Spridningsmodellen MATCH

MATCH är en avancerad datormodell som utvecklats på SMHI. Modellen använder detaljerad kartläggning av utsläpp av kemiska komponenter till atmosfären tillsammans med meteorologiska data för att beräkna omvandling, transport och nedfall av luftföroreningar.

De meteorologiska förhållandena är styrande för att bestämma vart luftföroreningarna tar vägen, hur de omvandlas och var och när de deponeras. Många luftföroreningar släpps ut i en form för att sedan omvandlas till något annat.

Många tillämpningsområden

Olika luftföroreningar har olika konsekvenser på miljön. MATCH änvänds för att studera konsekvenserna av luftförorningar inom en rad områden:

  • Försurning och övergödning
  • Hälsoproblem
  • Negativt påverkan på växtlighet eller olika material
  • Spåra askplymer från vulkanutbrott
  • Spåra utsläpp från ev. kärnkraftsolyckor
  • Analyser av utsläppsscenarier
  • Luftföroreningar under framtida klimat

Utvecklingen av spridningsmodellen MATCH inleddes i slutet på 1980-talet som en följd av kärnkraftsolyckan i Tjernobyl samt ett behov av att kartlägga det försurande nedfallet till Sverige. Modellen har tillämpats i studier av försurning och övergödning i Europa, marknäraozon i Asien, växthusgaser i Arktis samt nyligen även till att göra prognoser av askplymen från vulkanen Eyjafjallajökull på Island.

Modelluppbyggnad

MATCH är en s.k. "off-line" modell som använder tredimensionella meteorologiska drivdata genererade av klimat- eller väderprognosmodeller. Fördelen med off-line modeller är att de är snabbare än modeller som samtidigt beskriver väderutvecklingen och mängden luftföroreningar. Nackdelen är att man inte kan ta med återkopplingar mellan luftföroreningar och väder och klimat. Till exempel är det känt att (luftförorenings-) partiklar har stor påverkan på molnens egenskaper och jordens strålningsbalans.

Schematisk skiss av MATCH
MATCH läser in meteorologi och emissioner för att beräkna halter och deposition av luftföroreningar.
Förstora Bild

MATCH behandlar en volym av atmosfären, som den delar upp i ett stort antal lådor ("gridboxar"). Modellsystemet är uppbyggt så att man kan välja område som man vill studera och gridboxarnas storlek etc. Typisk storlek för gridboxarna om man studerar luftföroreningar över hela Europa är 50km * 50 km * 100 m.
 
I varje gridbox beräknas förändring av halten av en rad föroreningar beroende på omblandning, nedfall, kemisk omvandling etc. Dessa beräkningar görs vid diskreta tidsteg (typiskt var 3:e minut) över den tidsperiod som man är intresserad av att studera. Modellsimuleringarna är datorkrävande. Trots att man använder superdatorer eller linux-kluster för beräkningarna tar en 1-års körning ett par dygn att slutföra.

Kemi-schema i MATCH
Ett förenklat kemi-schema som används i MATCH. Q är emissioner, D är torrdeposition och W är våtdeposition. Skuggade ämnen existerar som partiklar, de andra är gaser.
Förstora Bild

Jämförelser med mätdata

För att utvärdera modellens förmåga att beskriva verkligheten brukar man jämföra modellresultat med mätningar. Tanken är att om modellen reproducerar mätningar på ett antal punkter inom modellområdet finns det skäl att tro att modellen på ett korrekt vis även beskriver luftföroreningarna på de punkter, och vid de tider, där det saknas mätningar.
 
Denna "validering" är dock inte helt oproblematiskt framförallt för att mätningarna och modellen inte beskriver samma sak. Modellen ger medelvärden i gridboxarna medan mätningarna ger punktvärden. Många föroreningar varierar, i verkligheten, kraftigt inom en och samma gridruta.