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Emissioni Biogeniche di Composti Organici Volatili: Modellistica e Impatto su livelli di Ozono e Particolato Gabriele Curci Seminari CETEMPS 1° semestre.

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Presentazione sul tema: "Emissioni Biogeniche di Composti Organici Volatili: Modellistica e Impatto su livelli di Ozono e Particolato Gabriele Curci Seminari CETEMPS 1° semestre."— Transcript della presentazione:

1 Emissioni Biogeniche di Composti Organici Volatili: Modellistica e Impatto su livelli di Ozono e Particolato Gabriele Curci Seminari CETEMPS 1° semestre 2008

2 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS2 of 27 Sommario o Ruolo dei VOC in atmosfera  Formazione di ozono e particolato secondario (SOA) o Emissioni biogeniche  Budget, misure e modellistica o Impatto su Ozono e PM10 a scala Europea  Risultati progetto NatAir o Impatto ad alta risoluzione  Progetto CIRCE  Implementazione MEGAN in Chimere o Sviluppi futuri  Progetto QUITSAT: stima emissioni BVOC da satellite

3 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS3 of 27 Ruolo dei VOC in atmosfera Sole NO 2 NO x ossidi di azoto NO O3O3 RO 2 Potere ossidante o autopulente dell’atmosfera (OH) Clima Qualità dell’aria Radiazione (SOA) OH CO VOC CH 4 Volatile Organic Compounds RCHO Aerosol SOA VOC:NO x

4 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS4 of 27 Budget emissioni VOC: bio vs antro Species Global (Tg/y) [Guenther 95] Europe (Tg/y) [Simpson 99] Lifetime Ozone Forming Potential Antro VOC h – 10 d Isoprene h9.1 Monoterpenes h3.3 Other BVOC h – 10 d1-2 Bio Total Rural Urban BVOC:AVOC ratio VOC:NO x Ozone and SOA formation

5 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS5 of 27 Distribuzione emissioni VOC: bio vs antro Biogenic VOC emissions (ISOPRENE+TERPENES) are about 60% of anthropogenic VOC emissions on annul basis at continental scale BVOC > AVOC emissions in Spain and Greece [Mg] Antro Bio

6 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS6 of 27 I VOC sono emessi da alberi, erba, cespugli, etc. Sono un prodotto della loro attività vitale

7 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS7 of 27 Misure di VOC da vegetazione Misure dei flussi di VOC Enclosure Eddy-flux covariance Al CETEMPS: P. Di Carlo Immagini da una presentazione di F. Loreto (IBAF-CNR, Roma) tenutal all’Aquila nel novembre 2007.

8 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS8 of 27 Caratteristiche salienti delle emissioni di BVOC Esponenziale con la temperatura Età delle foglie Proporzionale alla radiazione (fotosintesi) 12 34

9 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS9 of 27 Modellistica delle emissioni di BVOC E = E 0  LAI  T  AGE  PAR

10 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS10 of 27 Mappa Ozono 10x10 km 2 Modelli di Chimica e Trasporto (CTM) Possono servire a stimare l’impatto di BVOC su O 3 e PM10 Chimere V200709A Avvezione/diffusione Convezione Chimica gas & aero BC, OC SOA Windblown dust Sea salt  DMS EMISSIONI Antro: NO x, SO 2, CO, NMVOC, NH 3, PM, BC, OC, POPs Bio: isoprene, terpeni, NO  Altre: BB, vulcani METEO MM5/ECMWF Grid FDDA MRF PBL Noah soil model Reisner 2 micro. LAND USE : GLCF BOUNDARY CONDITIONS Gas: LMDz-INCA, Aerosol: GOCART (mensile)  GEOS-Chem (oraria) Modello sviluppato presso: IPSL, LISA, INERIS (Parigi)

11 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS11 of 27 NatAir project (FP6) Natural and Biogenic Emissions and Assessment of Impacts on Air Quality o Main objective: estimation of fraction of atmospheric pollutants over Europe which can be attributed to natural/biogenic emissions (“incompressible part of air quality”) o Development of state-of-the-art biogenic emission inventory: 10 km resolution on the European domain o Sources included:  Biogenic VOCs: isoprene, speciated terpenes and others  NO from soils  Forest fires  Wind blown dust  Lightning  Spores, bacteria  Animals  Wetlands  Sea salt and DMS  Volcanoes  Geological seapages

12 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS12 of 27 Impatto BVOC su ozono: estate 2001 O 3 Max senza BVOC ΔO 3 Max con BVOC Nord EU: ppbv Sud EU: ppbv Po valley: >70 ppbv ΔO 3 medio: ~2.5 ppbv (5%) Portogallo: >15 ppbv (30%) ΔO 3 SUD > ΔO 3 NORD Impatto maggiore vicino città (emissioni NOx) In Scandinvia prevale ozonolisi dei terpeni

13 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS13 of 27 Evoluzione della produzione di O3 da BVOC Animation of hourly contribution of BVOC to surface ozone, starting from zero BVOC emissions. Ozone is produced mainly inland and near NO x sources (>20 ppbv locally) Ozone builds up over the sea, because of its longer lifetime in the marine boundary layer. After 3 days Mediterranean basin is filled up with additional O3 from BVOC

14 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS14 of 27 Ciclo stagionale dell’impatto di BVOC su O 3

15 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS15 of 27 Variabilità interannuale Ondate di calore 2003: il clima che verrà? HEAT-WAVES! +2.2 ppbv+2.0 ppbv +2.5 ppbv+2.8 ppbv

16 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS16 of 27 Impatto BVOC su ozono: dati orari Eventi estremi estate 2003 (ondate di calore) Large episodic contribution from BVOC emissions to ozone throughout the Mediterranean basin Up to 100 µg/m 3 in one extreme case in Spain! Observations from AirBase database !

17 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS17 of 27 Impatto BVOC su ozono: qualità dell’aria ITALY No BVOC With BVOC

18 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS18 of 27 Impatto BVOC su PM10 Generazione di Aerosol Organici Secondari (SOA) Terpenes contribute most of Secondary Organic Aerosol on continental scale In Spain SOA up to 9 µg/m 3, in Greece up to 4 µg/m 3 In Southern France, Italy and Eastern Europe 1 µg/m 3 NB: L’incertezza sulla modellistica dei PM è molto più grande rispetto all’ozono. Work in progress: collaborazione con B. Bessagnet et al. (INERIS) PM10 Mean senza BVOCΔPM10 Mean con BVOC

19 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS19 of 27 Impatto BVOC ad alta risoluzione sul Mediterraneo Progetto CIRCE (FP6) o Il CETEMPS ha l’incarico di  Sviluppare un database di emissioni naturali/biogeniche sul periodo con risoluzione di 0.1°x0.1° sull’area mediterranea  Simulazioni modellistiche per valutare l’impatto delle emissioni naturali/biogeniche sulla qualità dell’aria nell’area mediterranea o A tal fine: implementazione di MEGAN in Chimere  Più aggiornato algoritmo di emissioni di BVOC [Guenther 06]  Risoluzione fino a 1 km sul globo  Fa parte della prossima versione pubblica del modello Chimere

20 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS20 of 27 Alta risoluzione sul Mediterraneo 0.5°x0.5°0.1°x0.1° July LAI Isoprene EF

21 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS21 of 27 Emissioni Isoprene ad alta risoluzione sul Mediterraneo Calcolate con MEGAN 0.1°x0.1° [ µg/m 2 /h] Meteo : MM5 simulation at 24 km horizontal resolution All input data remapped onto a 0.1°x0.1° grid

22 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS22 of 27 Impatto BVOC su ozono: risoluzione 0.1°x0.1° O 3 Max senza BVOCO 3 Max con BVOC (MEGAN) ΔO 3 ppbv ΔO3%ΔO3%

23 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS23 of 27 Impatto BVOC su ozono: risoluzione 0.5°x0.5° O 3 Max senza BVOCO 3 Max con BVOC (MEGAN) ΔO 3 ppbv ΔO3%ΔO3%

24 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS24 of 27 Impatto BVOC su ozono: interazione con brezze? BVOC? BVOC NOx AVOC

25 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS25 of 27 Sviluppi Futuri: progetto QUITSAT (ASI) o QUalità dell’aria mediante l’Integrazione di misure da Terra, da SAtellite e di modellistica chimica multifase e di Trasporto o Tra i WP del CETEMPS:  Elaborare un inventario di emissioni di composti organici volatili sull’Europa tramite inversione di osservazioni satellitari di formaldeide (HCHO) Osservazioni Ω HCHO Modello Ω HCHO ↔ E Isoprene Stima emissioni di Isoprene Collaborazione con P. Palmer (Edinburgh)

26 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS26 of 27 Sole NO 2 NO x ossidi di azoto NO O3O3 RO 2 OH CO VOC CH 4 Volatile Organic Compounds Aerosol SOA VOC:NO x RCHO Osservazione di Formaldeide (HCHO) da satellite

27 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS27 of 27 Referenze o Guenther A., et al. (1995), A global model of natural volatile organic compound emissions, J. Geophys. Res., 100(D5), 8873–8892. o Guenther A., et al. (2006), Estimates of global terrestrial isoprene emissions using MEGAN (Model of Emissions of Gases and Aerosols from Nature), Atmos. Chem. Phys., 6, o Simpson D., et al. (1999), Inventorying emissions from nature in Europe, J. Geophys. Res., 104(D7), 8113–8152. o Curci, G., Beekmann, M., Vautard, R., Smiatek, G., Steinbrecher, R., Pfeiffer, H., Theloke, J., Friedrich, R. (2007), Modelling study of the impact of NatAir isoprene and terpenes emissions on European ozone levels using Chimere chemistry-transport model, Atmospheric Environment, in press

28 EXTRA SLIDES Per chi non ne ha avuto abbastanza …

29 5 anni di Eccellenza al servizio della comunità Emissioni Biogeniche di VOC L’Aquila, 6/25/2015 Gabriele Curci, CETEMPS29 of 27 Distribuzione % della vegetazione Europea Emission Potential for each PFT [µg/m 2 /h] ISOPRENE α-PINENE BT ~ NT ~ SB ~ HB ~ METHANOL NO BT ~ NT ~ SB ~ HB ~ BTNT SBHB


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