Legame tra variabili meteorologiche ed andamento del numero di particelle nell area metropolitana torinese

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1 Legame tra variabili meteorologiche ed andamento del numero di particelle nell area metropolitana torinese Milena Sacco, Francesco Lollobrigida, Antonella Pannocchia Arpa Piemonte

2 Progetto UFP - Introduzione : Avvio progetto di Arpa Piemonte e Provincia di Torino relativo al monitoraggio della concentrazione numerica di particelle ultrafini e della loro distribuzione dimensionale. Lo strumento è collocato sul grattacielo della Provincia di Torino ad un altezza di 50 m circa dal piano stradale. Dal 2013: lo strumento è collocato al suolo nella stazione di Torino-Lingotto

3 Progetto UFP Sito di misura stazione di fondo urbano di Torino - Lingotto

4 Strumento Lo strumento utilizzato è l Ultrafine Particle Monitor modello 3031 della TSI Incorporated, in grado di misurare la concentrazione numerica nell intervallo dimensionale 20 nm - 1 micron su 6 classi dimensionali (20-30 nm, nm, nm, nm, nm, nm)

5 Serie storica E+10 MEDIA DEI VALORI ORARI DEL NUMERO TOTALE DI PARTICELLE ( ) MEDIA DEI VALORI ORARI DELLE PARTICELLE > 100 nm ( ) numero di particelle/m 3 9.0E E E E E E E E E+09 A 50 m A 50 m A 50 m A L S U O L O PM2.5 µg/m 3 numero di particelle/m 3 4.0E E E E E E E E PM2.5 µg/m 3 0.0E Media dei valori orari del n di particelle media PM2.5 TO-Lingotto 0.0E Media particelle >100 nm media PM2.5 TO-Lingotto

6 NUMERO DI GIORNI NUMERO DI GIORNI FAVOREVOLI ALL'ACCUMULO DI PM10 AGGLOMERATO TORINESE g/m³ PM10 - ANDAMENTO STORICO DEL VALORE MEDIO ANNUALE stazione di TO-Consolata n.d To-Consolata Valore limite L'indice tiene conto di intensità del vento, l'altezza di rimescolamento e della precipitazione giornaliera

7 Distribuzione percentuale rispetto al totale DISTRIBUZIONE PERCENTUALE RISPETTO AL TOTALE % 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% nm nm nm nm nm nm

8 Quali fenomeni atmosferici influenzano il numero di particelle? In particolare quali parametri ne provocano un aumento?

9 Analisi delle giornate in cui la media giornaliera del numero di particelle è superiore al 90 percentile del periodo di monitoraggio L analisi è stata condotta per ogni classe dimensionale per l anno 2014 e 2015.

10 ANNO 2015 classi dimensionali più basse (20-30 nm e nm) Picchi come media giornaliera in queste due classi in corrispondenza a giorni in cui: la radiazione solare è superiore a 200 W/m 2 e l umidità relativa inferiore al 55 % (10 luglio, 20 e 24 settembre) giorni in cui l umidità relativa è inferiore al 55 % e il PM2.5 è inferiore ai 20 µg/m 3, quindi giornate particolarmente limpide, senza nubi, in cui il rimescolamento atmosferico è stato probabilmente maggiore (31 gennaio, 2 e 26 febbraio; caso esemplare il 12 gennaio seguente ad un episodio di phoen nella notte tra il 9 e 10 gennaio in Val di Susa, che si è esteso fino alla pianura).

11 6.0E E E E E E E+00 GENNAIO vento Incrementi repentini nel giorno seguente al fenomeno ventoso /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/2015 numero di particelle/m 3 PM2.5 (µg/ 3 ), pioggia (mm) vento TORINO VIA DELLA CONSOLATA, Livello pioggia - mm nm nm nm nm nm nm Torino - Lingotto, PM2.5

12 SETTEMBRE E E+09 picchi di particelle <50 nm giornate assolate "limpide" PM2.5 molto basso (<10) E E E E+09 numero di particelle/m 3 PM2.5 µg/m E E /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/2015 TORINO VIA DELLA CONSOLATA, Livello pioggia - mm nm nm nm nm nm nm Torino - Lingotto, PM2.5

13 particelle nm Picchi si verificano: in alcune giornate in contemporanea ai picchi delle particelle più piccole, quindi si possono attribuire all accrescimento delle particelle nucleate (23 gennaio, 23 e 24 settembre) in giornate nebbiose (2-3 dicembre) o giornate in cui l umidità relativa si mantiene alta (superiore al 60% e con poca escursione tra minimo diurno e massimo notturno) e la temperatura bassa, in assenza di pioggia (il 23 dicembre). Picchi in questa classe dimensionale si sono verificati anche nei periodi di stabilità atmosferica, come dal 6 al 13 novembre, e da fine novembre a quasi tutto dicembre

14 numero di particelle/m3 7.0E E E E E E E E+00 NOVEMBRE /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ nm nm nm nm 18/11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ nm nm Torino - Lingotto, PM2.5 Velocita' media ( m/s ) vento Il mese di Novembre 2015 è stato caratterizzato da alta pressione e di condizioni di stabilità (marcata inversione termica) e temperature superiori alla norma per le prime due decadi del mese. Si sono verificati inoltre fenomeni nebbiosi in tutti i primi 21 giorni del mese. La terza decade di Novembre 2015 ha avuto un andamento completamente diverso dalle prime due, a causa di fredde correnti settentrionali di origine polare, che hanno determinato una vasta anomalia barica negativa sull Europa centrale PM2.5 µg/m3

15 Particelle >70 nm I picchi si verificano soltanto in corrispondenza a periodi di alta pressione ed alta stabilità atmosferica autunnali-invernali (12-13 novembre, dal 27 novembre al 3 dicembre) ed in presenza di giornate con alta umidità relativa dell aria (dal 10 al 23 dicembre, il dicembre). Per le particelle più grandi ( nm), oltre ai giorni citati, si aggiungono altre giornate di condizioni di alta umidità relativa dell aria (superiore al 60% e con poca escursione tra minimo diurno e massimo notturno) in presenza di bassa temperatura ed assenza di pioggia, che favoriscono le reazioni acquose in fase eterogenea di precursori gassosi, dando origine a formazione secondaria di nitrato e solfato d ammonio, che si trovano in particolare nell intervallo dimensionale nm (Wang,2012); si tratta delle giornate del 7 gennaio, 14 febbraio e dal 5 al 7 dicembre, data in cui si è verificato il massimo assoluto.

16 DICEMBRE E E E E E E E E E /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/2015 numero di particelle/m3 PM10 µg/m3, UR % nm nm nm nm nm nm Torino - Lingotto, PM10 TORINO VIA DELLA CONSOLATA, Umidita' dell'aria - %

17 I massimi assoluti per ogni classe dimensionale si sono verificati tutti tra fine novembre ed il mese di dicembre, eccetto per la classe nm il cui picco massimo si è verificato il 23 gennaio. In Torino città non ha piovuto per 65 giorni consecutivi dal 29 ottobre 2015 al 3 gennaio L intero mese di dicembre è stato caratterizzato da condizioni di stabilità atmosferica e marcata inversione termica, molto spesso al suolo e durante tutto il giorno, non solo in periodo notturno il mese di novembre ha presentato caratteristiche analoghe, con la sola eccezione di due giornate in cui non si è verificata inversione termica (23 e 25 novembre). NUMERO DI GIORNI NUMERO DI GIORNI FAVOREVOLI ALL'ACCUMULO DI PM10 AGGLOMERATO TORINESE CONFRONTO ANNO 2015 CON ANNI gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic Massimo - Minimo Una peculiarità del dicembre 2015 è inoltre la persistenza di un elevata umidità relativa dell aria (con minima media giornaliera pari a 66% e massimi al 95%), nonostante l assenza di pioggia, condizione che ha favorito i fenomeni di condensazione di composti semivolatili e la coagulazione delle particelle più fini in particelle di dimensioni nm.

18 Conclusioni Incrementi notevoli nel numero totale di particelle possono verificarsi in corrispondenza di diverse condizioni meteorologiche: quando si verifichino periodi di almeno due-tre giorni consecutivi di stabilità atmosferica in condizioni di alta pressione, bassa temperatura ed inversione termica al suolo (tipicamente le giornate assolate invernali). In questo caso l aumento nel numero di particelle avviene per tutte le classi dimensionali, in misura minore per quella più fine (20-30 nm) in presenza di giornate con umidità persistente, bassa temperatura ed in condizioni di cielo coperto (ad esempio in giorni di nebbia). Questa situazione favorisce la formazione delle particelle più grandi ( nm), presumibilmente per le reazioni acquose in fase eterogenea, che danno origine a nitrato e solfato d ammonio nelle giornate di alta radiazione e bassa umidità relativa (tipicamente giornate estive assolate e senza nubi), nelle quali si innalzano le particelle più fini (20-30 nm), in conseguenza alla nucleazione di nuove particelle attraverso processi di natura fotochimica.