SIMAIR – teknisk beskrivning

SIMAIR är ett webbaserat verktyg för beräkning av luftkvalitet i svenska tätorter. Samtidigt som systemet är komplext med flertalet kopplade beräkningsmodeller verkande på olika geografiska skalor, är användargränssnittet lättanvänt, flexibelt och enkelt åtkomligt.

Höga halter av luftföroreningar är ett problem i många svenska kommuner. Som skydd för miljön och människors hälsa finns miljökvalitetsnormer definierade i svensk lagstiftning, vilka bygger på det luftdirektiv som EU-länderna har enats om.

Då det finns ett stort behov för svenska kommuner, luftvårdsförbund och regionala aktörer att utvärdera luftkvaliteten i svenska tätorter har SMHI, med finansiering från Trafikverket och Naturvårdsverket, utvecklat verktyget SIMAIR, som är möjligt att tillämpa för samtliga kommuner i Sverige.

Anpassad efter aktuella frågeställningar

Gaturum med trafik
Vägtrafiken är en av huvudkällorna till luftföroreningar i Sverige.

Störst svårighet för svenska kommuner är det generellt att klara gränsvärdena för partiklar (PM10, partiklar med en aerodynamisk diameter mindre än 10 µm) samt kvävedioxid (NO2). Kritiska områden är bland annat starkt trafikerade gatumiljöer och bostadsområden med utbredd småskalig vedeldning.

SIMAIR är anpassad för dessa frågeställningar och innehåller applikationer för bedömning av luftkvalitet i gaturum och öppna vägkorsningar (SIMAIR-väg och SIMAIR-korsning). Samtidigt finns förberäknade bakgrundshalter för att jämförelser ska kunna göras mellan det lokala bidragets betydelse för totalhalten i förhållande till långväga transporterade luftföroreningar.

Modellsystemets uppbyggnad

SIMAIR karaktäriseras av ett enkelt och lättanvänt användargränssnitt som kan användas för samtliga kommuner i Sverige. Samtidigt bygger det på ett mycket komplext modellsystem där:

  • Bästa tillgängliga indata används, exempelvis vad gäller emissioner och meteorologi
  • Modellerna bygger på ett kopplat modellkoncept, där hänsyn tas både till lokala haltbidrag samt bakgrundsbidrag från övriga tätorten, Sverige och Europa

Eftersom luftföroreningar härstammar från olika källor, på olika avstånd från området som studeras, använder SIMAIR ett kopplat modellkoncept. Beroende på frågeställning används därför olika beräkningsmodeller verkande på olika skalor, från lokala beräkningar med en upplösning på 25 m till regionala beräkningar med en upplösning på 11 km. De regionala och urbana bidragen är förberäknade, medan de lokala bidragen beräknas via användargränssnittet.

Schematisk figur över SIMAIRs databaser och modeller
Schematisk figur över databaser och modeller i SIMAIR. Den streckade linjen skiljer på förberäknade halter från modeller på större skala (över linjen) och halter som beräknas direkt från användargränssnittet via lokala modeller (under linjen). Förstora Bild

Regionala bakgrundshalter

För beräkning av halter på regional skala används spridningsmodellen MATCH, som drivs av meteorologiska data från väderprognosmodellen ECMWF, samt emissionsdata från EMEP över Europa (11x11 km) och SMEDs Geografiskt fördelade emissioner för Sverige (1x1 km). Förutom MATCH används också tvådimensionell variationell dataassimilering med mätdata för PM10, då MATCH ännu inte inkluderar sekundära organiska aerosoler.

Urbana bakgrundshalter

Urbana halter av luftföroreningar, på ett 1x1 km rutnät, beräknas med den urbana spridningsmodellen BUM. Vid beräkningarna används emissionsdata från SMEDs (Svenska MiljöEmissionsData) Geografiskt fördelade emissioner till luft. Spridningsberäkningar görs med två metodiker beroende på typ av källa:

  • För markkällor, såsom trafik och småskalig vedeldning, beräknas halter genom att bidrag från emissioner i ett influensområde uppströms vindriktningen läggs samman för att bestämma halten i en beräkningspunkt.
  • För utsläpp från högre punktkällor (till exempel höga skorstenar) görs beräkningarna med en Gaussisk plymmodell.

Meteorologiska data

De meteorologiska data som används i SIMAIR är framtagna med systemet Mesan. Det bygger på optimal interpolationsteknik, där all tillgänglig data från synoptiska och automatiska väderstationer tillsammans med data från vädersatelliter och väderradar viktas samman för att på bästa sätt representera de rådande väderförhållandena för en viss plats och tidpunkt. Beräkningarna görs med en horisontell upplösning på 2,5x2,5 km samt en tidsupplösning på 1 timme.

Väg- och trafikinformation

Nationella vägdatabasen (NVDB) är en väg och fordonsdatabas som innehåller uppdaterad information om exempelvis vägkoordinater, vägens funktionsklass, skyltad hastighet mm. Parallellt finns också en databas med trafikdata, såsom fordonsmängder och andel tung trafik. Avgasemissioner beräknas med emissionsmodellen HBEFA.

Hantering av vägdamm och slitagepartiklar

En ny emissionsmodell för vägdamm och slitagepartiklar har implementerats i SIMAIR 3. Modellen är framtagen inom ramen för det nordiska samarbetsprojektet NORTRIP.

Pågående utvecklingsarbete

SIMAIR syftar till att vara ett högkvalitativt verktyg för bedömning av luftkvalitet i svenska tätorter och ambitionen är att modellen ska återge representativa halter i hela Sverige. Därför pågår ett kontinuerligt utvärderings- och forskningsarbete kring modellen.

Omfattande valideringsarbete av modellens resultat mot mätningar från stationer i olika delar av Sverige har genomförts under flera omgångar. Utvärderingarna avser både stationer placerade i gaturum och urban bakgrund (takmätningar). Slutsatserna från dessa studier har bland annat legat till grund för ett utvecklingsarbete av SIMAIRs urbana spridningsmodell BUM för att förbättra beräkningarna i delar av Sverige som präglas av kallt vinterklimat.

Nationella forskningstillämpningar

SIMAIR har tillämpats i flertalet nationella forskningsstudier på SMHI. I en studie användes modellsystemet i syfte att kartlägga partikelhalter i Sverige. En annan studie undersökte utsikterna att uppnå miljökvalitetsnormer och miljökvalitetsmål till år 2020. Mer om forskningsstudier finns i högerspalten.

Dubbdäcksreduktion
Beräknade 90-percentils dygnsmedelvärden (extremvärden) av PM10 för olika scenarier med reduktion av andelen dubbdäck. Röd linje anger miljökvalitetsnormen och grön linje miljökvalitetsmålet Frisk luft. Förstora Bild