ヒスプリット
大気シミュレーションソフトウェア

ハイブリッド単一粒子ラグランジュ積分軌道モデル（HYSPLIT）[1]は、空気塊の軌道を計算し、空気塊、ひいては大気汚染物質がどの方向にどのくらい移動するかを決定するために使用されるコンピュータモデルです。HYSPLITは、大気汚染物質の拡散、化学変化、沈着を計算することもできます。[2] HYSPLITモデルは、1998年にアメリカ海洋大気庁（NOAA）大気資源研究所とオーストラリア気象研究センターによって開発されました。[3]このモデルの名前は、ラグランジュとオイラーの両方のアプローチを使用していることに由来しています。

モデル開発

気象気球によって大気中に運ばれ、さまざまな大気パラメータを測定するラジオゾンデ遠隔測定機器

気塊の軌道計算への初期の関心は、冷戦期の核軍拡競争に端を発した。1949年、米国政府はソ連の核実験場を見つけるため、ラジオゾンデ気球測定による風データを用いて気塊の軌道の発生源を特定した。[4] HYSPLITの最初のバージョン（HYSPLIT1）は1982年に開発され、レーウィンゾンデ測定のみから気象データを取得し、その拡散計算では昼間の混合は均一で夜間は混合がないと仮定した。[5] HYSPLITの2番目のバージョン（HYSPLIT2）は、混合の強度を変化させることでHYSPLIT1を改良した。[6] HYSPLITの3番目のバージョン（HYSPLIT3）は、レーウィンゾンデデータのみではなく数値気象予測モデルを用いて気象を計算し、モデルの空間的および時間的解像度を向上させた。[7] 1998年に作成されたHYSPLIT4は、現在のモデルバージョンの基礎となっている。[3]

アプリケーション

HYSPLITモデルは、様々な大気汚染物質や有害物質の発生源と受容体の関係を予測・確立するために、研究用途と緊急対応イベントの両方で広く使用されています。[1]使用例には以下が含まれます。

  • ソース・レセプター関係を確立するためのバックトラジェクトリ解析[8]
  • 放射性物質の追跡と予測[9]
  • リアルタイムの山火事の煙予測[10]
  • 風で運ばれた塵[11]
  • 人為的排出の固定発生源

HYSPLITモデルは、リアルタイム環境アプリケーションおよび表示システム（READY）ウェブサイト[12]上で対話的に実行することも、グラフィカルユーザーインターフェイスを使用するPC、Mac、Linuxアプリケーションにインストールすることも、スクリプト（Pythonの「PySPLIT」パッケージ、 Rの「openair」および「splitr」パッケージ）で自動化することもできます。HYSPLITは、NOAAウェブサイトからクライアントサーバーモード（HYSPLIT-WEB）で実行できるという点でかなり珍しく、一般の人々がグリッド化された履歴または予測データセットを選択し、モデル実行を構成し、Webブラウザでモデル結果を取得できます。モデリングシステムとそのアプリケーションのインストール、構成、使用に関するトレーニングが、HYSPLIT開発者によって毎年提供されています。[13]

山火事の煙予測

HYSPLITモデルは、米国土地管理機関が山火事の煙による人間の健康への影響を予測するために広く使用されています。山火事の煙は、公衆と山火事関係者の健康に直接影響を与える可能性があります。[14]米国農務省 森林局航空火災研究チームは、BlueSkyモデリングフレームワークのコンポーネントとしてHYSPLITを使用し、火災で放出される煙の軌跡を計算しています。[15] BlueSkyフレームワーク内の 火災情報、燃料負荷、火災の消費、火災による排出物、気象のさまざまな他の独立したモデルと組み合わせると、ユーザーは二酸化炭素や粒子状物質など、火災によって放出されるいくつかの汚染物質の風下濃度を計算できます。この情報は、土地管理機関や大気規制機関が、計画的および計画外の山火事の影響と、さまざまな山火事管理戦術と緩和戦略の煙関連の結果を理解するのに役立ちます。[16]緊急対応状況において、インシデント管理チームは、煙の影響を予測し、インシデントチーム、大気質規制当局、一般市民など、幅広い関係者に伝達する支援を行うため、専門技術を持つ大気資源アドバイザーを派遣することができます。大気資源アドバイザーは、BlueSkyの予報を解釈し、公衆衛生上のリスクや懸念に対処するために、煙の影響と予報情報をタイムリーに提供するための特別な訓練を受けています。

バック軌道分析

HYSPLITのバック軌道出力は、ウィスコンシン州ドア郡に影響を与える大気汚染の可能性のある発生源を特定します。

HYSPLITの一般的な用途の一つは、ある場所における高レベルの大気汚染が、別の場所からの大気汚染物質の輸送によって引き起こされたのかどうかを判定することです。HYSPLITのバックトラジェクトリを衛星画像（例えば、NASAのMODIS衛星）と組み合わせることで、高レベルの大気汚染が局所的な大気汚染源によって引き起こされたのか、それとも大気汚染問題が風に運ばれたものなのかについての洞察が得られます。[17]長期間（月～年）にわたるバックトラジェクトリを分析することで、高濃度と最も関連する地理的起源を明らかにすることができます。高濃度の寄与を特定する方法はいくつかあり、[18]頻度ベースのアプローチ、潜在的発生源寄与関数、濃度加重トラジェクトリ、トラジェクトリクラスタリングなどが含まれます。[要出典]

例えば、HYSPLITのバックトラジェクトリは、ウィスコンシン州ドア郡の大気汚染のほとんどが郡外から発生していることを示しています。この地図は、ニューポート州立公園の汚染モニターへの空気の移動を示しています。[19]ニューポート州立公園のモニターは海岸近くにあるため、赤い線（下気流を示す）のみがモニターまでのオゾンの経路を意味のある形で示しています。残念ながら、地図に示されているように、これらの下気流は大都市圏から汚染された空気を運んでいます。しかし、内陸部では、上層からの空気がより多く混ざるため、内陸部の大気汚染の経路をたどる際にはすべての色の線が重要です。幸いなことに、これらの上気流（緑と青で表示）は、よりクリーンな、主に田舎の地域から吹き込んでいます。[20]

制限事項

HYSPLITモデルは1980年代の発端以来改良されてきているが、利用者にとって考慮すべき点もいくつかある。[21]その中で重要な点は、モデルが二次化学反応を考慮できないことと、入力気象データの解像度に依存しており、時間的および空間的な解像度が粗い場合があることである。複雑な地形の地域では、利用者は結果を注意深く評価する必要がある。幅広い緊急対応イベントで使用されているにもかかわらず、HYSPLITは米国環境保護庁（US EPA）が規制目的で推奨または推奨するモデルではない。 定常ガウスプルーム拡散モデルであるAERMODは、一次排出汚染物質の点源影響を推定するための米国EPAの推奨モデルである。[22]コミュニティマルチスケール大気質モデル（CMAQ） などの光化学グリッドモデルは、大気中の複雑な化学的および物理的プロセス（大気汚染物質の二次生成を含む）を大規模にシミュレートできる。

参照

参考文献

  1. ^ ab Stein, AF; Draxler, RR; Rolph, GD; Stunder, BJB; Cohen, MD; Ngan, F. (2015-12-01). 「NOAAのHYSPLIT大気輸送・拡散モデリングシステム」.アメリカ気象学会誌. 96 (12): 2059– 2077. Bibcode :2015BAMS...96.2059S. doi : 10.1175/BAMS-D-14-00110.1 . ISSN  0003-0007.
  2. ^ 「HYSPLIT」 . 2020年11月10日閲覧。
  3. ^ ab Draxler, RR; Hess, GD「軌跡、拡散、沈着に関するHYSPLIT_4モデリングシステムの概要」Aust. Met. Mag. 1998, 47, 295–308.
  4. ^ Machta, Lester (1992-11-01). 「1949年ソ連初の核実験現場の発見」 .アメリカ気象学会誌. 73 (11): 1797– 1806. Bibcode :1992BAMS...73.1797M. doi :10.1175/1520-0477(1992)073<1797:FTSOTF>2.0.CO;2. ISSN  0003-0007.
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  6. ^ Draxler, RR, BJB Stunder, 1988: CAPTEX 垂直トレーサー濃度プロファイルのモデリング. J. Appl. Meteor. , 27 , 617-625, DOI: https://doi.org/10.1175/1520-0450(1988)027%3C0617:MTCVTC%3E2.0.CO;2
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  10. ^ O'Neill, Susan M.; Larkin, Narasimhan (Sim) K.; Hoadley, Jeanne; Mills, Graham; Vaughan, Joseph K.; Draxler, Roland R.; Rolph, Glenn; Ruminski, Mark; Ferguson, Sue A. 2009. 地域におけるリアルタイム煙予測システム。Bytnerowicz, Andrzej; Arbaugh, Michael; Andersen, Christian; Riebau, Allen. 2009. Wildland Fires and Air Pollution. Developments in Environmental Science 8. Amsterdam, the Netherlands: Elsevier. pp. 499-534
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  18. ^ Fleming, ZL, PS Monks, AJ Manning. 2012. 「レビュー：観測された大気組成の解釈における気団履歴の影響の解明」大気研究104-105: 1–39. doi :10.1016/j.atmosres.2011.09.009.
  19. ^ WI DNRの128ページに掲載されている監視ステーションの写真。「大気監視ネットワーク計画2016年6月2015日」(PDF)。EPA 。2019年2月6日閲覧。
  20. ^ 米国環境保護庁「ウィスコンシン州：ミルウォーキー北部／オザキー海岸線地域、シェボイガン郡地域、マニトワック郡地域、ドア郡地域：2015年オゾン国家大気環境基準技術支援文書（TSD）最終地域指定」（PDF）。グリーンブック。 2019年2月7日閲覧。
  21. ^ 「READY - リアルタイム環境アプリケーションとディスプレイシステム」。2020年10月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2020年11月17日閲覧。
  22. ^ 米国環境保護庁（2015年）「単一発生源からの排出が二次生成汚染物質オゾンおよびPM2.5に与える影響を評価するためのモデルの使用に関するガイダンス」https://www3.epa.gov/ttn/scram/11thmodconf/Draft_Guidance_SingleSource_SecondarilyFormed-07152015.pdf 2017年7月31日アーカイブ、Wayback Machine
  • 公式サイト
  • AirFire研究チーム BlueSkyモデリングフレームワーク
  • 航空資源アドバイザー
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