Modellerne bag miljøgodkendelsesordningen

Transkript

1 Modellerne bag miljøgodkendelsesordningen Lise Marie Frohn Camilla Geels, Per Løfstrøm, Kaj M. Hansen, Jesper H. Christensen, Carsten Ambelas Skjøth, Ole Hertel, Jørgen Brandt Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet Afdeling for Atmosfærisk Miljø

2 Hvad øver indflydelse på deposition? Depositionsmodeller Model-arbejdet i forbindelse med den nye miljøgodkendelsesordning Hvad ligger til grund for de nye depositionstabeller?

3 Oxideret kvælstof: NO, NO 2 Reduceret kvælstof: NH 3

4 Emission, omdannelse og afsætning af ammoniak Atmosfærisk NH 3 Kemisk omdannelse Atmosfærisk NH 4 + i partikler Tør Våd Tør Våd NH 3 emission

5 Emission, omdannelse og afsætning af NO x Atmosfærisk NO and NO 2 Atmosfærisk HNO 3 Tør NO 2 land NO x Emission Tør Våd Atmosfærisk NO 3- i partikler Tør Våd

6 Hvad har indflydelse på depositionen lokalt?

7 The Danish Ammonia Modelling System (DAMOS) DEHM Eta/ MM5 Vejrdata OML-Dep (lille udsnit i DK) Koncentrationer

8 Start koncentration i luften Kemisk omdannelse* Spredning i luften Anderledes koncentration og sammensætning Udslip (emission) Afsætning (deposition) * kun for regionale modeller - her DEHM

9 Lokalisering af kilder: CHR Centrale Husdyr Register (antal dyr på x,y-koordinater) og BBR Punktkilder for NH 3 Gødningsregnskabet (køb og salg af husdyrgødning) GLR Generelle Landbrugsregister (afgrøder i hver markblok) Markblokkortet (x,ykoordinater for afgrøderne) Fladekilder for NH 3

10 Kemisk omdannelse af ammoniak i atmosfæren NH NH 3 3 H 2 NH SO 4 4 HSO 4 NH 4 HSO NH 4 4 SO 4 NH NH 3 3 HNO HCl 3 NH NH 4 4 Cl NO 3 HNO 3 NaCl NaNO 3 HCl

11 Teorien bag tørdepositionsprocessen Overflade resistans metoden (Surface resistance method) er en af de mest almindelige parameteriseringer af tør-deposition i transport-kemi modeller. Metoden er baseret på en analogi til elektricitetslæren. v d r a 1 r b r c 1 r t c 3 Aerodynamisk modstand r a c 2 Quasilaminar modstand r b c 1 Overflademodstand r c c 0 = 0

12 Tørdeposition i OML-Dep - opdateret beregningsmetode Før Nu r a 1 u * log z z r 0 r a 2 1 u * ln ln 0.5 z z r l z r mo ln l z 0 mo 0.5 l mo 0 r a 1 u * ln z z r 0 5 l mo z r z 0 l mo 0

13 Tørdeposition i OML-Dep - opdateret beregningsmetode Før Nu 2.6 r b 3 u * r b 2 u * dgs pr 2

14 Tørdeposition i OML-Dep - opdateret beregningsmetode Før Nu r c 30 r c lai g 1 sto 1 r ns dro 3 g sto, gas g sto, O3 dr gas g sto, O3 g max f phen f light max f min, f t f vpd f swp r r r ns ns ns f f K t s t s K t s K K f f log t s a sn exp rh

15 Overfladedata i OML-Dep LuATMIv Ruhed, z0 (m) 0,1 0,3 0,5 1 0,3 0, ,1 0,05 0,05 0,1 0,05 0,005 0,1 0,1 Betegn By By2 By3 By4 ByGræs Græs Løvskov Nåleskov Landbrug GræsKort RingeVeg Sand Vådomr Vand Fejl Fejl Indvirkning af lokale ruhedsskift som fx hegn er ikke umiddelbart let at kvantificere på en generel måde. Det vil variere meget med vejr, sæson og andre forhold. Denne type ændringer i depositionsmønstret er derfor ikke medtaget i OML-Dep.

16 DEHM modelresultater for 2007 Total deposition Koncentration Våd deposition 1 års beregninger med modellen tager 4 dage

17 OML-Dep modelresultater for 2007 Diplomuddannelse i arealforvaltning, Viborg, 2009 Geografisk variation af tørdepositionen (kg N/ha) til to udvalgte 16 km x 16 km områder for Beregningen er foretaget på et 400 m x 400 m grid på grundlag af emission fra fladekilder med (100 m x 100m), fra punktkilder (stalde og lager) samt fra baggrundskilder, (ammoniakbidrag fra kilder uden for 16 km x 16 km feltet) års beregninger med modellen tager ca. 9 timer

18 UTM-N (m) Diplomuddannelse i arealforvaltning, Viborg, m x 100 m opløsning UTM-E (m)

19 Ulborg Tange Lindet Keldsnor Anholt ug N/m3 Diplomuddannelse i arealforvaltning, Viborg, 2009 Validering af OML-Dep med danske måledata Årsmiddelværdier af ammoniakkoncentrationen Målinger Model: OML-DEP

20 Modelarbejdet i forbindelse med den nye miljøgodkendelsesordning: Hvilke problemstillinger er der i forbindelse med at uddrage "standard depositioner"? Hvilke faktorer er svære at standardisere? Hvordan er niveauet i forhold til den "gamle" ammoniakmanual?

21 Meteorologien varierer henover Danmark, også når måneds og årsmiddelværdier betragtes Oplande og naturområder Det kemiske baggrundsregime

22 Deposition Middeldeposition (kg/ha) Diplomuddannelse i arealforvaltning, Viborg, 2009 Meteorologisk lokalitet 1 års kørsel med fast vindret, men forskellig met 1,20E+01 1,00E+01 8,00E+00 6,00E+00 4,00E+00 Lindet 1,20E+01 Tange Ulborg 1,00E+01 Keldsnor blowup 2,00E+00 0,00E ,00E+00 6,00E+00 4,00E+00 Lindet Tange Ulborg Keldsnor Afstand fra kilden (m) 2,00E+00 0,00E Afstand

23 Dep. Diplomuddannelse i arealforvaltning, Viborg, 2009 Meteorologisk stabilitet Middeldepositionen, "Lindet" Ustabil Neutral Stabil Afstand fra kilde (m)

24 Middeldeposition kg/ha Diplomuddannelse i arealforvaltning, Viborg, 2009 Skift i ruhed fra landbrugsland til skov Ruhedsskift 8,00E+00 7,00E+00 6,00E+00 5,00E+00 l300s 4,00E+00 l600s 3,00E+00 2,00E+00 1,00E+00 0,00E Afstand fra kilden (m) l1000s

25 For at kunne sammenligne de nye beregninger med resultaterne fra den gamle ammoniakmanual laves beregninger med OML-Dep der såvidt muligt matcher de meteorologiske og fysiske betingelser der er for scenarierne i den gamle manual. Derefter ændres parametrene en ad gangen for at få de nye resultater og forskellen fra gang til gang analyseres.

26 deposition (kgn/ha/år) Diplomuddannelse i arealforvaltning, Viborg, 2009 OML-Dep vs Ammoniakmanual (100 kg emitteret) 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 OML-Dep Højdep OML-Dep Lavdep Ammoniakmanual std 0,06 0,04 0, afstand (m)

27 deposition (kgn/ha/år) Diplomuddannelse i arealforvaltning, Viborg, 2009 OML-Dep med variabel Rc vs Ammoniakmanual 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 OML-Dep Højdep Rc Ammoniakmanual std OML-Dep Lavdep Rc 0,02 0, afstand (m)

28 Deposition (kgn/ha/år) Diplomuddannelse i arealforvaltning, Viborg, 2009 OML-Dep med variabel Rc og met vs Ammoniakmanual 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 OML-Dep Højdep Rc Met Ammoniakmanual std OML-Dep Lavdep Rc Met 0,02 0, afstand (m)

29 Deposition (kgn/ha/år) Diplomuddannelse i arealforvaltning, Viborg, 2009 OML-Dep med variabel Rc og met vs Ammoniakmanual skaleret 0,14 0,12 0,1 OML-Dep Skov 0,08 Ammoniakmanual std OML-Dep Græs 0,06 Ammoniakmanual Skov 0,04 0, afstand (m) Ammoniakmanual Græs

30 Hvad ligger til grund for de nye depositionstabeller: Husdyrregnearket Parametre som kurverne er baseret på Opsætning af OML-Dep Pixibog om natur og oplandstyper

31 Det opdaterede FAR: HusdyrRegnearket HR Ingen tilladelser hvis der er følsom natur indenfor 300 m Ingen beregninger af deposition fra arealkilder Kun depositionsberegning for følsom natur indenfor 1000 m Nye standardkurver baseret på beregninger med OML-Dep Baggrundsbelastningen regnes ikke med

32 Akkumuleret effekt i det nye system Differentierede afskæringskriterier: 0,3 kg N/ha ved mere end 2 brug á 75 DE indenfor 1000m fra det ansøgte (og indenfor bufferzone II) 0,5 kg N/ha ved 2 brug 0,7 kg N/ha ved 1 brug

33 Hvilke parametre har indflydelse på afsætningen? Ruhed af opland - styrer spredningen Ruhed af naturområde - styrer afsætningen Middelvind i de forskellige vindsektorer (VK) Vindfrekvens, dvs hvor ofte blæser det fra de forskellige vindsektorer (VF) Højden af kilden Resultat: 18 kurver med tilhørende vindkorrektioner (3 opland x 3 natur x 2 kildehøjder)

34 Beregning af afsætningen A L E D L VF 100 VK A: den årlige afsætning [kg N/ha/år] E: emissionen fra stald/lager [kg N/år] L: afstand fra kilde til naturområde [m] D: standard afsætning for den relevante kombination af opland og natur [kg N/ha/år pr. kg N/år emitteret], samt højde af kilde, i afstanden L. VF: vindfrekvens i vindsektor mod naturområde [%] VM: Middelvind i relevant vindsektor VM [m/s] VK: vindkorrektion, som afhænger af VM

35 Fast vindretning (270 = vestenvind) Kilden placeret i venstre del af domænet 100 m x 100 m opløsning af receptorer 4 km x 4 km domæne Opsætning af OML-Dep

36 Meteorologiske data 2005 er det udvalgte år da det er dette års meteorologiske data der for hovedparten af kommunerne giver en afsætning til landområder der ligger tættest på et gennemsnit for perioden Lindet er den udvalgte lokalitet bla. fordi OML-Dep for denne lokalitet giver beregninger der er i god overensstemmelse med målingerne. Alt andet end vindretningen varierer med den aktuelle meteorologi (dvs vindhastighed, varmeflux, temperatur, grænselagshøjde osv)

37 Afsætning [kg N/ha/år] Diplomuddannelse i arealforvaltning, Viborg, 2009 Hvad betyder valget af lokalitet? 6.0 Ulborg Keldsnor Tange 5.0 Lindet Frederiksborg 4.0 Afblæs Randbøl Holm Mose 3.0 Urup Dam Paradisbakkerne Holmegaardsmose Afstand [m] Skagen Thyborøn Tirstrup Esbjerg Gedser Røsnæs Værløse Roskilde Tylstrup Borris Alstedgård Askov

38 Ruhed af opland og naturområde Opland: Ringe vegetation Landbrugsland Skov og tæt bevoksning Naturområde: Blandet natur, lav vegetation Krat med middelhøj vegetation Skov

39 Valg af oplands og naturtyper Pixibog

40 Deposition ved emission på 1 kg Diplomuddannelse i arealforvaltning, Viborg, 2009 Deposition fra en standardkurve Standardkurve eksempel B, D*(L) 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0, Afstand fra kilden (m)

41 Tabelopslag og beregning af D(L) i HR Beregning af deposition i afstanden L: Find det afstandsinterval som L ligger i (fx ligger L=348m i intervallet m). Fratræk den nedre værdi af intervallet (L* = L = 48m) Beregn depositionen: D(L = 348 m) = B(300m) L* + D*(300m)

42 Dep [kg N/ha/år] Diplomuddannelse i arealforvaltning, Viborg, E+00 Hvad betyder middelvindstyrken? 5.00E *U10 0.6*U10 0.7*U E *U10 0.9*U E *U10 1.1*U E *U10 1.3*U10 1.4*U E E Afstand [m] *U10 1.6*U10 1.7*U10 1.8*U10 1.9*U10 2.0*U10

43 Eksempel på en vindkorrektion Middelvind (m/s) - Korrektionsfaktor VK

44 Usikkerhed på beregningen A 2 E 2 D 2 VF E D VF 0,2 For VF =0,2 er 0,2 XX 0,7 A=0,35-0,75 svarende til en usikkerhed på 35%-75%

45 Opsummering Det nye system med HR blev indført den 1/ Standardkurverne i HR er baseret på nye beregninger og følsomhedsanalyser med den seneste version af OML-Dep, inklusiv et nyt tørdepositionsmodul Standardkurverne har 3 oplandsruheder, 3 naturområderuheder og 2 kildehøjder og giver værdier for m Der korrigeres for lokal vindhastighed og retning

46 Eksempel på beregninger foretaget for Miljøcenter Århus (FR673) ID Lokalitet (Habitat naturtype) Overfladetype Tørafsat NH 3 (kg N/ha/år) Øvrig tørafs. (kg N/Ha pr år) Vådafs. (kg N/Ha pr år) Total (kg N/Ha pr år) Tålegrænse (kg N/ha/år) 24 Ringelmose Skov (9130) Løvskov (3110) 5 (~3 fra lokale kilder) Ringelmose Skov (9130) Løvskov (48 %) 4 (~2 fra lokale kilder) Hestehaven (9130) Løvskov (71 %) 4 (~2 fra lokale kilder)