Parameters Identification Algorithm for the Susuplume Air Pollution Propagation Model

В статье представлен метод идентификации параметров динамической модели расчета рассеиваний SUSUPLUME. Предполагается, что параметры модели содержат не только характеристики атмосферы и загрязняющих веществ, но и информацию о влиянии других условий, таких как тип местности, застройка, фон и т.д. Настройка параметров модели осуществляется на основе инструментальных замеров концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в приземном слое (2 метра над уровнем земли). Рассматриваются три стратегии идентификации: идентификация параметров по всем измерениям, идентификация параметров по измерениям заданного источника и идентификация параметров на основе другой утвержденной модели. В третьей стратегии предлагается идентифицировать параметры модели так, чтобы модель была максимально похожа на утвержденную модель. Также предложен метод взвешивания этих стратегий. В статье также представлены целевые функции для критериев оптимизации, множество допустимых наборов параметров, алгоритм решения оптимизационной задачи, дерево решений для допустимого множества и алгоритм глобальной оптимизации.

Ключевые слова

модель SUSUPLUME; глобальная оптимизация; экология; распространение загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.

Литература

1. Elsakov, S.M. Numerical Study of the Susuplume Air Pollution Model / S.M. Elsakov, D.A. Drozin, A.V. Herreinstein, T.G. Krupnova, S.G. Nitskaya, T.Yu. Olenchikova, A.A. Zamyshlyaeva // Вестник ЮУрГУ. Серия: Математическое моделирование и программирование. – 2020. – Т. 13, № 4. – С. 5–18.
2. Leelossy, A. Dispersion Modeling of Air Pollutants in the Atmosphere: a Review / A. Leelossy, F.Jr. Molnar, F. Izsak, A. Havasi, I. Lagzi, R. Meszaros // Central European Journal of Geosciences. – 2014. – V. 6, № 3. – P. 257–278.
3. Rentai Yao, Atmospheric Dispersion of Radioactive Material in Radiological Risk Assessment and Emergency Response / Rentai Yao // Progress in NUCLEAR SCIENCE and TECHNOLOGY. – 2011. – V.1. – P. 7–13.
4. Белов, И.В. Cравнение моделей распространения загрязнений в атмосфере / И.В. Белов, М.С. Беспалов, Л.В. Клочкова, Н.К. Павлова, Д.В. Сузан, В.Ф. Тишкин // Математическое моделирование. – 1999. – Т. 11, № 8. – С. 52–64.
5. Ghannam, K. Emissions Characterization and Regulatory Compliance at an Industrial Complex: An integrated MM5/CALPUFF approach / K. Ghannam, M. El-Fadel // Atmospheric Environment. – 2013. – V. 69. – P. 156–169.
6. Rzeszutek, M. Parameterization and Evaluation of the CALMET/CALPUFF Model System in Near-Field and Complex Terrain - Terrain Data, Grid Resolution and Terrain Adjustment Method / M. Rzeszutek // Science of the Total Environment. – 2019. – V. 689. – P. 31–46.
7. Wang Ge. Influence of topography on the Phoenix CO2 dome: a computational study / Wang Ge, M. Ostoja-Starzewski // Atmospheric science letters. – 2004. – V. 5, № 5. – P. 103–107.
8. Jay Wu. Three-Dimensional Dose Evaluation System using Real-Time Wind Field Information for Nuclear Accidents in Taiwan / Jay Wu, Chung-Hsin Lu, Shu-Jun Chang, Yung-Muh Yang, Bor-Jing Chang, Jen-Hsin Teng // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 2006. – V. 565, № 2. – P. 812–820.
9. McGowan, H. Identification of Dust Transport Pathways from Lake Eyre, Australia Using Hysplit / H. McGowan, A. Clark // Atmospheric Environment. – 2008. – V. 42. – P. 6915–6925.
10. Lepicard, S. POSEIDON/RODOS Models for Radiological Assessment of Marine Environment after Accidental Releases: Application to Coastal Areas of the Baltic, Black and North Seas / S. Lepicard, R. Heling, V. Maderich // Journal of Environmental Radioactivity. – 2004. – V. 72, № 1-2. – P. 153–161.
11. Stohl, A. Validation of the Lagrangian Particle Dispersion Model Flexpart Against Large-Scale Tracer Experiment Data / A. Stohl, M. Hittenberger, G. Wotawa // Atmospheric Environment. – 1998. – V. 32, № 24. – P. 4245–4264.
12. Powell, M.J.D. The BOBYQA Algorithm for Bound Constrained Optimization without Derivatives / M.J.D. Powell // Centre for Mathematical Sciences. Report DAMTP. – 2009. – № NA06. – 39 p.