo za merilne kampanje, • posodobili analitsko-informacijski sistem. Nadgradnja merilne mreže kakovosti zraka na stalnih merilnih mestih Meritve na stalnem merilnem mestu dajejo osnovne podatke o kakovosti zraka in so najpomembnejše za ugotavljanje skladnosti s predpisanimi mejnimi in ciljnimi vrednostmi, za obvešč anje javnosti in verifikacijo modelov. V Sloveniji v kompleksnem terenu prevladuje lokalna cirkulacija zraka, zato je polje ravni onesnaževal v zraku zelo nehomogeno. Ustrezno zasnovati številč no omejeno mrežo meritev na stalnih merilnih mestih je zato poseben izziv. Zaradi omejenih virov se število stalnih merilnih mest ne bo bistveno poveč alo. Predvidena so 4 nova stalna merilna mesta. V skladu z ravnmi posameznih onesnaževal, ki jih beležimo v Sloveniji in predvidenimi trendi bo več ji poudarek bo namenjen meritvam delcev, meritve ogljikovega monoksida se bodo opustile, obseg meritev žveplovega dioksida pa se bo moč no zmanjšal. Mikrolokacije obstoječ ih merilnih mest se bodo preverile glede na njihovo reprezentativnost, pri spremembi mikrolokacij pa se bo zaradi zagotavljanja kontinuitete č asovnih nizov uporabil konservativni pristop. Na stalnih merilnih mestih onesnaženosti zraka se bodo izvajale tudi meteorološke meritve. Predvidene so meritve hitrosti in smeri vetra ter parametrov turbulence atmosfere s tridimenzionalnim ultrazvoč nim anemometrom. S prehodom iz klasič nih rotacijskih anemometrov, ki se uporabljajo v obstoječ i mreži, na tridimenzionalne ultrazvoč ne anemometre se bo doseglo bolj zanesljive in toč ne meritve vetra v obdobjih z nizko hitrostjo vetra, ko je v Sloveniji poveč ini zrak č ezmerno onesnažen. Uporabljeni bodo ultrazvoč ni anemometri, ki določ ajo tudi parametre turbulence atmosfere, kar bo olajšalo analizo situacij s č ezmerno onesnaženostjo zraka. Vzpostavitev indikativnih bienalnih meritev kakovosti zraka Indikativne meritve skladno z zakonodajo dopolnjujejo meritve na stalnih mestih, imajo lahko manjšo č asovno pokritost in nudijo predvsem več jo prostorsko gostoto podatkov. Indikativne meritve delcev bodo osredotoč ene na kurilno sezono in bodo praviloma potekale bienalno. To pomeni, da bo mogoč e z enim merilnikom zagotavljati podatke za dve merilni mesti, a le vsako drugo leto. Indikativne meritve delcev se bodo izvajale z referenč nimi gravimetrič nimi vzorč evalniki. Te merilnike je zaradi majhnih dimenzij lažje umestiti v prostor, še posebej, ker za svoje delovanje ne potrebujejo namestitev v posebne zabojnike. Hkrati za njihovo delovanje zaradi njihove enostavnosti in zanesljivosti ni potrebno procesiranje parametrov meritev na sami postaji, kar tudi olajša izbiro in ureditev lokacije meritev. Prednost referenč nih vzorč evalnih delcev je tudi, da je mogoč e izbrane filtre delcev analizirati v laboratoriju in pridobiti podatke o elementni in kemič ni sestavi delcev. 129 Dopolnilne meritve kakovosti zraka Nekaterih meritev, ki lahko ključ no prispevajo k interpretaciji vzrokov za onesnaženost zraka in v vplivih na zdravje, zakonodaja ne zahteva. Njihova vključ itev v projekt bo pripomogla k celovitejši obravnavi problematike kakovosti zraka. Nač rtovana je uvedba meritev č rnega ogljika in nano delcev. Meritve č rnega ogljika povezuje vidik kakovosti zraka in podnebnih sprememb. Poleg tega je č rni ogljik pomembna metrika za ugotavljanje vplivov onesnaženega zraka na zdravje. Meritve spektralne odvisnosti optič ne absorpcije delcev, ki je podlaga za določ anje č rnega ogljika, pomagajo tudi pri ugotavljanje prispevka posameznih virov k onesnaženosti z delci. Merilnik nanodelcev omogoč a določ itev vsebnosti delcev v zraku, ki sodijo v različ ne razrede velikosti, a so manjši od 100 nm. Meritve nanodelcev zakonsko še niso urejene in področ je se še razvija, še zlasti, ker študije kažejo velik vpliv najdrobnejših delcev na zdravje. Nadgradnja meteoroloških meritev za obravnavanje onesnaženosti Zaradi orografije in lege Slovenije je onesnaženost zraka moč no odvisna od šibke lokalne cirkulacije zraka in lokalno pogojenih temperaturnih obratov. Kvalitativno in kvantitativno poznavanje trodimenzionalne lokalne cirkulacije zraka, vertikalnega profila temperature in ter drugih parametrov stabilnosti in turbulentnosti atmosfere je bistvenega pomena za razumevanje vzrokov in mehanizmov epizod povišanih ravni onesnaževal, objektivnih analiz in modeliranja kakovosti zraka. Brez ustreznih meteoroloških vhodnih podatkov ni mogoč e s prič akovano gotovostjo kvantificirati vzrokov onesnaženosti, še manj pa ocenjevati vpliv ukrepov za zmanjševanje izpustov na kakovost zraka. Nujna posodobitev obstoječ ih meritev se bo izvedla z uvedbo novih merilnih tehnik na stalnih merilnih mestih. Na teh postajah se bodo izvajale meritve s tridimenzionalnimi ultrazvoč nimi anemometri in drugo opremo, opisano v podpoglavju o stalnih merilnih mestih onesnaženosti zraka. Te meritve posredujejo toč kovne podatke o stanju atmosfere. Disperzijske procese je težko opisati brez poznavanja vertikalnega profila izbranih meteoroloških velič in. V okviru projekta bosta zato dve posebni postaji za meritve vertikalnega profila vetra in temperature ter določ anje višine mešanja. Delovanje obeh postaj bo bistveno pripomoglo k analizi vzrokov onesnaženosti. Pomemben bo tudi prispevek k zanesljivejšim napovedim koncentracij delcev, zato bo zagotovljen prenos podatkov v realnem č asu. Za določ anje vertikalnega profila vetra bo uporabljen sodar (SOund Detection And Ranging), ki s pomoč jo Dopplerjevega premika frekvence sipanega zvoč nega impulza določ a tridimenzionalni profil vetra do višine nekaj sto metrov. Pri tehniki RASS (Radio Acoustic Soundig System) se z radarjem spremlja hitrost širjenja vertikalnega zvoč nega impulza. Ker je hitrost širjenja zvoč nega valovanja odvisna predvsem od temperature atmosfere, se na ta nač in določ i vertikalni profil temperature do višine nekaj sto metrov. Izbrana bo konfiguracija merilnikov, kjer bo RASS nadgradnja sodarja. Stalno merilno mesto sodar-RASS bo na območ ju Ljubljane. Za določ anje višine mešanja se bomo uporabil laserski ceilometer. Ta merilnik meri intenziteto povratnega sipanja na vertikalnem snopu svetlobe. Intenziteta povratnega sipanja je odvisna od koncentracije delcev v zraku. Višina mešanja praviloma ustreza plasti z izrazito spremembo v povratnem sipanju svetlobe. Dodatno bo ceilometer posredoval 130 tudi indikacijo o vertikalnem profilu koncentracije delcev v prizemni pa tudi v višjih plasteh atmosfere. Merilne kampanje Z merilnimi kampanjami bomo na izbranem območ ju v obdobju ene sezone ali še krajši č as poveč ali gostoto meritev delcev ter č rnega ogljika. Poleg tega bodo vse merilne postaje za izvajanje kampanj opremljene tudi s tridimenzionalnim ultrazvoč nim anemometrom. Poleg meritev onesnaženosti in toč kovnih meritev meteoroloških velič in bomo na lokaciji kampanj zagotovili tudi vertikalne profile stanja atmosfere z sodar /RASS in ceilometrom. Rezultati kampanj bodo pripomogli k boljšemu razumevanju procesov, ki določ ajo onesnaženost zraka. Izmerjeni meteorološki podatki se bodo uporabili tudi za asimilacijo in verifikacijo lokalnih meteoroloških modelov, rezultati meritev kakovosti zraka pa za verifikacijo celotne modelske verige vključ no z evidencami izpustov. Analitsko- informacijski sistem Z nadgradnjo merilne opreme in novimi merilniki kot so sodar/RASS in ceilometri se bo razširila struktura in obseg podatkov. Bistvena sprememba glede na obstoječ e stanje bo tudi prehod s 30 minutnega na 10 minutno č asovno metriko rezultatov meritev. Pripravljen in vzpostavljen bo nov podatkovni model relacijske baze podatkov, ki bo sistemsko vključ il tudi rezultate indikativnih meritev in merilnih kampanj. V podatkovnem modelu bodo vključ eni tudi metapodatki o meritvah, da bo zagotovljena ustrezna sledljivost lokacij in drugih pogojev izvajanja meritev. Na strukturiran nač in bodo v podatkovnem modelu opredeljeni surovi rezultati meritev, podatki za sprotne analize in podporo napovedim onesnaženosti zraka, podatki za objavo na spletu v realnem č asu ter verificirani uradni podatki za izkazovanje skladnosti z mejnimi vrednostmi in njihovo poroč anje Evropski okoljski agenciji. Zasnovana in razvita bodo orodja za obdelavo in prikaz rezultatov meritev in spremljajoč ih parametrov za: • podporo kontroli delovanja merilnikov, • pripravo rezultatov meritev za njihovo objavo na spletu in poroč anje Evropski okoljski agenciji v skoraj realnem č asu, • podporo konč ni verifikaciji rezultatov meritev, • ugotavljanje skladnosti s standardi kakovosti zraka in poroč anje Evropski okoljski agenciji, • pripravo rednih letnih in meseč nih poroč il, • celovite analize situacij s povišanimi ravnmi onesnaževal v zraku za podporo izvajanju nač rtov za kakovost zraka in druge potrebe. Disperzijsko modeliranje Z disperzijskimi ter disperzijsko-kemič nimi modeli lahko v diagnostič nem nač inu uporabe ocenimo prispevek posameznih skupin virov ali območ ja k onesnaženosti zraka. Ti modeli so nepogrešljivi pri evaluaciji scenarijev izpustov in oceni uč inkov posameznih ukrepov. Poleg tega zagotavljajo podatke o prostorski porazdelitvi onesnaženosti zraka in tako dopolnjujejo rezultate omejenega števila meritev na stalnih merilnih mestih. Negotovost rezultatov v veliki meri določ a negotovost vhodnih podatkov o izpustih ter 131 nenatanč en opis polja vhodnih meteoroloških parametrov. Zakonodaja predvideva in spodbuja uporabo modelov tudi v regulatorne namene. Obstoječ a raven tehnologije disperzijskega modeliranja v regionalni in urbani skali je nezadostna za resno uporabo v operativnem smislu. Nač rtovane investicije v tem sklopu bodo omogoč ile: • izboljšanje ocene kakovosti zraka, zlasti na z meritvami slabše pokritih območ jih, • boljšo oceno reprezentativnosti obstoječ ih merilnih mest kakovosti zraka in ustreznejšo izbiro lokacij za nova merilna mesta, • analizo situacij s povišanimi ravnmi onesnaževal, kar bo omogoč alo lažje prepoznavanje vzrokov za onesnaženost zraka in kvantifikacijo vpliva lokalnih in regionalnih virov na onesnaženost zraka na izbranih območ jih, • analizo uč inkov posameznih ukrepov in scenarijev zmanjšanja izpustov za izboljšanje kakovosti zraka in zanesljivejše napovedovanje možnosti za preseganje onesnaženosti za nekaj dni vnaprej. Regionalna skala – fotokemijski disperzijski model Na regionalni skali (v loč ljivosti okoli nekaj kilometrov) bomo na ARSO nadaljevali implementacijo in razvoj modela (CAMx), sklopljenega z operativnim meteorološkim modelom (Žabkar et al, 2012). Fotokemijski disperzijski model CAMx bo s svojo loč ljivostjo sledil nadgradnjam meteorološke modelske verige. Ciljna loč ljivost obeh modelskih verig je 2 km, in sicer za celotno območ je Slovenije s širšo okolico. Poleg izboljšav na strani modelskih orodij bo velik napredek na področ ju modeliranja omogoč ila izboljšana evidenca izpustov. Ena glavnih negotovosti rezultatov modela je namreč posledica pomanjkljive kvantifikacije izpustov. Poleg transporta onesnaženja z vetrovi je za slabo kakovost zraka največ ji razlog v lokalnih izpustih predvsem zaradi malih kurišč . Ambiciozno zastavljen cilj na področ ju evidence izpustov je dober obet za precejšnjo izboljšavo rezultatov pri modeliranju kakovosti zraka. Pomembno izboljšanje je povezano z vhodnimi meteorološkimi podatki. Sklopitev med modelom onesnaženja in meteorološkim modelom je zelo tesna in meteorološki pogoji so ključ ni za pojav velike onesnaženosti zraka v slovenskem prostoru. Kakovost meteoroloških numerič nih napovedi se ves č as postopno izboljšuje, zato se prič akuje, da se bo ta trend jasno pokazal tudi v simulacijah atmosferske kemije. Poleg tega se bo v č asu trajanja projekta nadgradilo tudi meteorološko operativno verigo (predvidoma na loč ljivost 2 km), za pripravo zač etnih pogojev pa se bo uporabljalo še več meritev, tudi tistih iz drugih sklopov projekta Sinica. Pri slednjih gre predvsem za meritve vetra in vertikalne stratifikacije ozrač ja. Vse nove meritve, bodisi meteorološke bodisi meritve kakovosti zraka, bodo pomembno služile kot orodje za fizikalno validacijo in sistematič no verifikacijo modela. Na ta nač in bo lahko zagotovljeno stalno spremljanje kakovosti modela. Urbana skala - modeliranje vetra, stabilnosti atmosfere in disperzije Največ dela v sklopu disperzijskega modeliranja bo v urbani skali. Nač rtuje se simuliranje in napovedovanje meteoroloških razmer in disperzije onesnaževal z loč ljivostjo okoli 100 m za nekaj izbranih območ ij po Sloveniji. Trenutno na ARSO ni orodja, s katerim bi lahko zadovoljivo dobro operativno simulirali vetrovno polje, še manj pa celotno meteorološko dogajanje v skali okoli 100 metrov. Poseben izziv na področ ju simulacije vetra in turbulence predstavljajo specifič ne nacionalne okolišč ine s prevladujoč imi nizkimi hitrostmi vetra, izrazitimi lokalnimi vplivi vključ no z mestnim 132 toplotnim otokom na cirkulacijo zraka in poudarjeno vertikalno stratifikacijo nižjih plasti atmosfere. V prvem delu tega sklopa bo potrebno identificirati orodja in raziskati možnosti, s katerimi se bo doseglo konč ni cilj. Raziskati bo treba delovanje, težavnost implementacije in rač unsko zahtevnost ter uporabnost različ nih družin meteoroloških modelov: • tistih, ki temeljijo na masni konsistenci (INCA, CalMET, ALADIN v nač inu dinamič ne adaptacije, GRAM/GRAL…), • obstoječ e meteorološke modele (ALADIN/AROME, MesoNH…) v ustrezno visoki loč ljivosti (Termonia et al, 2017), • pregledati možnosti na področ ju LES in CFD (Code Saturne, PALM, ARPS, WRF, openFOAM) modelov. Na podlagi zgornjih ocen in tehnič nih zmožnosti se bo izbralo in na ARSO rač unski infrastrukturi implementiralo model za napovedovanje in predvsem simuliranje meteoroloških polj v loč ljivosti okoli 100 m za več omejenih območ ij. Vhodni podatki za ta model bodo vetrovna polja iz meteorološke verige modelov, v primeru simulacij za pretekle dogodke pa se bo za asimilacijo uporabilo tudi talne meritve vetra ter vertikalnih profilov atmosfere. (npr. sodar/RASS in ultrazvoč ni anemometri). Vzporedno z zgornjo aktivnostjo bo za potrebe disperzije onesnaževal v urbani skali implementiran tudi model disperzije v urbani skali. Projektna ekipa bo morala preizkusiti različ ne pristope, njihovo ustreznost v specifič nih razmerah Slovenije in se na podlagi natanč ne analize odloč ila za eno rešitev ter jo tudi implementirala. Posodobitev rač unskega centra Nadgrajen fotokemijski disperzijski model s podvojeno loč ljivostjo bo približno 16-krat rač unsko zahtevnejši od sedanjih rač unskih operacij, zato je nujna s tem povezana nadgradnja rač unskih zmogljivosti superrač unalnika. Predvidena je nadgradnja superrač unalnika ARSO z novimi rač unskimi vozlišč i (približno 30 rač unskih vozlišč ). Ob tem je bilo upoštevano zgolj poveč anje rač unskih zmogljivosti na področ ju fotokemijskega disperzijskega modeliranja kemije ozrač ja. Za celotno sliko novih potreb pa bi bilo treba upoštevati celotno verigo modeliranja disperzije v urbani skali (kar v č asu pisanja tega dokumenta ni bilo mogoč e, ker še ni bil dokonč no izbran pristop k modeliranju v urbani skali). Prav tako bo postala velika težava shranjevanje velike količ ine podatkov, povezanih z modeliranjem kakovosti zraka po nadgradnji modelskih orodij. Za ta namen se bo kupilo veliko podatkovno skladišč e, ki bo poleg ustrezne kapacitete nudilo tudi primerno logiko za ravnanje s podatki. Starejši, manjkrat zahtevani podatki, se bodo kopirali na poč asnejše medije, bolj pomembni podatki pa bodo ostajali na hitro dostopnem delu podatkovnega skladišč a in po potrebi se bo avtomatsko izdelovala tudi njihova varnostna kopija. Receptorsko modeliranje Pri receptorskem modeliranju lahko na podlagi rezultatov kemič ne in elementne analize delcev na mestu meritev- receptorju določ imo prispevek virov k ravnem onesnaževal (Belis et al, 2014). Prednost je, da ne potrebujemo natanč nih evidenc izpustov in vhodnih meteoroloških podatkov ter majhna rač unska zahtevnost, zahtevajo pa obsežne kemijske analize. Pomanjkljivost receptorskih modelov v primerjavi z disperzijskimi je predvsem, da jih ne moremo uporabljati v prognostič nem nač inu, hkrati pa dobimo informacijo o 133 prispevkih virov le v toč ki receptorja. V okviru projekta bomo nadgradili obstoječ e in uvedli nove modele, pridobili profile lokalnih virov izpustov ter posodobili kemijski laboratorij. Nadgradnja obstoječ ih in uvajanje novih modelov Na ARSO se za določ itev prispevkov virov k ravnem delcev že uporablja model PMF (Positive Matrix Factorisation), ki ga je razvila Agencija za okolje Združenih držav Amerike (US-EPA). V dosedanjem delu smo prispevek posameznih skupin virov določ evali le v letnem povpreč ju. V okviru nadgradnje modela se bomo osredotoč ilo na obdobja, ko prihaja do preseganj dnevne mejne vrednosti. Poleg tega pa se bo za zanesljivejšo oceno prispevka virov k onesnaženosti zraka v operativno uporabo uvedlo tudi model CMB (Chemical Mass Balance), ki so ga tudi razvili na US EPA. Preskušen bo tudi pristop vključ itve meteoroloških parametrov v receptorsko modeliranje za določ anje virov onesnaževanja. Pridobitev profilov lokalnih virov izpustov V okviru projekta se nač rtuje tudi določ itev profilov znač ilnih virov izpustov. Ti podatki so sicer dostopni v različ ni literaturi, vendar pa je potrebno preveriti, ali so ti podatki reprezentativni za razmere v Sloveniji. Glede na pereč o problematiko emisij zaradi kurjenja z lesno biomaso v dotrajanih kurišč ih se bo projektna skupina osredotoč ila na pridobitev karakteristič nih profilov na dimnikih manjših objektov. Z vzorč enjem prahu ob cestišč ih in na drugih lokacijah, kjer prihaja do prašenja (npr. zaradi obdelovanja kmetijskih površin), pa se bo pridobilo informacijo o vplivu resuspenzije na nivoje delcev v posameznem okolju. Reprezentativni profili virov so kot vhodni podatek potrebni za uporabo modela CMB. Poleg tega reprezentativni profili virov olajšajo tudi interpretacijo rezultatov modela PMF. Posodobitev kemijsko analitskega laboratorija Za receptorsko modeliranje je potrebno poznati sestavo atmosferskih aerosolov na lokacijah, kjer se želi pridobiti informacijo o prispevku posameznih virov k onesnaženosti zraka. Potrebne so kemijske analize, ki obsegajo meritve elementov v sledovih, vsebnosti ionov, zvrsti ogljika, ter različ nih organskih indikatorjev v delcih. Za statistič ne modele receptorskega modeliranja kot je na primer model PMF, je za vsako receptorsko mesto potrebno zagotoviti podatke o elementni in kemijski sestavi vsaj 100 vzorcev. V okviru projekta Sinica se bo pridobilo predvsem opremo, ki bo omogoč ala analizo več jega števila vzorcev. Zaključ ek V okviru projekta Sinica bomo naslovili ključ ne vidike kakovosti zraka v Sloveniji in s premostitvijo vrzeli v poznavanju in kvantifikaciji procesov, ki bistveno določ ajo onesnaženost zraka, podprli pripravo uč inkovitih ukrepov za izboljšanje stanja. Projekt je zasnovan tako, da upošteva specifič ne nacionalne razmere. V zasnovi projekta smo posebno pozornost namenili usklajenosti in povezanosti posameznih sklopov, kar je pri tako širokem projektu predstavljalo poseben izziv. Izkorišč anje sinergij med sklopi projekta in komplementarni pristopi k analizi stanja bodo bistveno pripomogli k zanesljivosti rezultatov in prispevali k uč inkovitejši izrabi virov projekta. Tak pristop nam 134 je omogoč il širok spekter kompetenc, ki smo jih na ARSO razvili na področ ju okolja in meteorologije. Projekt Sinica sofinancirata Republika Slovenija (15 %) in Evropska unija iz Kohezijskega sklada (v višini 85 % upravič enih stroškov projekta). Projekt se izvaja v okviru Operativnega programa za izvajanje evropske kohezijske politike v obdobju 2014- 2020, prednostne osi »Boljše stanje okolja in biotske raznovrstnosti«, prednostne naložbe »Ukrepi za izboljšanje urbanega okolja, oživitev mest, sanacijo in dekontaminacijo degradiranih zemljišč (vključ no z območ ji, na katerih poteka preobrazba), zmanjšanje onesnaženosti zraka in spodbujanje ukrepov za zmanjšanje hrupa« in prispeva k doseganju specifič nega cilja »Boljše spremljanje kakovosti zraka za boljšo podporo pri pripravi nač rtov na tem področ ju«. Literatura Belis C.A., Larsen B.R., Amato F., El Haddad I., Favez O., Harrison R.M., Hopke P.K., Nava S., Paatero P., Prévôt A., Quass U., Vecchi R., Viana M. (2014). European Guide on Air Pollution Source Apportionment with Receptor Models ，European Commission, Joint Research Centre, doi:10.2788/9307 European Environmental Agency. (2017). Air quality in Europe — 2017 report, doi:10.2800/358908 Termonia, P., Fischer, C., Bazile, E., Bouyssel, F., Brožková, R., Bénard, P., Bochenek, B., Degrauwe, D., Derkova, M., El Khatib, R., Hamdi, R., Mašek, J., Pottier, P., Pristov, N., Seity, Y., Smolíková, P., Spaniel, O., Tudor, M., Wang, Y., Wittmann, C., and Joly, A. (2017) The ALADIN System and its Canonical Model Configurations AROME CY41T1 and ALARO CY40T1, Geosci. Model Dev. Discuss., https://doi.org/10.5194/gmd-2017-103, in review Trozzi C., Nielsen O-K., Plejdru M.S., Nielsen M., Kubica K., Paradiz B., Dilara P., Klimont Z., Kakareka S., Debsk B., Woodfield M., Stewart R., Whiting R., Visschedijk A., Kuenen J. (2016). Smal Combustion v EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook – 2016, European Environmental Agency Žabkar R., Rus M., Rakovec J., Štrajhar M. (2012): Prvi rezultati vrednotenja modelskega sistema ALADIN-CAMx za napovedovanje ozona in delcev v ozrač ju, Vetrnica (glasilo slovenskega meteorološkega društva), št. 04/12, str. 30-35