Download - Modelling)of)birch)pollen)concentra2ons)using)Enviro7HIRLAM · Modelling)of)birch)pollen)concentra2ons)using)Enviro7HIRLAM! Alexander)Kurganskiy)1,2*,)Alexander)Mahura)3,)Roman)Nuterman)1,)Alix)Rasmussen)3,)Alexander)Baklanov)3,4

Transcript
Page 1: Modelling)of)birch)pollen)concentra2ons)using)Enviro7HIRLAM · Modelling)of)birch)pollen)concentra2ons)using)Enviro7HIRLAM! Alexander)Kurganskiy)1,2*,)Alexander)Mahura)3,)Roman)Nuterman)1,)Alix)Rasmussen)3,)Alexander)Baklanov)3,4

Modelling  of  birch  pollen  concentra2ons  using  Enviro-­‐HIRLAM  Alexander  Kurganskiy  1,2*,  Alexander  Mahura  3,  Roman  Nuterman  1,  Alix  Rasmussen  3,  Alexander  Baklanov  3,4,  Sergei  Smyshlyaev  2,  Eigil  Kaas  1  

1  Niels  Bohr  Ins.tute  of  University  of  Copenhagen  (NBI,  UC),  Copenhagen,  Denmark  2  Russian  State  Hydrometeorological  University  (RSHU),  St.  Petersburg,  Russia  

3  Danish  Meteorological  Ins.tute  (DMI),  Copenhagen,  Denmark                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        4  World  Meteorological  Organiza.on  (WMO),    Geneva,  Switzerland  

INTRODUCTION    

Inves.ga.on  of  temporal  and  spa.al  evolu.on  of  pollen  has  a  high  interest,  especially  from  a  medical  point  of  view.  Birch  pollen  is  the  most   common   aeroallergen.   About   20%   of   popula.on   in   Europe   suffers   allergenic   reac.ons   from   pollen,   and   this   number   is  constantly  increasing.  Therefore,  people  suffered  to  allergenic  diseases  (such  as  rhini.s)  need  to  know:  where  and  when  there  will  be  high  pollen  concentra.on.  For  this  reason,  a  module  for  forecas.ng  of  birch  pollen  concentra.ons  has  been  developed  as  a  part  of  Enviro-­‐HIRLAM  modeling   system,  and  used   in  opera.onal  mode   for   several   years.  The   latest  version  of   the  model  presented  here  includes  growing  degree  hour  parameteriza.on  for  start  of  flowering  season,  birch  forest  spa.al  distribu.on,  birch  pollen  emissions  from  local  sources,  dry  and  wet  deposi.on  processes  for  pollen  par.cles  in  the  atmosphere.  

MODELLING  DOMAINS    

Figure   1.   P15   domain  covering   a   large   part   of  Europe   with   Denmark   in  the  center.  

Figure   2.   T15   domain  covering   the   North-­‐West  Russia,   a   part   of   Finland,  Sweden,   Belarus   and   Bal.c  States.  

Domain   T15  

Horiz.  resolu.on  

0.135°  

Grids  (lon  x  lat)   118  x  118  

Ver.cal  levels   40  

Domain   P15  

Horiz.  resolu.on  

0.15°  

Grids  (lon  x  lat)   154  x  148  

Ver.cal  levels   40  

MODEL  RESULTS  VS.  OBSERVATIONS  

Figure   6.   Birch   pollen  concentra.ons  observed  ( red )   v s .   mode l l ed  (green)   at   Finnish   sites:  Turku   (60°32‘   N   and  22°28‘   E)   (fig.   6a),   and  Helsinki   (60°10‘   N   and  24°54‘  E)  (fig.  6b).    

Figure   5.   Birch   pollen  concentra.ons   observed  ( r ed )   v s .   mode l l ed    (green)   at   Danish   sites:  Copenhagen   (55°43’   N  and   12°34’   E)   (fig.   5a),  and  Viborg  (56°27‘  N  and  9°24’  E)  (fig.  5b).  

6a  

6b  

5a  

5b   Model  runs  performed  for  spring  of  2006    

METHODOLOGY:  MODEL  AND  DATA    Enviro-­‐HIRLAM   (Environment   -­‐   High   Resolu.on   Limited   Area   Model)   is   online-­‐coupled   numerical   weather   predic.on   and  atmospheric   chemistry   transport   modelling   system.   The   model   includes   chemical,   aerosol   and   pollen   species.   Schema.c  descrip.on  of  birch  pollen  forecas.ng  system  is  shown  in  figure  3.  Birch  forest  habitat  maps  (fig.  4)  have  been  derived  for  both  modelling  domains  (fig.  1,2).  The  maps  are  result  of  combining  and  processing  of  three  GIS  databases:  Global  Land  Cover  (GLC)  (landcover.usgs.gov/glcc/),  European  Forest   Ins.tute   (EFI)   (Päivinen  et  al.  2001),  and  Tree  Species   Inventory   (TSI)   (Skjøth  et  al.  2008).  Model  results  are  shown  in  fig.  5,6.  

Figure  3.    Enviro-­‐HIRLAM  birch  pollen                          forecas.ng  system.  

Figure  4.    Procedure  of  deriving  birch  forest  maps  for  P15  and  T15  domains.  

ACKNOWLEDGMENTS    The  authors  are  thankful  to  Dr.  Carsten  Ambelas  Skjøth  (University  of  Worcester,  Na.onal  Pollen  and  Aerobiological  Research  Unit)  for  providing  tree  species   inventory  data,  European  Forest  Ins.tute  (EFI)  for  broadleaved  forest  data,  Prof.  Mikhail  Sofiev  (Finnish  Meteorological  Ins.tute),  Dr.  Annika  Saarto  (Aerobiological  Unit  at  University  of  Turku)  and  Danish  Asthma  Allergy  Associa.on  for  birch  pollen  observa.on  data,  Dr.  Suleiman  Mostamandy  (RSHU)  for  help  in  gejng  Met.  IC/BC  data.  

REFERENCES    Päivinen,  R.,  Lehikoinen,  M.,  Schuck,  A.,  Häme,  T.,  Väätäinen,  S.,  Kennedy,  P.,  and  Folving,  S.:  Combining  Earth  Observa.on  Data  and  Forest  Sta.s.cs,  Research  Report,  14,  101  p.,  EFI,  Joensuu  and  Joint  Research  Centre  /  European  Commission,  2001.  Skjøth,  C.  A.,  Geels,  C.,  Hvidberg,  M.,  Hertel,  O.,  Brandt,  J.,  Frohn,  L.  M.,  Hansen,  K.  M.,  Hedegaard,  G.  B.,  Christensen,  J.,  and  Moseholm,  L.:  An  inventory  of  tree  species  in  Europe  -­‐  an  essen.al  data  input  for  air  pollu.on  modelling,  Ecol.  Model.,  217,  292-­‐304,  2008.  

*CONTACT    

Alexander  Kurganskiy  email:  [email protected]  

GIS  processing  P15                                                                                T15  

Global  Land  Cover    (GLC,  1x1  km)  

Frac.on  of  birch  forest  in  broadleaved  forest    (TSI,  50x50  km)  

Broadleaved  forest    (EFI,  1x1  km)  

source:  edc2.usgs.gov/glcc/eurasia_img.php     source:  www.efi.int  

Finland  North  –  West  Russia  

Belarus  

Bal.c      States  Sweden  

Denmark  

Germany  Poland  

France  

UK  

Spain  Italy  

Sweden  Norway  

Phenological  data

Birch  forest  map

Met.  IC/BC  (ECMWF-­‐IFS)

Meteorology  

Emissions  

Transport  

Diffusion  

Dry  deposition  

Scavenging  

Birch  pollen  concentration  Eields

INPUT  DATA

Enviro-­‐HIRLAM

OUTPUT