Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Modelowanie jakości powietrza
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
DGEI-2-205-MI-n
Wydział:
Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Modelowanie informacji o środowisku
Kierunek:
Geoinformacja
Semestr:
2
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Niestacjonarne
Prowadzący moduł:
dr inż. Rzeszutek Mateusz (rzeszut@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Moduł pozwalana na opanowanie wiedzy i umiejętności z zakresu stosowania stacjonarnych i niestacjonarnych systemów modelowania dyspersji zanieczyszczeń w powietrzu w różnych skalach przestrzennych.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 systemy klasyfikacji i uwarunkowania stosowania modeli dyspersji zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym oraz podstawy ich sformułowania matematycznego i metody oceny modeli w zależności od ich przeznaczenia GEI2A_W04, GEI2A_W06 Egzamin
M_W002 czynniki determinujące procesy dyfuzji atmosferycznej i przemian chemicznych w atmosferze oraz matematyczny opis tych procesów GEI2A_W06 Egzamin
M_W003 strukturę najczęściej stosowanych systemów modelowania jakości powietrza GEI2A_W06 Egzamin,
Wykonanie projektu
Umiejętności: potrafi
M_U001 wykorzystać i odpowiednio przetworzyć dane meteorologiczne, geofizyczne i emisyjne pochodzące z różnych źródeł danych i zaimplementować je do systemu modelowania dyspersji zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym GEI2A_U06, GEI2A_U01 Projekt
M_U002 zinterpretować uzyskane wyniki obliczeń stężeń zanieczyszczeń w powietrzu oraz je zwizualizować przy wykorzystaniu systemów informacji przestrzennej GEI2A_U09 Wykonanie projektu
M_U003 samodzielnie dobrać i skonfigurować odpowiedni atmosferyczny model dyspersji względem realizacji zadanego celu, miejsca zastosowania i skali przestrzennej GEI2A_U04, GEI2A_U08 Projekt,
Wykonanie projektu
M_U004 ocenić skuteczność prognostyczną systemu modelowania dyspersji zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym GEI2A_U09, GEI2A_U07 Projekt
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 aktywnego i kreatywnego włączenia się w dynamiczny rozwój i popularyzowanie geoinformacji środowiskowej, w tym z zakresu modelowania jakości powietrza GEI2A_K03 Aktywność na zajęciach,
Udział w dyskusji
M_K002 postępowania profesjonalnego, odpowiedzialnego i zgodnego z zasadami etyki zawodowej, a także prawidłowej identyfikacji i rozstrzygania problemów pojawiających się podczas realizacji powierzonych zadań GEI2A_K01, GEI2A_K02 Udział w dyskusji,
Wykonanie projektu
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
27 9 0 0 18 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 systemy klasyfikacji i uwarunkowania stosowania modeli dyspersji zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym oraz podstawy ich sformułowania matematycznego i metody oceny modeli w zależności od ich przeznaczenia + - - - - - - - - - -
M_W002 czynniki determinujące procesy dyfuzji atmosferycznej i przemian chemicznych w atmosferze oraz matematyczny opis tych procesów + - - - - - - - - - -
M_W003 strukturę najczęściej stosowanych systemów modelowania jakości powietrza + - - + - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 wykorzystać i odpowiednio przetworzyć dane meteorologiczne, geofizyczne i emisyjne pochodzące z różnych źródeł danych i zaimplementować je do systemu modelowania dyspersji zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym - - - + - - - - - - -
M_U002 zinterpretować uzyskane wyniki obliczeń stężeń zanieczyszczeń w powietrzu oraz je zwizualizować przy wykorzystaniu systemów informacji przestrzennej - - - + - - - - - - -
M_U003 samodzielnie dobrać i skonfigurować odpowiedni atmosferyczny model dyspersji względem realizacji zadanego celu, miejsca zastosowania i skali przestrzennej - - - + - - - - - - -
M_U004 ocenić skuteczność prognostyczną systemu modelowania dyspersji zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym - - - + - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 aktywnego i kreatywnego włączenia się w dynamiczny rozwój i popularyzowanie geoinformacji środowiskowej, w tym z zakresu modelowania jakości powietrza + - - + - - - - - - -
M_K002 postępowania profesjonalnego, odpowiedzialnego i zgodnego z zasadami etyki zawodowej, a także prawidłowej identyfikacji i rozstrzygania problemów pojawiających się podczas realizacji powierzonych zadań - - - + - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 100 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 27 godz
Przygotowanie do zajęć 12 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 22 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 37 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 1 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 1 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (9h):
  1. Podstawy modelowania jakości powietrza

    Podstawy prawne modelowania jakości powietrza. Klasyfikacja i podstawowa charakterystyka modeli dyspersji zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym ze względu na sformułowanie matematyczne, podstawy koncepcji modelowania i zastosowania.

  2. Model smugi Gaussa

    Podstawy modelowania dyspersji zanieczyszczeń w modelu smugi Gausa. Parametryzacja dufizji względem klas stabilności atmosferycznej, parametryzacja modelu smugi Gaussa. Model smugi Gaussa dla źródeł niepunktowych. Koncepcja wirtualnego źródła. Funkcja gęstości prawdopodobieństwa dla niestabilnej równowagi atmosferycznej (PDF). Modelowanie dyspersji zanieczyszczeń ze źródeł przypowierzchniowych.

  3. Gaussowski model obłoku oraz interakcje smuga-atmosfera

    Koncepcja i parametryzacja modelu obłoku Gaussa. Spektralne właściwości turbulencji, turbulentne rozproszenie energii – teoria Kołmogorowa. Interakcje smuga-atmosfera: wyniesienie smugi, efekt cienia aerodynamicznego, smugi cięższe od powietrza, depozycja.

  4. System modelowania AERMET/AERMOD

    Opis i konfiguracja systemu modelowania AERMET/AERMOD. Wyznaczanie parametrów mikroklimatycznych, profile prędkości wiatru i temperatury, poziome i pionowe współczynniki dyfuzji atmosferycznej, wyznaczanie tzw. zmiennych efektywnych, wpływ topografi terenu, prognozowanie stężeń, parametryzacja dyspersji, wyniesienie gazów odlotowych ponad wylot z emitora.

  5. System modelowania CALMET/CALPUFF

    Model CALMET: definicja siatki obliczeniowej, pole wiatru, początkowe pole wiatru, efekt terenu, procedura minimalizacji rozbieżności i interpolacji pola wiatru, temperatury i opadów atmosferycznych, parametryzacja stabilności atmosferycznej,
    Model CALPUFF: koncepcja i podstawowe równania, parametryzacja dyspersji, wyniesienie gazów odlotowych, efekt cienia aerodynamicznego, parametryzacja dyspersji na granicy woda-ląd, efekt terenu.

  6. Metodologia walidacji modeli dyspersji

    Podstawowe parametry statystyczne i ich własności, wyznaczanie przedziałów ufności. Akceptowalne kryteria modeli jakości powietrza, procedura podstawowa i rozszerzona oceny modelu na podstawie nieparametrycznego najwyższego stężenia (RHC). Wybrane przykłady oceny modeli dyspersji.

  7. Podstawy modelowania przemian chemicznych w atmosferze

    Atmosfera jako reaktor chemiczny, kinetyka reakcji chemicznych, rzędowość reakcji chemicznych, reakcje fotochemiczne, reakcje w fazie gazowej, stan fotostacjonarny, reakcje heterogeniczne. Modelowanie procesów przemian chemicznych w troposferze.

Ćwiczenia projektowe (18h):
  1. Ocena skuteczności prognostycznej stacjonarnego systemu modelowania AERMET/AERMOD w płaskim terenie na podstawie wybranej bazy danych oceny modeli

    Pozyskanie i przetworzenie danych geofizycznych (AERMAP, AERSURFACE). Pozyskanie i przetworzenie danych meteorologicznych wyznaczenie parametrów mikroklimatycznych planetarnej warstwy granicznej (AERMET). Implementacja danych meteorologicznych z modeli prognostycznych (MMIF). Wykonanie obliczeń dyspersji zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym (AERMOD). Wizualizacja wyników obliczeń i ocena skuteczności prognostycznej modelu®.

  2. Projekt oceny oddziaływania wybranego kompleksu przemysłowego na jakość powietrza z zastosowaniem modelu smugi Gaussa II generacji

    Zdefiniowanie obszaru i obiektu badań. Pozyskanie i przetworzenie odpowiednich danych przestrzennych, meteorologicznych i emisyjnych. Konfiguracja modelu dyspersji i wykonanie obliczeń. Wizualizacja, ocena i interpretacja uzyskanych wyników obliczeń.

  3. Ocena skuteczności prognostycznej modelu obłoku w terenie o zróżnicowany ukształtowaniu terenu na podstawie wybranej bazy danych oceny modeli

    Pozyskanie i przetworzenie danych geofizycznych (TERREL, CTGPROC, MAKEGEO). Pozyskanie i wstępne przetworzenie danych meteorologicznych (SMERGE, READ62). Symulacje trójwymiarowego pola parametrów meteorologicznych i dwuwymiarowego pola parametrów mikroklimatycznych planetarnej warstwy granicznej (CALMET). Implementacja danych meteorologicznych z modeli prognostycznych (MMIF). Wykonanie obliczeń dyspersji zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym (CALPUFF). Wizualizacja wyników obliczeń i ocena skuteczności prognostycznej modelu®.

  4. Ocena jakości powietrza wybranym obszarze z wykorzystanie technik matematycznego modelowania dyspersji

    Zdefiniowanie obszaru badań i identyfikacja głównych źródeł emisji. Przygotowanie i przetworzenie danych geofizycznych, meteorologicznych, emisyjnych. Konfiguracja systemów modelowania oraz definicja odwzorowania wielkości i przestrzennej zmienności emisji w postaci katastru. Ocena, wizualizacja i interpretacja uzyskanych wyników obliczeń.

  5. Modelowanie przemian chemicznych w troposferze

    Wprowadzenie do modelowania przemian chemicznych w troposferze z użyciem modelu pudełkowego (box-model). Dobór mechanizmów reakcji chemicznych. Przygotowanie danych wejściowych do modelu (m.in. meteorologicznych, emisyjnych) oraz zdefiniowanie warunków początkowych i brzegowych. Przeprowadzenie obliczeń zgodnie z przyjętymi założeniami. Wizualizacja wyników obliczeń oraz ich interpretacja.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia projektowe: Studenci wykonują zadany projekt samodzielnie, bez większej ingerencji prowadzącego. Ma to wykształcić poczucie odpowiedzialności za pracę w grupie oraz odpowiedzialności za podejmowane decyzje.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Student ma prawo do jednej nieusprawiedliwionej nieobecności na ćwiczeniach projektowych.
Ocena ostateczna z ćwiczeń projektowych jest wystawiana na podstawie średniej arytmetycznej z ocen cząstkowych uzyskanych z zrealizowanych projektów. Student ma możliwość poprawy projektu tylko jeden raz.
Warunkiem przystąpienia do egzamin jest uzyskanie pozytywnej oceny z ćwiczeń projektowych.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia projektowe:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują prace praktyczne mające na celu uzyskanie kompetencji zakładanych przez syllabus. Ocenie podlega sposób wykonania projektu oraz efekt końcowy.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocenę końcową (OK) modułu oblicza się według wzoru:
OK = E * 0,4 + P * 0,6
gdzie:
E – ocena uzyskana z egzaminu
P – ocena uzyskana z ćwiczeń projektowych

Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnych ocen z ćwiczeń projektowych i egzaminu.
W przypadku uzyskania oceny pozytywnej z ćwiczeń projektowych dopiero w terminie poprawkowym, jako ocenę P przyjmowana jest ocena ostateczna (z terminu poprawkowego).
W przypadku uzyskania pozytywnej oceny z egzaminu dopiero w drugim terminie (E1 = 2,0; E2 – pozytywna), ocena E = 0,25*2,0 + 0,75*E2.
W przypadku uzyskania pozytywnej oceny z egzaminu dopiero w trzecim terminie (E1 = 2,0; E2 = 2,0; E3 – pozytywna), ocena E = 0,4*2,0 + 0,6*E3.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Student zobowiązany jest do samodzielnego uzupełnienia zaległości na podstawie materiałów udostępnianych przez prowadzącego oraz dostępnej literatury. Zakres materiału zostanie przestawiony w drodze konsultacji z prowadzącym.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Podstawowa wiedza z zakresu matematyki, fizyki, informatyki, statystyki, meteorologii, ochrony powietrza, systemów informacji przestrzennej i modelowania procesów środowiskowych oraz znajomość języka programowania R.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

LITERATURA:

  1. De Visscher A.: Air dispersion modeling: foundations and applications. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2013. http://b-ok.xyz/book/2357273/95a9c7
  2. Juda-Rezler K., Toczko B. (red.): Pyły drobne w atmosferze. Kompendium wiedzy o zanieczyszczeniu powietrza pyłem zawieszonym w Polsce. Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa 2016. http://www.gios.gov.pl/images/aktualnosci/Pyly_drobne_w_atmosferze.Kompendium_wiedzy.pdf
  3. Łobocki L.: Wskazówki metodyczne dotyczące modelowania matematycznego w systemie zarządzania jakością powietrza. Ministerstwo Środowiska, Główny Inspektorat Ochrony Środowiska, Warszawa 2003.
    https://www.mos.gov.pl/g2/big/2009_04/10b178cc46f324201b6ebaabe11e0842.pdf
  4. Markiewicz M.T.: Podstawy modelowania rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2004.
  5. Zwoździak J., Zwoździak A., Szczurek A.: Meteorologia w ochronie atmosfery. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1998. http://www.dbc.wroc.pl/dlibra/doccontent?id=606
  6. Zwoździak J.: Współczesne kierunki w zarządzaniu jakością powietrza atmosferycznego. IMGW-PIB, Warszawa 2017.
  7. Analiza możliwości aktualizacji oraz aktualizacja modelu rozprzestrzeniania zanieczyszczeń podanego w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 26.01.2010 r. w sprawie wartości odniesienia dla niektórych substancji w powietrzu (Dz. U. Nr 16, poz. 87). Biuro Studiów i Pomiarów Proekologicznych „EKOMETRIA” Sp. z o.o., Gdańsk 2014.

POMOCE NAUKOWE:

  1. Bazy danych oceny modeli dyspersji w skali lokalnej (MED – Model Evaluation Databases):
    https://www.epa.gov/scram/air-quality-dispersion-modeling-preferred-and-recommended-models#aermod
  2. Bazy danych oceny modeli NOAA/ARL/DATEM: https://www.arl.noaa.gov/research/dispersion/datem/
  3. Strona modelu AERMOD: https://www.epa.gov/scram/air-quality-dispersion-modeling-preferred-and-recommended-models#aermod
  4. Strona www modelu CALPUFF:http://www.src.com/
Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:
  1. Bogacki M.: Ocena dokładności wyników prognozowania stężeń ozonu w przyziemnej warstwie atmosfery. Inżynieria Środowiska 2001, t. 6, z. 1, 95-110.
  2. Bogacki M., Forkel R.: Modelowanie imisji ozonu w przyziemnej warstwie atmosfery na obszarze Krakowa. Emisje zagrażające środowisku (red. J.D. Rutkowski, A. Musialik-Piotrowska), Wyd. PZITS nr 803, Wrocław 2002, s. 7-16.
  3. Bogacki M., Forkel R.: Prognozowanie stężeń ozonu dla Europy. Problemy ochrony powietrza w aglomeracjach miejsko-przemysłowych. Wyd. PAN, Oddział w Łodzi, Komisja Ochrony Środowiska i Gospodarki Komunalnej, Łódź, Gliwice 2003, s. 9-16.
  4. Bogacki M., Oleniacz R.: Referencyjna metodyka modelowania poziomów substancji w powietrzu na tle innych modeli obliczeniowych. Inżynieria Środowiska AGH, 2004, t. 9, z. 1, 35-45.
  5. Oleniacz R., Bogacki M.: Porównanie poprzedniej i aktualnej metodyki modelowania rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu opartej na modelu smugi Gaussa. Inżynieria Środowiska AGH, 2004, t. 9, z. 1, 57-69.
  6. Bogacki M.: Modeling of ozone immission in the lowest layer of atmosphere using box-model. Archives of Environmental Protection, 2006, Vol. 32, No. 2, 3-20.
  7. Bogacki M., Syguła P.: The impact of biogenic volatile organic compounds emission on photochemical processes occurring in the troposphere. Geomatics and Environmental Engineering, 2013, Vol. 7, No. 1, 37–46.
  8. Oleniacz R., Rzeszutek M.: Determination of optimal spatial databases for the area of Poland to the calculation of air pollutant dispersion using the CALMET/CALPUFF model. Geomatics and Environmental Engineering, 2014, Vol. 8, No. 2, 57-69.
    Oleniacz R., Rzeszutek M.: Assessment of the impact of spatial data on the results of air pollution dispersion modeling. Geoinformatica Polonica, 2014, Vol. 13, 57-68.
  9. Oleniacz R., Rzeszutek M.: Obliczenia rozprzestrzeniania się pyłu drobnego w powietrzu atmosferycznym z wykorzystaniem dyfuzyjnych modeli Gaussa. W: Nauka i wiedza kluczem do poznania świata (red. M. Olkiewicz, M. Drewniak). Wyd. Mateusz Weiland NETWORK SOLUTIONS, Słupsk 2015, s. 42-51.
  10. Rzeszutek M., Oleniacz R.: Zastosowanie systemu modeli CALMET/CALPUFF o wysokiej rozdzielczości do oceny wpływu na jakość powietrza spalarni odpadów komunalnych w Krakowie. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 2015, t. 18, nr 1, 5-22.
  11. Rzeszutek M., Oleniacz R.: Zastosowanie systemu modelowania AERMOD w obliczeniach dyspersji zanieczyszczeń powietrza w warunkach polskich. W: Powietrze atmosferyczne. Jakość – zagrożenia – ochrona (red. K. Gaj, J. Kuropka). Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2016, s. 267-280.
  12. Rzeszutek M., Bogacki M.: Ocena modelu dyspersji zanieczyszczeń powietrza OSPM: studium przypadku, Polska, Kraków. Rocznik Ochrona Środowiska, 2016, t. 18, 351–362.
  13. Oleniacz R., Rzeszutek M., Bogacki M.: Assessment of chemical transformation modules for secondary inorganic aerosol formation in CALPUFF model. Proceedings of ECOpole, 2016, Vol. 10, No. 1, 57-66.
  14. Oleniacz R., Rzeszutek M., Bogacki M.: Impact of use of chemical transformation modules in CALPUFF on the results of air dispersion modeling. Ecological Chemistry and Engineering S, 2016, Vol. 23, Issue 4, 605-620.
  15. Szulecka A., Oleniacz R., Rzeszutek M.: Functionality of openair package in air pollution assessment and modeling – a case study of Krakow. Environmental Protection and Natural Resources, 2017, Vol. 28, No. 2(72), 22-27.
  16. Rzeszutek M., Szulecka A., Oleniacz R., Bogacki M.: Assessment of the AERMOD dispersion model over complex terrain with different types of meteorological data: Tracy Power Plant experiment. E3S Web of Conferences, 2017, Vol. 22, Issue 00149.
  17. Oleniacz R., Rzeszutek M.: Intercomparison of the CALMET/CALPUFF modeling system for selected horizontal grid resolutions at a local scale: A case study of the MSWI Plant in Krakow, Poland. Applied Sciences, 2018, Vol. 8, Issue 11, 2301.
  18. Rzeszutek M., Bogacki M., Bździuch P., Szulecka A.: Improvement assessment of the OSPM model performance by considering the secondary road dust emissions. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 2019, Vol. 68, 137-149.
Informacje dodatkowe:

Brak