Sobre el sistema de modelització CALIOPE

CALIOPE és el sistema de pronòstic de la qualitat de l'aire desenvolupat pel Departament de Ciències de la Terra del Barcelona Supercomputing Center (BSC). Gràcies al potencial en termes de processament i anàlisi de dades que proporcionen les instal·lacions de supercomputació, CALIOPE ofereix un servei de recerca de pronòstics de la qualitat de l'aire per a la Península Ibèrica, Catalunya i la ciutat de Barcelona.

Els models de qualitat de l'aire són eines eficaces per pronosticar i analitzar l'evolució dels contaminants atmosfèrics. Un conjunt de mòduls de sotfware forma el sistema de modelització CALIOPE, cadascun dedicat a la simulació de processos físics o químics específics que tenen lloc a l'atmosfera i que afecten els nivells de la qualitat de l'aire. Aquests mòduls es combinen per generar un pronòstic de la qualitat de l'aire i s'executen al superordinador MareNostrum, allotjat al Barcelona Supercomputing Center (BSC).

El sistema de modelització CALIOPE proporciona pronòstics de la qualitat de l'aire per a diferents dominis geogràfics des del 2008.

CALIOPE proporciona informació quantitativa i qualitativa sobre la concentració i la dispersió de set contaminants atmosfèrics principals: ozó, diòxid de nitrogen, monòxid de carboni, diòxid de sofre, partícules en suspensió (PM10 i PM2.5) i benzè, regulats per la Directiva Europea (UE) 2024/2881.

Els pronòstics de CALIOPE es duen a terme de manera rutinària: cada dia es proporciona un pronòstic que mostra les condicions més probables de la qualitat de l'aire en una regió específica per a les properes 48 hores. Els pronòstics de la qualitat de l'aire poden arribar als 4 km x 4 km per a la Península Ibèrica i a 1 km x 1 km per a Catalunya. Els pronòstics en alta resolució (20 m x 20 m) es proporcionen per a la ciutat de Barcelona mitjançant el model CALIOPE-Urban a nivell de carrer.

Programari

El sistema de modelització CALIOPE utilitza diferents software de modelització, cadascun dedicat a simular un procés físic o químic específic que es produeix a l'atmosfera i que afecta els nivells de la qualitat de l'aire. Els software de modelització es combinen i s'executen al superordinador MareNostrum, allotjat al Barcelona Supercomputing Center (BSC).

  • WRFv3.5.1
    El Weather Research and Forecasting Model (WRF) és un model numèric de codi obert de pronòstic meteorològic que simula condicions meteorològiques, com ara el vent, la temperatura i la barreja vertical. Aquest programari és el motor meteorològic per defecte de CALIOPE i compta amb el suport i el manteniment del National Center for Atmospheric Research (EUA).

  • CMAQv5.0.2
    El Community Multiscale Air Quality Modeling System (CMAQ) és un model de transport de química atmosfèrica, de codi obert i d'accés fora de línia, que s'utilitza per pronosticar la difusió d'espècies químiques que influeixen en el clima i els processos atmosfèrics. CMAQ compta amb el suport i la distribució del centre Community Modeling and Analysis System (CMAS).

  • HERMESv3
    El High-Elective Resolution Modelling Emission System (HERMES) és un marc de modelització d'emissions atmosfèriques de codi obert i multiescala que calcula les emissions antropogèniques de gasos i aerosols per al seu ús en models de química atmosfèrica. El model compta amb el suport i el manteniment del BSC. El Model of Emissions of Gases and Aerosols from Nature (MEGAN), que compta amb el suport i el manteniment de la Universitat de Califòrnia, Irvine (UCI), està implementat al codi HERMES per a l'estimació de les emissions biogèniques dels ecosistemes terrestres.

  • MONARCHv2.0
    El model Multiscale Online Nonhydrostatic AtmospheRe CHemistry (MONARCH) és un sistema avançat de modelització de química i aerosols que representa el cicle de la química atmosfèrica, incloent-hi l'emissió, el transport i la deposició, juntament amb les interaccions aerosol-radiació. Compta amb un component de la pols, que simula i pronostica el cicle d'aquesta a l'atmosfera amb l'objectiu d'estimar la contribució de la pols del desert a la difusió d'aerosols. El BSC dóna suport i manté el model i proporciona pronòstics operatius de pols per al Centre Regional de Pols de Barcelona de l'Organització Meteorològica Mundial. Des del setembre del 2023, els pronòstics de la pols proporcionats per MONARCHv2.0 han substituït l'anterior sistema BSC-DREAM per representar el component de la pols al sistema CALIOPE.

Nota:

Per als seus càlculs regionals, CALIOPE s'inicialitza utilitzant dades meteorològiques globals del model Global Forecasting System (GFS) del Centre Nacional de Predicció Ambiental (NCEP), mentre que les condicions de contorn per a contaminants i aerosols provenen de CAMS Global atmospheric composition forecast, operada pel Centre Europeu de Previsions Meteorològiques a Mitjà Termini (ECMWF).

CALIOPE-Urban

CALIOPE-Urban és una eina de modelització que estima la concentració de diòxid de nitrogen (NO2) a nivell de carrer a la ciutat de Barcelona. L' NO2 i els seus precursors s'emeten principalment per fonts de combustió com els motors dels vehicles. El seu seguiment és crucial en grans ciutats on el trànsit acostuma a ser força dens.


CALIOPE-Urban proporciona als ciutadans i als gestors de la qualitat de l'aire informació útil sobre com el trànsit afecta la qualitat de l'aire als barris. Aquesta informació és essencial a l'hora de dissenyar i aplicar estratègies de planificació i mitigació eficaces per protegir els ciutadans de les amenaces per a la salut de la contaminació de l'aire.


Per simular la contaminació per NO2 a escala de carrer, CALIOPE-Urban utilitza i combina els resultats proporcionats per diferents programes de modelització:

  • Dades meteorològiques de fons i de la qualitat de l'aire proporcionades pel sistema CALIOPE i estimacions de les emissions del trànsit a escala de carrer a partir del model HERMES,
  • Informació geomètrica sobre l'urbanisme de la ciutat de Barcelona obtinguda de l'Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya (ICGC) i del Pla Nacional d'Ortofotografia Aèria (PNOA).

Preguntes freqüents

Aquí trobareu les respostes a les preguntes més freqüents
Quines són les observacions de la qualitat de l'aire?

Les observacions de la qualitat de l'aire són mesures reals de la concentració de contaminants a l'aire obtingudes amb un instrument de monitoratge. Segons la distància a la què es trobin aquestes mesures respecte a les fonts d'emissió de l'instrument, mostren la contaminació de l'aire en una àrea més o menys extensa. Per exemple, els instruments situats molt a prop d'un carrer transitat de la ciutat s'anomenen "estacions de trànsit urbà" i proporcionen informació sobre la contaminació de l'aire de manera molt local, que pot estar fortament afectada pels gasos d'escapament dels vehicles. Per contra, els instruments situats més lluny de les fonts directes d'emissió de contaminació, per exemple, en grans parcs públics urbans, s'anomenen "estacions de fons urbà" i proporcionen informació sobre la contaminació de l'aire que afecta el barri circumdant.

Les estacions oficials de monitoratge de la qualitat de l'aire tenen uns costos d'instal·lació i manteniment elevats; per tant, només un nombre limitat d'elles es centren en unes poques espècies químiques nocives que es poden desplegar a les ciutats. Això significa que les observacions de la qualitat de l'aire a les zones urbanes estan força disperses.

No obstant això, per proporcionar informació més exhaustiva sobre la contaminació de l'aire, els científics es basen en sistemes de modelització de la qualitat de l'aire que simulen matemàticament com es dispersen els contaminants a l'aire. Aquests sistemes de modelització es poden utilitzar per generar pronòstics de la qualitat de l'aire.

Què són els pronòstics de la qualitat de l'aire?

Els pronòstics de la qualitat de l'aire són prediccions de les concentracions futures de contaminants de l'aire previstes durant els propers dies en una regió específica. Els pronòstics s'obtenen mitjançant la simulació de sistemes de modelització de la qualitat de l'aire que utilitzen estimacions de les emissions de contaminants previstes i prediccions meteorològiques. En el sistema de pronòstics CALIOPE, les prediccions de la qualitat de l'aire es calculen habitualment cada hora per a àrees geogràfiques extenses amb una resolució espacial d'un a pocs quilòmetres. Per això, per a calcular-les, els pronòstics de la qualitat de l'aire requereixen enormes recursos computacionals.

Com es generen els pronòstics de la qualitat de l'aire de CALIOPE?

Per generar pronòstics de la qualitat de l'aire, el sistema de modelització CALIOPE utilitza i combina diferents models per estimar les emissions antropogèniques i biogèniques, així com les condicions atmosfèriques i meteorològiques:

  1. WRFv3.5.1
    El Weather Research and Forecasting Model (WRF) és un model numèric de codi obert de pronòstic meteorològic que simula condicions meteorològiques, com ara el vent, la temperatura i la barreja vertical. Aquest programari és el motor meteorològic per defecte de CALIOPE i compta amb el suport i el manteniment del National Center for Atmospheric Research (EUA).
  2. CMAQv5.0.2
    El Community Multiscale Air Quality Modeling System (CMAQ) és un model de transport de química atmosfèrica, de codi obert i d'accés fora de línia, que s'utilitza per pronosticar la difusió d'espècies químiques que influeixen en el clima i els processos atmosfèrics. CMAQ compta amb el suport i la distribució del centre Community Modeling and Analysis System (CMAS).
  3. HERMESv3
    El High-Elective Resolution Modelling Emission System (HERMES) és un marc de modelització d'emissions atmosfèriques de codi obert i multiescala que calcula les emissions antropogèniques de gasos i aerosols per al seu ús en models de química atmosfèrica. El model compta amb el suport i el manteniment del BSC-CNS. El Model of Emissions of Gases and Aerosols from Nature (MEGAN), que compta amb el suport i el manteniment de la Universitat de Califòrnia, Irvine (UCI), està implementat al codi HERMES per a l'estimació de les emissions biogèniques dels ecosistemes terrestres.
  4. MONARCHv2.0
    El model Multiscale Online Nonhydrostatic AtmospheRe CHemistry (MONARCH) és un sistema avançat de modelització de química i aerosols que representa el cicle de la química atmosfèrica, incloent-hi l'emissió, el transport i la deposició, juntament amb les interaccions aerosol-radiació. Compta amb un component de la pols, que simula i pronostica el cicle d'aquesta a l'atmosfera amb l'objectiu d'estimar la contribució de la pols del desert a la difusió d'aerosols. El BSC-CNS dóna suport i manté el model i proporciona pronòstics operatius de pols per al Centre Regional de Pols de Barcelona de l'Organització Meteorològica Mundial. Des del setembre del 2023, els pronòstics de la pols proporcionats per MONARCHv2.0 han substituït l'anterior sistema BSC-DREAM per representar el component de la pols al sistema CALIOPE.

Nota:

Per als seus càlculs regionals, CALIOPE s'inicialitza utilitzant dades meteorològiques globals del model Global Forecasting System (GFS) del Centre Nacional de Predicció Ambiental (NCEP), mentre que les condicions de contorn per a contaminants i aerosols provenen de CAMS Global atmospheric composition forecast, operada pel Centre Europeu de Previsions Meteorològiques a Mitjà Termini (ECMWF).

Quina precisió tenen els pronòstics de CALIOPE?

Per avaluar la qualitat dels resultats, els pronòstics de CALIOPE es comparen amb les mesures de qualitat de l'aire observades obtingudes pels instruments de monitoratge a la regió d'interès. Per a aquesta comparació, el sistema utilitza dades d'observació de la Xarxa Europea d'Informació i Observació del Medi Ambient (European Environment Information and Observation Network, EIONET), gestionada per l'Agència Europea del Medi Ambient (European Environment Agency, EEA).

És possible obtenir les dades numèriques dels diferents gràfics del lloc web?

Els conjunts de dades numèriques dels pronòstics de CALIOPE no estan disponibles per a la descàrrega al lloc web. La provisió de les dades numèriques o qualsevol altre tipus de consulta que impliqui adaptar els nostres productes a les necessitats específiques dels usuaris es pot gestionar en el marc de col·laboracions mitjançant contractes de treball o projectes científics. Si necessiteu més informació, poseu-vos en contacte amb nosaltres a través del formulari de contacte.

Quin crèdit he d'incloure si utilitzo una imatge de CALIOPE?
  1. Les imatges de CALIOPE es poden utilitzar exclusivament amb finalitats de recerca, educatives i altres finalitats no lucratives. Si enllaçeu qualsevol contingut del lloc web de CALIOPE en pàgines web externes, us demanem que ens ho comuniqueu mitjançant el formulari de contacte.
  2. L'equip de CALIOPE no pot garantir que les dades siguin correctes en totes les circumstàncies. Tampoc no acceptem cap responsabilitat per cap error o omissió en les dades ni per cap pèrdua o dany que en sorgeixi del seu ús.
  3. Els articles, treballs o obres científiques escrites de qualsevol tipus que es basin totalment o parcialment en imatges o altres productes proporcionats per CALIOPE han de contenir un reconeixement. A continuació es mostra una citació com a exemple, la qual convé adaptar en conseqüència:


"Les imatges/els pronòstics de la qualitat de l'aire han estat proporcionades pel sistema de pronòstics de la qualitat de l'aire CALIOPE del Barcelona Supercomputing Center-Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS)".

Quina és la política de privacitat respecte a les meves dades personals?

Respectem la informació que tenim sobre tu i ens prenem molt seriosament la teva seguretat. Mantenim les teves dades segures i mai no compartim aquesta informació amb tercers. Pots obtenir més informació sobre la nostra política de privacitat aquí.

On puc trobar informació tècnica sobre com funciona el sistema de modelització CALIOPE?

La informació tècnica sobre el sistema de modelització CALIOPE es pot trobar a la llista de publicacions.