Sammanfattning
In this development project, concentrations of NO2, PM10 and PM2.5 have been calculated for the whole of Sweden for the year 2019. Simulations have been made with a new methodology that enables an almost completely seamless combination of dispersion modelling on three scales; regional, urban and street scale, without double counting emissions. Pollution levels have been calculated at 50x50 m2 resolution, which provides a complete and detailed dataset at a national level. The spatial resolution of 50 m captures concentration gradients important for high-resolution exposure calculations. A strength of using dispersion models to calculate pollutant levels is the direct connection to emission inventories and projections.
New functionality, parameterizations and inputs have been developed with the goal of increasing the performance of model calculations while preserving storage capacity. This is crucial to be able to carry out a comprehensive national modelling with a high geographical resolution. Parameterizations and detailed input data have been developed to better represent the real dispersion conditions, the physical environment and the size of emissions from, for example, traffic.
For NO2, high levels are seen in urban environments near roads with high traffic load, and exceedances of the air quality limit values are seen in several locations. The number of exceedances of current air quality standards are relatively low for PM10. Levels of PM2.5 are often low and no exceedances of current standards occur at all. In a future perspective with stricter requirements for clean air, the situation will likely be different. With potentially stricter limit values there is a risk for exceedances in the several Swedish municipalities, especially for PM10.
The validation of the modelling results compared to measurements has shown that modelling quality objectives are achieved for PM2.5 at both urban and local traffic stations. For NO2 and PM10, the modelling quality objectives are not met. The model underperforms at a number of stations and the 90 % requirement is thus not achieved. The RDE indicator is however fulfilled for several stations except for NO2 at traffic stations where the margin to fulfilment was very close. Further investigation of these sites is required and should be prioritized to understand the causes and improve modelled concentrations. Model performance, memory and storage capacity remain a major challenge for performing high-resolution calculations efficiently. Work on this also needs to be prioritised in future projects.
The national modelling results constitute a national description of the current state of air quality in which all of Sweden's municipalities are included. The dataset facilitates the identification of locations where air pollution levels are at risk of exceeding threshold values for air quality standards and environmental quality objectives. This can be of great help to municipalities that lack measurements and modelling of air pollution and supports the work with Swedish air pollution assessment and mitigation. A comprehensive national assessment is especially important to have available when the updated EU Ambient Air Quality Directive, with stricter requirements for clean air, is implemented in the coming years. The dataset can also support the design of measurement networks, selection of measurement site locations and provide valuable information to experts and researchers as well as an interested public. The results will be made freely available on the SMHI web portal “Luftwebb” by the turn of the year 2023/2024.
Sammanfattning
I detta utvecklingsprojekt har halter av NO2, PM10 och PM2.5 beräknats för hela Sverige för år 2019. Simuleringar har gjorts med en ny metodik som möjliggör en nästan helt sömlös kombination av spridningsmodellering på tre skalor; regional, urban och gaturum, utan att dubbelräkna emissioner. Föroreningshalter har beräknats på 50x50 m2 upplösning, vilket ger ett komplett och detaljerat dataset på nationell nivå. Den spatiala upplösningen på 50 m fångar koncentrationsgradienter av vikt för högupplösta exponeringsberäkningar. En styrka med att använda spridningsmodeller för att beräkna föroreningshalter är den direkta kopplingen till emissionsinventeringar och projektioner.
Ny funktionalitet, parametriseringar och indata har tagits fram med målet att öka prestanda och kvalitet för modellberäkningar samtidigt som lagringskapacitet bevaras. Detta är avgörande för att kunna genomföra en heltäckande nationell modellering med hög geografisk upplösning. Parametriseringar och detaljerade indata har tagits fram för att bättre representera de verkliga spridningsförhållandena, den fysiska miljön samt storlek på utsläpp från exempelvis trafik.
För NO2 ses höga halter i urbana miljöer nära trafikbelastade vägar med överskridanden av gränsvärden för olika normer på ett flertal platser. Antal överskridanden av nuvarande miljökvalitetsnormer är förhållandevis få för PM10. Halter av PM2.5 är ofta låga och inga överskridanden av gällande normer sker alls enligt modellresultaten. I ett framtida perspektiv med högre krav på ren luft blir troligtvis situationen en annan, där striktare gränsvärden riskerar att överskridas i flera svenska kommuner, speciellt för PM10.
Valideringen av modellresultat gentemot mätningar har visat att modelleringskvalitetskraven uppnås för PM2.5 vid både urbana och trafiknära platser. För NO2 och PM10 uppnås inte modelleringskvalitetskravet för 90 % av mätstationerna då modellen underpresterar vid ett antal platser. RDE indikatorn för modellkvalitet uppfylls dock för flertalet stationer förutom för NO2 vid trafiknära stationer, där marginalen dock är liten. Vidare undersökning av dessa platser krävs och bör prioriteras för att förstå och förbättra modellerade halter i framtida projekt. Modellprestanda, minnes- och lagringskapacitet är fortsatt en stor utmaning för att genomföra högupplösta beräkningar på ett effektivt sätt. Arbetet med detta behöver också prioriteras framöver.
Dessa nationella modelleringsresultat utgör en nationell nulägesbeskrivning av luftkvaliteten där alla Sveriges kommuner ingår. Datasetet underlättar identifiering av platser där luftföroreningshalter riskerar att överskrida tröskelvärden för miljökvalitetsnormer och miljömål. Detta kan vara till stor hjälp för kommuner som saknar mätningar och modellering av luftföroreningar och gynnar arbetet med svensk luftvård. En heltäckande nationell kartläggning blir speciellt viktigt att ha till förfogande när EU:s uppdaterade luftkvalitetsdirektiv, med striktare krav på ren luft, införlivas de kommande åren. Det nationella modelleringsunderlaget kan också utgöra stöd vid mätnätverksdesign, val av mätplats och ge värdefull information till experter och forskare såväl som en intresserad allmänhet. Resultaten kommer att tillgängliggöras fritt på SMHI:s webbportal Luftwebb till årsskiftet 2023/2024.