Numerical study of the SUSUPLUME air pollution model

Abstract

In this paper, we propose a SUSUPLUME air pollution as a modern application of the classical Gaussian plume model. The presented model takes into account meteorological conditions and parameters of the pollution sources. The classical model is supplemented by the equations of motion of the center of mass of a single emission. A numerical study has shown that in stationary weather conditions the presented model qualitatively coincides with other known models. The results of calculating the concentrations of pollutants do not contradict the obtained values based on the official methodology for calculating the maximum concentrations of pollutants approved for usege in the territory of the Russian Federation. The SUSUPLUME model contains a number of identifiable parameters and it can be adapted to real conditions. The computational model consists of two blocks: a block for recording measurement information and a block for calculating the concentrations of pollutants. The measurement information registration unit has a low labor intensity (over a million registrations per second). The pollutant concentrations calculation block is laborious (400 points of calculations per second). Concentrations are calculated independently, it allows to use parallelization of the computational process in the future. В настоящей работе предложена модель рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе SUSUPLUME, представляющая собой модификацию классической модели гауссового шлейфа (Gaussian plume model). Представленная модель описывает динамику рассеяния с учетом различных факторов: метеорологической обстановки, параметров источника загрязнения. Уравнения классической модели дополнены уравнениями движения центра масс единичного выброса. Численное исследование показало, что в стационарных метеоусловиях представленная модель качественно совпадет с другими известными моделями. Результаты расчета концентраций загрязняющих веществ не противоречат полученным значениям на основе методики ММР 2017, утвержденной к применению на территории Российской Федерации.Модель также содержит ряд идентифицируемых параметров, с помощью которых она может быть адаптирована к реальным условиям. Вычислительно модель состоит из двух блоков: блока регистрации измерительной информации и блока расчета концентраций загрязняющих веществ. Блок регистрации измерительной информации имеет низкую трудоемкость (свыше миллиона регистраций в секунду). Блок расчета концентраций загрязняющих веществ имеет высокую трудоемкость (около 400 точек вычислений концентрации в секунду), но поскольку все концентрации в представленной модели рассчитываются независимо, то это позволяет в перспективе использовать распараллеливание вычислительного процесса.