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Strumenti avanzati per la valutazione e gestione della qualità dellaria La modellistica a supporto della pianificazione e gestione della qualità dell'aria.

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Presentazione sul tema: "Strumenti avanzati per la valutazione e gestione della qualità dellaria La modellistica a supporto della pianificazione e gestione della qualità dell'aria."— Transcript della presentazione:

1 Strumenti avanzati per la valutazione e gestione della qualità dellaria La modellistica a supporto della pianificazione e gestione della qualità dell'aria Ferrara 28 settembre 2006 Marco Deserti, Michele Stortini,Enrico Minguzzi, Giovanni Bonafè, Suzanne Jongen ARPA-SIM, Area Meteorologia Ambientale

2 2 Parte prima: Il sistema modellistico NINFA per la valutazione e la previsione della qualità dellaria a vasta scala e a scala regionale

3 3 Il sistema NINFA Network dellItalia del Nord per la Fotochimica e lAerosol Northern Italian Network to Forecast photochemical and Aerosol pollution Multiscalarità Multiprocesso Multiscopo Codice aperto (CHIMERE) Operatività Accessibilità dei dati Corse giornaliere su work station Linux. Inizio 4:00 GMT, output 09:00 GMT. Simulazioni scenari su multiprocessore 6 nodi, 70 CPU/giorno Costruzione interfaccia CHIMERE - LAMI Aggiunto modulo per sorgenti puntuali I campi meteo da LAMI con ciclo di assimilazione dei dati osservati (LAMA) sono utilizzati per le analisi di scenario. Previsioni pubblicate ogni giorno su WEB Possibilità di distribuire campi numerici NRT METEO: LAMI/LAMA CHIMERE EMISSIONI CTN_ACE CONDIZIONI al CONTORNO: (Prev'air) OUTPUT: O 3, NO 2, PM 10, (SO 2… ….. ) USO del SUOLO: CORINE2000+GL C2000 ArpaRivista, n.4 lug-ago 2005 scaricabile da

4 4 NINFA (ER-Chimere-regionale) 10km*10km (5km*5km) Prevair (Chimere-continentale 0.5°*0.5°) Modello urbano (ADMS Urban) NINFA: dalla scala continentale alla scala urbana I risultati di NINFA sono rappresentativi dellinquinamento presente nelle zone rurali e nei grandi agglomerati urbani

5 5 NINFA (ER-Chimere-regional-Po valley domain) Prevair (Chimere-continental-Europe-domain) CORINAIR 2000 (COVN ton/anno) Input meteo LAMI-SIM Boundary conditions from PrevAir NINFA: Previsioni quotidiane Ozono, PM10 valutazione della qualità dellaria Analisi di scenario

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9 9 Simulazione con NINFA di Ozono, estate 2003 (aprile –settembre) Concentrazione media diurna simulata (a sinistra) Numero di giorni con media su 8 ore superiore al livello di protezione della salute umana (120 g/m 3 ) (a destra). Valutazione annuale con NINFA: Ozono O3: concentrazione media diurna (ppb)numero di giorni in cui la media 8h ha superato 120 g/m 3

10 10 Valutazione annuale con NINFA:Ozono La valutazione annuale mostra che il massimo numero di superamenti del valore obiettivo per la protezione della salute umana di ozono(120 μg/m 3 massima media di 8-ore durante il giorno) sono localizzati nella regione sub alpina e nella pianura. Il massimo numero di superamenti (più di 120 allanno) si verifica attorno ai principali agglomerati urbani di Milano e Torino. Nella Regione Emilia Romagna i valori massimi si verificano nella pianura interna, con più di 100 superamenti per anno, con una progressiva diminuzione spostandosi verso lAppennino dove si passa a superamenti anno. Nelle pianura vi sono valori diurni più elevati, mentre in collina e montagna si hanno valori meno elevati di giorno ma più persistenti di notte.

11 11 Valutazione annuale con NINFA:PM10 PM10: concentrazione media semestre estivo ( g/m 3 ) PM10: concentrazione media semestre invernale ( g/m 3 ) Simulazione con NINFA di PM10, anno Concentrazione media semestre estivo (aprile – settembre) a sinistra Concentrazione media semestre invernale (ottobre – marzo) a destra (Valore limite annuale 40 g/m 3 )

12 12 Valutazione annuale con NINFA:PM10 La concentrazione di fondo media annuale di PM10 simulata è massima in pianura, nellarea compresa tra le regione sub alpina occidentale fino alla costa adriatica nord-orientale (20-25 μg/m 3 ). In Emilia Romagna i valori massimi simulati sono nella pianura interna (18-20 μg/m 3 di concentrazione di fondo), anche in questo caso con una diminuzione verso lAppennino e la costa. Lo studio della variazione stagionale evidenzia valori di PM10 non trascurabili anche in estate, con una presenza generale su tutta larea di PM secondario di origine fotochimica.

13 13 Verifica e validazione di NINFA NINFA è stato accuratamente verificato con i dati delle stazioni rurali e sub urbane presenti nella pianura padana e di campagne sperimentali (come quella del progetto PolveRE, caratterizzazione chimico-fisica del particolato in Emilia Romagna. I risultati sono rappresentativi dellinquinamento presente nelle zone rurali e nei grandi agglomerati urbani.

14 14 La VALIDAZIONE di NINFA Fonte: APAT- CTN-ACE 2004 Le stazioni usate per la verifica di NINFA

15 15 La VERIFICA del sistema NINFA Sottostima nelle medie annuali, in particolare nelle stazioni che sono più influenzate dalle emissioni locali che non possono essere risolte con un modello a scala nazionale/regionale. Gli errori sono nella maggioranza dei casi allinterno degli standard di qualità modellistica previsti dal DM60/2002. Lindice di correlazione delle medie giornaliere è soddisfacente evidenziando che NINFA è in grado di riprodurre le variazione nel tempo del PM10.

16 16 La VERIFICA del sistema NINFA Buon accordo con le osservazioni nei valori medi e nel numero di superamenti dei valori obiettivo per la protezione della salute umana di ozono (120 μg/m 3 massima media di 8-ore durante il giorno)

17 17 Distribuzione dimensionale del particolato a Bologna (media annuale) Confronto tra la distribuzione dimensionale di PM10 simulata da NINFA e quella misurata nellambito del progetto PolveRE Buon accordo nella ripartizione granulometrica. Circa il 40% del PM10 è formato da particolato al di sotto di 0.6 micron!!!

18 18 Composizione PM10 a Bologna Confronto tra la composizione di PM10 simulata da NINFA e quella misurata a Bologna * Dati CNR-ISAC (S.Fuzzi, C. Facchini) * Buon accordo nella composizione chimica per le specie inorganiche (nitrati, ammonio, solfati). Il PM10 secondario è il 50-60% del PM10 totale!!!

19 19 Prime conclusioni NINFA produce previsioni quotidiane di qualità dellaria disponibili sul WEB (www.arpa.emr.it/sim).www.arpa.emr.it/sim NINFA è stato usato per eseguire una valutazione della qualità dellaria sulla pianura padana, una delle zone più intensamente inquinate in Europa. La verifica di NINFA ha messo in evidenza una buona correlazione con i dati della rete e la capacità del sistema di descrivere i principali processi fisico chimici che portano alla formazione, al trasporto ed alla diffusione del PM10 e dellOzono.

20 20 Piani/programmi di miglioramento della qualità dellaria Quali sono le zone e gli agglomerati con i maggiori livelli di inquinamento? Quali sono le fonti inquinanti maggiormente responsabili dellinquinamento di queste aree? Quale è il peso degli inquinanti secondari? Vi è trasporto di inquinanti da altre zone? Vi sono cause naturali dellinquinamento? È possibile ridurre linquinamento in queste aree? Di quanto è necessario ridurre le emissioni inquinanti? Quali fonti inquinanti è più necessario/utile ridurre? Attraverso quali azioni ? Quanto devono essere estese le azioni di riduzione? Che tempi sono necessari? Quanto costa? Le domande a cui deve rispondere il piano di miglioramento della qualità dellaria

21 21 Piani/programmi NINFA può essere utilizzato per la redazione di piani/programmi di miglioramento della qualità dellaria, consentendo di valutare le varie opzioni per la riduzione dellinquinamento e prevederne i benefici in termini di miglioramento della qualità dellaria. Per esemplificare la capacità del sistema di valutare scenari futuri di inquinamento sono stati preparati alcuni esempi che mostrano come: –la concentrazione di ozono e PM10 non diminuisce proporzionalmente alla diminuzione delle emissioni di precursori –sia possibile quantificare lentità degli inquinanti trasportati in Emilia Romagna dalle regioni vicine.

22 22 Scenari: emissioni Emissioni di PM10, totale annuale: caso base (sinistra) e scenario CLE2020 (*) (destra) (*) Current Legislation Emission 2020 fonte EMEP

23 23 Scenari: CLE 2020, Ozono Ozono, numero di giorni con media su 8 ore > 60 ppb, caso base (sinistra) e scenario CLE (destra) Riduzione delle emissioni di NOx del 51% e dei VOC del 46% sullintero dominio La media diurna (estiva) dellozono cala del 5% Il numero di superamenti della soglia 120 g/m 3 cala del 15%

24 24 Scenari: CLE 2020, PM10 PM10, concentrazione media annuale, caso base (sinistra) e scenario CLE (destra ) Riduzione delle emissioni di NOx del 51% e di PM10 del 47% sullintero dominio La media annuale del PM10 nelle zone rurali cala del 20% (fino al 30% nelle aree urbane)

25 25 Scenari: Emilia Romagna zero, Ozono Ozono, numero di giorni con media su 8 ore > 60 ppb, caso base (sinistra) e scenario EMR zero (destra) Emissioni zero in Emilia Romagna, (riduzione delle emissioni totali sul dominio del 13%) Il numero di superamenti della soglia 120 g/m 3 cala (a Bologna) del 15%. La media diurna (estiva) dellozono rimane sostanzialmente invariata (nessuna variazione nelle aree urbane, -3% nelle zone rurali della Romagna).

26 26 Scenari: Emilia Romagna zero, PM10 PM10, concentrazione media annuale, caso base (sinistra) e scenario EMR zero (destra) Emissioni zero in Emilia Romagna, (riduzione delle emissioni totali sul dominio del 13%) La media annuale del PM10 (lontano dai confini regionali) cala del %

27 27 Parte seconda Dalla scala nazionale/regionale alla scala locale/provinciale Possibili utilizzi di NINFA Esempi dimostrativi

28 28 NINFA a 5 km risoluzione È disponibile una versione ad alta risoluzione (5*5 km) di NINFA su Emilia Romagna, annidata allinterno del dominio Nord Italia

29 29 Esempio dimostrativo NINFA a 5 km 12-19Febbraio 2004 NO2, concentrazioni medie, ppb, caso base (sinistra) e scenario senza centrali (destra) Esempio dimostrativo di studio di scenario: Emissioni zero delle centrali elettriche. Una valutazione dimpatto deve essere fatta su base annuale. Le cose possono cambiare considerando periodi diversi!!!!!!

30 30 Esempio dimostrativo di studio di scenario: Emissioni zero delle centrali elettriche Differenze delle concentrazioni medie NO2, ppb (sinistra), Differenze delle concentrazioni orarie NO2, ppb (destra) In questo esempio dimostrativo le differenze sono mediamente inferiori a 3-4 ppb (10% circa).Si notano i pennacchi emessi dai camini, limpatto è evidente anche a notevole distanza Esempio dimostrativo NINFA a 5 km 12-19Febbraio 2004

31 31 Esempio dimostrativo di studio di scenario: Emissioni zero delle centrali elettriche PM10, concentrazioni medie g/m 3, caso base (sinistra) e scenario senza centrali (destra) Esempio dimostrativo NINFA a 5 km 12-19Febbraio 2004

32 32 Esempio dimostrativo di studio di scenario: Emissioni zero delle centrali elettriche differenze delle concentrazioni medie di PM10, g/m 3, (sinistra) differenze percentuali delle concentrazioni medie (destra) In questo esempio dimostrativo le differenze sono mediamente piccole 1-2 g/m 3, (3-4% circa) Esempio dimostrativo NINFA a 5 km 12-19Febbraio 2004

33 33 NINFA viene impiegato per analizzare e prevedere quotidianamente la qualità dellaria in tutto il territorio, valutando leventuale inquinamento anche delle zone dove non sono presenti stazioni di monitoraggio. NINFA viene utilizzato per una valutazione di vari scenari futuri di inquinamento in Emilia Romagna e nella pianura padana. NINFA può essere usato per una valutazione dellimpatto a larga scala degli inquinanti primari e secondari emessi da grandi impianti (centrali elettriche, termovalorizzatori, ecc.) Conclusioni

34 34 Una proposta di lavoro per lo studio della qualità dellaria nella provincia di Ferrara

35 35 Ipotesi di lavoro Nella Pianura padana (e a Ferrara) la concentrazione di inquinanti secondari (Ozono e PM10/2.5 NO 2 ) dipende principalmente da processi atmosferici ad ampia scala (trasporto di precursori emessi anche a grande distanza che interagiscono con le sorgenti locali) La concentrazione di inquinanti primari (SO x, NO x, NH 3, microinquinanti, ecc..) in prossimità delle sorgenti è maggiormente influenzata dalla intensità e dalla distribuzione delle emissioni e dalle condizioni meteorologiche locali. Queste ipotesi, generalmente condivise nel mondo scientifico, sono state verificate e dimostrate in molte occasioni

36 36 La proposta di ARPA Eseguire una macroanalisi mediante il modello chimico di trasporto e dispersione NINFA per individuare le aree maggiormente critiche sulla provincia di Ferrara A) per gli inquinanti primari/precursori (NO X,SO X, COV, NH 3 ) B) per gli inquinanti secondari (O 3 e PM10-2.5) Condurre uno studio a piccola scala (dominio di circa 20*20km 2 passo 500 m) mediante un modello non chimico (ADMS-Urban) per studiare in dettaglio limpatto degli inquinanti primari (con dati meteo locali e specifici) Eseguire eventuali campagne di verifica mediante laboratorio mobile e stazione meteorologica mobile nelle aree maggiormente critiche.


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