Spridningsmodeller

Med meteorologi och utsläpp som indata till olika modeller kan spridningen av olika luftföroreningar beräknas och i nästa led hur mycket människor och miljö exponeras. I slutändan kan föroreningarnas hälso- och miljöeffekter beräknas. Alla dessa led är viktiga för att kunna beskriva konsekvenser av en viss åtgärd eller utbyggnad. Utsläppskällans typ, men också höjd över marken och föroreningens temperatur, spelar in vid luftföroreningarnas spridning. Rökgaser med hög temperatur som släpps ut från ett högt skorsten sprids längre och påverkar ett större område än till exempel utsläpp från en bensinstation som sker i marknivå. Samtidigt som luftföroreningar sprids sker en utspädning vilket resulterar i lägre koncentrationer.

För att beräkna halter av luftföroreningar från utsläpp används SMHI Airviro Dispersion. Fyra olika typer av modeller finns att tillgå: Vindfältsmodell, Gaussmodell, Gridmodell och Street Canyon. För gaturumsberäkningar används även SMHI Simair OSPM-modell.

Vindfältsmodell
Luftföroreningar påverkas av olika meteorologiska processer. Vindar transporterar föroreningar, turbulensen blandar och späder dem. Airviro använder en förenklad vindfältsmodell baserad på Danard (1977) för att beräkna de vindfält som används av spridningsmodellerna.

Vindfältsberäkningarna bygger på principen att småskaliga vindar kan ses som en lokal anpassning av storskaliga vindar (vindar i fria atmosfären) beroende på lokala flöden av rörelsemängd och värme från mark- eller havsytan. Alla olinjära interaktioner mellan skalorna bortses från. Det antas också att anpassningsprocessen är mycket snabb och att horisontella processer kan beskrivas genom icke-linjära ekvationer medan vertikala processer kan beskrivas med linjära funktioner.

Storskaliga vindar och vertikala flöden av rörelsemängd och värme uppskattas från profilmätningar i meteorologiska master i Högdalen i södra Stockholm och i Marsta utanför Uppsala. Upplösningen på topografi och markanvändningsdata i vindmodellen är 500 meter.

Danard, M., 1977. A simple model for mesoscale effects of topography on surface winds. Monthly Weather Review, 105, 572-581.

Gaussmodell
I atmosfären sprids föroreningar genom spädning och transport. Spridningen beror bl a på vilken höjd på vilken föroreningar släpps ut t ex i marknivå eller från ett högt skorsten. Även rökgasers temperatur är av betydelse. En varm gas kommer att stiga uppåt och ge en högre effektiv utsläppsnivå.

Gaussmodellen används för att beräkna halter av föroreningar ovan mark (öppet landskap) eller tak (bebyggelse). Beräkningshöjden är satt till 2 m som standardvärde, men användaren kan specificera andra värden. Spridningen från varje enskild källa beskrivs i modellen med hjälp av en Gaussisk plymmodell.

Gridmodell
Gridmodellen används såsom Gaussmodellen för att beräkna luftföroreningshalter 2 m (eller annan specifierad höjd) ovan mark eller tak. Medan Gaussmodellen är tillämplig på lokal/urban skala lämpar sig Gridmodellen bättre på regional skala. Gridmodellen används framförallt för depositionsberäkningar av t ex surt nedfall.
Gaturumsmodeller
I smala gaturum kan halterna av föroreningar variera stort från ena sidan till den andra. Detta beror på virvelbildningar från de omkringliggande husen. Gaturummens utformning har stor betydelse för ventilation och utspädning av luftföroreningar. Smala gator är sämre än breda och gator med hög bebyggelse är sämre än gator med låg eller ingen bebyggelse.

Både Gauss- och Gridmodellen beräknar luftföroreningshalter i taknivå. SMHI Airviro Street Canyon används för att för enskilda gator beräkna luftföroreningshalter och dess fördelning i gaturum med dubbelsidig bebyggelse. SMHI Simair OSPM-modell användas för gaturumsberäkning både för enkelsidig eller dubbelsidig bebyggelse.