Modeling, Simulation and Visualization of Air Pollution Distribution Using an Advection-Diffusion Model.

Abstract

Air pollution is an important problem nowadays. Mathematical modeling plays a big role to research about air pollution. Air pollution modeling is used to study the behavior of the dispersion of the pollutants in the atmosphere. The advection-diffusion equation is one of the air pollution models that can be used to describe the physical processes involved in the dispersal of pollutants in the atmosphere. The advection-diffusion equation is used in this study to understand how the pollutants disperse by observing influencing parameters, such as large-scale wind, mesoscale wind, eddy diffusivity and heat diffusion (temperature). The numerical method that was used to solve the advection-diffusion equation is the explicit finite difference method. The solution obtained is simulated and visualized by developing a program with a simple and interactive user interface using the investigated software namely “Pollution Distribution Simulation” software written by Lazarus software. The various parameters in the model are varied to see the influence of the distribution of pollutants from the simulations. The results show that the large-scale wind, the mesoscale wind, eddy diffusivity, and heat diffusion have an effect on the distribution of pollutants in all three conditions of the atmosphere, that are unstable, stable and neutral conditions.มลพิษทางอากาศเป็นปัญหาที่สำคัญในทุกวันนี้ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์มีบทบาทสำคัญในการทำวิจัยเกี่ยวกับมลพิษทางอากาศ ซึ่งถูกนำมาใช้ในการศึกษาพฤติกรรมของการกระจายของสารพิษในบรรยากาศ สมการการพา-การแพร่เป็นรูปแบบหนึ่งของตัวแบบมลพิษทางอากาศที่ถูกใช้ในการอธิบายกระบวนการทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับการกระจายของมลพิษในบรรยากาศ สมการการพา-การแพร่ถูกนำมาใช้ในการศึกษาครั้งนี้เพื่อสร้างความเข้าใจถึงการกระจายตัวของมลพิษอย่างไรโดยการสังเกตการปรับเปลี่ยนค่าพารามิเตอร์ เช่น ลมสเกลใหญ่ (large-scale wind) ลมขนาดกลาง (mesoscale wind) การแพร่กระจายแบบเอ็ดดี้ (eddy diffusivity) และการแพร่ความร้อน (อุณหภูมิ) วิธีการคำนวณเชิงตัวเลขถูกใช้ในการแก้สมการการพา-การแพร่ด้วยวิธีการผลต่างสืบเนื่องชัดแจ้ง ผลเฉลยจากการจำลองแบบและแสดงภาพถูกพัฒนาด้วยโปรแกรมอย่างง่ายและมีการโต้ตอบกับผู้ใช้โดยการใช้โปรแกรมที่สร้างขึ้นมาชื่อว่า “Pollution Distribution Simulation” ถูกพัฒนาด้วยโปรแกรมลาซารัส พารามิเตอร์ต่างๆ ในตัวแบบจำลองถูกปรับค่าเพื่อดูอิทธิพลของการกระจายตัวของมลพิษจากการจำลองแบบ ผลจากแบบจำลองแสดงให้เห็นว่า ลมสเกลใหญ่ ลมระดับกลาง การแพร่กระจายแบบเอ็ดดี้และ การแพร่กระจายความร้อนมีผลกระทบต่อการกระจายตัวของมลพิษทั้ง 3 เงื่อนไขของบรรยากาศ ได้แก่ เงื่อนไขแบบไม่เสถียร แบบเสถียรและ แบบกลาง