Výsledek D01: Zpracovaný soubor pozorování pro Prahu
TURDATA je doplňkový datový soubor pro pražské pozorování v rámci projektu TURBAN popsaný v publikaci Bauerová a kol. 2024 (předloženo ke zveřejnění). Měření bylo zaměřeno na imisní a meteorologická měření, včetně vertikálních profilů ve vybrané části centra Prahy nazývané zde oblast Legerova. V této oblasti se nachází jedna profesionální meteorologická stanice (MS) Praha Karlov a jedna referenční stanice dopravního monitoringu kvality ovzduší (AQM) Praha 2-Legerova (klasifikována jako dopravní hotspot). Pro získání dat s vysokým prostorovým a časovým rozlišením byla vytvořena doplňková měřicí síť, která se skládala z:
Výsledek D01 je dostupný na tomto odkazu a v repozitáři.
Výsledek D02: Pozorovací datové sady pro studie scénářů zhoršené kvality ovzduší v městských oblastech v norském Bergenu
Tato datová sada je sbírkou dostupných pozorování pro vývoj a testování modelů. Datová sada má hodnotu i nad rámec technického vývoje modelu. Zahrnuje dvě pozorovaná období extrémního zhoršení kvality ovzduší v městských oblastech v Bergenu. Pozorovací datová sada pro studie scénářů zhoršené kvality ovzduší v městských oblastech kombinuje meteorologická data, data o kvalitě ovzduší a topografická data města.
Výsledek D02 je dostupný na tomto odkazu a v repozitáři.
Výsledek D03: Publikace článku “Challenges of constructing and selecting the 'perfect' boundary conditions for the large-eddy simulation model PALM” v časopise GMD
Ve špičkovém vědeckém časopise Geoscientific Model Development vyšel článek kolektivu autorů TURBAN “Challenges of constructing and selecting the “perfect” boundary conditions for the large-eddy simulation model PALM”. Článek popisuje vliv okrajových podmínek získaných z regionálního meteorologického modelu na simulace mikroměřítkového městského modelu a testuje různá nastavení regionálního modelu pro získání co nejlepších výsledků městského modelu.
Výsledek D03 je dostupný na tomto odkazu a v repozitáři.
Výsledek D04: Vylepšené procesy v modelu PALM-4U
V průběhu řešení modelu TURBAN bylo navrženo, implementováno a otestováno několik zásadních vylepšení přímo v jádře numerického modelu PALM-4U. Tato vylepšení řeší omezení modelu, která byla identifikována a prozkoumána jak v době před zahájením projektu, tak i během jeho řešení. Jedním z významných vylepšení je nová metoda paralelizace algoritmu sledování paprsků, která umožnila výrazně zrychlit radiační výpočty v rámci modelu a tím umožnila podrobné modelování větších oblastí, než bylo do té doby možné. Toto vylepšení bylo následně zahrnuto do hlavní větve modelu a použito u většiny simulací v rámci projektu TURBAN. Jiné zásadní rozšíření spočívá v nové metodě nepravoúhlých povrchů pro radiaci, energetickou bilanci a proudění v blízkosti povrchů, která odstraňuje většinu vychýlení způsobených reprezentací povrchů pomocí pravoúhlé mřížky modelu. Vývoj probíhal v úzké spolupráci s Leibnizovou Univerzitou v Hannoveru, přičemž český tým implementoval radiační a energetické procesy a úpravy vstupních modulů. Český tým také vyvinul nástroj schopný přípravy potřebných vstupních dat pro tento nový modul ze stávajících GIS podkladů. Toto významné rozšíření bylo zahrnuto do hlavní větve modelu a a bylo publikováno v oficiálním vydáním PALM v.24.04, dostupném zde. Obě metody byly prezentovány na významných mezinárodních konferencích a zároveň probíhá příprava publikace druhé zmíněné metody v impaktovaném vědeckém žurnálu.
Výsledek D04 je dostupný na tomto odkazu a v repozitáři.
Výsledek D05: Simulace scénářů pro Prahu
Tento datový soubor obsahuje výsledky simulací pro Holešovičky, oblast v Praze v České republice, u které se v blízké budoucnosti očekává zásadní změna dopravní infrastruktury. Byly modelovány tři scénáře: současná infrastruktura s projekcemi intenzity dopravy na rok 2023 (C1), výhled do budoucna s dokončenou částí vnitřního městského okruhu v roce 2030 (C2) a efekt dostavby severní části vnějšího pražského okruhu (C3 ), která sníží hustý provoz v oblasti. Je nutno podotknout, že všechny scénáře mají mírně odlišný krajinný pokryv (stromy, budovy, mosty, tunely atd.), tudíž v mapách a souborech GIS mohou být malé oblasti obsahující hodnoty NA. Všechny časy jsou v UTC (místní čas, CEST je UTC +02:00).
Výsledek D05 je dostupný na tomto odkazu a v repozitáři.
Výsledek D06: Publikována data a mapy ze simulací scénářů pro Bergen
Nově publikovaná data obsahují dvě kolekce simulací scénářů tepelného komfortu a znečištění ovzduší pro okolí Danmarksplass v Bergen v Norsku. Simulace byly provedeny modelem PALM v 23.04 s dodatečnými moduly vyvíjenými v projektu TURBAN. Zahrnují dvě epizody, letní vlnu veder (20.-27.7.2019) a zimní se silným znečištění PM10 a PM2.5 (4.-12.2.2021). Simulace jsou řízeny okrajovými podmínkami z WRF-ERA5 reanalýz. Dataset obsahuje hrubé modelové výsledky veličin koncentrace PM10 a PM2.5, teplota vzduchu ve 2 m, teplota povrchu rychlost větru v 10 m ve formátu NetCDF a jejich zpracování do formátu map v obrázcích typu PNG. Dále obsahuje i vstupy potřebné pro replikaci simulací. Tyto výsledky slouží jak pro další vědecký výzkum, tak pro urbanistická hodnocení nejzatíženější části města Bergen v Norsku.
Výsledek D06 je dostupný: Esau, I., Miles, V., Bures, M., Resler, J., & Eben, K. (2024). Scenarios simulations of Bergen (TURBAN - D06) (v1.0) [Data set]. Zenodo, zde, a v repozitáři.
Výsledek D07: Publikování článku "Heat exposure variations and mitigation in a densely populated neighborhood during a hot day: Towards a people-oriented approach to urban climate management"
V tomto článku, který byl publikován v předním vědeckém časopise Building and Environment, představujeme synergii sofistikovaných modelů výpočetní dynamiky tekutin a přístupu orientovaného na člověka pomocí analýzy venkovní tepelné expozice na pěti různých chodníkových trasách v Praze-Dejvicích (Česká republika), za využití systému modelování PALM a skutečných use-cases. Naše simulace odhalují důležitou prostorově-temporální variabilitu v Univerzálním teplotním klimatickém indexu (UTCI) v městské čtvrti. Naše zjištění zdůrazňují zejména negativní účinek otevřených prostor, jako jsou například mezery mezi budovami a nižší budovy, na tepelnou expozici chodců. Tyto konfigurace umožňují, aby se k zemskému povrchu dostalo více přímé radiace, zatímco další nepříznivé klimatické charakteristiky výškových budov zůstávají zachovány. Účinek městské zeleně je během dne poměrně variabilní. Stromy mohou snížit UTCI až o 10 °C, což nicméně silně závisí na jejich umístění (např. vzdálenost od sousedních budov). Zavlažovaná tráva snižuje UTCI asi o 1,8 °C, ale suchá tráva má na mírnění tepla jen malý účinek. Závěrem naše výsledky naznačují, že odborné znalosti společně se sofistikovanými a jemnoškálovými modely mohou identifikovat účinná opatření k redukci teplotního stresu bez drakonických změn nebo investic do městského prostředí.
Výsledek D07 je dostupný: Geletic a kol.: Heat exposure variations and mitigation in a densely populated neighborhood during a hot day: Towards a people-oriented approach to urban climate management. Building and Environment, 2023. Dostupné zde a v repozitáři.
Výsledek D08: Interpretativní výstup pro veřejné autority
Výstupem je manuál shrnující poznatky získané z terénních pozorování a modelování scénářů. Jsou v něm popsány osvědčené postupy, jak městské plánování, rozhodování místních orgánů a veřejné investice mohou snížit dopady změny klimatu, zlepšit kvalitu ovzduší a životní podmínky. Hlavní důraz je kladen na jasnost a použitelnost v praxi. Dokument obsahuje příklady vhodných řešení. Výsledek pomůže maximalizovat efekt výsledků V1, V2 a V5-V7.
Výsledek D08 pro Prahu je dostupný na tomto odkazu a v repozitáři, a pro Bergen na tomto odkazu.
Výsledek D09: Datový soubor satelitního dálkového průzkumu pro městské klima v Bergenu a Praze
Sdílená datová sada obsahuje data dálkového průzkumu potřebná pro výpočet povrchové teploty zemského povrchu (LST). Vrstvy byly zpracovány pro dvě města; Bergen (Norsko) a Praha (Česká republika). Původní data byla stažena z U.S. Geological Survey. Pro výpočet LST byl použit algoritmus emisivity zemského povrchu (LSE).
Zpracování dat LANDSAT-8 a LANDSAT-9:
1. Čtení souboru metadat pro každou scénu (*MTL.txt)
2. Reprojekce scény (poznámka: Bergenské scény mají dvě UTM zóny; 31N a 32N)
3. Rastr oblačnosti (viz složka 01_CloudCover)
4. Výpočet odrazivosti top-of-atmosphere (TOA) pro pásma 10 a 11 (TB_10 a TB_11), uložení do složky 02_TOA-reflektance
5. Výpočet NDVI a frakčního vegetačního pokryvu (FVC), uložení do složky 03_FVC-NDVI
6. Výpočet LSE pro obě pásma, stejné jako různé a střední LSE (složka 04_LSE)
7. Výpočet LST
8. Uložení souboru metadat (viz *metadata.txt)
Výsledek D09 je dostupný naq tomto odkazu a v repozitáři.
Výsledek D10: Technická zpráva představující webový GIS pro městské klima
Tento dokument ukazuje, že pro dosažení cílů udržitelného rozvoje je důležité zlepšit porozumění zainteresovaných subjektů environmentálním faktorům, jako je kvalita ovzduší a efekt městského tepelného ostrova. Zatímco přesná prostorová a časová environmentální data jsou pro udržitelná řešení zásadní, výzva spočívá v přednesení komplexních environmentálních informací laikům. Abychom tento problém vyřešili, navrhujeme použít web GIS storytelling jako mocný nástroj pro komunikaci a šíření informací o životním prostředí. Tento příspěvek si klade za cíl ukázat příklad implementace webového geografického informačního systému (GIS) na naší případové studii v norském Bergenu. Platforma „Web GIS Bergen, kvalita vzduchu a tepelný komfort“ byla vytvořena jako otevřený portál. Tento dokument vysvětluje součásti platformy, jejich zdůvodnění a implementaci, která zahrnuje důležité kroky. Mezi ně patří sběr relevantních údajů o životním prostředí, včetně výsledků modelování a údajů dálkového průzkumu Země. Design a rozhraní platformy byly navíc pečlivě zváženy, aby poskytovaly uživatelsky přívětivý zážitek založený na interaktivních mapách a vyprávění příběhů. Kombinací vizualizace dat a vyprávění příběhů platforma podporuje ucelené pochopení komplexních environmentálních dat, včetně „neviditelných zabijáků“, jako je znečištění ovzduší a efekt městského tepelného ostrova, které významně ovlivňují udržitelný rozvoj. Strategická integrace této webové GIS platformy v Bergenu může sloužit jako atraktivní model pro další městské oblasti, které hledají praktické nástroje pro udržitelný rozvoj a zapojují zúčastněné strany pro zdravější a udržitelnější městskou budoucnost.
Výsledek D10 je dostupný na tomto odkazu a v repozitáři.
Výsledek D11: Technologie pro fúzi dat
Software pro fúzi dat využívá skripty, které kombinují a interpolují poskytnuté heterogenní datové sady vysokého rozlišení (datové sady z NETATMO a simulace z PALM). Tento softwarový balíček přijímá různorodé meteorologické datové sady, konkrétně meteorologická pozorování ze stanic (zde poskytnuta sadou stanic NETATMO z dat z Bergenu shromážděných pro projekt, viz Esau, 2023) a výsledky simulací z PALM (zde běhy PALM v rozsáhlém doménovém setu2, viz Esau a kol., 2024). Balíček také využívá digitální model terénu (DEM) norských poskytnutý Norwegian Mapping Authorities ve formátu geotiff.
Výsledek D11 je k dispozici na tomto odkazu a v repozitáři.
Výsledek D12: Článek "On the suitability of dispersion models of varying degree of complexity for air quality assessment and urban planning" (Patiño a kol.) v recenzním řízení
Tento článek rozšiřuje původní plán porovnání LES a Gaussovských modelů PALM a ATEM. Ve spolupráci s projektem ARAMIS byl do porovnání přidán třetí model GRAL založený na Lagrangeově přístupu. Tyto tři modelovací techniky s různými úrovněmi složitosti byly validovány a porovnány během zimního období s ohledem na koncentrace PM10 naměřené v oblasti ulic Legerova a Sokolská v Praze, charakterizované vysokou dopravní zátěží. Výsledky naznačily, že i když Gaussovský model ATEM splňoval běžná statistická výkonnostní kritéria, predikce špatně reprezentovaly prostorovou variabilitu koncentrací v doméně. Lagrangeovský model GRAL poskytl lepší simulaci efektu terénu a formování vírů uvnitř uličních kaňonů, nicméně měl tendenci k nadhodnocení vlivu těchto jevů. Nejpokročilejší model Large Eddy Simulation (LES) PALM prokázal nejlepší výkon při důkladné analýze výstupů modelu v časových a prostorových dimenzích. Kromě validace byl proveden citlivostní test vybraných modelů na vstupy ovlivňující meteorologii a emise. I když pokročilé modely mají schopnost simulovat složité městské prostředí, jejich vhodnost pro městské plánování závisí na dalších úvahách, jako jsou výpočetní náklady, odborná zdatnost uživatele a užitečnost poskytovaného výstupu. Díky rostoucí výpočetní síle a intenzivní práci na celém modelovém řetězci se mohou pokročilé modely stát se běžným nástrojem pro regulační aplikace a být součástí budoucích integrovaných městských služeb.
Výsledek D12 je dostupný na tomto odkazu a v repozitáři.
Výsledek D13: Článek "A city-scale turbulence-resolving model as an essential element of integrated urban services" (Ezau a kol.) v recenzním řízení
V tomto článku uvažujeme o městského LES (Large Eddy Simulation) modelu jako o pokročilém modelu vysokého rozlišení pro integrované městské služby (IUS), což je iniciativa Světové meteorologické organizace, která poskytuje modelovací složku pro městské systémy podpory rozhodování. Systém podpory rozhodování vyžaduje iterace kvantitativních informací od poskytovatelů znalostí a kvalitativních expertních posouzení. Představujeme dva pilotní IUS podporované PALM z projektu "Turbulent-resolving urban modelling of air quality and thermal comfort" (TURBAN). Jedna pilotní studie se zaměřuje na službu monitorování kvality ovzduší přispívající k systému podpory rozhodování v přístavu v norském Bergenu. Další pilotní studie přispívá k službám monitorování kvality ovzduší a tepelného komfortu v Praze. Schůzky se zainteresovanými stranami v projektu TURBAN identifikovaly klíčové podpůrné prvky pro městský LES model v IUS. Ukazujeme také výhody komunikace IUS s přístupem "příběhy a simulace" (SAS) založeným na webovém geoinformačním systému (WebGIS). Výsledek D13 je dostupnýb na tomto odkazu a v repozitáři.
Výsledek D14: Webová stránka k prezentaci výsledků projektu
V rámci projektu TURBAN byla vytvořena uživatelsky přívětivá webová stránka, sloužící jako platforma pro prezentaci výsledků projektu veřejnosti. Stránka obsahuje cíle projektu, průběh jeho realizace, specifické úkoly a celkové výsledky, včetně odkazů na publikace vydané v rámci projektu.
Výsledek D14 je dostupný v repozitáři.
Výsledek D15: Série workshopů
Výsledek D15 se skládá z norské a české série workshopů. Ve dnech 3.-5.4.2024 se uskutečnila série workshopů v norských městech Bergen, Ålesund a Trondheim. Workshopy byly určeny pro odbornou i laickou veřejnost, účastnili se jich jak lidé z univerzit a odborných institucí, tak zástupci měst. Na workshopech byly prezentovány vybrané výsledky projektu s přesahem do aplikací v městském plánování. Workshopy byly organizovány společně projekty TURBAN a URSA MAJOR.
Workshop v Praze se konal v Malém sále Profesního domu na Malostranském náměstí na téma "Kvalita ovzduší a tepelný komfort v hlavním městě Praze" dne 6. listopadu 2023. Workshop byl organizován v populárně-vědecké formě jak pro zaměstnance Magistrátu hlavního města Prahy a městských částí hlavního města Prahy, tak pro odbornou i laickou veřejnost. Díky organizaci workshopu byly identifikovány nové oblasti spolupráce a upřesněny požadavky místních samospráv.
Výsledek D15 pro Prahu je dostupný zde a pro Bergen zde.
Výsledek D16: Článek "Monitoring a simulace kvality ovzduší v mikro-měřítkové úrovni; hot-spot Praha-Legerova" (Geletic a kol.)
Článek představuje hlavní výsledky projektu TURBAN odborníkům na územní rozvoj i široké veřejnosti. Příspěvek vyšel v časopise Urbanismus a územní rozvoj, který je široce studován zastupiteli obcí a dalšmi relevantními osobami. Článek je dostupný v tištěné verzi časopisu, o autorskou kopii v elektronické podobě je možné zažádat zde.
Výsledek D17: Mapy simulací a měření pro Prahu
Tento nový soubor odborných map obsahuje mapy modelových výstupů z modelu PALM pro Prahu pro oblast ulic Legerova a Sokolská a jejich okolí. Prezentovány jsou simulace 6 vybraných epizod z různých částí roku, mapy obsahují veličiny PET, UTCI, a koncentrace látek PM10, PM2.5 a pro zimní epizody S4 a S6 navíc látky NO a NO2. Vedle toho soubor obsahuje také mapy měření koncentrací látek NO, NO2, O3, PM10 a PM2.5 získané z měřící senzorové sítě a obsažené v souboru dat TURDATA (Výsledek D01).
Výsledek D17 je dostupný na tomto odkazu a v repozitáři.
Výsledek D18: Mapy detailních, prostorově a časově rozlišených emisí pro Prahu
Tento nový soubor odborných map obsahuje mapy prostorově a časově rozlišených emisí pro Prahu pro oblast ulic Legerova a Sokolská a jejich okolí. Tyto emise slouží jako jeden ze vstupů modelu PALM pro simulace této oblasti (Výsledek D17). Emise vznikly na základě shromáždění velice detailních podkladů, které byly následně zpracované emisním modelem FUME. Např. dopravní emise jsou tvořeny na základě dat z průběžných sčítačů dopravy a dalších detailních dopravních dat. Soubor představuje aktuálně nejpřesnější odhad emisí pro danou oblast a pro daný čas.
Výsledek D18 je dostupný na tomto odkazu a v repozitáři.
Výsledek D19: Software pro zpracování statických dat do vstupů modelu PALM
PALM-GeM (Geospatial Data Merging and Preprocessing into PALM) je pokročilý nástroj pro přípravu statických ovladačů pro model PALM. PALM-GeM je vyvinut tak, aby efektivně pracoval s veřejně dostupnými daty ve standardním formátu prostorových dat. To umožňuje připravit statický ovladač pro většinu větších evropských měst ve prostorovém rozlišení 5–10 m. Stávající použité zdroje dat jsou Urban Atlas, OpenStreetMap, a EU-DEM. Je distribuován pod licencí GNU GPL v3+.
Výsledek D19 je dostupný: Bureš M., Resler J.: PALM-GeM: Geospatial Data Merging and Preprocessing into PALM. Software, 2024. Available zde a v repozitáři.
Výsledek D20: Software pro zpracování meteorologických a dat o kvalitě ovzduší do vstupů modelu PALM
PALM-METEO je pokročilý nástroj pro vytváření dynamického ovladače PALM s počátečními a okrajovými podmínkami (IBC) a dalšími časově proměnnými daty, typicky využívající (ale neomezený na) výstupy z modelů středních měřítek. Je distribuován pod licencí GNU GPL v3+. Tento nástroj je momentálně schopen zpracovávat meteorologická data z modelů WRF, ICON, Aladin, a také vytvářet syntetické vstupy. Chemická data lze zpracovávat z modelů CAMx a CAMS. Má modulární design a další zdroje vstupů lze snadno přidat.
Výsledek D20 je dostupný: Krč a kol.: PALM-METEO: Advanced modular tool for preparing meteorological inputs to the PALM model. Software, 2024. Available zde a v repozitáři. Sotfware byl rovněž zakomponován do nové větve modelu PALM verze v.24.04 dostupné zde.
Výsledek D21: Web-GIS příběh zahrnující výsledky projektu TURBAN
Výsledky vědecké práce jsou často těžce srozumitelné odborné i laické veřejnosti zabývající se problémy spojenými s městem. Pro usnadnění přenosu vědeckých výsledků do praxe byl vytvořen nový systém “příběhů” založený na WebGIS technologii. Tyto příběhy se snaží ukazovat vybrané problémy spojené s městským prostředím a výsledky výzkumu, které mohou pomoci s jejich řešením. Cílem tohoto webu není poskytovat vědecky přesná data, ale spíše pomocí příběhů poskytnout uživateli zajímavou formou základní orientaci a nasměrovat ho na relevantní zdroje informací. Příběhy pro Prahu a Bergen jsou dostupné zde v českém jazyce a zde anglicky.
Výsledek D21 je k dispozici v repozitáři.
Výsledek D22: Hodnocení citlivostí scénářových simulací pro Bergen
Tato nově publikovaná data obsahují mapovou infografiku, která zkoumá citlivosti a nejistoty v simulacích scénářů pro Bergen modelem PALM (Výsledek D06). Mapy prezentují odpovědi modelu na změny kritických simulačních parametrů, jako je citlivost na zjemňování gridu. Toto hodnocení citlivostí představuje důležitou informaci při budoucím návrhu simulačních experimentů i při interpretaci jejich výsledků. Tento soubor také stručně odpovídá na otázky kladené Norskými stakeholdery během společného workshopu projektů TURBAN a URSAMajor v Bergenu-Ålesundu-Trondheimu 3.-5.4.2024.
Výsledek D22 je dostupný: Esau, I. (2024): Sensitivity assessment of the scenario simulations (Bergen) (TURBAN - D22) (v1.0). Zenodo. Dostupné zde a v repozitáři.