Løfstrøm, P. 2019. Meteorologiske dataserier til OML modellen. Aarhus Universitet, DCE – Nationalt Center for Miljø og Energi, 73 s. - Teknisk rapport nr. 143. http://dce2.au.dk/pub/TR143.pdf

Sammenfatning

OML er en atmosfærisk lokalskala spredningsmodel, som anvendes til at dokumentere, at virksomheder i Danmark overholder immissions­grænseværdier (B-værdier) for luftforurenende stoffer, samt at virksomheder og husdyrbrug overholder lugtgrænseværdier.

Meteorologiske data udgør en væsentlig del af datagrundlaget for OML-beregninger. I dag anvendes meteorologiske data fra Kastrup Lufthavn for referenceåret 1976 (Kastrup 1976) for virksomheder i forhold til B-værdier og lugtgrænseværdier. I relation til lugtgrænseværdier for husdyrbrug (stalde) anvendes meteorologiske data fra Aalborg Lufthavn for referenceårene 1974-83 (Aalborg 1974-83).

Efter ønske fra Miljøstyrelsen er det undersøgt hvilke meteorologiske dataserier, der muligvis kan anvendes til OML-beregninger for virksomheder i stedet for Kastrup 1976, og konsekvenserne ved at overgå til andre meteorologiske dataserier.

Meteorologiske data kan dannes ud fra målinger eller vejrmodeller. Data konstrueret fra målinger anvender typisk målinger fra små master (overflademålinger) i kombination med radiosondemålinger (målinger fra ballonopstigninger). Kastrup 1976 og Aalborg 1974-83 er konstrueret på grundlag af sådanne målinger og observationer i lufthavnene (OML-data). Observationerne fra lufthavne giver ikke alle nødvendige mikrometeorologiske parametre til OML, og derfor beregnes de manglende parametre med submodeller, som blandt andet anvender statistiske sammenhænge mellem parametrene. Radiosondemålinger foretages hver 12. time og anvendes til bestemmelse af grænselagshøjden (blandingshøjden). Grænselagsmodeller beregner højder i de mellemliggende timer. I Danmark findes lange meteorologiske tidsserier fra en række lufthavne, og data kan i princippet anvendes til dannelse af andre OML-data.

Mere avancerede overflademålinger fra specielle master findes rundt om i Danmark. Data kan anvendes næsten direkte sammen med radiosondedata til konstruktion af OML-data. Dog er målingerne begrænset til forskellige kortere perioder, og lokaliteterne er ikke jævnt fordelt over Danmark.

DMI er ophørt med at foretage radiosondemålinger, hvilket i princippet umuliggør konstruktionen af dataserier til OML på grundlag af målinger for tiden efter 2006. Målinger er kun udført for to lokaliteter i Danmark.

Udvalgte meteorologiske parametre fra DMI viser ændringer gennem de seneste mange årtier. Meteorologiske data fra vejrmodellen WRF (WRF-data), som ENVS anvender og arkiverer data fra, er tilgængelig for perioden 1979-2017 og dækker Danmark i et 5,6 km net. På den baggrund og da der kun er begrænset tilgængelighed af meteorologiske målinger, er de mere omfattende analyser målrettet anvendelse af WRF-data for længere perioder.

De meteorologiske WRF-data er evalueret mod dels målinger og dels eksisterende OML-data via en sammenligning af hyppighedsfordelinger af centrale parameterværdier. WRF-data har generelt en rimelig god overensstemmelse med både målinger fra lav mast og med OML-data. WRF-data har dog en relativ stor hyppighed af meget lave grænselagshøjder (blandingshøjder), og de laveste højder er derfor opjusteret i det videre arbejde.

Det er undersøgt, hvor vidt de tilsyneladende meget ens meteorologiske dataserier fra WRF og OML også resulterer i ens immissionskoncentrationer. Hertil er anvendt syv forskellige typer af konstruerede kilder med forskellige skorstens- og bygningshøjder. OML spredningsberegninger er udført for en 5-års periode 1979-83, hvor der findes samtidige WRF- og OML-data, som repræsenterer både Jylland og Sjælland. Der er sammenlignet maksimale månedlige 99 % fraktiler for de enkelte år og årsmiddelværdier for relevante beregningsområder.

I gennemsnit for alle kilder afviger de maksimale månedlige 99 %-fraktiler for de 4 datasæt med -3 % til +16 % i forhold til Kastrup 1976, dog med store variationer på -21 % til + 97 % for enkelte kilder på enkelte år. Gennemsnittet for de maksimale årsmiddelværdier afviger +29 % til +40 % for de 4 datasæt i forhold til Kastrup 1976 med store variationer på -27 % til +128 % for enkelte kilder for enkelte år. På årsbasis er det gennemsnitlige forhold mellem maksimale månedlige 99 %-fraktiler og middelværdier for de 4 datasæt på 22-25 mod 31 for Kastrup 1976. Det er dog ikke til at afgøre hvilken type af meteorologiske datasæt, der er det mest korrekte, idet konstruktionen af begge typer involverer modeller.

Der er også variation i retningerne til den maksimale månedlige 99 %-fraktil og årsmiddelværdien for de enkelte kilder. Det viser behovet for anvendelse af længere tidsserier til OML-beregningerne for at opnå mere stabile værdier.

Sammenligning af vejrdata fra WRF for 10 år (2008-17) viser kun mindre forskelle mellem 17 lokaliteter, som repræsenterer kystnære og ikke kystnære lokaliteter, samt de forskellige landsdele. Tilhørende OML-beregninger viser stort set ingen systematiske variationer i værdierne for den maksimale månedlige 99 % fraktil. Dette gælder for alle kilderne. De usystematiske variationer optræder, både når værdierne betragtes for et beregningsområde og i bestemte afstande fra kilderne. Der er også forskelle i retningerne til maksimum for et område, men kun mindre forskelle i afstanden.

Beregninger af maksimale 10-års middelværdier udviser en smule systematik, idet værdierne er lavest i kystnære områder. Værdierne er højest i indlandet og for lokaliteter, hvor der samtidig er relativ høj hyppighed af en bestemt vindretning.

Da WRF-data repræsenterer et gennemsnit for ca. 30 km², hvilket skulle dæmpe meget lokale fluktuationer, var det forventet, at 10 års WRF-data ville resultere i mere systematiske og jævnt varierende værdier hen over Danmark for den maksimale månedlige 99 % fraktil og specielt for 10-års middel­værdien. Den konstaterede overvejende usystematiske variation kan være reel og kunne skyldes forskelle i meteorologien for området. Men u-systematikken kan også skyldes begrænsninger eller usikkerheder i WRF-data.

Hvis WRF-data afspejler reelle variationer i Danmark, så er spørgsmålet hvilken geografisk detaljeringsgrad, der skulle anvendes for WRF-data. Med den nuværende WRF-model er de danske landområder dækket af ca. 1.000 punkter, som principielt kunne stilles til rådighed af ENVS. En beregning burde således benytte sig af data fra det nærmeste WRF-punkt. Dette vil måske kunne give nogle praktiske problemer i den daglige sagsbehandling i Danmark.

Af praktiske grunde kunne man reducere antallet af lokaliteter til én i hver kommune, altså 98 lokaliteter. Men for kommunerne i kystområderne vil der alligevel være en forskel mellem kyst og indland i forhold til middelværdier.

De maksimale månedlige 99 % fraktiler beregnet med 10 års WRF-data for et beregningsområde er generelt højere end værdierne beregnet med data fra Kastrup 1976. Det skyldes dels, at der er 10 gange flere måneder i WRF-data, hvorfor der er større sandsynlighed for ’uheldige’ meteorologiske forhold, og dels at WRF-data generelt giver lidt større månedlige 99 % fraktiler for et enkelt år. I gennemsnit for alle kilder og lokaliteter er de maksimale månedlige 99 %-fraktiler (10 år) for et beregningsområde 26 % større end for Kastrup 1976 med variationer mellem -1 % til +91 %.

Ved skarp retningstolkning med WRF-data i forhold til konservativ retningstolkning på data fra Kastrup 1976 vil der beregnes både højere og lavere maksimale månedlige 99 % fraktiler afhængig af retningen.

Maksimale middelværdier (10 år) beregnet med WRF-data er generelt større end årsmiddelværdien for Kastrup 1976. I gennemsnit for alle kilder og lokaliteter er middelværdien 21 % større med variation mellem -43 % til +102 %. En væsentlig årsag er, at årsmiddelværdien for 1976 er den laveste værdi for OML-data for Kastrup 1974-83 og er for de syv kilder 12-26 % lavere end gennemsnittet for perioden.

OML-beregninger for en 39-årig periode 1979-2017 med WRF-data viser ingen tidslig udvikling i niveauerne af den årlige maksimale månedlige 99% fraktil for et beregningsområde, og heller ikke nogen udvikling i årsmiddelværdien.

Beregnede maksimale månedlige 99 % fraktiler med 10 års WRF-data for hele beregningsområder er generelt højere end for OML-data for Kastrup 1976. Beregninger med værdier mere på niveau med Kastrup 1976 ville formodentligt opnås ved i stedet at anvende fx den 4. største månedlige 99 % fraktil over 10 år. Det er muligt, at en sådan statistik i nogen grad også vil medføre mere systematiske variationer hen over Danmark, som set for maksimale 10-års middelværdier.