Версия модели GLEMOS с открытым исходным кодом (v2.2.2, для ограниченного количество загрязняющих веществ: Cd, Pb, Hg, BaP) теперь доступна на платформе GitHub. Подробную информацию об установке, компиляции и запуске модели см. в Руководстве пользователя. 

GLEMOS (Global EMEP Multi-media Modelling System) — мульти-масштабная модельная платформа для оценки загрязнения окружающей среды широким кругом токсичных веществ, разработанная в рамках программы ЕМЕП. GLEMOS предназначена для численного моделирования распространения, циркуляции и накопления разнообразных загрязняющих веществ (например, таких как тяжелые металлы и стойкие органические соединения) в природных средах (атмосфера, океан, почва, растительность). Характерной особенностью платформы является, возможность выбора как модельного домена (от глобального до локального масштаба), так и и пространственного разрешения. Модульная архитектура системы позволяет гибко настраивать конфигурацию модели под условия конкретной задачи и свойства загрязняющего вещества.

Сфера применения

Сфера практического применения GLEMOS включает:

• Многосредовое моделирование загрязнения окружающей среды разнообразными токсичными веществами на различных масштабах (от глобального до локального)
• Оценки долгосрочного накопления и циркуляции загрязняющих веществ в природных средах
• Оценка межконтинентального переноса загрязняющих веществ и его влияния на уровни загрязнения в различных регионах
• Построение будущих сценариев загрязнения и его взаимосвязи с изменением климата

Модульная архитектура

Общая схема модульной архитектуры системы моделирования GLEMOS

Модульная архитектура является ключевой особенностью модельной платформы GLEMOS. Ее целью является гибкость выбора и настройки модельной конфигурации при моделирования загрязняющих веществ с сильно отличающимися свойствами. Каждый тип природной среды представлен в модели набором процедур, описывающих общие процессы, которые объединены в программные модули. Каждый модуль может быть присоединен или отключен от модели на этапе компиляции кода при помощи управляющих скриптов. Все загрязняющие вещества объединяются в группы, характеризующиеся подобными свойствами (например, тяжелые металлы, стойкие органические загрязнители и др.). Каждая группа загрязняющих веществ представлена в модели, набором модулей определяющих и их свойства и поведение в каждой природной среде. Кроме того, каждое загрязняющее вещество может быть представлено в виде различных физических состояний и химических соединений, специфичных для конкретной среды. Модули загрязняющих веществ могут присоединяться к модельной платформе с помощью процедуры, аналогичной той, которая использована для природных сред.

Основные группы веществ, включенные в текущую версию модели — ртуть, тяжелые металлы в составе атмосферного аэрозоля (Pb, Cd) и стойкие органические загрязнители (СОЗ). Дополнительная группа загрязняющих веществ, которые используется, в основном, для тестирования и оценки эффективности модели, включает инертные радиоактивные изотопы (¹³¹I, ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs, ¹³²Te, и т.д). Кроме того, в ближайшем будущем планируется включить отдельную группу модулей для моделирования атмосферного аэрозоля с целью усовершенствования описания атмосферных процессов, относящихся к распространению тяжелых металлов и СОЗ (распределение газ-частицы, сорбция, гетерогенная химия и др.)

Расчетная область модели и пространственное разрешение

GLEMOS может применяться для оценки загрязнения на различных географических масштабах и с разным пространственным разрешением. Базовая сетка модели на глобальном масштабе имеет горизонтальное разрешение 1°×1°. При этом она имеет переменный шаг в зональном направлении при приближении к полюсами, для того, чтобы избежать чрезвычайно малых пространственных масштабов (и, связанных с ними, очень малых шагов интегрирования по времени). К северу от 82° с. ш. и к югу от 82° ю. ш., соответственно, ячейки сетки объединяются по две, сохраняя линейный шаг сетки не менее 15 км. Кроме того, в областях в непосредственной близости от полюсов (в радиусе 1°) отдельные ячейки сетки объединены в две круговые ячейки.

По вертикали расчетная область модели охватывает атмосферу до 10 гПа (около 30 км). Значительный вертикальный охват требуется для моделирования атмосферного переноса долгоживущих веществ в глобальном масштабе, чтобы избежать необходимости установки граничных условий на верхней границе, а также чтобы учесть возможный обмен между стратосферой и тропосферой. Вертикальная структура текущей версии модели состоит из 20 неоднородных сигма слоев, 10 из которых покрывают нижние 5 км тропосферы, и высота приземного слоя составляет около 75 м.

Конфигурация горизонтальной сетки модели 1°×1°										Вертикальная структура сетки модели

Параметризация физических и химических процессов

Более детально параметризация модели и описание подходов представлены в технических отчетах [Travnikov and Ilyin, 2005; Gusev et al., 2005; Tarrason and Gusev, 2008; Travnikov et al., 2009, Jonson and Travnikov, 2010, Travnikov and Jonson, 2011].

Тестирование модели

Модельная платформа GELMOS тестировалась в ряде численных экспериментов, проводившихся в рамках Целевой Группы по Полусферному Переносу Загрязнителей Воздуха (TF HTAP). Программа оценки моделей включала в себя тестирование атмосферного переноса, сравнение результатов моделирования с данными наблюдений и оценку неопределенности расчетов типа «источник-приемник» на глобальном масштабе. Кроме того, атмосферный модуль переноса GLEMOS был тестирован в численном эксперименте, основанном на расчете атмосферного переноса радиоактивных изотопов от аварийного выброса на АЭС Фукусима-1 (Япония).

Дальнейшее развитие

Разработка и обновление модельной платформы GLEMOS является непрерывным процессом, направленным на улучшение производительности модели и поддержку ее подходов и параметризаций в соответствии с развитием современных научных представлений. В частности, ближайшие изменения модели будут включать в себя:

• Дальнейшее совершенствование модульной архитектуры, включая адаптацию и тестирование процедуры моделирования на различных масштабах и улучшение вычислительной эффективности;
• Включение информации об атмосферном аэрозоле и химических реагентах для улучшения оценки уровней загрязнения тяжелыми металлами и СОЗ на основе внешних данных или упрощенных химических модулей;
• Подготовка системы моделирования для распространения и поддержки в виде программного обеспечения с открытым исходным кодом

Литература

Travnikov O. and I.Ilyin [2005] Regional Model MSCE-HM of Heavy Metal Transboundary Air Pollution in Europe. EMEP/MSC-E Technical Report 6/2005, p.59.

Gusev A., Mantseva E., Shatalov V., Strukov B. [2005] Regional Multicompartment Model MSCE-POP. EMEP/MSC-E Technical Report 5/2005.

Travnikov O., J.E. Jonson, A.S Andersen, M. Gauss, A. Gusev, O. Rozovskaya, D. Simpson, V. Sokovykh, S. Valiyaveetil and P. Wind [2009] Development of the EMEP global modelling framework: Progress report. Joint MSC-E/MSC-W Report. EMEP/MSC-E Technical Report 7/2009.

Jonson J. E. and Travnikov O. (Eds.). [2010] Development of the EMEP global modeling framework: Progress report. Joint MSC-W/MSC-E Report. EMEP/MSC-W Technical Report 1/2010.

Travnikov O. and Jonson J. E. (Eds.). [2011] Global scale modelling within EMEP: Progress report. EMEP/MSC-E Technical Report 1/2011