DOI: https://doi.org/10.5194/gmd-18-6835-2025
تاريخ النشر: 2025-10-07
المؤلف: Augustin Colette وآخرون
الموضوع الرئيسي: كيمياء الغلاف الجوي والهباء الجوي
نظرة عامة
تقدم خدمة مراقبة الغلاف الجوي كوبيرنيكوس (CAMS) بيانات شاملة مجانية ومفتوحة عن تركيبة الغلاف الجوي، مع التركيز على توقعات وتحليلات جودة الهواء في أوروبا من خلال خدماتها الإقليمية. تدمج هذه الخدمة مخرجات من 11 نموذجًا متميزًا لنقل الكيمياء (CTMs) عبر 10 دول أوروبية، مما ينتج تحليلات وتوقعات يومية لـ 19 نوعًا كيميائيًا بدقة تبلغ حوالي 10 كم × 10 كم. يتم تنسيق النماذج بواسطة وحدة إنتاج إقليمية مركزية، تضمن التناسق في إعداد النموذج وحقول القوة، بينما تستفيد أيضًا من تنوع أوصاف العمليات الجوية الموجودة في CTMs المختلفة. ينتج النظام أكثر من 82 مليار نقطة بيانات يوميًا، والتي يتم تجميعها وتقييمها ونشرها لمجموعة متنوعة من تطبيقات جودة الهواء.
منذ إطلاقها التشغيلي في عام 2014، أثبتت CAMS نفسها كمرجع رائد لمراقبة جودة الهواء، حيث تعمل على تحسين أدائها باستمرار من خلال ترقيات نصف سنوية ودمج التقدم في نمذجة جودة الهواء. الخدمة تستجيب للأبحاث الجارية ومبادرات القياس الدولية، مما يضمن بقاء النماذج في طليعة التكنولوجيا. تشمل التطورات المستقبلية إضافة أنواع جديدة من الجسيمات الدقيقة وطرق محسنة لمخرجات النموذج، بما في ذلك دمج تقنيات التعلم الآلي لتوقعات محسنة. بالإضافة إلى ذلك، تهدف CAMS إلى تحسين جودة مخرجات تدفق الترسيب وتستكشف استخدام بيانات المراقبة المتقدمة واسترجاعات الأقمار الصناعية الثابتة لتحسين مراقبة تركيبة الغلاف الجوي.
مقدمة
تعد خدمة مراقبة الغلاف الجوي كوبيرنيكوس (CAMS) مبادرة محورية تحت برنامج مراقبة الأرض كوبيرنيكوس التابع للاتحاد الأوروبي، الذي تديره المركز الأوروبي للتنبؤات الجوية متوسطة المدى (ECMWF). تقدم مجموعة شاملة من المنتجات المتعلقة بجودة الهواء، وانبعاثات غازات الدفيئة، والضغوط المناخية، مع تركيز خاص على خدمة الإنتاج الإقليمي. تقدم هذه الخدمة توقعات وتحليلات يومية لجودة الهواء عبر أوروبا، باستخدام شبكة موزعة من 11 نموذجًا لنقل الكيمياء (CTMs) من دول أوروبية مختلفة. يُعترف بالنظام كآلية رائدة لتوقع جودة الهواء على المستوى القاري، حيث يوفر بيانات أساسية لفهم تركيبة الغلاف الجوي وإبلاغ القرارات السياسية التي تهدف إلى التخفيف من تلوث الهواء.
يعمل نظام الإنتاج الإقليمي لـ CAMS تحت رقابة جودة صارمة ويستخدم مجموعة من النماذج لتعزيز دقة وموثوقية التوقعات. يساهم كل نموذج في مجموعة بيانات قوية تشمل تحليلات لمدة 24 ساعة وتوقعات لمدة 97 ساعة لعدة أنواع من جودة الهواء، مع نشر النتائج من خلال متجر بيانات الغلاف الجوي كوبيرنيكوس. تدعم الخدمة ليس فقط وكالات جودة الهواء المحلية ولكنها تلعب أيضًا دورًا حيويًا في الامتثال التنظيمي وتقييمات تأثير الصحة. تؤكد التطورات المستمرة للنظام، بما في ذلك التحديثات الأخيرة لتوجيه جودة الهواء المحيط، على الاعتماد المتزايد على نماذج جودة الهواء وأهمية CAMS كمصدر موثوق لمعلومات جودة الهواء عبر أوروبا.
نقاش
يوفر النظام الإقليمي لـ CAMS توقعات يومية لمدة 4 أيام ومنتجات تحليلية متنوعة مستمدة من 11 نموذجًا فرديًا لنقل الكيمياء (CTMs) ومنتج ENSEMBLE، الذي يمثل الوسيط لهذه النماذج عند كل نقطة شبكة. يطلق النظام توقعات قريبة من الوقت الحقيقي (NRT/FC) كل ساعة مع أفق 4 أيام، باستخدام مخرجات نقل الكيمياء التي تم تهيئتها من التحليلات السابقة. التوقعات، المتاحة للجمهور في أوقات UTC محددة، شهدت قائمة متزايدة من الأنواع الناتجة، مدفوعة بطلبات المستخدمين والحاجة إلى النمذجة اللاحقة. اعتبارًا من أبريل 2025، تشمل NRT/FC غازات رئيسية مثل الأوزون (O₃)، وأكاسيد النيتروجين (NO، NO₂)، وأول أكسيد الكربون (CO)، والجسيمات الدقيقة (PM₂.5، PM₁₀)، إلى جانب أنواع حبوب اللقاح. يتم تصحيح المنتجات التحليلية، التي يتم إصدارها يوميًا، لتقليل الأخطاء مقارنة بالتركيزات المرصودة، مع توفر قائمة شاملة من الأنواع لأحدث إعادة تحليل.
تتم مركزية استيعاب ملاحظات جودة الهواء، مع الحصول على البيانات من الوكالة الأوروبية للبيئة. تضمن عملية التصفية والاختيار تضمين المحطات ذات الصلة فقط، مع التركيز على المواقع الخلفية الحضرية مع استبعاد مواقع المرور والصناعة. يتم استخدام حوالي ثلثي البيانات للاستخدام في الاستيعاب، بينما يتم الاحتفاظ بالباقي للتقييم. يتم الحصول على الحقول الجوية التي تقود CTMs من ECMWF، بدقة عالية تبلغ حوالي 9 كم اعتبارًا من عام 2024. يستخدم النظام سجل انبعاثات بشرية متسق، CAMS-REG، الذي يتم تحديثه بانتظام لضمان الدقة. يعتبر هذا السجل ضروريًا للحفاظ على التناسق عبر النماذج، بينما يتم إدارة انبعاثات البيوجين والحرائق البرية بواسطة نماذج فردية، مع التنسيق بشكل أساسي لانبعاثات الحرائق البرية من خلال نظام استيعاب الحرائق العالمي (GFAS). بشكل عام، يدمج النظام الإقليمي لـ CAMS إطارًا قويًا لتوقع وتحليل جودة الهواء، مستفيدًا من مجموعة شاملة من البيانات وتقنيات النمذجة.
DOI: https://doi.org/10.5194/gmd-18-6835-2025
Publication Date: 2025-10-07
Author(s): Augustin Colette et al.
Primary Topic: Atmospheric chemistry and aerosols
Overview
The Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) provides extensive free and open data on atmospheric composition, focusing on air quality forecasts and analyses in Europe through its Regional Service. This service integrates outputs from 11 distinct chemistry-transport models (CTMs) across 10 European countries, producing daily analyses and forecasts for 19 chemical species at a resolution of approximately 10 km × 10 km. The models are coordinated by a Centralised Regional Production Unit, which ensures consistency in model setup and forcing fields, while also leveraging the diversity of atmospheric process descriptions inherent in the different CTMs. The system generates over 82 billion data points daily, which are aggregated, evaluated, and disseminated for various air quality applications.
Since its operational launch in 2014, CAMS has established itself as a leading reference for air quality monitoring, continuously improving its performance through bi-annual upgrades and incorporating advancements in air quality modeling. The service is responsive to ongoing research and international benchmarking initiatives, ensuring that the models remain state-of-the-art. Future developments include the addition of new particulate matter species and enhanced methodologies for model output, including the integration of machine learning techniques for optimized forecasts. Additionally, CAMS aims to improve the quality of deposition flux outputs and is exploring the use of advanced observational data and geostationary satellite retrievals to enhance atmospheric composition monitoring.
Introduction
The Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) is a pivotal initiative under the European Union’s Copernicus Earth Observation Programme, managed by the European Centre for Medium-Range Weather Forecast (ECMWF). It offers a comprehensive suite of products related to air quality, greenhouse gas emissions, and climate forcings, with a particular focus on the Regional Production Service. This service delivers daily forecasts and analyses of air quality across Europe, utilizing a distributed network of 11 chemistry-transport models (CTMs) from various European countries. The system is recognized as the leading air quality forecasting mechanism at the continental level, providing essential data for understanding atmospheric composition and informing policy decisions aimed at mitigating air pollution.
The CAMS Regional Production System operates under stringent quality controls and employs an ensemble of models to enhance forecasting accuracy and reliability. Each model contributes to a robust dataset that includes 24-hour analyses and 97-hour forecasts for multiple air quality species, with results disseminated through the Copernicus Atmosphere Data Store. The service not only supports local air quality agencies but also plays a crucial role in regulatory compliance and health impact assessments. The ongoing evolution of the system, including recent updates to the Ambient Air Quality Directive, underscores the increasing reliance on air quality models and the significance of CAMS as a trusted source for air quality information across Europe.
Discussion
The CAMS Regional system provides daily 4-day forecasts and various analysis products derived from 11 individual Chemistry-Transport Models (CTMs) and an ENSEMBLE product, which is the median of these models at each grid point. The system releases hourly near-real-time forecasts (NRT/FC) with a 4-day horizon, utilizing chemistry-transport outputs initialized from previous analyses. The forecasts, available publicly at specific UTC times, have seen an expanding list of output species, driven by user requests and the need for downstream modeling. As of April 2025, the NRT/FC includes key gases such as ozone (O₃), nitrogen oxides (NO, NO₂), carbon monoxide (CO), and particulate matter (PM₂.5, PM₁₀), alongside pollen species. The analysis products, released daily, are corrected to minimize errors against observed concentrations, with a comprehensive list of species available for the latest reanalysis.
The assimilation of air quality observations is centralized, with data sourced from the European Environment Agency. The filtering and selection process ensures that only relevant stations are included, focusing on urban background sites while excluding traffic and industrial locations. Approximately two-thirds of the data are used for assimilation, while the remainder is reserved for evaluation. The meteorological fields driving the CTMs are sourced from the ECMWF, with a high resolution of approximately 9 km as of 2024. The system employs a consistent anthropogenic emissions inventory, CAMS-REG, which is regularly updated to ensure accuracy. This inventory is crucial for maintaining consistency across the models, while biogenic and wildfire emissions are managed by individual models, with coordination primarily for wildfire emissions through the Global Fire Assimilation System (GFAS). Overall, the CAMS Regional system integrates a robust framework for air quality forecasting and analysis, leveraging a comprehensive set of data and modeling techniques.