18 Maggio 2016 Strumenti modellistici innovativi per la ricostruzione del particolato organico: il caso studio della Pianura Padana

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1 18 Maggio 2016 Strumenti modellistici innovativi per la ricostruzione del particolato organico: il caso studio della Pianura Padana A. Meroni, G. Pirovano, C. Colombi, V. Gianelle, S. Gilardoni, M. Paglione, G. Lonati, G.M. Riva, A. Toppetti, V. Poluzzi

2 Contenuti Modellistica dell Aerosol Organico Caso studio Risultati Conclusioni Roma PM Modellistica Aerosol Organico 2

3 Modellistica aerosol organico Centinaia/migliaia di composti organici Complessità reazioni in atmosfera Premessa Complessità computazionali Schema di una reazione dell isoprene con il radicale OH (Atkinsonet al., 2003) Roma PM Modellistica Aerosol Organico 3

4 Modellistica aerosol organico Approccio tradizionale POA Anthropogenic Sources SOA Biomass Burning VOC Volatility Organic Compounds SOA Secondary Organic Aerosol CG Condensable Gases Roma PM Modellistica Aerosol Organico 4

5 Modellistica aerosol organico Approccio VBS1.5 HOA Hydrocarbon like Organic Aerosol A-OOA Anthropogenic Oxygenated OrganicAerosol BBOA Biomass Burning Organic Aerosol B-OOA Biogenic Oxygenated OrganicAerosol (CAMx User s Guide - version 6.2, ENVIRON, March 2015) Roma PM Modellistica Aerosol Organico 5

6 Caso studio Sistema modellistico Roma PM Modellistica Aerosol Organico 6

7 Caso studio Area e periodo d indagine Due simulazioni 1. schema innovativo : 1.5-D VBS 2. schema tradizionale : SOAP Due domini innestati 1. Pianura Padana (risoluzione 5 km) 2. Italia (risoluzione 15 km) Periodo: Febbraio 2013 Roma PM Modellistica Aerosol Organico 7

8 Caso studio Misure disponibili (I) Site Bologna San Pietro Capofiume (SPC) Milano Pascal EMEP - Ispra Station type Urban background Rural background Lat/Lon , , Period (2013) Sampling Frequency 29 Jan - 22 Feb 6-24 May 4-5, 7-8, Feb 15, May May 4-5, 7-8, Feb 15, May Urban background , Jan Jan 2014 Rural background 5 minutes Twice a day 5 minutes Twice a day Daily (0-24) Daily (0-24) Instruments AMS +PMF IC + CA AMS +PMF IC + CA IC + XRF + TOT Size PM 1 PM PM 10 PM 1 PM PM 10 PM 2.5 PM 2.5 Compounds Organic aerosol, NO 3 -,SO 4 --,NH 4+, Cl - WSOC, NO 3 -,SO 4 --,NH 4+, ACE, FOR, MSA, Oxa, MA, EA, DMA, DEA, K +, Mg 2+, Na +, Ca 2+, Cl WSOC,NO - 3,SO -- 4,NH 4+, Organic aerosol, ACE, FOR, TC, EC, OC, NO 3-,SO -- 4,NH 4+, MSA, Oxa, MA, NO 3-,SO -- EC, OC, 4,NH 4+, NO Cl - EA, DMA, DEA, Levo, elements 3-,SO -- 4,NH 4+, K +, Mg 2+, Na +, Ca 2+, Cl - Roma PM Modellistica Aerosol Organico 8

9 Caso studio Misure disponibili (II) Meteo Qualità dell aria Umidità relativa NO x PM 10 Temperatura NO 2 PM 2.5 Velocità del Vento SO 2 Direzione del Vento CO Radiazione Globale O 3 Precipitazione Pressione Roma PM Modellistica Aerosol Organico 9

10 Risultati ottenuti PM 10 e PM 2.5 Media giornaliera PM 10 Misure CAMx- SOAP CAMx-VBS PM 2.5 Misure CAMx- SOAP CAMx-VBS Roma PM Modellistica Aerosol Organico 10

11 Risultati ottenuti EC Media giornaliera Milano Pascal Misure CAMx EMEP Ispra Misure CAMx Roma PM Modellistica Aerosol Organico 11

12 Risultati ottenuti Nitrato Media giornaliera Milano Pascal Misure CAMx EMEP Ispra Misure CAMx Bologna CNR Misure (PM 1 ) CAMx Roma PM Modellistica Aerosol Organico 12

13 Risultati ottenuti OC Bologna Media giornaliera Misure (PM 1 ) CAMx VBS CAMx SOAP Media oraria Misure (PM 1 ) CAMx VBS CAMx SOAP Roma PM Modellistica Aerosol Organico 13

14 Risultati ottenuti POA Bologna Media giornaliera PMF (PM 1 ) CAMx VBS CAMx SOAP Media oraria PMF (PM 1 ) CAMx VBS CAMx SOAP Roma PM Modellistica Aerosol Organico 14

15 Risultati ottenuti HOA Bologna Media giornaliera PMF (PM 1 ) CAMx VBS CAMx SOAP Media oraria PMF (PM 1 ) CAMx VBS CAMx SOAP Roma PM Modellistica Aerosol Organico 15

16 Risultati ottenuti BBOA Bologna Media giornaliera PMF (PM 1 ) CAMx VBS CAMx SOAP Media oraria PMF (PM 1 ) CAMx VBS CAMx SOAP Roma PM Modellistica Aerosol Organico 16

17 Risultati ottenuti OOA Bologna Media giornaliera PMF (PM 1 ) CAMx VBS CAMx SOAP Media oraria PMF (PM 1 ) CAMx VBS CAMx SOAP Roma PM Modellistica Aerosol Organico 17

18 Conclusioni e prospettive Con il modello CAMx VBS si ottiene: Conclusioni Un netto miglioramento per la previsione del POA Ruolo delle trasformazioni chimico-fisiche del particolato primario Un miglioramento anche per i SOA pur mantenendo alta la sottostima Sottostima delle emissioni di IVOC/VOC? Sottostima delle emissioni POA più volatili e di SVOC? Sottostima dei processi di «aging»? Si conferma che la discrepanza dal dato osservato non dipende solo da OA Ricostruzione di alcuni campi meteorologici (PBL, direzione del vento,..)? Stima/Modulazione delle emissioni? Si introducono incertezze legate al maggior numero di parametri richiesti dal VBS: proprietà molecolari per ogni classe di volatilità ratei di reazione con il radicale OH Ripartizione delle emissioni in classi di volatilità Roma PM Modellistica Aerosol Organico 18

19 Conclusioni e prospettive Prospettive Simulazione di un caso primavera/estate (maggio 2013) Maggiore rilevanza dei processi fotochimici Maggiore rilevanza delle emissioni biogeniche Diverso rapporto emissioni da traffico/riscaldamento Analisi di sensitività Stima delle emissioni di IVOC Distribuzione delle emissioni POA nelle classi di volatilità Ruolo della meteorologia Modulazione temporale emissioni da riscaldamento e agricoltura Analisi back trajectories Roma PM Modellistica Aerosol Organico 19

20 Il contributo di CNRe ARPA-EMRa questa ricerca è stato finanziato da Regione Emilia Romagna nell ambito del progetto «Supersito». Il contributo di RSEè stato finanziato dal Fondo di Ricerca per il Sistema Elettrico nell ambito dell Accordo di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero dello Sviluppo Economico -D.G. Nucleare, Energie rinnovabili ed efficienza energetica - in ottemperanza del DM, 8 marzo Roma PM Modellistica Aerosol Organico 20