Integrated Monitoring and Assessment of Air Pollution. Hertel O. 2009. National Environmental Research Institute, Aarhus University. 80 pp.- Doctors dissertation (D.Sc).
Denne afhandling berører to centrale emner inden overvågning og regulering af luftkvalitet. Det første emne relaterer sig til helbredsmæssige effekter af luftforurening, og drejer sig om overvågning og vurdering af luftforurening fra trafikken samt bestemmelse af befolkningens udsættelse for luftforurening. Det andet emne relaterer sig til den atmosfæriske afsætning af kvælstofforbindelser til den terrestriske og marine natur. Til bestemmelse af miljøbelastningen inden for disse to områder er der udviklet og anvendt en række enkle operationelle luftkvalitetsmodeller.
Målet for denne afhandling har været at demonstrere at ”integreret overvågning og vurdering er et stærkt og effektivt redskab inden for operationel luftforureningsregulering”. I denne sammenhæng er ”integreret” anvendt som udtryk for den rutinemæssige kombinerede anvendelse af målinger og modelberegninger. Jeg definerer her ”operationel” som effektiv, pålidelig og realistisk. En sidegevinst ved integreret overvågning og regulering er nødvendigheden af et tæt samarbejde mellem modellører og målefolk. Det er min hypotese at ”modelberegninger er uundværlige til fortolkning af og som et tillæg til målinger i felteksperimenter og rutinemæssige overvågningsprogrammer”.
I forbindelse med vurdering af luftforurening fra trafik er der inden for det præsenterede arbejde udviklet to luftkvalitetsmodeller: ”Operational Street Pollution Model” (OSPM) og ”Urban Background Model” (UBM). OSPM repræsenterer fortsat state-of-the-art inden for operationelle modeller for luftkvalitet i bygader. Modellen har opnået en betydelig udbredelse i Europa, og er i dag et integreret element i det danske landsdækkende luftkvalitetsovervågningsprogram (LMP) for danske byområder. Inden for overvågningsprogrammet anvendes OSPM til kortlægning af luftforurening i bygader, hvor der ikke foretages målinger. Modellen anvendes imidlertid ligeledes til scenarieberegninger for at vurdere den fremtidige udvikling og til vurdering af effekten af forskellige reguleringer. Et eksempel er undersøgelser af betydningen af indførelse af CRT filtre på tunge køretøjer. Filtrene reducerer partikeludslippet, men kan føre til en øget andel af kvælstofdioxid i NOx udslippet.
Trafikken udgør i dag den væsentligste kilde til befolkningens udsættelse for luftforurening i Danmark såvel som i en række andre lande. Dette har været baggrunden for at anvende OSPM til eksponeringsvurderinger. I de tidlige studier blev de nødvendige input data indsamlet enten manuelt eller gennem personlige henvendelser og spørgeskemaer udsendt til de lokale myndigheder. Denne metode er imidlertid ikke mulig, når der er tale om meget store kohorter. Disse problemer blev løst gennem udviklingen af AirGIS systemet. AirGIS gør brug af GIS-baserede værktøjer, digitale kort samt informationer fra de danske centrale registre. AirGIS er et unikt system og netop været anvendt på 200.000 adresser for 57.000 personer inden for Kræft, kost og helbredskohorten (etableret af Kræftens Bekæmpelse).
Inden for vurdering af den atmosfæriske afsætning af kvælstofforbindelser til naturen er der udviklet en Lagrangiansk transport-kemi model –Atmospheric Chemistry and Deposition (ACDEP) model. ACDEP blev udviklet inden for det marine forskningsprogram Hav90 og var gennem 10 år det anvendte værktøj inden for baggrundsovervågningsprogrammet til kortlægning af atmosfærisk afsætning af kvælstof og svovlforbindelse til hav og landområder i Danmark. ACDEP blev inden for en række EU projekter anvendt til beregninger af den atmosfæriske kvælstofbelastning af bla. Nordsøen og Østersøen samt til vurdering af den atmosfæriske belastnings betydning for algeopblomstringen i kystnære farvande. Den numeriske metode udviklet til løsning af kemiske reaktioner i modellen er internationalt blevet fremhævet som en metode med høj effektivitet i forhold til kravet til computer ressourcer. Med adgang til stadig mere regnekraft er det nu muligt at anvende tungere men også mere præcise modeller end ACDEP.
I nærheden af landbrugsbedrifter med husdyrhold kan den lokale afsætning af ammoniak udgøre en meget væsentlig del af den samlede atmosfæriske kvælstof afsætning. Dette har ført til udviklingen af DAMOS (Danish Ammonia Modelling System) til beregning af afsætningen kvælstof i områder med intensiv landbrugsproduktion. I den første udgave af DAMOS bestod systemet af en kombination af ACDEP og røgfanemodellen OML-DEP. OML-DEP er udviklet på baggrund af OML modellen, som i Danmark anvendes til bestemmelse af skorstenshøjder på afkast fra industri og kraftværker.
Lokale udslip af ammoniak har i Danmark en sæsonvariation, der i stort omfang styres af den lokale landbrugspraksis; en praksis som igen i stort omfang er dikteret af den danske lovgivning. De centrale registre over husdyrhold, dyrkningen af afgrøder på markerne samt placering af gårde og marker har gjort det muligt at udvikle en detaljeret opgørelse af danske ammoniak udslip. Metoden repræsenterer state-of-the-art på området, og i dag ved at blive implementeret i den internationalt anerkendte og den generelt i Europa meget anvendte EMEP model.
Lagrangianske modeller som ACDEP har deres begrænsninger i forhold til beskrivelsen af den atmosfæriske transport. Det har ført til et skifte fra ACDEP til den Eulerske DEHM (Danish Eulerian Hemispheric Model). Dette skifte er foretaget inden for såvel baggrundsovervågningsprogrammet som inden for DAMOS. DEHM anses i dag at udgøre state-of-the-art inden for beskrivelsen af den atmosfæriske transport.
DAMOS har været anvendt til vurdere belastningen med atmosfærisk kvælstof i en dansk region med relativt lave belastninger. Disse studier har givet mulighed for at vurdere effekten af lokale reguleringsindgreb. DAMOS har været anvendt til at vurdere effekten af at etablere bufferzoner omkring følsomme danske naturområder. Endvidere har beregninger med OML-DEP/DAMOS dannet grundlaget for revisionen af metoden til vurdering af lokale afsætning af kvælstof relateret til ændringer i husdyrproduktionen. En metode som nu anvendes af kommunerne ved vurderinger af ansøgninger fra landmændene om øget/ændret husdyrproduktion.
Integreret overvågning og vurdering (IOV) af luftforurening er i dag et veletableret koncept ved DMU-ATMI. De anvendte procedurer og metoder er resultatet af et arbejde, som er gennemført over de seneste 20 år. I anvendelsen af IOV på DMU-ATMI anvendes målinger til vurdering af:
· Aktuelle koncentrationer og/eller afsætninger af forureninger ved målestederne
· Sæsonvariationer i forureningsbelastning
· Langtidsudvikling i koncentrationer og/eller afsætninger af forurening
· Kildeallokering
· Validering og udvikling af modeller
Denne type af information kan ikke udledes af modelberegninger, idet sådanne beregninger er afhængige af pålideligheden af input data og anvendte procesbeskrivelser. Pålideligheden af såvel input data som procesbeskrivelser kan ændre sig over tid. Inden for IOV på DMU-ATMI anvendes modeller til at give information om:
· Den geografiske fordeling i forureningsbelastningen.
· Fordelingen mellem bidrag fra lokale og regionale kilder.
· Scenarier og prognoser, samt effekten af forskellige reguleringsstrategier.
Udviklingen og anvendelsen af IOV ved DMU-ATMI har øget kvaliteten i de gennemførte luftkvalitetsstudier og bla gjort det muligt at foretage:
· Kortlægning af luftkvalitetsniveauer i bygader, hvor der ikke foretages målinger.
· En vurdering af effekten af miljøzoner omkring centrale områder i byerne.
· Analyser af effekten på kvælstofdioxid forureningen af at indføre partikelfiltre.
· En fastlæggelse af udsættelsen for luftforurening for store befolkningskohorter
· En kobling af eksponeringsdata til diverse helbredsdata.
· En årlig kortlægning af atmosfærisk kvælstof afsætning til den samlede danske terrestriske og marine natur.
· En bestemmelse af kvælstofafsætningen fra enkelte gårde.
· Kildeallokering for lokal såvel som regional forurening i Danmark.
IOV er kommet til gennem en gradvis udvikling over en lang periode, og må betragtes som en betydelig succes i DMU-ATMI. Fordelene ved IOV er forbedret kvalitet af overvågningen og vurdering af luftkvalitet, samt en forbedret forståelse en de processer som er styrende for luftkvaliteten i Danmark. IOV betyder en mere optimal udnyttelse af ressourcerne, siden mere information trækkes ud af undersøgelserne og fortolkningen af målingerne forbedres.
IOV stiller krav til dokumentationer og validering af de værktøjer som indgår; Krav som på mange måder modsvarer de krav man stiller i forbindelse med målinger i felt- og overvågningsprogrammer. Modellerne ved DMU-ATMI er primært dokumenteret gennem internationale artikler, men også i tekniske rapporter.
Denne afhandling har demonstreret, at IOV er et stærkt og helt nødvendigt værktøj inden for miljøvurderinger af luftforurening. De viste eksempler har demonstreret at modelberegninger er uvurderlige til fortolkning af og som supplement til målinger i feltstudier og overvågningsprogrammer. Endvidere har IOV sidegevinst at modellører og målefolk kommer til at arbejde tæt sammen.
Dissertation in pdf-format (5 MB)
