研究方向與成果.

災害性空氣汙染 預警與預報

大氣科學系 (Dept of Atmospheric Sciences)

為了加強防災單位在突發空汙事件的緊急應變能力,以現有即時觀測監測配合先行模擬假想的突發空汙事件結果,提供防減災作業參考。現階段模擬規劃分成大區域、長時間的重點假想源的模擬預報;以及大臺北市區短時間任意地點的即時模擬。

...

災害性空氣汙染預警與預報

前言

現行的模式在空氣品質預報中較無法考慮突發事件造成的影響,如火山爆發事件影響等, 主要原因在於模擬計算時間超出模擬時效,現階段預報流程仍需要一段作業時間,電腦運算無法立即地完成預報,因此較難評估與預測突發事件發生時的影響程度與範圍。 但若可以在事件發生前,先行使用模式,在假設情景下進行模擬,用以建立汙染災害資料庫,在真實發生事件時就可以從中分析,進而進行快速的應變。 為了加速空氣汙染災害資料庫的建立,引入相較現行模式簡單的 CALPUFF模式及GRAL模式。其中CALPUFF可以模擬大區域範圍,長時間的汙染物擴散分布, 而GRAL可用於城市街道間尺度,提供高解析度的模擬結果。

...
汙染災害資料庫建立及快速應變流程示意圖

突發空汙事件模擬-臺北市地區

Graz Lagrangian Model (GRAL) 是一個解析度能模擬街道山谷尺度的模式,可以在建物一類的障礙物中模擬風場,進一步模擬汙染物隨風力影響的擴散狀況。 目前先使用了臺北市地區的建物資料進行計算。為了節省計算時間,我們先進行了風場的計算, 從 (121.50E,24.96N) 每0.02度 (約2公里) 分布49個 (7x7) 區域,每個區域長寬為5公里,預先設定16個風向、4個風速, 計算出各個區域在建物影響下的風場。在事件發生時,以發生事件的位置找出對應的區域 (1/49), 從觀測,或是氣象模式的預報知道當下大環境下的風,而找出相對應的風向風速 (1/(16x4))。 再使用這個計算好的風場進行汙染物擴散的模擬。省去了前面的計算,只計算擴散的模擬,可以在5分鐘內立即的輸出結果。

5km的風場網格大小為10m,有相當高的空間解析度,但由於GRAL目前的設定為同個模擬下保持同樣的風場,這樣的假設不能保證長時間下在真實狀況中會是同樣的風場,因此這個模擬只適用在1小時以內的短時間模擬。

...
GRAL模擬流程
...
臺北市地區選點及區域大小示意圖

GRAL模擬範例

臺灣大學椰林大道近大門口端測試固定排放源、固定風速、八風向之模擬範例:

  • 風向:北

  • 風向:東北

  • 風向:東

  • 風向:東南

  • 風向:南

  • 風向:西南

  • 風向:西

  • 風向:西北

突發空汙事件模擬-全臺重點地區

針對可能會有較大範圍,及長時間影響的突發事件,我們先行框列了43個地點,包含部分電廠及工業區做為事件情景點。

...
北海岸發電廠選址及針對不同風向風速進行的個案挑選

作為前期的模擬測試,以16種風向,4種風速等級劃分上進行過去氣象資料的個案挑選,共選出了2047個歷史資料點。但是,因為這些挑選出來的資料點是過去的氣象狀態,只能符合該點的狀態,對於遠離參照點的氣象場的參考價值相對的低。

在使用CALPUFF模擬之前還需要處理地形資料及氣象場的資料,這裡所使用的氣象場來源是WRF的預報,這裡的WRF預報有可能是過去的模擬,也可能是當天的模擬。但由於WRF的預報再加上CALPUFF模擬的時間有可能會過長,以至於趕不上當天的預報,因此在選用氣象場時,會使用WRF前一天的模擬預報。

...
CALPUFF模擬流程

CALPUFF模擬範例

臺灣東北角海岸測試固定排放源、固定風速、八風向之模擬範例:

PUFF模擬東北角地區突發空汙事件


互動式網頁預報功能

災害性預報展示操作系統
加入Leaflet增加網頁互動功能

突發空汙事件預報需要保有即時性以及便民性,才能在災害擴散到影響區域以前,達到警示的效果。為了保有即時性,前面做了非常多的努力讓模擬時間盡可能的縮短。但於此同時還要方便的展示系統,為此使用了Leaflet用以開發一個可在網頁上互動的地圖,和leaflet-geotiff-2一起使用,還可以直接把geoTIFF圖片疊在地圖上,只要先把前面模擬出來的汙染物擴散後的濃度資料轉成geoTIFF檔。除了展示地圖及疊上汙染物散佈圖以外,讓使用者自選排放源進行線上模擬,或是輸入地址找到地圖上對應位置的功能,還有可以直接在地圖上選取事先模擬的資料的功能,都集成在一個網頁中,提供全面的服務。


災害性空氣汙染預報展示操作系統