Produzione e Validazione dei campi Meteorologici nell’ambito del progetto MINNI Lina Vitali, Massimo D’Isidoro ENEA- UTVALAMB-AIR Incontro ENEA – LaMMA Bologna, 27 settembre 2012

RAMS, LAPS Emission Manager SURFPRO Meteo Parametri di turbolenza FARM Emissioni Campi ECMWFDati Locali Inventari (ISPRA ed EMEP) Info spaziali e temporali Concentrazioni e Deposizioni Matrici di Trasferimento Campi EMEP IC e BC Sottosistema METEO Sottosistema EMISSIVO Sottosistema CHIMICO-FISICO GAINS L A CATENA M ODELLISTICA Il Progetto MINNI

1999, km : RAMS (nudging) 4km : LAPS 2003, km : RAMS (nudging) 4km : RAMS (nudging) A PPROCCIO M ODELLISTICO PER LA M ETEOROLOGIA Il Progetto MINNI / D OMINI

S IMULAZIONI M ETEO SUL D OMINIO N AZIONALE A 20 X 20 km 2 DI RISOLUZIONE RAMS RAMS (Colorado State University) Regional Atmospheric Modeling System Modello Prognostico non idrostatico Campi Meteorologici nell’ambito del Progetto MINNI RAMS Simulations Details Initialisation: ECMWF Analyses, Synop observations Radiation: Chen and Cotton (1983) long/shortwave model – cloud processes considering all condensate as liquid Convection:Modified Kuo scheme activated (Tremback,1990) Soil/Surface:LEAF-2, Land Ecosystem–Atmosphere Feedback model (Walko et al, 2000) Turbulence : Mellor & Yamada level 2.5 ( Mellor and Yamada,1982) Microphysics:Bulk microphysics parameterization (cloud water, rain, pristine ice, snow, aggregates, graupel, and hail, or certain subsets of these; Walko et al,1995) 4DDA: Nudging on pre-analysed fields Archiving:Fields archived on houly basis.

S IMULAZIONI M ETEO SUL D OMINIO N AZIONALE A 20 X 20 km 2 DI RISOLUZIONE RAMS RAMS (Colorado State University) Regional Atmospheric Modeling System Modello Prognostico non idrostatico Le condizioni iniziali e al contorno sono state ottenute a partire dai campi di analisi meteorologica dell’ECMWF (European Centre For Medium-Range Weather Forecast). Le simulazioni sono state effettuate in modalità di nudging. Si sono utilizzate a tal fine le osservazioni della rete WMO (World Meteorological Organization) di tipo SYNOP e METAR disponibili attraverso gli archivi ECMWF. Le simulazioni sono state re-inizializzate ogni sette (o dieci) giorni in modo da rimuovere eventuali derive dei campi calcolati rispetto alle analisi di grande scala e alle osservazioni locali. Campi Meteorologici nell’ambito del Progetto MINNI Two-way nesting.

LAPS (Local Analysis and Prediction System) Modello Diagnostico S IMULAZIONI M ETEO SUI 5 SOTTO - DOMINI A 4 X 4 km 2 DI RISOLUZIONE – 1999 E 2005 Campi Meteorologici nell’ambito del Progetto MINNI

S IMULAZIONI M ETEO SUI 5 SOTTO - DOMINI A 4 X 4 km 2 DI RISOLUZIONE – 1999 E 2005 Campi Meteorologici nell’ambito del Progetto MINNI

C ONTROLLO DI Q UALITÀ DEI D ATI A CQUISITI IN LAPS il check climatologico esclude dati che escono da range tipici di variabilità il check della deviazione standard controlla che la differenza tra il valore attuale e quello del time step precedente non si discosti troppo (un certo numero di deviazioni standard) dalla media di tale differenza su tutte le stazioni il background check controlla che il valore osservato non si discosti troppo dal background. filtro di Kalman E' stato sviluppato da noi un software di pre-processing dei dati per garantire la continuità dei dati e il controllo degli spikes. LAPS consente anche di compilare files di Blacklist per escludere dall'analisi una o più stazioni per una o più variabili. Campi Meteorologici nell’ambito del Progetto MINNI S IMULAZIONI M ETEO SUI 5 SOTTO - DOMINI A 4 X 4 km 2 DI RISOLUZIONE – 1999 E 2005

Campi Meteorologici nell’ambito del Progetto MINNI S IMULAZIONI M ETEO SUI 5 SOTTO - DOMINI A 4 X 4 km 2 DI RISOLUZIONE – 2003 E 2007 Per gli anni meteorologici 2003 e 2007 anche i campi ad alta risoluzione sulle 5 macroregioni sono stati calcolati con l’approccio prognostico, utilizzando il modello RAMS e seguendo lo stesso approccio adottato sul dominio nazionale.

Confronto, per le principali variabili meteorologiche, con gli indicatori annuali e mensili prodotti da ISPRA nell’ambito del sistema SCIA ( Validazione dei campi Meteorologici nell’ambito del Progetto MINNI Confronto su cinque siti (uno per ciascuna macroregione) con dati da radiosondaggio. Confronti con i dati meteorologici forniti da alcune Regioni (attualmente Piemonte, Lombardia, Veneto,Friuli Venezia Giulia, Emilia Romagna). Confronti orari su ciascuna stazione. (già a disposizione i dati anche per il 2003 e il 2007) Confronto statistico sulla macroregione del Nord Italia, effettuato nell’ambito del progetto POMI (Po-Valley Modelling Intercomparison Exercise ). A TTIVITÀ DI V ALIDAZIONE DEI C AMPI M ETEOROLOGICI 2005

Bias medi di T (sopra) ed RH (sotto) calcolati per RAMS (nero) e LAPS (rosso) sui 5 siti considerati. I Bias sono calcolati per ogni mese e a 4 diverse ore della giornata 00, 06, 12, 18. R ADIOSONDAGGIO Confronto con dati da R ADIOSONDAGGIO Confronto su cinque siti (uno per ciascuna macroregione) con dati da radiosondaggio. (Vitali et al. Poster presentation at the European Geosciences Union (EGU) General Assembly Vienna, 13 – 18 April 2008). A TTIVITÀ DI V ALIDAZIONE DEI C AMPI M ETEOROLOGICI 2005

R ADIOSONDAGGIO Confronto con dati da R ADIOSONDAGGIO Numero di inversioni di temperatura (annuali e stagionali) A TTIVITÀ DI V ALIDAZIONE DEI C AMPI M ETEOROLOGICI 2005 Confronto su cinque siti (uno per ciascuna macroregione) con dati da radiosondaggio. (Vitali et al. Poster presentation at the European Geosciences Union (EGU) General Assembly Vienna, 13 – 18 April 2008).

Confronto statistico sulla macroregione del Nord Italia, effettuato nell’ambito del progetto POMI (Po-Valley Modelling Intercomparison Exercise, Thunis et al., 2009) P OMI Confronti nell’ambito del progetto P OMI A TTIVITÀ DI V ALIDAZIONE DEI C AMPI M ETEOROLOGICI 2005 M EETINGS Ispra (03/2008) <-- Kick-off meeting Brescia (02/2009) Ispra (09/2009) Ispra (25/11/2010) <-- Final meeting

P OMI Confronti nell’ambito del progetto P OMI

Temperatura a 2 m Intensità del vento a 10 m Umidità relativa a 2 m

P OMI Confronti nell’ambito del progetto P OMI A TTIVITÀ DI V ALIDAZIONE DEI C AMPI M ETEOROLOGICI 2005

P OMI Confronti nell’ambito del progetto P OMI Temperatura a 2 m Intensità del vento a 2 m A TTIVITÀ DI V ALIDAZIONE DEI C AMPI M ETEOROLOGICI 2005 Umidità Relativa a 2 m (analisi aggiunta dopo EMS)

Confronti con i dati meteorologici forniti da alcune Regioni (attualmente Piemonte, Lombardia, Veneto,Friuli Venezia Giulia, Emilia Romagna). Confronti orari su ciascuna stazione. R EGIONI Confronto con dati meteorologici forniti dal alcune R EGIONI A TTIVITÀ DI V ALIDAZIONE DEI C AMPI M ETEOROLOGICI 2005 Un esempio: confronti sui dati della Regione Friuli Venezia Giulia (Vitali et al. Poster presentation at the 13th International Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes. Paris, June 2010). IOA calcolati per l’intensità del vento (W), la temperatura (T) e l’umidità relativa (RH) in funzione della quota della stazione. Nero:RAMS Rosso:LAPS

Confronti con i dati meteorologici forniti da alcune Regioni (attualmente Piemonte, Lombardia, Veneto,Friuli Venezia Giulia, Emilia Romagna). Confronti orari su ciascuna stazione. R EGIONI Confronto con dati meteorologici forniti dal alcune R EGIONI A TTIVITÀ DI V ALIDAZIONE DEI C AMPI M ETEOROLOGICI 2005 Un esempio: confronti sui dati della Regione Friuli Venezia Giulia (Vitali et al. Poster presentation at the 13th International Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes. Paris, June 2010). IOA calcolati per stazioni situate in siti pianeggianti e ordinate per quota. Sono presentati i valori calcolati per 4 diverse ore della giornata (0, 6, 12, 18 ora locale). Nero: RAMS Rosso: LAPS.

Confronti con i dati meteorologici forniti da alcune Regioni (attualmente Piemonte, Lombardia, Veneto,Friuli Venezia Giulia, Emilia Romagna). Confronti orari su ciascuna stazione. R EGIONI Confronto con dati meteorologici forniti dal alcune R EGIONI A TTIVITÀ DI V ALIDAZIONE DEI C AMPI M ETEOROLOGICI 2005 Un esempio: confronti sui dati della Regione Friuli Venezia Giulia (Vitali et al. Poster presentation at the 13th International Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes. Paris, June 2010). IOA calcolato per LAPS in funzione della distanza dalla stazione con dati acquisiti più vicina (analisi effettuata per siti a meno di 300 m di quota)

Validazione sull’intero Data Set dei dati regionali raccolti (Nord Italia) (Piemonte, Lombardia, Veneto, Friuli Venezia Giulia, Emilia Romagna). R EGIONI Confronto con dati meteorologici forniti dal alcune R EGIONI A TTIVITÀ DI V ALIDAZIONE DEI C AMPI M ETEOROLOGICI 2005

Risultati soddisfacenti nelle aree costiere, pianeggianti e collinari. Errori crescenti al crescere della complessità orografica (confronto con le stazioni localizzate nelle valli ed a quote elevate). Qualità dei risultati condizionata dalla densità e dalla rappresentatività delle stazioni SYNOP/METAR (risultati migliori in Friuli che in Piemonte). Generale miglioramento dei campi meteorologici analizzati da LAPS rispetto ai campi di background generati da RAMS. Incompatibilità di alcune postazioni di misura delle reti regionali con stazioni della rete SMAM che possono rendere problematici i confronti. S INTESI DELLE A TTIVITÀ DI V ERIFICA REALIZZATE SUL M ETEO 2005 Validazione dei campi Meteorologici nell’ambito del Progetto MINNI

P RODUZIONE E V ALIDAZIONE DEI C AMPI M ETEOROLOGICI RELATIVI AI DUE MESI DELLA C AMPAGNA SPERIMENTALE CONDOTTA DA ENEA A T RISAIA (M AGGIO -G IUGNO 2010) Validazione dei campi Meteorologici nell’ambito del Progetto MINNI

P RODUZIONE E V ALIDAZIONE DEI C AMPI M ETEOROLOGICI RELATIVI AI DUE MESI DELLA C AMPAGNA SPERIMENTALE CONDOTTA DA ENEA A T RISAIA (M AGGIO -G IUGNO 2010) Validazione dei campi Meteorologici nell’ambito del Progetto MINNI Osservazioni indipendenti a disposizione statistiche meteorologiche ISPRA- SCIA dati meteorologici forniti dalla Regione Basilicata (dati orari per i due mesi della campagna sperimentale e per diverse postazioni) Dati meteorologici raccolti durante la campagna sperimentale ENEA a Trisaia dati meteorologici orari al suolo (misurati nel sito di Trisaia dalla stazione meteorologica automatica VAISALA MAWS100) profili di Temperatura e Umidità misurati dal radiometro operante nelle microonde HATPRO (dati raccolti, con risoluzione temporale inferiore all’ora, nel sito di Trisaia fino a quote rispettivamente di 2km e di 10 Km) profili di Vento misurati da un SODAR Doppler triassiale (dati raccolti, con risoluzione temporale inferiore all’ora, nel sito di Trisaia con un range di osservazione che si estende da circa 40 m fino a circa 800 m di quota, con risoluzione verticale massima di 7.5 m) dati meteorologici raccolti a bordo dell’ultraleggero ENDURO_KIT (12 voli effettuati durante la campagna sperimentale ENEA, nell’ambito del progetto EUFAR,

A TTIVITÀ DI V ALIDAZIONE IN CORSO E PREVISTE NEL PROSSIMO FUTURO Validazione dei campi Meteorologici nell’ambito del Progetto MINNI Paper sulla Validazione dei campi meteorologici MINNI 2005 Validazione sui dati delle Regioni del Nord Italia dei campi meteorologici MINNI 2003 e 2007 Paper(s) sulla Validazione dei campi meteorologici MINNI a Trisaia (maggio-giugno 2010)

Risultati Costruzione di una base dati meteorologica per il supporto delle analisi di qualità dell’aria a livello nazionale e macroregionale comprensiva di 4 anni di dati a risoluzione 20x20 e 4x4 km (utilizzato con risultati positivi all’interno del progetto MINNI e da altri soggetti sia istituzionali che privati) Soggetti che hanno utilizzato la base dati meteorologica MINNI Regione Piemonte, Provincia Torino, Regione Veneto-ARPAV, ARPA Valle d’Aosta, ARPA Friuli Venezia Giulia, ARPA Lazio, ARPA Puglia, APPA Bolzano, Magistrato alle Acque di Venezia, NOMISMA, CIPA (SR), SPEA-autostrade, AIB e società di consulenza per studi di impatto ambientale (URS, Dappolonia, PROTECO, TECNIC) C ONSIDERAZIONI C ONCLUSIVE Campi Meteorologici nell’ambito del Progetto MINNI