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AREP GAW AQ forecasting examples GCl i ARIANET G. Calori, ARIANET
45

Dec 12 - 03 - Calori - AQ Forecasting Examplesgurme/Dec 12 - 03... · Improvement work (2) Saharan dust events I picchi di PM10 dei giorni 6-7 hanno luogo in condizioni perturbat

Feb 04, 2020

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AREPGAW

AQ forecasting examples

G C l i ARIANETG. Calori, ARIANET

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AREPGAW

The Rome airThe Rome airThe Rome air The Rome air qualityquality

forecast systemforecast system

2

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AREPGAW

The Rome AQFS

Purpose & contextProvide daily information (48 hrs ahead) on air quality in Rome metropolitan area and in the surrounding region

M d b R i l EPA (ARPA L i ) ith ARIANET tManaged by Regional EPA (ARPA-Lazio), with ARIANET support

Support ARPA-Lazio in its institutional dutiesInformation to the publicInformation to the public

Currently being put on-line

3Project of EC 5th Framework Program http://fumapex.dmi.dk/

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AREPGAW

The Rome AQFS

Computational domains

5000000

5500000

4500000

40000004800000

0 500000 1000000 1500000 2000000

35000004700000

4750000

4600000

4650000

RAMS

FARM

RAMS meteorological model

STAM/FARM air quality model

4600000 650000 700000 750000 800000 850000 900000 950000 1000000

4500000

4550000FARMSTAM/FARM air quality model

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AREPGAW

The Rome AQFS

ArchitectureSynoptic meteorologicalforecast (NCEP)forecast (NCEP)

GAPMeteo model Interface

RAMS

Meteorological input

GAPSurfPRO

Geographic data

Emission input

EMMA 760000 780000 800000 820000

4620000

4630000

4640000

4650000

4660000

4670000

Emission proc. Air quality model

STEM/FARMEmission inventories

EMMA

National scale air qualityforecast (QualeAria)

5

Concentration fields

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AREPGAW

The Rome AQFS

Emission inventory: sectors distribution

Province of Rome totals

90%

100%

OTHER SOURCES AND SINKS

AGRICULTURE

Province of Rome totals

60%

70%

80%AGRICULTURE

WASTE TREATMENT AND DISPOSAL

OTHER MOBILE SOURCES

ROAD TRANSPORT

30%

40%

50%SOLVENT

EXTRACTION AND DISTRIB.OF FOSSILFUELSPRODUCTION PROCESSES

COMBUSTION IN MANUFACTURING

0%

10%

20%

INDUSTRYNON-INDUSTRIAL COMBUSTION PLANTS

COMBUSTION IN ENERGY ANDTRANSFORMATION INDUSTRIES

6

0%CO NMVOC NH3 NOX PM10 SO2

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The Rome AQFS

Emissions: point sources inventory

For each stack:For each stack:

• location• height• diameter• diameter• exit speed &

temperature• pollutants

pemission rates

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AREPGAW

The Rome AQFS

Emissions: line sources

Metropolitan area road network

• ~ 9000 links

• traffic assignment model+

• emissions module• emissions module

On each link:• vehicles flow & speedvehicles flow & speed• hourly emission rates by

vehicle category

8

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The Rome AQFS

Emissions: area sources inventory

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AREPGAW

The Rome AQFS

Modeled emissions input

Characterized in space, time & by chemical specieschemical species

10

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AREPGAW

The Rome AQFS

Chemical boundary conditionsNONO22 -- 15 Nov 2008 hr 2015 Nov 2008 hr 20

QualeAria national system

11

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AREPGAW

The Rome AQFS

Hourly concentration maps• STEM/FARM 3D Eulerian model• 48 hrs ahead• PM10, O3, NO2, CO, SO2, benzene, …• estimation of indicators according to legislation + exceedance

Regional domain

Rome metropolitan area

Mean 13 Feb 2008

12

Mean 13 Feb 2008

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AREPGAW

The Rome AQFS

Maps distribution: 1 - web site

13http://www.aria-net.eu/ROMA/index.html

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AREPGAW

The Rome AQFS

Maps distribution: 2 – Google Earth

14http://www.aria-net.eu/ROMA/lazio_link.kml http://www.aria-net.eu/ROMA/roma_link.kml

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AREPGAW

The Rome AQFS

Improvement work (1)

PM10 AdaSeptember-October2008

Peaks of 6-7 and 11-12 Sept partially due to transport of

Saharan dust

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AREPGAW

The Rome AQFS

Improvement work (2)Saharan dust events

I picchi di PM10 dei giorni 6-7 hanno luogo in condizioni perturbate, in corrispondenza di valori bassi osservati per NO2 e PM2.5 e sono attribuibili prevalentemente al trasporto di polveri sahariane.Nei giorni 11-12 settembre si osservano invece valori elevati di NO2 e rialzi di PM2.5 dovuti alla fase finale di un lungo periodo di alta

Saharan dust eventsTOMS satellite data

g g ppressione persistente. Si ha quindi sovrapposizione di contributo long range e di accumulo degli inquinanti emessi localmente.

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AREPGAW

Saharan dust events

The Rome AQFS

Improvement work (3)Saharan dust events

DREAM modelled data

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AREPGAW

The Turin air qualityThe Turin air qualityThe Turin air qualityThe Turin air qualityforecast systemforecast system

18

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AREPGAW The Turin & Piemonte AQFS

• Operated since 2006

• Multiple years of historical data record

• Growing experience & understanding

• Confidence in performance

• Off-line counterpart for planning & emissions reduction programs

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AREPGAW The Piemonte & Turin AQFS

g1 Piemonteg2 Novara

g2 Turin

20

24/02/2007- PM10 daily mean [μg/m3] (run 23/02/2007)

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AREPGAW

The Piemonte & Turin AQFS

Architecture

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AREPGAW

The Piemonte & Turin AQFS

Scheduling

Step1Input data processing

Step2Air quality simulation

• Forecast time: 48 hours (2 days forecasts, starting from today 01:00 a.m)

• Pollutants: SO2, NOx, NO2, CO, PM10, PM2.5, O3 and C6H6

• Time resolution: 1 hour;

22

• Post-processing: maps, air quality indicators and Torino metropolitan area Air Quality Index (IQA)

• Forecast dissemination: forecast products are delivered to Torino and Novara Provinces, where they can be browsed and redistributed to end users and public through the web (e.g. http://www.provincia.novara.it/arianova/WEB/index.html)

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AREPGAW Novara Province

M b itMaps on web site

i Q li dAir Quality Index

http://www.provincia.novara.it/arianova/WEB/index.htmlhttp://www.provincia.novara.it/arianova/WEB/index.html

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Road panels

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AREPGAW

The Piemonte & Turin AQFS

Verification against measurements (1)Jul 2006 - Jul 2007Jul 2006 - Jul 2007

Forecasted Air Quality Index for Torino urban areaForecasted Air Quality Index for Torino urban area

AQI frequency distribution Predicted Observed

Satisfactory agreement

Underestimation of IQA in higher observed values (mainly due to PM10 underestimation during winter season)

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g ( y 10 g )

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AREPGAW

The Piemonte & Turin AQFS

Verification against measurements (2)Jul 2006 - Jul 2007Jul 2006 Jul 2007

PMPM1010TO Consolata

O3 daily maximum 8-hour running averageDruento – La Mandria

(+48 forecast, g2 grid)

TO Consolata Druento – La Mandria

25

• forecasted PM10 daily averages within the accuracy required by EU and Italian legislations (dotted red lines) at almost station locations

• greater underestimation for stations located outside the Torino metropolitan area

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AREPGAW Resolution & comparison against measurements

“Domain A”Ivrea

(25x25 km)

“Domain B”Torino province(120x100 km)

As seen from domain B Domain A

60

80

112

49 51IvreaIvrea

NO

20

30

40

NO2Yearly

averages

26

0

10

ug/m31999Year of measured values: 2000

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AREPGAW Multiple AQFS

National (ENEA/ARIANET)

ARPA Piemonte

ARPA Lazio

ARPA Puglia

CIPA

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AREPGAW

Examples ofExamples ofExamples of Examples of Air QualityAir Quality

Forecast SystemsForecast Systems

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AREPGAW Beijing AQFS

Partner: BMEMCTarget area: Beijing & Tianjin3 domains zooming: 45 → 15 → 5 kmMM5 + CHIMERE

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AREPGAW Paris

30http://www.airparif.asso.fr/index.php?setlang=en

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AREPGAW Oslo

31http://www.luftkvalitet.info/Default.aspx?pageid=838&show=2

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AREPGAW Northrhine-Westfalia

32http://www.eurad.uni-koeln.de/index_e.html

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AREPGAW Pacific Northwest

33http://lar.wsu.edu/airpact-3//

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AREPGAW Sussex AQFS

34http://www.sussex-air.net/air_quality_forecasts.html

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AREPGAW Haifa

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Link al sito web

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AREPGAW Toronto

36http://www.weatheroffice.gc.ca/airquality/pages/onaq-001_e.html

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AREPGAW Portugal

37http://www2.dao.ua.pt/gemac/previsao_qar/

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AREPGAW Public awareness

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AREPGAW Communication

Media:• internet (web site, Google Earth …)

• TV newspapers• TV, newspapers• text/SMS, fax, voice mail, e-mail …• road panels• others …

Which quantity?• concentration values (max, 24 hrs avg., …)• synthetic indexes (AQI categories)

Information types:• messages bulletins• messages, bulletins • time series at selected locations• maps

39

… depending on the audience & purpose

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AREPGAW Forecast purposes

• Public health notification

• Episodic control programs

• Specialized monitoring programs

• Knowledge base for planning & emissions reduction programs

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AREPGAW Forecast for industrial sites

The PRIOLO industrial complexp

Milazzo

GelaPriolo

4600000

4800000

5000000

4130

4000000

4200000

4400000

4120

4125 Brucoli

Ogliastro

Villasmundo

Augusta

0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 14000003600000

3800000

4110

4115

Nor

d (U

TM 3

3 km

)

CIPA

SanFocà

Farodromo

Melilli Bondife

41500 505 510 515 520 525 530Est (UTM33 - km)

4100

4105

Belvedere Floridia Siracusa

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AREPGAW

The PRIOLO industrial complex

SARO – user interface

• Check modelling system computing status

42

• Check modelling system computing status

• Verify results of every step of the computational chain

• Visualise pollutant concentrations

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AREPGAW

The PRIOLO industrial complex

Continuous plumes following

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AREPGAW

The PRIOLO industrial complex

Accidental events

44

30 April 2006 Accident

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AREPGAW Credits

Many thanks to colleagues from …• ARPA Lazio• ARPA Piemonte• CIPA• ENEAENEA• ARIA Technologies• ARIANET

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http://www.chemicalweather.eu/