Nghiên cứu ứng dụng công cụ kết nối song song (WRF-CMAQ Two Way) giữa mô hình khí tượng WRF và mô hình chất lượng không khí CMAQ sẽ như một trong những mô hình “đồng thời” phục vụ mô phỏng nồng độ bụi PM25 thử nghiệm cho Việt Nam. Kết quả của đề tài nhằm đánh giá được hiện trạng phân bố nồng độ bụi PM2 5 trên cả nước và góp phần nâng cao hiệu quả trong công tác nghiệp vụ dự báo chất lượng môi trường không khí nói chung và dự báo ô nhiễm bụi nói riêng.
Nghiệm thu đề tài cấp cơ sở
Nghiên cứu bộ công cụ kết nối song song mô hình khí tượng WRF và mô hình chất lượng không khí CMAQ
Ô nhiễm môi trường là một vấn đề toàn cầu, được nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm, đặc biệt là ô nhiễm không khí do các quá trình vật lý, hóa học xảy ra trong khí quyển và các hoạt động phát triển kinh tế-xã hội của con người. Các nghiên cứu đều cho thấy, ô nhiễm không khí đang góp phần gây nên các hiện tượng mưa axit, hiệu ứng nhà kính, suy thoái tầng ô zôn, …, đe dọa trực tiếp tới sự phát triển của cộng đồng loài người ở hiện tại và các thế hệ tương lai.
Chất lượng môi trường không khí tại các đô thị những năm gần đây có dấu hiệu suy giảm do chịu ảnh hưởng từ các hoạt động phát triển kinh tế – xã hội. Các hoạt động xây dựng, công nghiệp, giao thông, … đang gây ra nhiều tác động xấu đến chất lượng môi trường không khí xung quanh và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng. Trong đó, ô nhiễm bụi là vấn đề đáng báo động tại các đô thị lớn như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Theo số liệu của Trung tâm Quan trắc Môi trường (Tổng cục Môi trường) từ ngày 27/2 đến 2/3 năm 2016, giá trị bụi MP10 và PM25 tăng cao tại một số thời điểm. Giá trị PM10 trung bình ngày cao nhất là 160 pg/m3 vào ngày 29/2, vượt quy chuẩn cho phép một lần (150 pg/m3). Trong khi PM25 đều vượt giới hạn cho phép ở tất cả các ngày, trong đó thời điểm cao nhất cũng rơi vào 29/2 với giá trị là 89 pg/m3, vượt gần 2 lần quy chuẩn cho phép.
Cở sở quan trọng cho những nghiên cứu ô nhiễm không khí nói chung và bụi PM25 nói riêng là số liệu quan trắc môi trường không khí. Tuy nhiên, không phải khi nào cũng có đủ cơ sở dữ liệu phục vụ cho việc tính toán, đánh giá chất lượng môi trường không khí và khi đó, mô hình là một trong những công cụ hiệu quả, mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng.
Về chức năng, có thể chia các mô hình vận chuyển hóa học động lực thành hai loại: mô hình “đồng thời” (online) và mô hình “không đồng thời” (offline), cách phân chia này phụ thuộc vào bước tích phân kết hợp với mô hình khí tượng. Thực tế trong khí quyển thực, các quá trình khí tượng và hóa học tương tác với nhau rất chặt chẽ thông qua các tác động hồi tiếp giữa khí hậu – hóa học-sol khí-mây-bức xạ. Trong khi đó, các mô hình “đồng thời” tuy yêu cầu khoảng thời gian tích phân dài hơn nhưng lại giải quyết được bài toán hồi tiếp của sol khí tới hệ thống khí hậu. Chúng có thể mô phỏng đồng thời thành phần hóa học và thành phần khí tượng trên cùng một quy mô không gian, thời gian, do đó ta có thể bỏ qua các bước nội suy phức tạp. Martilli ccs., (2002) đã chỉ ra rằng nếu mô hình khí tượng và mô hình hóa học không được tích phân đồng thời với nhau, sẽ dễ đưa đến những sai số lớn do bước cập nhật đầu vào khí tượng thấp nên mô hình có thể không nắm bắt được những quá trình khí tượng xảy ra trong quy mô thời gian nhỏ.
Nghiên cứu ứng dụng công cụ kết nối song song (WRF-CMAQ Two Way) giữa mô hình khí tượng WRF và mô hình chất lượng không khí CMAQ sẽ như một trong những mô hình “đồng thời” phục vụ mô phỏng nồng độ bụi PM25 thử nghiệm cho Việt Nam. Kết quả của đề tài nhằm đánh giá được hiện trạng phân bố nồng độ bụi PM2 5 trên cả nước và góp phần nâng cao hiệu quả trong công tác nghiệp vụ dự báo chất lượng môi trường không khí nói chung và dự báo ô nhiễm bụi nói riêng.
Xây dựng được bản đồ bụi PM25 trung bình vào mùa đông cho Việt Nam.
Nghiên cứu ứng dụng thành công bộ công cụ kết nối song song giữ mô hình WRF và mô hình CMAQ phục vụ mô phỏng nồng độ các chất ô nhiễm không khí. Mô hình mô phỏng khá tốt biến trình nồng độ các chất ô nhiễm theo thời gian tại trạm Nguyễn Văn Cừ, Hà Nội. Kết quả mô phỏng cho thấy, những khu vực có nồng độ ô nhiễm cao chủ yếu tập trung tại các tỉnh thuộc khu vực Đồng bằng Sông Hồng và Đồng bằng Sông Cửu Long.
Nghiên cứu mô hình hóa các thành phần hóa học kết hợp với mô hình dự báo thời tiết hiện nay đang là một hướng nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Việc ứng dụng bộ công cụ kết nối song song WRF-CMAQ Two Way góp phần nâng cao hiệu quả mô phỏng của các bài toán đánh giá chất lượng môi trường không khí do đã xem xét tương tác các trường khí tượng và các nhân tố hóa hoc. Kết quả nghiên cứu cho thấy, biến trình nồng độ từ mô hình khá phù hợp với kết quả quan trắc, với hệ số tương quan r = 0.3-0.6.
Nồng độ CO, PM25, SO2 và NO2 mô phỏng vào Mùa Đông (tháng 01) thường cao hơn vào Mùa Hè (tháng 7) do nồng độ các chất khí mùa mưa thường bị lắng đọng nhiều hơn nên cả giá trị nồng độ và mức độ phát tán của các khí cũng nhỏ hơn so với các tháng mùa khô. Kết quả mô phỏng nồng độ trung bình các chất ô nhiễm trong không khí vào tháng 01 năm 2017 cho thấy, nồng độ CO trong khoảng 500-3000 gg/m3, nồng độ SO2 trong khoảng từ 10-40 gg/m3, nồng độ NO2 trong khoảng từ 10-50 gg/m3, và PM25 có nồng độ trong khoảng từ 0530 gg/m3.
Trong thời gian tới, cần tiếp tục hướng nghiên cứu áp dụng bộ công cụ kết nối song song giữa mô hình WRF và mô hình CMAQ trong nghiên cứu chất lượng không khí cho các tỉnh, thành phố trong cả nước.
Nghiên cứu, sử dụng dữ liệu ảnh viễn thám đánh giá hiện trạng chất lượng môi trường không khí, đặc biệt là ô nhiễm bụi PM10; PM2.5. Đối với các nghiên cứu có yêu cầu chính xác và chi tiết cao hơn cần kết hợp sử dụng các loại ảnh có độ phân giải cao. Bên cạnh đó, số liệu ảnh viễn thám sẽ là nguồn dữ liệu quan trọng phục vụ đánh giá độ tin cậy của các kết quả mô phỏng từ các mô hình chất lượng môi trường không khí.
Số liệu phát thải là nguồn đầu vào quan trọng quyết định mức độ chính xác cho các bài toán tính toán, phân tích, mô phỏng hiện trạng và dự báo chất lượng môi trường không khí. Do vậy, cần có sự đầu tư nghiên cứu nhằm xây dựng được bản đồ phát thải các chất ô nhiễm cơ bản trong không khí có độ phân giải cao trên phạm vi cả nước.
Tiếp tục đầu tư nhằm nâng cao chất lượng các hệ thống mạng lưới trạm quan trắc môi trường không khí tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm nghiệm và đồng hoá các trường số liệu đầu vào, nâng cao chất lượng cho các mô hình lan truyền và dự báo chất lượng không khí.