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
Hvad øver indflydelse på deposition? Depositionsmodeller Model-arbejdet i forbindelse med den nye miljøgodkendelsesordning Hvad ligger til grund for de nye depositionstabeller?
Oxideret kvælstof: NO, NO 2 Reduceret kvælstof: NH 3
Emission, omdannelse og afsætning af ammoniak Atmosfærisk NH 3 Kemisk omdannelse Atmosfærisk NH 4 + i partikler Tør Våd Tør Våd NH 3 emission
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
Hvad har indflydelse på depositionen lokalt?
The Danish Ammonia Modelling System (DAMOS) DEHM Eta/ MM5 Vejrdata OML-Dep (lille udsnit i DK) Koncentrationer
Start koncentration i luften Kemisk omdannelse* Spredning i luften Anderledes koncentration og sammensætning Udslip (emission) Afsætning (deposition) * kun for regionale modeller - her DEHM
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
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
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
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 0 1 1 16 l z r mo 0.5 2 ln 0.5 1 1 16 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
Tørdeposition i OML-Dep - opdateret beregningsmetode Før Nu 2.6 r b 3 u * r b 2 u * dgs pr 2
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 1 200 1000 f 2 268.15K t s t s 273.15K t s 268.15K 273.15K f f 1 2 10 10 log t 1.1099 s a sn 273.15 1.6769 2 exp 100 7 rh
Overfladedata i OML-Dep LuATMIv1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Ruhed, z0 (m) 0,1 0,3 0,5 1 0,3 0,1 1 1 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.
DEHM modelresultater for 2007 Total deposition Koncentration Våd deposition 1 års beregninger med modellen tager 4 dage
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 2007. 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). 6176000 6296000 6174000 6294000 6172000 6292000 6170000 6290000 6168000 6288000 6166000 6286000 6164000 6284000 6162000 6282000 500000 502000 504000 506000 508000 510000 512000 514000 648000 650000 652000 654000 656000 658000 660000 662000 1 års beregninger med modellen tager ca. 9 timer
UTM-N (m) Diplomuddannelse i arealforvaltning, Viborg, 2009 6228000 6227000 100 m x 100 m opløsning 6226000 6225000 6224000 477000 478000 479000 480000 481000 UTM-E (m)
Ulborg Tange Lindet Keldsnor Anholt ug N/m3 Diplomuddannelse i arealforvaltning, Viborg, 2009 Validering af OML-Dep med danske måledata Årsmiddelværdier af ammoniakkoncentrationen 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Målinger Model: OML-DEP
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?
Meteorologien varierer henover Danmark, også når måneds og årsmiddelværdier betragtes Oplande og naturområder Det kemiske baggrundsregime
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+00 100 500 900 1300 1700 2100 2500 2900 3300 3700 8,00E+00 6,00E+00 4,00E+00 Lindet Tange Ulborg Keldsnor Afstand fra kilden (m) 2,00E+00 0,00E+00 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Afstand
100 400 700 1000 1300 1600 1900 2200 2500 2800 3100 3400 3700 4000 Dep. Diplomuddannelse i arealforvaltning, Viborg, 2009 Meteorologisk stabilitet Middeldepositionen, "Lindet" 70 60 50 40 30 20 10 0 Ustabil Neutral Stabil Afstand fra kilde (m)
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+00 100 400 700 1000 1300 1600 1900 2200 2500 Afstand fra kilden (m) 2800 3100 3400 3700 4000 l1000s
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.
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 0,02 0 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 2900 afstand (m)
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 0,01 0 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 afstand (m) 2100 2300 2500 2700 2900
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 0,01 0 300 500 700 900 1100 1300 1500 afstand (m) 1700 1900 2100 2300 2500 2700 2900
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 0,02 0 300 500 700 900 1100 1300 1500 afstand (m) 1700 1900 2100 2300 2500 2700 2900 Ammoniakmanual Græs
Hvad ligger til grund for de nye depositionstabeller: Husdyrregnearket Parametre som kurverne er baseret på Opsætning af OML-Dep Pixibog om natur og oplandstyper
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
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
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)
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
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
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 1996-2005 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)
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 2.0 1.0 0.0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 Afstand [m] 2700 3000 3300 3600 3900 Skagen Thyborøn Tirstrup Esbjerg Gedser Røsnæs Værløse Roskilde Tylstrup Borris Alstedgård Askov
Ruhed af opland og naturområde Opland: Ringe vegetation Landbrugsland Skov og tæt bevoksning Naturområde: Blandet natur, lav vegetation Krat med middelhøj vegetation Skov
Valg af oplands og naturtyper Pixibog
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 0,001 0 300 700 1100 Afstand fra kilden (m) 1500 1900 2300 2700 3100 3500 3900
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 300-400m). Fratræk den nedre værdi af intervallet (L* = L - 300 = 48m) Beregn depositionen: D(L = 348 m) = B(300m) L* + D*(300m)
Dep [kg N/ha/år] Diplomuddannelse i arealforvaltning, Viborg, 2009 6.00E+00 Hvad betyder middelvindstyrken? 5.00E+00 0.5*U10 0.6*U10 0.7*U10 4.00E+00 0.8*U10 0.9*U10 3.00E+00 1.0*U10 1.1*U10 2.00E+00 1.2*U10 1.3*U10 1.4*U10 1.00E+00 0.00E+00 300 600 900 1200 1500 1800 2100 Afstand [m] 2400 2700 3000 3300 3600 3900 1.5*U10 1.6*U10 1.7*U10 1.8*U10 1.9*U10 2.0*U10
Eksempel på en vindkorrektion Middelvind (m/s) - Korrektionsfaktor VK 2.3 1.27 2.7 1.17 3.1 1.11 3.5 1.06 4.0 1.03 4.4 1.00 4.8 0.98 5.3 0.96 5.7 0.94 6.2 0.92 6.6 0.91 7.1 0.89 7.5 0.88 8.0 0.86 8.4 0.84 8.9 0.83
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%
Opsummering Det nye system med HR blev indført den 1/1-2007 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 300-4000 m Der korrigeres for lokal vindhastighed og retning
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) 12 6 23 10-15 163 Ringelmose Skov (9130) Løvskov (48 %) 4 (~2 fra lokale kilder) 12 6 22 10 15 164 Hestehaven (9130) Løvskov (71 %) 4 (~2 fra lokale kilder) 12 6 22 10-15