ÇEV 517 HAVA KİRLİLİĞİNİN MODELLENMESİ

Sunumun Amacı Atmosferin dinamik bir ortam olması nedeniyle, salınan ya da oluşan kirleticiler hem değişime uğramakta hem de farklı süreçler nedeniyle yer değiştirmektedir. Bu sunum kapsamında süreçlerin anlaşılması ve dolayısıyla model benzeri hava kalitesi yönetimi araçlarının temelerinin kavranması amaçlanmaktadır.

Atmosferik Dağılım Kaynaklardan atmosfere salınan kirleticilerin (gaz ve partikül madde) dağılımının belirlenmesi, özellikle ÇED ve diğer planlama çalışmaları için çok önemlidir.

Sanayi Kaynaklı Hava Kirliliğini Kontrolü Yönetmeliği Ek-2: Tesislerin Hava Kirlenmesine Katkı Değerlerinin Hesaplanması ve Hava Kalitesi Ölçümü Mevcut ve yeni kurulacak tesislerin etki alanında Hava Kirlenmesine Katkı Değeri (HKKD)’nin dağılım modellemesi kullanılarak hesaplanması………………… Saatlik kütlesel debi (kg/saat) değerleri Tablo 2.1’de verilen değerleri aşması halinde, tesis etki alanında emisyonların Hava Kirlenmesi Katkı Değeri (HKKD) mümkünse saatlik, aksi taktirde, günlük, aylık ve yıllık olarak hesaplanır

Tesisin Hava Kirlenmesine Katkı Değerinin (HKKD) hesaplanmasında göz önünde bulundurulan hususlar Tesis etki alanındaki topografik yapının etkileri ve Ek-4’de belirtilen baca yükseklikleri göz önüne alınır Hesaplamalar, tesis etki alanı dahilinde ortaya çıkan emisyonların, bir kimyasal veya fiziksel değişmeye uğramadığı kabul edilerek yapılır

Hava Kirlenmesine Katkı Değerinin Hesaplanacağı ve Hava Kalitesinin Ölçüleceği Alanın Belirlenmesi Etki Alanı: Emisyonların merkezinden itibaren bu yönetmelikte Ek-4’de verilen esaslara göre tespit edilmiş baca yüksekliklerinin 50 (elli) katı yarı çapa sahip alan İnceleme Alanı: Tesis etki alanı içinde kenar uzunlukları 1 km olan kare şeklindeki alanlardır. Kirlenme hakkında kararın verilemediği özel durumlarda inceleme alanının kenar uzunlukları 0,5 km olarak alınır. Tepe Noktası: Emisyon kaynağının kuzeyinden itibaren saat yönünde 10 derecelik ardışık açılarla emisyon kaynağına çizilen R m. yarıçapındaki çemberin kare şeklindeki inceleme alanı içinde kalan yayı kestiği noktalar tepe noktası olarak kabul edilir .

Hava Kalitesi ve Meteoroloji

Meteoroloji Atmosfer olaylarını inceleyen bilim dalı

Atmosfer Dinamiği Atmosfer sürekli hareket halindedir. Bu hareket, farklı meteorolojik faktörler tarafından oluşturulur, bunların en önemlileri sıcaklık ve basınç gradyanlarıdır.

Atmosferik hareketliliğin ölçekleri Mikro ölçek: 0 – 100 m. Örn: bacadan çıkan gazın dağılımı, büyük binaların etkisiyle oluşan kompleks akış rejimleri Mezo (orta) ölçek: Birkaç 100 km’ye kadar. Örn: kara-deniz meltemleri, dağ-vadi rüzgarları, yüksek-alçak basınç cepheleri Sinoptik ölçek: Birkaç 100-1000 km’ye kadar. Örn: hava sistemleri Küresel ölçek: 5000 km ölçeğini aşan atmosferik olaylar

Atmosferik hareketliliğin ölçekleri

Mikrometeoroloji Yer seviyesine yakın türbülant atmosfer tabakasını inceleyen bilim. Endüstriyel bir faaliyetin bacasından rüzgar yönünde uzaklaşılırken en yüksek yer seviyesi derişiminin ve bu derişimin gözleneceği uzaklığın bulunması gibi uygulamaları kapsar. Bunu yapabilmek için rüzgardaki salınımı ve ilgili diğer etkenleri (sıcaklığa bağlı tabakalaşma, yer biçimlerinin etkisi vb) bilmek gereklidir.

Temel teknik terminoloji Bağıl nem: atmosferdeki su içeriğinin, doygunluk su içeriğine oranıdır (diğer bir ifadeyle, su buharının kısmi basıncının verili sıcaklıktaki su buhar basıncına oranı)

Temel teknik terminoloji Sınır tabakası (boundary layer): Bir akışkanın bir yüzey boyunca yavaş hareketi (bunun hava kirliliği meteorolojisindeki karşılığı, atmosferik bileşenlerin iyi karışımının gerçekleştiği bir tabakadır) (Planetary Boundary Layer) Konveksyion (convection): atmosfer içinde ısı ya da diğer özelliklerin dikey hareketidir Adveksiyon (advection): ısının ya da diğer atmosferik özelliklerin yatay hareketidir

Temel teknik terminoloji Albedo: Gelen güneş radyasyonun, atmosfere yansıyan ya da saçılan kısmı Cephe: iki farklı hava kütlesinin arasındaki sınırda oluşan atmosferik olay

Kararlılık Kararsız Kararlı Nötr

Atmosferik Kararlılık İdeal gaz kanununa ve barometrik eşitliğe göre, atmosferde yukarı her 1 km çıkıldığında sıcaklık yaklaşık 10 ºC düşer. Çevresinden daha hafif olan bir gaz yukarıya yükselir. Diğer bir deyişle, çevresinden daha yüksek basınca (yani daha düşük yoğunluğa) sahip gaz yukarı hareket eder Sıcaklığı daha yüksek olan gazın basıncı daha yüksektir

Atmosferik Kararlılık O halde… Atmosfere sanılan bir gaz ortam havasından daha sıcaksa, yukarı hareket eder Çevresi kendisinden daha soğuk olduğu sürece, yukarı doğru olan hareketine devam eder

Atmosferik Kararlılık Ancak… Zaman zaman, daha önce bahsedilen dikey sıcaklık profili değişebilir (yüzeyin ani soğuması vb. nedenlerle). Aşırı bir durumda, yükseklik arttıkça sıcaklık sabit kalabilir ya da artabilir Bu gerçekleşirse, salınan gaz, çevresinden daha soğuk olacağı için dikeydeki yukarı hareketi durur..

Atmosferik Kararlılık Dikey hareketliliğin olmadığı bir atmosfer KARARLI bir atmosferdir Aşırı kararlı koşul durumuna TERSLENME (İNVERZİYON) adı verilir. Terslenme sırasında kirleticiler dağılamaz ve alt atmosferde birikerek, büyük kirlilik sorunu yaratırlar

Terslenme

Terslenme Sıcaklık profili Terslenme(inverziyon) tabakası

Atmosferik Kararlılık Dikey hareketlilik arttığında, atmosfer KARARSIZdır. Atmosferin karasız olması, istenen bir durumdur çünkü kirleticiler kolaylıkla dağılarak (dispersiyon) seyrelirler. Kararlı → KÖTÜ Kararsız → İYİ

Kararlı Atmosfer

Kararlı Atmosfer

Kararsız Atmosfer

Kararsız Atmosfer

Atmosferik Kararlılık Atmosfer kararlılık durumu bazı meteorolojik koşullara bağlıdır. Bunların en önemlileri Rüzgar hızı Güneş radyasyonu Bulut örtüsü

Atmosferik Kararlılık Biraz daha teknik bir yaklaşım…

Kuru adiyabatik sıcaklık düşüş hızı (Dry adiabatic lapse rate) Atmosferik basınç yükseklikle eksponansiyel olarak azalır. Böylece, bir hava parseli yukarı (ya da aşağı) hareket ettikçe, genişlemesi (sıkışması) ve soğuması (ısınması) gerekir.Kuru (su buharı içeren ama sıvı su damlaları içermeyen) bir atmosfer için, bu yer değiştirmeden kaynaklı yükseklikle sıcaklık düşü kuru adiyabatik sıcaklık düşme hızı olarak adlandırılır (Γ, DALR).

Kuru adiyabatik sıcaklık düşüş hızı (Dry adiabatic lapse rate) Adiyabatik terimi, sistemin enerjisinin, yer değiştirme sırasında korunduğunu ve çevreleyen hava ile enerji alışverişi olmadığını ifade eder

Potansiyel Sıcaklık (Θ) Herhangi bir basınçta (yükseklikte) bulunan havanın potansiyel sıcaklığı, adiyabatik olarak belli bir referans sıcaklığa getirilse sahip olacağı sıcaklıktır. (Bu referans sıcaklık çoğunlukla deniz seviyesi basıncıdır).

Atmosferik Kararlılık Pasquill kararlılık sınıfları Kararlılık sınıfı Tanım   Definition A Çok kararsız D nötr B kararsız E Hafif kararlı C Hafif kararsız F kararlı

Atmosferik Kararlılık Pasquill kararlılık sınıflarının tanımlayan meteorolojik koşullar Yüzey rüzgar hızı Güneş radyasyonu Gece bulut örtüsü m/s mi/h kuvvetli orta hafif > 50% < 50% < 2 < 5 A A – B B E F 2 – 3 5 – 7 C 3 – 5 7 – 11 B – C D 5 – 6 11 – 13 C – D > 6 > 13 Not: Tam kapalı havalarda rüzgar hızından bağımsız olarak kararlılık sınıfı D’dir.

Atmosferik Kararlılık Kararlı atmosferde Θ (potansiyel sıcaklık) yükseklikle artar, kararsız atmosferde ise yükseklikle azalır.

DALR: Dry adiabatic lapse rate (Kuru adiyabatik sıcaklık düşüş hızı): Atmosferde dağılımıyla ilgilendiğimiz hava parselini ifade eder. Teorik, dolayısıyla sabit bit değerdir. ~10ºC / 1 km ELR: Environmental Lapse Rate (Çevresel sıcaklık düşüş hızı): Atmosferdeki gerçek sıcaklık düşüş hızıdır. Genellikle radyosonda verileriyle elde edilir.

Nötr Kararlı Kararsız

Gerçek ve potansiyel sıcaklık profilleri

Karışma yüksekliği Karışma yüksekliği , hava kirliliği meteorolojisinde atmosferdeki dikey karışım yüksekliğinin sayısal ifadesidir. Dikeyde karışımın gerçekleşebildiği yüksekliktir. Belirlenmesi için dikey sıcaklık profili kullanılır. Değişik yüksekliklerden sıcaklık verisi yollayan bir radyosonda kullanılır. Kuru adiyabatik sıcaklık düşüş hızının radyosonda ölçüm değeriyle kesiştiği nokta karışma yüksekliğidir.

Karışma yüksekliği

Karışma yüksekliği

Duman dağılımı ve kararlılık sınıfı arasındaki ilişki Kirletici izi Konik dağılım

Duman dağılımı ve kararlılık sınıfı arasındaki ilişki Sıkışık dağılım Kirlilik dağılımı

Duman dağılımı ve kararlılık sınıfı arasındaki ilişki Fümigasyon (duman basması)

Modeller Dağılım modelleri: Atmosferdeki fiziksel, kimyasal ve dinamik süreçleri ayrıntılı bir kavranışı üzerine kuruludurlar. Emisyonlar ve ilgili diğer parametreler ile ilgili yeterli bilgi mevcut olduğunda, herhangi bir yer ve zamandaki derişimin tahmin edilmesini sağlarlar

Modeller Alıcı (reseptör) modelleri: Alıcı bir noktada ölçüm sonucu elde edilen verisetiyle bu derişimleri etkilemesi beklenen emisyonlar arasındaki ilişki üzerine kuruludur

Modeller Stokastik modeller: Atmosferik fiziksel süreçlerden bağımsız olarak, kirletici derişimleriyle bu derişimleri etkileyen faktörler arasındaki yarı ampirik matematiksel ilişkiler C(kirletici)=a+b.NO+c.SO2+d.RH+e.rüzgarhızı+……………………..

Modeller Kutu modelleri: Atmosferde tanımlanan bir birim hacme girdileri ve çıktıların kullanılmasıyla, o hacim içindeki ortalama derişimin belirlendiği modeller.

Gauss dağılım denklemi (Gauss duman denklemi) Dağılan dumanın şeklinin normal dağılım şeklinde olacağı varsayımı üzerine kuruludur

Gauss dağılım denklemi σy ve σz : y ve z yönündeki dağılım katsayıları u: duman yüksekliğindeki rüzgar hızı H: Toplam emisyon yüksekliği (Etkin baca yüksekliği) H = hs (baca yüksekliği) + Δh (duman yükselmesi)

Gauss dağılım denklemi (yerden tam yansıma olması durumunda)

Duman yükselmesi Çoğu duman hüzmesi bir çıkış hızına ve/veya kendisi ile çevresindeki havanın sıcaklık farkından kaynaklanan bir yükselme etkisine sahiptir. Bu nedenle, etkin baca yüksekliğinin, bacanın kendi yüksekliğinden farklı (genellikle daha yüksek) olması beklenir.

Duman yükselmesi Fb: Kaldırma kuvveti akısı (m4 s-3) Çıkış hızı Kaldırma kuvveti etkisi Fb: Kaldırma kuvveti akısı (m4 s-3) w0 : başlangıç duman çıkış hızı (m/s) R0 : bacanın iç yarıçapı (m) Tp0 : başlangıç duman sıcaklığı (K) Ta0 : Baca yüksekliğindeki atmosfer sıcaklığı (K).

Duman yükselmesi Kararsız-nötr atmosferde Fb < 55 ise, dh = 21 F0.75/uh Fb ≥ 55 ise, dh = 39 F0.6/uh Kararlı atmosferde dh = 2.6 (Fb/uS)1/3

h=[Vs*D/u] [1.5+2.68*10-3PD[(T s -T a)/T s] Duman yükselmesi Literatürde, farklı değişkenler içeren farklı duman yükselmesi formülleri bulunmaktadır. Örneğin; Holland formülü h=[Vs*D/u] [1.5+2.68*10-3PD[(T s -T a)/T s] h=duman yükselmesi (m) Vs=baca gazı çıkış hızı (m/s) D=baca çapı (m) U=rüzgar hızı (m/s) P=basınç (mbar) Ts=baca gazı sıcaklığı (K) Ta=atmosfer sıcaklığı (K)

σy ve σz’nin hesaplanması Grafik olarak

σy ve σz’nin hesaplanması Matematiksel

Rüzgar hızı & yükseklik u(z) = u0 (z /z0)p u(z) : z yüksekliğindeki rüzgar hızı, u0 : z0 yüksekliğindeki rüzgar hızı, p :atmosferik kararlılık sınıfına bağlı bir katsayı

Rüzgar hızı & yükseklik

Çizgi kaynak modelleri Basittenm karmaşığa pek çok çizgi kaynak modeli de mevcuttur. Örneğin bu örnekte, rüzgarın yola dik estiği bir durum söz konusudur. Bu durumda yoldan x metre uzaklıktaki bir alıcıdaki derişim şu şekilde hesaplanır: 2Q C(x)=---------------- (2П)1/2 σzu Çizgi kaynağa dik rüzgar U(m/s) Alıcır x Çizgi kaynak, Q(g/m.s)

Atmosferik Kararlılık

Karışma Yüksekliği Grafik olarak, DALR ile gerçek sıcaklık profilinin kesiştiği nokta karışma yüksekliğidir

Atmosferik Kararlılık Atmosferin kararlılık derecesi, hava parseli ve etrafındaki havanın sıcaklığı arasındaki farka göre belirlenir. Kararlı: Yeryüzüne yakın ve soğuk hava, üzerindeki sıcak hava nedeniyle hareketsiz kalır Kararsız: Hava parseli yukarı ya da aşağı hareket etme ve bu hareketi sürdürme eğilimindedir. Nötr: Koşullar, adiyabatik ısınma ya da soğumanın ötesinde hava hareketlerini hızlandırmıyor ya da yavaşlatmıyorsa

Kararsız koşullar Yükseklik Sıcaklık farkı Yükseklik Hafif kararsız Çok kararsız (km) (km) Sıcaklık Sıcaklık

Kararsız koşullar Kararsız koşullar çoğunlukla güneşlenmenin kuvvetli olduğu ve rüzgar hızlarının düşük olduğu açık günlerde oluşur Kararsızlığa neden olan bir diğer koşul, yükselen hava, bulutlar ve yağış ile karakterize olan siklonlardır (alçak basınç sistemleri)

Nötr Koşullar Yükseklik (km)

Nötr Koşullar Nötr koşullar genellikle rüzgarlı günlerde ya da bulutlu günlerde oluşur. Bulut varlığı nedeniyle yer yüzeyinde kuvvetli bir ısınma ya da soğuma görülmez.

Kararlı Koşullar Çok kararlı Yükseklik Hafif kararlı (km)

Kararlı Koşullar Kararlı koşullar genelde geceleri, rüzgar hızının çok düşük olduğu ya da durgun havalarda oluşur.

Koşullu kararlılık Yükseklik Kararsız Kararlı (km)

Terslenme (inverziyon) Terslenmeye neden olan dört ana etken vardır Yükseklik (km)

Radyasyon Yer yüzeyinin hızla soğuması sonucu oluşur. Çoğunlukla gece geç saat ve sabah erken saatte görülür Açık gökyüzü ve düşük hızlı rüzgarlarla oluşur.

Sübsidans (inici hava hareketleri) Antisiklonlar (yüksek basınç sistemleriyle ilişkilidir) Antisiklonda hava aşağıya doğru iniştedir. Bu alçalma da alçaklarda ısınmaya neden olur

Cepheler Farklı sıcaklıkta hava kütlelerinin karşılaşmasında (cephe) sıcak hava soğuk havanın üstüne yükselir Cephesel terslenme genelde daha kısa sürer

Adveksiyon Sıcak bir hava kütlesinin yatay hareketiyle ilişkilidir. Kışın daha ılık havanın karla kaplı ya da aşırı soğuk bir yüzey üzerinden geçmesiyle oluşur.

Adveksiyon Topoğrafik etkilerle sıcak havanın soğuk hava üstünden geçmesiyle de oluşabilir Genellikle dağların doğu yamaçlarında oluşur.

Atmosferik Dağılım ve Atmosferik Modeller

Giriş “Atmosferik dağılım” ve “atmosferik difüzyon” ifadelerinin çoğunlukla birbirinin yerine kullanıldığını duyarız Ancak yine de çoğunlukla türbülant olan atmosferde sıradan moleküler difüzyonun, kirleticilerin dağılımında tek belirleyici olmadığı gerçeğinden dolayı, “atmosferik dağılım”ı daha çok tercih ederiz.

Euler yaklaşımı Birim hacim içinde bir karışımı oluşturan tüm bileşenlerin bir madde denkliği oluşturduğu gerçeği üzerine kurulur. Zaman içinde maddenin birikimi hacmi terk eden miktara eklendiğinde, kimyasal tepkimeler, kaynaklardan salınımlar ve moleküler difüzyonla hacme katılım ile dengelenmelidir.

Lagrange yaklaşımı Türbülant difüzyona Lagrange yaklaşımı, temsili akışkan parçacıkları ile ilişkilidir. Tek bir parçacığın belli bir anda belli bir konumda olmasına dair olasılık fonksiyonları üzerine kuruludur.

Gauss dağılım modeli hangisine benziyor? Euler Lagrange

Modelleme Çalışmaları Emisyon envanteri Meteorolojik veri (Meteorolojik modelden) Kimyasal mekanizma Hava kalitesi verisi: Başlangıç, sınır, üst (top) derişimleri Coğrafi veri: Arazi kullanımı, bitki örtüsü, UV albedo (yansıma), su kütleleri, roughness length, vs. Fotoliz: Fotoliz hızları

Kentsel ve bölgesel hava kalitesi çalışmalarında cevap aranan sorular A kaynağının B alıcı noktasındaki derişimlere etkisi nedir? Hava kalitesi standardının altında kalacak şekilde kirletici derişimini azaltmak için optimum strateji nedir? Belli bir kirleticinin akısının artışı ya da azalışının hava kalitesine etkisi ne olacaktır? Planlanan bir kaynağın (endüstriyel faaliyet, otoyol, vb) çevresel etkilerin en aza indirilmesi için yer seçimi nasıl olmalıdır? Yarın ya da sonraki gün hava kalitesi nasıl olacak?

Modeller Emisyonlardaki değişimin açık ortam derşimlerinde nasıl bir değişime yol açacağını incelemenin en etkin araçlarındandır

Modeller Kabaca iki ana gruba ayrılabilir Fiziksel modeller Matematiksel modeller

Fiziksel modeller Gerçek bir sistemin küçük ölçekli temsilleri Örneğini bir kentin ya da onun bir parçasının rüzgar tünelindeki küçük ölçekli modeli

Matematiksel modeller Atmosferik fiziksel ve kimyasal süreçlerin temel tanımlarına dayalı modeller Verinin istatistik analizine dayalı modeller

ATMOSFERİK KİMYASAL TAŞINIM MODELLERİ Lagrange modelleri: Bir hava parselinin, atmosferde yer değiştirdikçe kimyasal bileşiminin değişimini simüle eden modeller Euler modelleri: Bir dizi sabit hücre içindeki derişimlerin değişimini tanımlayan modeller

Lagrange

Modeller ve boyutları 0 boyutlu (kutu modelleri) 1 boyutlu (kolon modelleri) 2 boyutlu 3 boyutlu

0 boyutlu (kutu modelleri) İncelenecek atmosferik sistem tek bir kutuyla temsil edilir Derişimler her noktada aynıdır Dolayısıyla yalnızca zamanın bir fonksiyonudur, c(t)

Euler kutu modeli Bileşenler kutuya iki şekilde girer: emisyonlar; taşınım: adveksiyon (bileşenlerin ortalama yatay hareketlerle yer değiştirmesi), ve türbülant karışımın soncu oluşan dikey hareket Bileşenler kutudan üç şekilde ayrılır: taşınım: kutu dışına adveksyion, ve dikey hareketlilik; Kimyasal dönüşümler; Giderim süreçleri: yüzeye kuru çökelme.

Lagrange kutu modeli Adveksyion terimi yoktur Ancak parsel değişik kaynak bölgelerinden geçtikçe kaynak terimleri değişir

1 boyutlu (kolon modelleri) Derişimler yüksekliğin ve zamanın fonksiyonudur , c(z,t) Yatay olarak homojen katmanlardan oluşur

1 boyutlu (kolon modelleri)

2 boyutlu modeller Derişimlerin bir boyut üzerinde sabit olup, diğer iki boyutun ve zamanın fonksiyonu olduğu varsayılır, örn: c (x,z,t) Çoğunlukla küresel atmosfer kimyası çalışmalarında kullanılırlar. Derişimlerin enleme ve yüksekliğe bağlı olduğu, boylama bağlı olmadığı varsayılır

2 boyutlu modeller

3 boyutlu modeller Derişimlerin tüm boyutların ve zamanın fonksiyonu olarak hesaplandığı modellerdir, c(x,y,z,t) Daha kompleks ama daha doğru sonuç veren modellerdir

3 boyutlu modeller

ISC (Industrial Source Complex)

ISC ISC modeli ücretsiz olması pratik olması girdi ihtiyacının görece az olması gibi nedenlerle ÇED çalışmalarında sıklıkla kullanılan bir modeldir.

ISCST-ISCLT İki versiyonu bulunmaktadır: ISCST (Industrial Source Complex Short Term) ISCLT (Industrial Source Complex Long Term)

Kısa dönemli Industrial Source Complex (ISCST) modeli, tipik bir endüstriyel kaynaktan yayılan emisyonların geniş bir alanda dağılımını hesaplayabilmektedir. Modelin temeli Gauss Dağılımına dayanmaktadır

ISC-emisyon kaynakları nokta kaynaklar hacimsel kaynaklar alansal kaynaklar açık alan kaynakları

ISC-emisyon kaynakları Modelde ele alınan kaynaklardan çıkan emisyonların hızı sabit kabul edilebileceği gibi ay, mevsim, ya da başka bir zaman periyodu için değişken olarak alınabilir. Emisyon kaynakları, tek olarak, ya da grup olarak belirlenebilir. Kısa dönemli model (ISCST) için kullanıcı, bazı emisyon kaynakları veya kaynakların tamamı için saatlik emisyon hızı da tanımlayabilir

ISC-emisyon kaynakları Uzun dönemli ISC Modeli (ISCLT) için uzun süre içinde toplanmış meteorolojik veriler kullanılmaktadır. Uzun dönem için kullanılan ISC modelinin kısa dönem için kullanılan modelden tek farkı, kullanılan meteorolojik verilerdedir. ISCST saatlik meteorolojik veriler, ISCLT yıllık meteorolojik veriler kullanmaktadır.

ISC-meteoroloji saatlik meterolojik verilere ihtiyaç duymaktadır. her kaynak ve alıcı kombinasyonu için çökelme veya konsantrasyon değerlerini,meterolojik girdilerin verildiği her saat için hesaplamaktadır.

ISC-meteoroloji Kısa dönemli model; rüzgar hızı rüzgar yönü karışma yüksekliği (sabah ve öğleden sonra), sıcaklık basınç gibi parametreleri içeren saatlik meteorolojik verilere ihtiyaç duymaktadır.

Emisyon envanterleri

Emisyon envanteri Belirtilen bir coğrafi alan Belirtilen bir süre Belirtilen kaynaklar Belli kirleticiler için Emisyon miktarlarının hesabıdır

Emisyon envanteri Hava kalitesinin değerlendirilmesi için önemli, model çalışmaları için zorunlu girdidir. En önemli olduğu varsayılan kaynak tiplerinden (evsel ısınma, sanayi, motorlu taşıtlar, vb) başlamak üzere mümkün olduğunca fazla sayıda bileşen için hazırlanmalıdır.

HAVA KALİTESİ DEĞERLENDİRME VE YÖNETİMİ YÖNETMELİĞİ Hava Kalitesinin Değerlendirilmesi – Madde 8’de emisyon envanterlerinin rolünden bahsedilmektedir Temiz Hava Planı – Madde 10 İl çevre ve orman müdürlükleri, emisyon envanterleri oluşturabilir. 

Emisyon faktörleri EMEP CORINAIR emisyon faktörleri EEA (European Environment Agency), 2004. EMEP/CORINAIR Emission Inventory Guidebook EPA emisyon faktörleri Literatürden bulunacak diğer (özellikle yerel) emisyon faktörleri

Fotokimyasal modeller

Türkiye’de bugüne dek fazla önemseyen bir kirletici: Ozon Diğer klasik kirleticilerden farklı olarak ozonun asıl etkisi kent merkezinden uzakta ve şehir dışlarında görülmesi nedeniyle, ve dağılımı çok farklı olabildiği için ölçümlerin yanında ozon için hava kalitesi modelleri neredeyse bir zorunluluk olmaktadır.

Ozon oluşumunda VOC/NOX Oranının Önemi

VOC/NOX Oranının Önemi VOC/NOX oranının önemi, hava kalitesi yönetimi politikalarının troposferik ozonla ilgili olanlarını da belirler Belli bir alan için ozonun azaltılması için NOx ya da UOB emisyonlarından hangisinin azaltılmasının daha önemli olduğu önemlidir Bu amaca yönelik en etkin araçlardan biri modellemedir

VOC/NOX Oranının Önemi Bu nedenle, ozon sorunun yaşandığı bölgelerde gelecek için öngörülen kirletici emisyon senaryolarının ne kadar etkin olacağının sınanmasında modeller çok önemlidir.

Bir örnekte, % 35 NOx emisyon azaltımı ve % 35 VOC emisyon azaltımının ozon seviyelerine etkisi Görüldüğü gibi soruya verilecek yanıt da tek değildir. Ozonun nerede azaltılmak istediğine göre alınması gereken önlem değişir.

Modelleme Çalışmaları Emisyon envanteri Meteorolojik veri (Meteorolojik modelden) Kimyasal mekanizma Hava kalitesi verisi: Başlangıç, sınır, üst (top) derişimleri Coğrafi veri: Arazi kullanımı, bitki örtüsü, UV albedo (yansıma), su kütleleri, roughness length, vs. Fotoliz: Fotoliz hızları

Kimyasal mekanizmalar Atmosferde meydana gelen binlerce tepkimeden önemli olanlarının değişik yöntemlerle derlendiği kimyasal mekanizmalar tanımlanmıştır En sık kullanılanları: Carbon Bond IV SPARC97

KULLANILAN KİMYASAL MEKANİZMANIN ETKİSİ

Kimyasal mekanizma: Carbon Bond IV CO Carbon monoxide FORM Formaldehyde ALD2 Higher aldehyde (based on acetaldehyde) C2O3 Acylperoxy radical (based on acetylperoxy) XO2 NO to NO2 conversion from alkylperoxy (RO2) radical PAN Peroxyacyl nitrate (based on peroxyacetyl nitrate) PAR Paraffin carbon bond (C-C) XO2N NO to organic nitrate conversion from alkylperoxy (RO2) radical ROR Secondary alkoxy radical NTR Organic nitrate (RNO3) OLE Olefin carbon bond (C=C) ETH Ethene

Fotokimyasal modellerde nested grid özelliği

Fotokimyasal model (CAMx) Meteorolojik model (MM5) Yükseklik, coğrafi konum TUV CBS PAR Meteorolojik-kimyasal model arayüzeyi (mm5camx) Meteorolojik değişkenler (rüzgar, basınç-yükseklik, nem, sıcaklık, dikey yayılma, bulut parametreleri) Sıcaklık, yaprak yoğunlukları, emisyon faktörleri, bitki örtüsü verisi Biyojenik emisyonlar Fotokimyasal model (CAMx) Emisyon bilgileri (üretim, ulaşım, vd), emisyon faktörleri Antropojenik emisyonlar Arazi kullanımı, albedo Fotoliz hızları Arazi kullanımı verisi Yeniden sınıflandırma(CBS) Meteorolojik model (MM5) Sonuçların görselleştirilmesi NCEP Global Analyses verisi

AOT40 Bitkilerin ozona karşı hassasiyetleri daha yüksek olduğundan, ozona maruziyetin bir ifadesi olan AOT40 parametresi kullanılmaktadır AOT40: Accumulated Exposure Over a Treshold of 40 ppb (40 ppb sınırı üzerinde birikmiş maruziyet) (µg/m3·h) Bitkilerin ozona karşı hassasiyetleri farklı olduğundan, WHO farklı bitki türleri için farklı AOT40 sınır değerleri belirlemiştir

Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi Yönetmeliğinde ozon için belirlenen hedef değerler (μg/m3)

AOT40 Her tarımsal alanda ayrı ayrı ölçüm yapmak çok zahmetli ve masraflı olacağından AOT40 parametresine göre değerlendirmelerde modellerin rolü önemlidir.

Uzun vadeli hedef: 6000 μg/m3.h Anadolu Üniversitesi İki Eylül Kampüsündeki ölçümlere göre 2005 yılı AOT40 değerleri (Mayıs-Temmuz 2005) 08:00-20:00 arası AOT40 (μg/m3.h) Mayıs 2005 8851 Haziran 2005 8856 Temmuz 2005 10233 TOPLAM 27940 2020 hedefi: 18000 μg/m3.h Uzun vadeli hedef: 6000 μg/m3.h

Dağılım (dispersiyon) modelleri

AERMOD Modelleme Sistemi Sınır tabakası içindeki türbülans yapısına dayalı olarak hava dağılımı hesaplayan bir yatışkın-hal modelidir Hem yüzey hem de yüksek kaynaklar için Hem basit hem karmaşık topografya için kullanılabilir.

CALPUFF Modelleme Sistemi Yatışkın olmayan hal puff modelidir. Meteorolojik koşullardaki zamana ve uzama bağlı değişimini kirletici taşınımına, dönüşümüne ve giderimine etkisini simüle edebilir. Uzun mesafeli taşınım ve karmaşık topoğrafya için kullanılabilir.

Fotokimyasal modeller

Community Multi-scale Air Quality (CMAQ) EPA’nın CMAQ modelleme sistemi CMAS merkezi tarafından desteklenmektedir. Kentsel ölçekten bölgesel ölçeğe kadar olan ölçeklerde pek çok farklı bileşen için ve farklı hava kirliliği konuları (troposferik ozon, küçük boyutlu partiküller, toksik bileşenler, asit çökelmesi, görünürlükte azalma, vb) için etkin olarak kullanılabilir.

Comprehensive Air quality Model with extensions (CAMx) Çok farklı coğrafi ölçekler için kullanılabilir Hem inert bileşenler hem de kimyasal olarak aktif pek çok sayıda bileşenler (ozon, partikül madde, inorganik ve organik PM2.5/PM10, cıva ve diğer toksik maddeler, vb) için etkin olarak kullanılır. Grid içinde duman (plume in grid) ve kaynak ayrıştırma (source apportionment) gibi özelliklere de sahiptir.

Regional Modeling System for Aerosols and Deposition (REMSAD) REMSAD was designed to calculate the concentrations of both inert and chemically reactive pollutants by simulating the physical and chemical processes in the atmosphere that affect pollutant concentrations over regional scales. It includes those processes relevant to regional haze, particulate matter and other airborne pollutants, including soluble acidic components and mercury.

Urban Airshed Model Variable Grid (UAM-V ®) UAM-V Fotokimyasal Modelleme Sistemi 1970’ierde geliştirilmiş ve ozonla ilgili hava kalitesi çalışmalarında sıklıkla kullanılmıştır. 3 boyutlu bir fotokimyasal grid modelidir. İnert ve kimyasal olarak aktif maddelerin seviyelerini, bunları belirleyen fiziksel ve kimyasal süreçlere göre hesaplamakta kullanılır. En sık kullanıldığı alan, özel meteorolojik koşulların etken olduğu ve yüksek ozon seviyelerinin gözlendiği “episod”ların simülasyonudur.

Reseptör modelleri

Kimyasal Kütle Denkliği Chemical Mass Balance (CMB) Kimyasal kütle denkliği yönteminin (ve aynı ismi taşıyan EPA-CMB ya da benzeri modellerin) özü, alıcı bir noktada gözlenen derişimlerde, her kaynağın katkısını nicel olarak ifade etmektir. Genelde, tek tek kirletici emisyon noktaları değil, kirletici tipleri ele alınır. (kömür kullanımı, doğal toz, taşıt araçları, sanayi, vb).

UNMIX The EPA UNMIX model “unmixes” the concentrations of chemical species measured in the ambient air to identify the contributing sources. Chemical profiles of the sources are not required, but instead are generated internally from the ambient data by UNMIX, using a mathematical formulation based on a form of factor analysis. For a given selection of species, UNMIX estimates the number of sources, the source compositions, and source contributions to each sample.

Positive Matrix Factorization (PMF) PMF yöntemi, etkin bir faktör analizi yöntemidir. Alıcı bir noktada gözlenen uzun süreli verilerdeki değişimlerin istatistik analizi sonucu, hangi kaynakların (taşıtlar, doğal toz, kömür kullanımı, deniz, vb).