Веб-система прогнозирования атмосферного загрязнения в Украине на основе цепи моделей прогноза погоды и атмосферной дисперсии
У представленій роботі запропонована інформаційна технологія, яка дозволяє прогнозувати атмосферне поширення забруднюючих речовин у результаті аварійних викидів в Україні на основі ланцюга моделей чисельного прогнозування погоди та атмосферного переносу, а також веб-технологій для завдання вхідних д...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Математичні машини і системи |
|---|---|
| Дата: | 2019 |
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/162285 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Веб-система прогнозування атмосферного забруднення в Україні на основі ланцюга моделей прогнозу погоди та атмосферної дисперсії / С.Я. Майстренко, О.В. Халченков, Т.О. Донцов-Загреба, В.П. Беспалов, К.В. Хурцилава, О.О. Полонський, І.В. Ковалець // Математичні машини і системи. — 2019. — № 2. — С. 71–79. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860249491736625152 |
|---|---|
| author | Майстренко, С.Я. Халченков, О.В. Донцов-Загреба, Т.О. Беспалов, В.П. Хурцилава, К.В. Полонський, О.О. Ковалець, І.В. |
| author_facet | Майстренко, С.Я. Халченков, О.В. Донцов-Загреба, Т.О. Беспалов, В.П. Хурцилава, К.В. Полонський, О.О. Ковалець, І.В. |
| citation_txt | Веб-система прогнозування атмосферного забруднення в Україні на основі ланцюга моделей прогнозу погоди та атмосферної дисперсії / С.Я. Майстренко, О.В. Халченков, Т.О. Донцов-Загреба, В.П. Беспалов, К.В. Хурцилава, О.О. Полонський, І.В. Ковалець // Математичні машини і системи. — 2019. — № 2. — С. 71–79. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Математичні машини і системи |
| description | У представленій роботі запропонована інформаційна технологія, яка дозволяє прогнозувати атмосферне поширення забруднюючих речовин у результаті аварійних викидів в Україні на основі ланцюга моделей чисельного прогнозування погоди та атмосферного переносу, а також веб-технологій для завдання вхідних даних, отримання та візуалізації результатів. Для прогнозування забруднення атмосфери після аварійного викиду в Україні створена і встановлена для дослідної експлуатації пілотна версія веб-системи. У системі можна проводити розрахунки поширення на відстані до 3000 км від джерела. Система може бути доопрацьована для роботи у хмарній інфраструктурі. Модель атмосферної дисперсії CALPUFF призначена для розрахунку переносу трьох основних типів забруднень: аерозолів, газів і пасивної домішки.
В представленной работе предлагается информационная технология, которая позволяет прогнозировать атмосферное распространение загрязняющих веществ в результате аварийных выбросов в Украине на основе цепочки моделей численного прогнозирования погоды и атмосферного переноса, а также веб-технологий для задания входных данных, получения и визуализации результатов. Для прогнозирования загрязнения атмосферы после аварийного выброса в Украине создана и установлена для опытной эксплуатации пилотная версия веб-системы. В системе можно проводить расчеты распространения на расстоянии до 3000 км от источника. Система может быть доработана для работы в облачной инфраструктуре. Модель атмосферной дисперсии CALPUFF предназначена для расчета переноса трех основных типов загрязнений: аэрозолей, газов и пассивной примеси.
In the paper the information technology is suggested, it allows predicting the atmospheric distribution of pollutants resulting from emergency emissions in Ukraine based on a chain of models of numerical weather forecasting and atmospheric dispersion, as well as web technologies for setting input data, obtaining and visualization of the results. A pilot version of the web-system of atmospheric pollution forecasting following accidental release in Ukraine was created and installed for test operation. The system allows calculations of dispersion up to 3000 km distances from the source. The system can be configured to operate in cloud infrastructure. The atmospheric dispersion model CALPUFF is configured to calculate the transport of three main types of pollution: aerosols, gases and passive tracer.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:41:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
doi
© Майстренко С.Я., Халченков О.В., Донцов-Загреба Т.О., Беспалов В.П.,
Хурцилава К.В., Полонський О.О., Ковалець І.В., 2019 71
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2019, № 2
МОДЕЛЮВАННЯ І УПРАВЛІННЯ
УДК 528.9
С.Я. МАЙСТРЕНКО
*
,
О.В. ХАЛЧЕНКОВ
*
, Т.О. ДОНЦОВ-ЗАГРЕБА
*
, В.П. БЕСПАЛОВ
*
,
К.В. ХУРЦИЛАВА
*
, О.О. ПОЛОНСЬКИЙ
*
, І.В. КОВАЛЕЦЬ
*
ВЕБ-СИСТЕМА ПРОГНОЗУВАННЯ АТМОСФЕРНОГО ЗАБРУДНЕННЯ В
УКРАЇНІ НА ОСНОВІ ЛАНЦЮГА МОДЕЛЕЙ ПРОГНОЗУ ПОГОДИ ТА
АТМОСФЕРНОЇ ДИСПЕРСІЇ
*
Інститут проблем математичних машин и систем НАН України, м. Київ, Україна
Анотація. У представленій роботі запропонована інформаційна технологія, яка дозволяє прогно-
зувати атмосферне поширення забруднюючих речовин у результаті аварійних викидів в Україні на
основі ланцюга моделей чисельного прогнозування погоди та атмосферного переносу, а також
веб-технологій для завдання вхідних даних, отримання та візуалізації результатів. Для прогнозу-
вання забруднення атмосфери після аварійного викиду в Україні створена і встановлена для дослі-
дної експлуатації пілотна версія веб-системи. У системі можна проводити розрахунки поширення
на відстані до 3000 км від джерела. Система може бути доопрацьована для роботи у хмарній
інфраструктурі. Модель атмосферної дисперсії CALPUFF призначена для розрахунку переносу
трьох основних типів забруднень: аерозолів, газів і пасивної домішки. Зазначені значення параме-
трів описують сухі випадіння газів, типові геометричні характеристики забруднюючих речовин,
що моделюються у вигляді частинок, а також типові параметри вологого випадіння. Користува-
чам системи були надані можливості візуалізації результатів моделювання, такі, як просторово-
часовий розподіл концентрацій і випадінь у картографічній формі та у вигляді часових діаграм
концентрацій і випадінь у комірках сітки. Якщо необхідно виводити результати в певних точках,
які не співпадають із центрами комірок сітки, користувач може вказати точкові рецептори для
виведення результатів. Крім стандартних характеристик, користувачам системи надається
можливість виведення результатів моделювання, які можна порівняти з нормативними характе-
ристиками забруднення, а саме: з середньодобовими і максимальними концентраціями забрудню-
ючих речовин. Розроблена інформаційна технологія може бути використана в Українському гід-
рометеорологічному центрі, Державній службі з надзвичайних ситуацій і інших відомствах, яким
потрібні докладні дані гідрометеорологічного аналізу і прогнозування. Розроблені сервіси також
можуть бути надані широкому колу дослідників навколишнього середовища в рамках Європейської
хмарної ініціативи.
Ключові слова: забруднення атмосфери, атмосферне перенесення і транспорт, інформаційно-
аналітичні системи, веб-системи.
Аннотация. В представленной работе предлагается информационная технология, которая поз-
воляет прогнозировать атмосферное распространение загрязняющих веществ в результате ава-
рийных выбросов в Украине на основе цепочки моделей численного прогнозирования погоды и ат-
мосферного переноса, а также веб-технологий для задания входных данных, получения и визуали-
зации результатов. Для прогнозирования загрязнения атмосферы после аварийного выброса в
Украине создана и установлена для опытной эксплуатации пилотная версия веб-системы. В си-
стеме можно проводить расчеты распространения на расстоянии до 3000 км от источника. Си-
стема может быть доработана для работы в облачной инфраструктуре. Модель атмосферной
дисперсии CALPUFF предназначена для расчета переноса трех основных типов загрязнений:
аэрозолей, газов и пассивной примеси. Указанные значения параметров описывают сухое осажде-
ние газов, типичные геометрические характеристики загрязняющих веществ, моделируемых в ви-
де частиц, а также типичные параметры влажного осаждения. Пользователям системы были
предоставлены возможности визуализации результатов моделирования, таких, как простран-
ственно-временное распределение концентраций и осаждений в картографической форме, а
также в виде временных диаграмм концентраций и осаждений в ячейках сетки. Если необходимо
72 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2019, № 2
выводить результаты в определенных точках, которые не совпадают с центрами ячеек сетки,
пользователь может указать точечные рецепторы для вывода результатов. Помимо стандарт-
ных характеристик, пользователям системы предоставляется возможность вывода результатов
моделирования, которые можно сравнить с нормативными характеристиками загрязнения, а
именно с среднесуточными и максимальными концентрациями загрязняющих веществ. Разрабо-
танная информационная технология может быть использована в Украинском гидрометеорологи-
ческом центре, Государственной службе по чрезвычайным ситуациям и других ведомствах, кото-
рым требуются подробные данные гидрометеорологического анализа и прогнозирования. Разра-
ботанные сервисы также могут быть предоставлены широкому кругу исследователей окружа-
ющей среды в рамках Европейской облачной инициативы.
Ключевые слова: загрязнение атмосферы, атмосферный перенос и транспорт, информационно-
аналитические системы, веб-системы.
Abstract. In the paper the information technology is suggested, it allows predicting the atmospheric dis-
tribution of pollutants resulting from emergency emissions in Ukraine based on a chain of models of nu-
merical weather forecasting and atmospheric dispersion, as well as web technologies for setting input da-
ta, obtaining and visualization of the results. A pilot version of the web-system of atmospheric pollution
forecasting following accidental release in Ukraine was created and installed for test operation. The sys-
tem allows calculations of dispersion up to 3000 km distances from the source. The system can be config-
ured to operate in cloud infrastructure. The atmospheric dispersion model CALPUFF is configured to
calculate the transport of three main types of pollution: aerosols, gases and passive tracer. The specified
values of the parameters describe the dry deposition of gases, the typical geometric characteristics of the
pollutants simulated as particles, as well as the typical parameters of wet deposition. The users of the sys-
tem were provided with the possibilities of visualization of the simulation results, such as spatial- tem-
poral distributions of concentrations and deposition in cartographic form and in the form of time-plots of
concentrations and depositions in grid cells. If it is necessary to output results at specific points that do
not coincide with the grid cell centers, the user can specify a number of point receptors for output of the
results. In addition to the standard characteristics, the users of the system are provided with the possibility
of output of simulation results, which can be compared with the normative characteristics of pollution,
namely, daily average and maximum concentrations of pollutants. The developed information technology
could be used in the Ukrainian Hydrometeorological Center, the State Emergency Situations Service, and
other agencies that require detailed data of hydrometeorological analysis and forecasting. Developed ser-
vices could be also provided to a wide range of environmental researchers within the framework of the
European Cloud Initiative.
Keywords: air pollution, atmospheric dispersion and transport, information analytical systems, web-
systems.
1. Вступ
Економічна і суспільно-політична ситуація в Україні та військові дії у регіонах розташу-
вання техногенно-небезпечних виробництв і транспортної інфраструктури підвищує небе-
зпеку виникнення екологічних катастроф техногенного характеру, результатом яких мо-
жуть бути викиди небезпечних речовин у повітряне середовище України. Масштабні тех-
ногенні аварії і катастрофи мають різнобічні наслідки для життя і здоров’я населення.
Особливо це стосується масштабних техногенних аварій поблизу великих міст України.
Водночас, в Україні практично не існує оперативної системи прогнозування наслідків та
реагування на такі катастрофи. Винятком є тільки атомні електростанції, для яких в
Україні в рамках проектів технічної допомоги Євросоюзу за участю авторів статті у
декількох відомствах впроваджується система Євросоюзу з реагування на радіаційні аварії
РОДОС [1]. Прогнозування наслідків важких техногенних аварій неможливе без викори-
стання сучасних чисельних методів прогнозування погоди та моделей розповсюдження
забруднень, здатних описувати процеси у масштабах від ~1 до ~1000 км. У попередній ро-
боті [2] було розроблено прототипну версію системи прогнозування атмосферного розпо-
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2019, № 2 73
всюдження забруднень внаслідок важких техногенних аварій на довільні відстані від дже-
рела викиду.
Метою даної роботи є реалізація можливості моделювання різних типів забруднень
(гази, аерозолі, пасивна домішка) у даній системі, створення можливостей виведення через
інтерфейс системи таких характеристик забруднень, які можна порівнювати з існуючими
нормативами, та інтеграція системи з даними оперативного прогнозування погоди в Укра-
їні.
2. Автоматизована система прогнозування метеорологічних умов в Україні
Система метеорологічного прогнозування WRF-Україна [3] на основі американської ме-
теорологічної моделі WRF (www.wrf-model.org) у даний час впроваджена в Українському
гідрометцентрі для метеорологічного забезпечення системи РОДОС [4], для прогнозування
паводків у Карпатах [5], а також у складі інших прогностичних систем. Вихідними даними
системи є тривимірні та розподілені у часі поля основних метеорологічних характеристик:
компонент швидкості вітру, вологості, температури та тиску. Крім тривимірних полів, сис-
тема розраховує ряд поверхневих характеристик, таких як опади, потік імпульсу, тепла та
вологи від поверхні Землі, висота шару перемішування. У даній роботі використовуються
такі самі налаштування системи WRF-Україна, як і в роботі [6]. Модель проводить ро-
зрахунки для трьох областей, але у даній роботі використовуються результати прогнозу-
вання WRF-Україна тільки у зовнішній області – D01, яка охоплює значну територію,
включаючи Україну, з просторовим дозволом 0,15 град. (приблизно 15 км по довготі та 13
км по широті).
3. Модель атмосферного перенесення та її налаштування у складі системи
3.1. Ланцюг моделей атмосферного перенесення CALMET/CALPUFF
Для розрахунку атмосферного перенесення використовувалася рекомендована Агентством
з охорони навколишнього середовища (США) модель CALMET-CALPUFF [7]. Ця модель
складається з географічних препроцесорів (TERREL, CTGPROC та MAKEGEO), метеоро-
логічного препроцесора CALMET і лагранжево-ейлерової моделі атмосферного переносу
CALPUFF. Модель реалізована у вигляді структури послідовно виконуваних підпрограм із
жорстко вказаними шляхами між проміжними вхідними та вихідними файлами.
Робота моделі починається з інтерполяції даних про підстилаючу поверхню на роз-
рахункову сітку. У цьому приймають участь топографічний препроцесор TERREL та про-
грама CTGPROC, що інтерполює дані про категорії землекористування. Ці програми зчи-
тують топографічні дані та дані про категорії землекористування з завчасно створених
файлів у форматі GeoTIFF (як джерело топографічних даних використовується глобальний
набір SRTM30, як джерело даних про категорії землекористування – Global Land Cover
2000). Дані в цих файлах покривають усю область прогностичного розрахунку метеороло-
гічної моделі WRF, тому дозволяють користувачу довільно вибирати розрахункову сітку в
межах оперативного прогнозу погоди. Далі препроцесор MAKEGEO оброблює ці дані і
створює файл geo.dat, що містить всю необхідну для моделі CALMET інформацію про під-
стилаючу поверхню: інтерпольовані на розрахункову сітку поля категорій землекористу-
вання, топографічних висот, параметра шорсткості, альбедо, відношення Боуена (відно-
шення кількості тепла, отриманого водною поверхнею, до кількості тепла, затраченого на
випаровування), теплових потоків, індексу листової поверхні (LAI).
На наступному етапі програма CALWRF конвертує файл із прогностичними метео-
рологічними полями, отриманими з моделі WRF, у вхідний файл метеорологічної моделі
CALMET. Метеорологічний препроцесор CALMET як вхідні дані використовує інтерпо-
льовані на розрахункову сітку дані про підстилаючу поверхню та тривимірні метеорологі-
http://www.wrf-model.org/
74 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2019, № 2
чні поля, отримані в результаті роботи метеорологічної моделі WRF. Вихідними даними
метеорологічного препроцесора є тривимірні поля вітру, температури, висоти примежово-
го шару, категорії стійкості та інші метеорологічні змінні, необхідні для розрахунку атмо-
сферного переносу, такі, як динамічна швидкість, масштаб Моніна-Обухова, висота шару
перемішування. При інтерполяції полів вітру на власну розрахункову сітку в CALMET ви-
користовується інтерполяційна процедура мінімізації дивергенції, що дозволяє приблизно
врахувати вплив нерівностей топографії на поле вітру.
Лагранжево-ейлерова модель CALPUFF дозволяє розрахувати поширення забруд-
нень, використовуючи вихідні дані препроцесора CALMET і дані про джерела забруднень.
У лагранжево-ейлерових моделях використовується представлення тривалого викиду за-
бруднювачів у вигляді послідовності викидів «пуфів» кінцевої тривалості (менше 1 хв). На
кожному часовому кроці пуфи переносяться вітром (це описується кінематичними рівнян-
нями для координати центру мас пуфа). Однак, крім координат центру мас, пуфи характе-
ризуються також розподілом концентрації. Цей розподіл відповідає відомим напівемпіри-
чним співвідношенням, що описують просторово-часовий розподіл речовини внаслідок
турбулентної дифузії. Характеристики розподілу речовини всередині пуфа розраховуються
на підставі обраної параметризації у залежності від характеристик турбулентності і часу
існування пуфа. Загальна маса речовини в пуфі змінюється внаслідок вологого і сухого ви-
падіння, яке розраховується на підставі параметризації з урахуванням типу підстилаючої
поверхні, швидкості вітру, інтенсивності опадів. Концентрація речовини обчислюється як
сума вкладів окремих пуфів. У розрахунках передбачається повне відображення хмари від
поверхні Землі.
Для роботи з результатами розрахунку CALPUFF використовується постпроцесор
CALPOST, який дозволяє обробляти залежні від часу поля концентрацій, зокрема, визна-
чати середні концентрації, максимальні, мінімальні значення і частоти перевищення зада-
них порогових значень.
3.2. Налаштування моделі атмосферного перенесення та її інтегрування з даними чи-
сельного прогнозування погоди
Переважна більшість налаштувань моделей відповідають стандартним опціям за замовчу-
ванням. Як налаштування кожної з вищевказаних програм необхідно вказати параметри,
що визначають бажану розрахункову сітку, такі як UTM-координати південно-західного
кута розрахункової області, кількість комірок вздовж осей X та Y і характерний розмір ко-
жної комірки. Конвертор CALWRF як налаштування потребує виключно назву і шлях до
актуального файла з оперативним метеорологічним прогнозом, отриманим у результаті
роботи моделі WRF. Для налаштування моделей CALMET, CALPUFF та CALPOST корис-
тувачу потрібно вказати час та дату початку і кінця моделювання у відповідності з наяв-
ним метеорологічним прогнозом. Важливою особливістю розрахунку моделі CALMET з
використанням прогностичних метеорологічних даних є те, що модель може почати розра-
хунок тільки у темну пору доби, що програмно реалізовано обмеженням на можливу годи-
ну запуску виключно в період від півночі до шостої години ранку. Модель CALMET в
оперативному режимі використовує стандартний набір із десяти шарів по вертикалі, що
відповідають рівням 0,20, 40,80, 160, 300, 600, 1000, 1500, 2200 та 3000 метрів.
Серед налаштувань моделі атмосферного перенесення CALPUFF однією з найваж-
ливіших є параметризація турбулентного перемішування. У даній роботі використовується
опція ICST [7], згідно з якою просторовий розподіл концентрації речовини у пуфі розрахо-
вується у залежності від динамічної швидкості, масштабу Моніна-Обухова, висоти приме-
жового шару і часу існування пуфа. Для налаштування CALPUFF потрібно також вказати
повний список усіх забруднювачів, що моделюються, а також вказати, які з цих забрудню-
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2019, № 2 75
вачів моделюються як газ, які моделюються як частинки і які моделюються як інертні гази
(без осідання).
Для моделювання процесів осідання необхідно додатково вказати ряд характерис-
тик, які у загальному випадку залежать від речовини забруднювача. У поточній реалізації
оперативної моделі для усіх речовин використовуються фіксовані значення, наведені у
табл. 6. Для речовин, що моделюються як гази, вибрані значення параметрів, які відпові-
дають характеристикам, що, згідно з [7, 8], рекомендовані при моделюванні газу SO2 (крім
константи дисоціації α*, рекомендоване значення якої для SO2 значно більше, ніж типові
значення для інших газів, тому використовується значення, рекомендоване для інших га-
зів). Для моделювання речовин, які вважаються частинками, використовуються значення
параметрів, що відповідають таким розповсюдженим забруднювачам, як SO4 та NO3 [7, 8].
Якщо є потреба у виводі результатів у конкретно вказаних точках, додатково користувач
може вказати певну кількість точкових рецепторів, у яких також будуть пораховані конце-
нтрації.
Як налаштування постпроцесор CALPOST використовує список забруднювачів та
деякі спеціальні параметри, що дозволяють вказати бажаний вигляд результатів (програма
дозволяє отримати середні, максимальні, почасові, тригодинні, 24-годинні характеристики
забруднення, а також перевищення порогових значень).
Таблиця 1 – Прийняті значення параметрів, що використовуються при моделюванні проце-
су вологого та сухого осідання забруднень
Параметр Значення
Параметри, необхідні для моделювання сухого осідання газів
Коефіцієнт дифузії (см2/с) 0,1509
Константа дисоціації рідинної фази α* 1
Реактивність забруднювача 8
Мезофільний опір (с/см) 0
Константа Генрі 0,04
Геометричні розміри частинок (використовуються при моделюванні осідання части-
нок)
Середньомасовий діаметр частинок (мкм) 0,48
Стандартне відхилення діаметра (мкм) 2
Параметри, необхідні для моделювання вологого осідання
Коефіцієнт вимивання для опадів у рідинній фазі [с-1] 0,0001
Коефіцієнт вимивання для опадів у твердій фазі [с-1] 0,00003
4. Інформаційна технологія прогнозування атмосферного забруднення
Середовище розробки та архітектура пілотної версії веб-системи оперативного прогнозу-
вання атмосферного забруднення з високою роздільною здатністю подібні до описаних у
[9].
Для формування прогнозу користувач повинен задати необхідні параметри, такі, як
назва для ідентифікації та область прогнозу, а також інформація про всі наявні джерела
забруднення (рис. 1):
– назва для ідентифікації джерела;
– координати джерела;
– висота джерела в метрах;
– хімічно-небезпечна речовина (ХНР);
– кількість ХНР у кг;
– дата та час початку дії джерела;
76 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2019, № 2
– термін дії джерела.
Рисунок 1 – Результати вибору параметрів прогнозу
Рисунок 2 – Типи прогнозних показ-
ників (зліва) та параметри перегляду
результатів прогнозу (справа)
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2019, № 2 77
Інтервал початку дії джерел не може перевищувати 71 год. Початок прогнозу
визначається за найменшою датою початку дії серед всіх указаних джерел. У разі потреби
користувач може задати точки інтересу (точкові рецептори), для яких буде сформовано
прогноз за координатами. Інформація стосовно сформованих користувачем прогнозів
зберігається в журналі БД і може використовуватись як для перегляду результатів прогно-
зування, так і для формування нових прогнозів для подібних параметрів.
Рисунок 3 – Концентрація хлору
Рисунок 4 – Динаміка зміни концентрації аміаку для комірки сітки
Після вибору всіх параметрів та ініціювання формування прогнозу даний розраху-
нок буде поставлено до черги. У разі успішного формування прогноз отримає статус «ви-
конано». Після цього користувач може переглянути результати отриманого прогнозу на
екрані та у разі необхідності роздрукувати потрібне.
У результаті формування прогнозу користувач має можливість отримати інформа-
цію щодо чотирьох типів прогнозних показників для всіх джерел забруднення (рис. 2).
78 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2019, № 2
Вологі випадіння можуть бути відсутніми. Для перегляду результатів прогнозуван-
ня необхідно вибрати з переліку потрібний прогноз. На екрані з’явиться вікно з набором
параметрів для перегляду (рис. 2). Користувач повинен вибрати джерело для конкретного
типу прогнозного показника, дату прогнозу з 72-х можливих та ініціювати відображення
результатів на цифровій карті (рис. 3). Для типу показника «Концентрація» в системі пе-
редбачені значення для побудови ізоліній за замовчуванням на основі визначених норма-
тивів: максимальна разова доза та середньодобова.
Однак реальні значення концентрацій можуть бути значно менші або значно більші
за значення за замовчуванням. У таких випадках користувач має можливість самостійно
визначити значення для побудови ізоліній. Для типів показників: сухі випадіння, вологі
випадіння та сухі і вологі випадіння – значення для побудови ізоліній за замовчуванням не
передбачені і залежать від вибору користувача. Для вибраної комірки або точки інтересу
можна активізувати побудову графіка (рис. 4).
5. Висновки
У роботі розроблено інформаційну технологію, що дозволяє прогнозувати атмосферне
розповсюдження забруднень внаслідок аварійних викидів на основі даних моделей чисе-
льного прогнозу погоди та веб-технологій для задання вхідних даних, отримання і візуалі-
зації результатів. Створено та встановлено для тестової експлуатації пілотну версію веб-
системи прогнозування атмосферного розповсюдження забруднень на відстані до 3000 км
внаслідок аварійного викиду в довільній точці на території України, яка в майбутньому
може бути доопрацьована для роботи у хмарній інфраструктурі.
Модель атмосферного перенесення CALPUFF конфігуровано для розрахунку пере-
несення трьох основних типів забруднень: аерозолів, газів та пасивної домішки. Задані
значення параметрів, що описують сухе випадіння газів, типові геометричні характеристи-
ки забруднювачів, які моделюються як частинки, а також типові параметри вологого ви-
падіння. У подальшому розвитку системи планується надати можливість більш гнучкого
завдання параметрів випадіння.
Користувачу системи надано можливості візуалізації результатів моделювання про-
сторово-часових розподілів концентрацій і випадінь забруднень у картографічному вигляді
та у вигляді графіків часових залежностей концентрацій і випадінь у комірках сітки. Якщо
є потреба у виводі результатів у конкретно вказаних точках, які не співпадають із центра-
ми комірок сітки, користувач може вказати певну кількість точкових рецепторів для виве-
дення результатів. Окрім стандартних характеристик, користувачу системи надано можли-
вості виведення результатів моделювання, які можна співставляти з нормативними харак-
теристиками забруднень, а саме: карти добових середніх та максимальних концентрацій
забруднювачів.
Розроблена технологія може бути використана в Українському гідрометцентрі,
Державній службі надзвичайних ситуацій, Міністерстві екології та інших відомствах, що
потребують забезпечення детальними даними гідрометеорологічного аналізу і прогнозу-
вання. Розроблені сервіси можуть бути надані також і широкому колу дослідників навко-
лишнього середовища у рамках реалізації Європейської хмарної ініціативи.
СПИСОК ДЖЕРЕЛ
1. Ковалець І.В., Синкевич Р.О., Халченков О.В. [та ін.]. Адаптація системи РОДОС-Україна для
прогнозування пожеж у Чорнобильській зоні відчуження. Математичне та імітаційне моделю-
вання систем. МОДС 2018: тези доповідей Тринадцятої міжнар. наук.-практ. конф. (Чернігів-
Жукін, 28–29 червня 2018 р.). Чернігів: ЧНТУ, 2018. С. 41–43.
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2019, № 2 79
2. Kovalets I.V., Maistrenko S.Y., Khalchenkov A.V. [et al.]. Povitrya web-based software system for op-
erational forecasting of atmospheric pollution after manmade accidents in Ukraine. Science and Innova-
tion. 2017. Vol. 13, N 6. P. 11–22.
3. Ковалець І.В., Майстренко С.Н., Донцов-Загреба Т.О. [та ін.]. Веб-система прогнозування метео-
рологічних умов для довільної території на детальних сітках. Математичні машини та системи.
2018. № 1. С. 78–89.
4. Халченков А.В., Ковалец И.В., Романенко А.Н. Адаптация метеорологической модели WRF для
прогнозирования полей ветра вокруг Ривненской АЭС. Математичні машини та системи. 2015.
№ 1. С. 130–137.
5. Kovalets I.V., Kivva S.L., Udovenko O.I. Usage of the WRF-DHSVM model chain for simulation of
extreme floods in mountainous areas: a pilot study for the Uzh River Basin in the Ukrainian Carpathians.
Natural Hazards. Vol. 75, N 2. P. 2049–2063.
6. Ковалець І.В., Халченков О.В., Полонський О.О. Використання системи WRF-Україна для про-
гнозування агрометеорологічних умов. Математичні машини і системи. 2019. № 1. C. 36–48.
7. Scire J.S., Strimaitis D.G., Yamartino R.J. A user’s guide for the CALPUFF dispersion model (Version
5). 1998. Earth Tech. Inc., Concord, MA. URL: http://www.src.com/calpuff/calpuff1.htm.
8. Cumulative Environmental Management Association. NOx Dispersion And Chemistry Assumptions in
the CALPUFF Model. RWDI Air Inc. 2005. URL: http://library.cemaonline.ca/ckan/dataset/e0f03b24-
25d3-4638-b5bd-d75e2c23bf97/resource/625c44ea-6bde-41aa-9b78-
54fadc56ed53/download/20030034finalreportappedicesdisclaimerand.pdf.
9. Майстренко С.Я., Донцов-Загреба Т.О., Хурцилава К.В. [та ін.]. Інформаційна технологія збері-
гання та візуалізації даних гідрометеорологічного прогнозування на основі WRF-Україна.
Математичні машини і системи. 2019. № 1. C. 56–67.
Стаття надійшла до редакції 18.02.2019
http://www.src.com/calpuff/calpuff1.htm
http://library.cemaonline.ca/ckan/dataset/e0f03b24-25d3-4638-b5bd-d75e2c23bf97/resource/625c44ea-6bde-41aa-9b78-54fadc56ed53/download/20030034finalreportappedicesdisclaimerand.pdf
http://library.cemaonline.ca/ckan/dataset/e0f03b24-25d3-4638-b5bd-d75e2c23bf97/resource/625c44ea-6bde-41aa-9b78-54fadc56ed53/download/20030034finalreportappedicesdisclaimerand.pdf
http://library.cemaonline.ca/ckan/dataset/e0f03b24-25d3-4638-b5bd-d75e2c23bf97/resource/625c44ea-6bde-41aa-9b78-54fadc56ed53/download/20030034finalreportappedicesdisclaimerand.pdf
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-162285 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-9763 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:41:10Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Інститут проблем математичних машин і систем НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Майстренко, С.Я. Халченков, О.В. Донцов-Загреба, Т.О. Беспалов, В.П. Хурцилава, К.В. Полонський, О.О. Ковалець, І.В. 2020-01-05T19:21:28Z 2020-01-05T19:21:28Z 2019 Веб-система прогнозування атмосферного забруднення в Україні на основі ланцюга моделей прогнозу погоди та атмосферної дисперсії / С.Я. Майстренко, О.В. Халченков, Т.О. Донцов-Загреба, В.П. Беспалов, К.В. Хурцилава, О.О. Полонський, І.В. Ковалець // Математичні машини і системи. — 2019. — № 2. — С. 71–79. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 1028-9763 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/162285 528.9 У представленій роботі запропонована інформаційна технологія, яка дозволяє прогнозувати атмосферне поширення забруднюючих речовин у результаті аварійних викидів в Україні на основі ланцюга моделей чисельного прогнозування погоди та атмосферного переносу, а також веб-технологій для завдання вхідних даних, отримання та візуалізації результатів. Для прогнозування забруднення атмосфери після аварійного викиду в Україні створена і встановлена для дослідної експлуатації пілотна версія веб-системи. У системі можна проводити розрахунки поширення на відстані до 3000 км від джерела. Система може бути доопрацьована для роботи у хмарній інфраструктурі. Модель атмосферної дисперсії CALPUFF призначена для розрахунку переносу трьох основних типів забруднень: аерозолів, газів і пасивної домішки. В представленной работе предлагается информационная технология, которая позволяет прогнозировать атмосферное распространение загрязняющих веществ в результате аварийных выбросов в Украине на основе цепочки моделей численного прогнозирования погоды и атмосферного переноса, а также веб-технологий для задания входных данных, получения и визуализации результатов. Для прогнозирования загрязнения атмосферы после аварийного выброса в Украине создана и установлена для опытной эксплуатации пилотная версия веб-системы. В системе можно проводить расчеты распространения на расстоянии до 3000 км от источника. Система может быть доработана для работы в облачной инфраструктуре. Модель атмосферной дисперсии CALPUFF предназначена для расчета переноса трех основных типов загрязнений: аэрозолей, газов и пассивной примеси. In the paper the information technology is suggested, it allows predicting the atmospheric distribution of pollutants resulting from emergency emissions in Ukraine based on a chain of models of numerical weather forecasting and atmospheric dispersion, as well as web technologies for setting input data, obtaining and visualization of the results. A pilot version of the web-system of atmospheric pollution forecasting following accidental release in Ukraine was created and installed for test operation. The system allows calculations of dispersion up to 3000 km distances from the source. The system can be configured to operate in cloud infrastructure. The atmospheric dispersion model CALPUFF is configured to calculate the transport of three main types of pollution: aerosols, gases and passive tracer. uk Інститут проблем математичних машин і систем НАН України Математичні машини і системи Моделювання і управління Веб-система прогнозирования атмосферного загрязнения в Украине на основе цепи моделей прогноза погоды и атмосферной дисперсии Веб-система прогнозування атмосферного забруднення в Україні на основі ланцюга моделей прогнозу погоди та атмосферної дисперсії Web-system of atmospheric pollution forecasting in Ukraine on the basis of models chain of weather forecast and atmospheric dispersion Article published earlier |
| spellingShingle | Веб-система прогнозирования атмосферного загрязнения в Украине на основе цепи моделей прогноза погоды и атмосферной дисперсии Майстренко, С.Я. Халченков, О.В. Донцов-Загреба, Т.О. Беспалов, В.П. Хурцилава, К.В. Полонський, О.О. Ковалець, І.В. Моделювання і управління |
| title | Веб-система прогнозирования атмосферного загрязнения в Украине на основе цепи моделей прогноза погоды и атмосферной дисперсии |
| title_alt | Веб-система прогнозування атмосферного забруднення в Україні на основі ланцюга моделей прогнозу погоди та атмосферної дисперсії Web-system of atmospheric pollution forecasting in Ukraine on the basis of models chain of weather forecast and atmospheric dispersion |
| title_full | Веб-система прогнозирования атмосферного загрязнения в Украине на основе цепи моделей прогноза погоды и атмосферной дисперсии |
| title_fullStr | Веб-система прогнозирования атмосферного загрязнения в Украине на основе цепи моделей прогноза погоды и атмосферной дисперсии |
| title_full_unstemmed | Веб-система прогнозирования атмосферного загрязнения в Украине на основе цепи моделей прогноза погоды и атмосферной дисперсии |
| title_short | Веб-система прогнозирования атмосферного загрязнения в Украине на основе цепи моделей прогноза погоды и атмосферной дисперсии |
| title_sort | веб-система прогнозирования атмосферного загрязнения в украине на основе цепи моделей прогноза погоды и атмосферной дисперсии |
| topic | Моделювання і управління |
| topic_facet | Моделювання і управління |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/162285 |
| work_keys_str_mv | AT maistrenkosâ vebsistemaprognozirovaniâatmosfernogozagrâzneniâvukrainenaosnovecepimodeleiprognozapogodyiatmosfernoidispersii AT halčenkovov vebsistemaprognozirovaniâatmosfernogozagrâzneniâvukrainenaosnovecepimodeleiprognozapogodyiatmosfernoidispersii AT doncovzagrebato vebsistemaprognozirovaniâatmosfernogozagrâzneniâvukrainenaosnovecepimodeleiprognozapogodyiatmosfernoidispersii AT bespalovvp vebsistemaprognozirovaniâatmosfernogozagrâzneniâvukrainenaosnovecepimodeleiprognozapogodyiatmosfernoidispersii AT hurcilavakv vebsistemaprognozirovaniâatmosfernogozagrâzneniâvukrainenaosnovecepimodeleiprognozapogodyiatmosfernoidispersii AT polonsʹkiioo vebsistemaprognozirovaniâatmosfernogozagrâzneniâvukrainenaosnovecepimodeleiprognozapogodyiatmosfernoidispersii AT kovalecʹív vebsistemaprognozirovaniâatmosfernogozagrâzneniâvukrainenaosnovecepimodeleiprognozapogodyiatmosfernoidispersii AT maistrenkosâ vebsistemaprognozuvannâatmosfernogozabrudnennâvukraínínaosnovílancûgamodeleiprognozupogoditaatmosfernoídispersíí AT halčenkovov vebsistemaprognozuvannâatmosfernogozabrudnennâvukraínínaosnovílancûgamodeleiprognozupogoditaatmosfernoídispersíí AT doncovzagrebato vebsistemaprognozuvannâatmosfernogozabrudnennâvukraínínaosnovílancûgamodeleiprognozupogoditaatmosfernoídispersíí AT bespalovvp vebsistemaprognozuvannâatmosfernogozabrudnennâvukraínínaosnovílancûgamodeleiprognozupogoditaatmosfernoídispersíí AT hurcilavakv vebsistemaprognozuvannâatmosfernogozabrudnennâvukraínínaosnovílancûgamodeleiprognozupogoditaatmosfernoídispersíí AT polonsʹkiioo vebsistemaprognozuvannâatmosfernogozabrudnennâvukraínínaosnovílancûgamodeleiprognozupogoditaatmosfernoídispersíí AT kovalecʹív vebsistemaprognozuvannâatmosfernogozabrudnennâvukraínínaosnovílancûgamodeleiprognozupogoditaatmosfernoídispersíí AT maistrenkosâ websystemofatmosphericpollutionforecastinginukraineonthebasisofmodelschainofweatherforecastandatmosphericdispersion AT halčenkovov websystemofatmosphericpollutionforecastinginukraineonthebasisofmodelschainofweatherforecastandatmosphericdispersion AT doncovzagrebato websystemofatmosphericpollutionforecastinginukraineonthebasisofmodelschainofweatherforecastandatmosphericdispersion AT bespalovvp websystemofatmosphericpollutionforecastinginukraineonthebasisofmodelschainofweatherforecastandatmosphericdispersion AT hurcilavakv websystemofatmosphericpollutionforecastinginukraineonthebasisofmodelschainofweatherforecastandatmosphericdispersion AT polonsʹkiioo websystemofatmosphericpollutionforecastinginukraineonthebasisofmodelschainofweatherforecastandatmosphericdispersion AT kovalecʹív websystemofatmosphericpollutionforecastinginukraineonthebasisofmodelschainofweatherforecastandatmosphericdispersion |