Luftkvalitet och klimat i städer

Forskningen inom området luftkvalitet och klimat i städer ska ge nya insikter om luftkvalitet och klimat i stadsområden, hur det ser ut idag och i en framtid med klimatförändringar. Målet är att göra rumsligt högupplösta klimatvariabler, så kallade ECV:er (Essential Climate Variables), och urbana påverkansindikatorer tillgängliga som ett stöd för såväl hållbar stadsplanering som hälsobedömningar.

Med ett fokus på staden som geografisk enhet spänner forskningsområdet över flera discipliner och skalor, från nedskalning av klimatmodeller, via modellering av föroreningsutsläpp och spridning på urban skala till simulering av flöden i komplexa stadsmiljöer på mikronivå. Validering av modellresultat mot observationer i stadsmiljö utgör en viktig del i vårt arbete med att utveckla modellverktyg och nedskalningsmetoder.

Fyra forskningsämnen

Arbetet är indelat i fyra sammanlänkade forskningsämnen:

Högupplöst nedskalning av stadsklimat

Mer än 70 % Europas befolkning bor i städer, vars infrastruktur ofta är sårbar för klimatpåfrestningar.  De klimatdata och klimatprojektioner som finns tillgängliga idag är relevanta på den regionala skalan, men de tar de inte tillräcklig hänsyn till de särskilda förhållanden som råder i städer.

Vårt mål är att öka kunskapen om hur olika städer reagerar på klimatsignaler och vilka åtgärdsprogram som kan upprättas för att klara anpassningen till klimatförändringar. Vi arbetar för närvarande med nedskalning av klimatdata till stadsskalan genom att köra modellen HARMONIE med hög upplösning (1x1 km2). Modellens output av klimatvariabler för urban miljö kan sedan vidareprocessas till påverkansindikatorer, för att stödja den infrastruktur och sjukvård som bedrivs i större europeiska städer.

Dynamisk nedskalning av luftföroreningar till urban skala

Luftföroreningar i stadsmiljö påverkas i hög grad av långväga transporter och källor utanför själva staden. För blandningen av gamla och nya föroreningar krävs en enhetlig beskrivning av dynamik och kemi som hanteras bäst med spridningsmodeller på olika rumskalor, kopplade till varandra. Vi använder högupplösta vindfält från meteorologiska modeller som indata till en urban version av MATCH-modellen, där fysiken anpassats till stadsmiljö. Randvillkor från den regionala MATCH-modellen. Vi utvecklar för närvarande en metodik för att undersöka samtidig exponering av höga temperaturer och ozonkoncentrationer.

Modellering av utsläpp och spridning av reglerade luftföroreningar på  lokal skala

I städer finns en stor rumslig variation av luftföroreningshalter där lokaltrafik och vedförbränning från hushållen bidrar till att bilda särskilt utsatta, förorenade områden. Det behövs därför modeller som fortsätter den urban nedskalningen ner till kvartes- och gatunivå, med en rumslig upplösning som vi kallar lokal eller mikroskala.SMHI utvecklar modellverktyg för utsläpp och spridning av reglerade föroreningar på lokal skala, inklusive trafikutsläpp, vägslitage, vedförbränning och fartygsutsläpp. Modellberäkningar av luftföroreningshalter i stadsmiljö, med kopplingar regional – urban – lokal skala, är vår specialitet och används operationellt till exempel i det nationella SIMAIR-systemet. Vi tar fram luftexponeringsdata för såväl epidemiologiska bedömningar och hälsobedömningar, och våra modellberäkningar används också som komplement till mätningar för att visa om luftföroreningshalterna i en stad uppfyller svenska miljökvalitetsnormer och kraven i EU-direktivet.

Simulering av urbana flöden på mikroskala

Ur ett folkhälsoperspektiv är det viktigt att veta om stadens utformning vad gäller byggnation och infrastruktur kan leda till förhöjda temperaturer i omgivningsluften och därmed öka antalet värmerelaterade dödsfall. Det understryker behovet av att identifiera högriskområden och finna sätt att genom urban planering - t ex utnyttjande av grön infrastruktur - lindra temperaturpåslag och öka komforten för de invånare som vistas i dessa områden.

För uppgiften att utförligt kartlägga stadens temperaturförhållanden använder vi modeller för fluiddynamik (Computational Fluid Dymaics, t ex OpenFOAM) och värme- och strålningsmodeller (SOLWEIG). Med dessa kan vita fram rums- och tidsmässiga mönster för hur urbana flöden och temperatur varierar i en stad eller ett stadsområde, vilka kan användas som underlag för statsplanerare och hälsoansvariga i deras arbete med anpassningsåtgärder och strävan mot en hållbar stadsmiljö.