Πετρελαιοκηλίδες
Μοντέλο διασποράς και γήρανσης του πετρελαίου
Ανάπτυξη και εφαρμογή: ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε.
Επιστημονικός υπεύθυνος: Λεωνίδας Περιβολιώτης
Το μοντέλο πρόγνωσης και διασποράς πετρελαιοκηλίδων του ΠΟΣΕΙΔΩΝΑ βασίζεται στο μοντέλο PARCEL (Pollani et al., 2001), το οποίο έχει την ικανότητα προσομοίωσης τόσο της μεταφοράς του πετρελαίου όσο και του χημικού μετασχηματισμού του στο θαλάσσιο περιβάλλον. Η πετρελαιοκηλίδα αναπαρίσταται στο μοντέλο από ένα σύνολο σημείων (parcels) τα οποία έχουν μεταβαλλόμενη φυσικο-χημική συμπεριφορά. Για τον υπολογισμό της τριδιάσταστης κίνησης του πετρελαίου χρησιμοποιούνται τα αποτελέσματα από τα προγνωστικά μοντέλα καιρού, κυματισμού και υδροδυναμικής του συστήματος ΠΟΣΕΙΔΩΝ.
Οι βασικές διεργασίες που προσομοιάζονται από το μοντέλο διασποράς και γήρανσης του πετρελαίου είναι οι ακόλουθες:
- Η εξάτμιση (μεταφορά του πετρελαίου από την θαλάσσια επιφάνεια στην ατμόσφαιρα) η οποία επηρεάζει τα ελαφρότερα κλάσματα των υδρογονανθράκων και έχει ως αποτέλεσμα την απώλεια του 20-40% του συνολικού όγκου σε μερικές ώρες. Η εξάτμιση εξαρτάται από την έκταση και το πάχος του πετρελαίου στην θαλάσσια επιφάνεια, την πίεση των κεκορεσμένων υδρατμών, την ταχύτητα του ανέμου και την θερμοκρασία του αέρα. Η προσομοίωση της εξάτμισης στο μοντέλο βασίζεται στους αλγόριθμους των Stiver and MacKay (1984) και Stiver et al. (1989).
- Η γαλακτωματοποίηση, διαδικασία η οποία αφορά την ανάμιξη του νερού με τα βαρύτερα κλάσματα του πετρελαίου και η οποία εξαρτάται από τις ανεμολογικές και κυματικές συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή καθώς και από τα χαρακτηριστικά της κηλίδας (πάχος, βαθμός γήρανσης). Η προσέγγιση που χρησιμοποιείται στο αριθμητικό μοντέλο βασίζεται στην εργασία του Riemsdijk van Eldik et al. (1986).
- Η διαδικασία απόθεσης του πετρελαίου στο βυθό της θάλασσας καθώς και στις ακτές προσομοιάζεται στο μοντέλο με βάση τον αλγόριθμο του Gundlach (1987) και εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον τύπο της παραλίας (βραχώδης, αμμώδης κλπ.).
Το μοντέλο διασποράς του ΠΟΣΕΙΔΩΝΑ (POSEIDON OSM) αναπτύχθηκε και εγκαταστάθηκε αρχικά κατά την διάρκεια του ΠΟΣΕΙΔΩΝΑ-Ι, αλλά η ανάπτυξη και η αναβάθμισή του συνεχίστηκε κατά την διάρκεια των προγραμμάτων ROSES (2003-2004) και MARCOAST (2005-2008) τα οποία χρηματοδοτήθηκαν από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA) (Perivoliotis et. al., 2006). Το μοντέλο διασποράς πετρελαιοκηλίδων του ΠΟΣΕΙΔΩΝΑ αποτέλεσε την προγνωστική συνιστώσα του ολοκληρωμένου συστήματος εντοπισμού και πρόγνωσης πετρελαιοκηλίδων που εφαρμόστηκε στην περιοχή του Αιγαίου στα πλαίσια του προγράμματος MARCOAST τα έτη 2006 και 2007. Το 2010 το μοντέλο τροποποιήθηκε κατάλληλα κατά τη διάρκεια του προγράμματος ECOOP (FP6), ώστε να μπορεί να διαχειριστεί και να ενσωματώσει τα τυποποιημένα αρχεία εισόδου και εξόδου του ECOOP, ως ένα ενεργό κομμάτι του Ευρωπαϊκού Συστήματος Αποφάσεων EuroDeSS (Perivoliotis et al., 2011) το οποίο αναπτύχθηκε κατά την διάρκεια του προγράμματος. Στη συνέχεια, κατά τη διάρκεια του έργου MEDESS-4MS που διήρκεσε ως το 2015, το μοντέλο διασποράς του ΠΟΣΕΙΔΩΝΑ ήταν ένα από τα τρία αριθμητικά μοντέλα που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη ενός Μεσογειακού προγνωστικού συστήματος διασποράς πετρελαιοκηλίδων, το οποίο μπορούσε να χρησιμοποιήσει ένα μεγάλο αριθμό θαλάσσιων και ατμοσφαιρικών προγνωστικών προϊόντων που είναι καθημερινά διαθέσιμα από ωκεανογραφικά ινστιτούτα σε όλη την Μεσόγειο. (Zodiatis et.al., 2016).
Κατά τη διάρκεια του ICT Horizon προγράμματος BigDataOcean (BDO), αναπτύχθηκε μια πλατφόρμα διαχείρισης δεδομένων μεγάλου όγκου που σχετίζονται με τις δραστηριότητες στο θαλάσσιο περιβάλλον, μέσω της οποίας δεδομένα μεγάλου όγκου και ποικιλίας μπορούν να συνδυαστούν μεταξύ τους και να είναι διαθέσιμα προς το χρήστη. Το ΕΛΚΕΘΕ συνέβαλε στο έργο αναπτύσσοντας μια υπηρεσία για την προστασία του θαλάσσιου περιβάλλοντος (Mare Protection Service). Αυτή η υπηρεσία παρέχει τα λειτουργικά εργαλεία – το μοντέλο πρόβλεψης της διασποράς πετρελαιοκηλίδων του ΠΟΣΕΙΔΩΝΑ – τα οποία μπορούν να προσφέρουν σημαντικές πληροφορίες για την αποτελεσματική διαχείριση σε περίπτωση ρύπανσης από πετρέλαιο στη θάλασσα. Η υπηρεσία αυτή είναι διαθέσιμη μέσω της πλατφόρμας BDO https://platform.bigdataocean.eu/.
Βιβλιογραφία
Gundlach E.R. (1987). “Oil holding capacities and removal coefficients for different shoreline types to compute simulate spills in coastal waters”, Proc. Oil Spill Conf., 1987, pp. 451-457.
Janjic, Z.I. (1994). “The Step-mountain Eta Coordinate Model: Further Developments of the Convection, Viscous Sublayer and Turbulence Closure Schemes”, Monthly Weather Review, 122, 927-945.
Pollani A., G.Triantafyllou, G.Petihakis , K.Nittis, K.Dounas and C.Koutitas, (2001). “The POSEIDON Operational Tool for the Prediction of Floating Pollutant Transport”, Marine Pollution Bulletin, Vol. 43/7-12, pp 270-278.
Perivoliotis L., K.Nittis, A.Charissi, (2006). “An integrated service for oil spill detection and forecasting in the marine environment”, European Operational Oceanography: Present and Future, Publication of the European Communities”, ISBN- 92-894-9788-2, pp 381-387, 2006.
Riemsdijk van Eldik J., R.J. Ogilvie, W.W.Massie (1986): “MS4: Marine spill simulation software set. Process descriptions”, Dept. Civil Engineering, Delft Univ. of Technology, Delft, The Netherlands, 74p.
Stiver W. and D. Mackay (1984), “Evaporation rate of spills of hydrocarbons and petroleum mixtures”, Envir. Sci. Technology, 18, No 11
Perivoliotis L., Krokos G., Nittis K., Korres G., (2011), “The Aegean Sea Marine Security Decision support System”, doi:10.5194/os-7-671-2011, Ocean Sci., 7, 671–683, 2011
Zodiatis, G., Dominicis,M.D., Perivoliotis,L., Radhakrishnan,H., Georgoudis,E., Sotillo, M.,Lardner,R.W., Krokos,G., Bruciaferri,D., Clementi,E., Guarnieri,A., Ribotti, A., Drago,A., Bourma,E., Padorno,E., Daniel,P., Gonzalez,G., Chazot,C., Gouriou, V., Kremer,X., Sofianos, S., Tintore,J., Garreau,P., Pinardi,N., Coppini, G., Lecci,R., Pisano,A., Sorgente,R., Fazioli,L., Soloviev,D., Stylianou,S., Nikolaidis, A., Panayidou,X., Karaolia,A., Gauci,A., Marcati,A., Caiazzo,L., Mancini, M.,(2016). “The Mediterranean decision support system for marine safety dedicated to oil slicks predictions”, Deep Sea Res. Part II: Top. Stud. Oceanogr.133, 4–20. http://dx.doi.org/10.1016/j.dsr2.2016.07.014
