LA MODELLISTICA NELLA VALUTAZIONE DI IMPATTO AMBIENTALE

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1 LA MODELLISTICA NELLA VALUTAZIONE DI IMPATTO AMBIENTALE Roberta De Maria SC Rischi Naturali e Ambientali GEAM - La modellistica di dispersione degli inquinanti in atmosfera Torino, 26 settembre 2018

2 ELEMENTI CARATTERIZZANTI LO STUDIO MODELLISTICO In uno Studio di Impatto Ambientale è necessario siano presenti le informazioni relative al modello di dispersione usato e alle specifiche condizioni di applicazione (dominio, risoluzione spaziale e temporale, orografia e uso del suolo, dati meteorologici, dati emissivi, parametrizzazioni, indicatori calcolati per i diversi inquinanti, etc.) che devono essere idonei ad una corretta stima degli impatti prodotti dall opera in studio. COSA FA IL MODELLO DI DISPERSIONE Il modello di dispersione, nota la concentrazione di un inquinante introdotto in atmosfera da una o più sorgenti calcola, in ogni punto definito dall utilizzatore, su un determinato periodo di tempo e alla risoluzione temporale scelta (solitamente 1 ora) le concentrazioni al suolo. I risultati vengono successivamente rappresentati graficamente con curve di isoconcentrazione.

3 ELEMENTI DI VALUTAZIONE IN UNO STUDIO DI IMPATTO SCALA SPAZIALE SCALA TEMPORALE ALTRI ELEMENTI Es. risorse e tempi di calcolo DOMINIO METEOROLOGIA SORGENTI INQUINANTI IL MODELLO DEVE ESSERE IDONEO ALLA SPECIFICA APPLICAZIONE DEFINIZIONE SCENARIO

4 SCALA SPAZIALE microscala (< 1 km) scala locale (< km) scala mesoscala (< km) scala regionale ( km) scala globale (superficie terrestre) SCALA TEMPORALE analisi breve periodo (da pochi min ad alcuni gg) studio episodi critici analisi lungo periodo (stagionali, annuali) valutazioni impatti sul lungo periodo, calcolo indicatori AMBITO TERRITORIALE (DOMINIO) orografia piana, siti semplici orografia complessa aree rurale/urbane DEFINIZIONE SCENARIO METEOROLOGIA condizioni omogenee e stazionarie presenza di inversioni termiche, calme di vento, presenza di aree urbane (isola di calore) INQUINANTI inerti o poco reattivi reattivi gas pesanti o infiammabili SORGENTI puntiformi lineari areali volumetriche N.B. in bibliografia si trovano differenti definizioni per le scale spaziali

5 I MODELLI PIU DIFFUSI In funzione del sistema di riferimento dal quale si osservano gli eventi possiamo distinguere EULERIANI ANALITICI STAZIONARI (GAUSSIANI e IBRIDI) A GRIGLIA LAGRANGIANI A PUFF GAUSSIANI A PARTICELLE

6 MODELLI ANALITICI STAZIONARI GAUSSIANI Modelli piuttosto semplici la concentrazione in un punto ad una certa distanza dall emissione è calcolata inserendo, nella formula analitica che descrive la dispersione, i dati meteorologici ed emissivi ( modelli analitici) Adatti in situazioni omogenee nello spazio e quasi-stazionarie nel tempo l evoluzione temporale del fenomeno dispersivo è descrivibile attraverso una sequenza continua e discreta di scenari la cui durata nel tempo è confrontabile con quella delle concentrazioni medie degli inquinanti in aria (generalmente su base oraria)

7 MODELLI ANALITICI STAZIONARI GAUSSIANI: HP APPLICATIVE Il rateo di emissione delle sorgenti è costante Le variabili meteorologiche e micrometeorologiche risultano costanti nel tempo e nel piano orizzontale Gli inquinanti emessi si possono considerare inerti o poco reattivi Turbolenza nel PBL di tipo non convettivo Il terreno deve essere orograficamente e morfologicamente semplice no discontinuità (area rurale/grande città, interfaccia terra/mare)

8 MODELLI ANALITICI STAZIONARI GAUSSIANI: PRO E CONTRO VANTAGGI: semplicità applicativa necessitano di pochi dati in ingresso. SVANTAGGI: ipotesi applicative restrittive cautela per evitarne l utilizzo in situazioni non coerenti con le ipotesi di base che possono produrre stime non corrette. HA SENSO USARE QUESTI MODELLI???? Sebbene queste ipotesi possano sembrare eccessivamente restrittive rispetto alle condizioni reali, se si accetta un certo grado di approssimazione i risultati che ne derivano possono fornire utili indicazioni conoscitive sul fenomeno di dispersione.

9 MODELLI GAUSSIANI STAZIONARI A PENNACCHIO: QUALCHE INFORMAZIONE La concentrazione in un punto ad una certa distanza dall emissione è calcolato inserendo, nella formula analitica che descrive la dispersione, i dati meteorologici ed emissivi. Il tasso di emissione deve variare lentamente nel tempo in modo da poter essere considerato costante per una cadenza temporale del modello 1 ora Innalzamento pennacchio (plume rise): in relazione alle condizioni di stabilità atmosferica tiene conto di galleggiamento termico (legato alla differenza di temperatura fra fumi e aria esterna) flusso di quantità di moto (legato alla velocità di emissione dei fumi) La descrizione della turbolenza avviene attraverso parametrizzazioni con coefficienti empirici ricavati da campagne sperimentali relazioni di Pasquill-Gifford solitamente usate per camini poco elevati e ambiente rurale, di Briggs per camini elevati. H e z DH f V H g y x

10 MODELLI GAUSSIANI STAZIONARI A PENNACCHIO: PROBLEMI DI VENTO Uno dei limiti più significativi di questi modelli è la trattazione delle calme di vento, dovuta al fatto che la velocità si trova a denominatore nella formula che descrive la dispersione con velocità molto basse, si ottengono concentrazioni che possono essere eccessivamente elevate. Per tale ragione solitamente questi modelli vengono applicati con velocità del vento superiori a 1 m/s. problema in zone ove la percentuale di calme di vento è elevata In assenza di misure o altri dati in quota, non si tiene conto della variazione di direzione con la quota si ipotizza che la direzione a quota camino coincida con quella misurata vicino al suolo e si applicano leggi di potenza che tengono conto della stabilità atmosferica per calcolare la velocità del vento a quota camino. Per una corretta rappresentazione anemologica del sito questo tipo di modelli viene applicato ad aree di calcolo generalmente non superiori a km di lato.

11 MODELLI GAUSSIANI STAZIONARI A PENNACCHIO: INTRODUZIONE MIGLIORIE Per ampliarne il campo di applicazione, i modelli gaussiani spesso sono dotati di moduli in grado di considerare: altri tipi di sorgente sorgenti lineari (arterie stradali), areali (aree industriali) e volumetriche (edifici industriali che emettono inquinanti in una porzione di spazio definita) orografia possiamo usare questi modelli in condizioni orograficamente non particolarmente complesse calme di vento è possibile utilizzare in input dati con velocità del vento inferiori a 1 m/s scia edifici perturbazione indotta dalla scia degli edifici che si verifica quando le sorgenti sono poste sulla sommità di edifici o molto vicine a grandi ostacoli reazioni chimiche semplificate deposizione

12 MODELLI STAZIONARI IBRIDI Presentano un miglioramento rispetto ai modelli gaussiani nella rappresentazione della dispersione turbolenta, in particolare in condizioni di convettività: parametrizzazione della dispersione in funzione dei dati meteorologici che forniscono indicazioni sulla struttura termica e meccanica di bassi strati dell atmosfera superamento del concetto di gaussianicità lungo la verticale, che presenta limitazioni in particolare in condizioni convettive miglioramento della descrizione dell innalzamento del pennacchio

13 RACCOMANDAZIONI NELL USO DI MODELLI GAUSSIANI (IBRIDI E NON) Non sono adatti a simulazioni modellistiche di singoli eventi le ipotesi semplificative applicate rendono poco realistici i risultati ottenuti con simulazioni troppo brevi. E raccomandato l uso su periodi lunghi; va ricordato comunque che, per il calcolo degli indicatori previsti dalla normativa sulla qualità dell aria, sono necessarie simulazioni su base annuale E opportuno che i codici vengano applicati in modalità short term, ossia utilizzando in input serie temporali di dati meteorologici con risoluzione oraria su periodi di almeno un anno L uso di dati meteo aggregati (es. Joint Frequency Functions JFF) per applicazioni di tipo long term dovrebbe essere limitato a valutazioni di tipo qualitativo; infatti con questi dati è problematico il calcolo degli indicatori sul breve periodo (percentili) e non è possibile descrivere emissioni variabili temporalmente Sono modelli adeguati se applicati con opzioni conservative; in casi critici è meglio ricorrere all uso di modelli più complessi.

14 DATI PER MODELLI DISPERSIVI DI TIPO STAZIONARIO 1 punto stazione nel dominio DATI METEOROLOGICI DATI GEOGRAFICI MISURA Stazione al suolo MISURA/DATI DA MODELLO in quota DATI DA MODELLO Stazione virtuale suolo DATI EMISSIVI OROGRAFIA Modello dispersivo USO DEL SUOLO MAPPE DI CONCENTAZIONE

15 ESEMPI DI MODELLI ANALITICI STAZIONARI Emissione da Emissione da GRATUITO MODELLO TIPO SVILUPPATORE sorgente puntiforme SI/NO sorgente lineare SI/NO SI/NO RACCOMANDATO ADMS 5 Quasi- Gaussiano next generation Cambridge Environmental Research Consultants Ltd (UK) Sì Sì No AERMOD Modello Gaussiano EPA Sì Sì Sì U.S. EPA EPA VIC (AUS) ARIA Impact Modello Gaussiano ARIANET S.r.l. (Milano) Sì Si No CTDMPLUS WinDIMULA CALINE 3 Modello Gaussiano Modello Gaussiano Modello Gaussiano EPA Sì No Sì U.S. EPA Other models MAIND S.r.l. ENEA Centro Ricerche Casaccia Sì Sì No (con interfaccia MAIND) EPA No Sì Sì U.S. EPA Other models Elenco non esaustivo; si tratta di una lista di modelli più usati negli studi esaminati in regione Piemonte

16 MODELLI NON STAZIONARI A PUFF Nascono per ovviare alle limitazioni dei modelli gaussiani quando le ipotesi di stazionarietà e omogeneità dei campi meteorologici non sono valide e quando il rateo emissivo è variabile nel tempo L emissione è simulata attraverso il rilascio in diversi istanti temporali di piccoli sbuffi (puff) fra di loro indipendenti. Ogni puff 1 evolve indipendentemente in funzione delle caratteristiche della sorgente all istante di emissione e delle condizioni meteorologiche medie e alla turbolenza che incontrano nel loro spostamento. Per definire il moto del puff e la sua diffusione turbolenta è necessario conoscere, in ogni istante e in ogni punto del dominio tridimensionale, il campo di vento medio e il campo di turbolenza forniti da un preprocessore meteorologico. 1 Il puff ha forma di un ellissoide nel quale la concentrazione dell inquinante è distribuita con andamento gaussiano lungo i tre assi cartesiani

17 MODELLO A PUFF: PRO E CONTRO Necessità di un campo di vento tridimensionale apparente complicazione che però permette di applicare il modello su domini più ampi di quelli usati per i modelli gaussiani Pur avendo una formulazione gaussiana del puff, ha la possibilità di variarne la direzione di trasporto dello spazio e nel tempo tuttavia, in condizioni di forti disomogeneità meteorologiche una sola traiettoria che descrive il moto del baricentro del puff non è sufficiente a descrivere quanto succede in altri punti del puff, specie se questo ha raggiunto dimensioni considerevoli si è introdotto lo splitting del puff (divisione in puff più piccoli) Questi codici sono dotati di meccanismi quali: interazione del puff con gli edifici prossimi alla sorgente trattazione orografia descrizione di sorgenti puntuali, lineari, areali trattazione della deposizione secca e umida alcune reazioni chimiche in forma semplificata

18 MODELLI LAGRANGIANI A PARTICELLE Sono gli strumenti più avanzati per la descrizione della dispersione in atmosfera di inquinanti inerti. L emissione è simulata attraverso il rilascio in diversi istanti temporali di particelle fittizie che rappresentano porzioni dell inquinante. Ogni particella è dotata di massa propria e volume trascurabile e interagisce con l ambiente muovendosi nel campo di vento e di turbolenza. Il modello segue la traiettoria di ogni particella, mantenendo traccia della sorgente che l ha prodotta e l informazione sull inquinante. La concentrazione in una cella del dominio 3D di calcolo viene calcolata contando il numero di particelle presenti nella cella in un certo istante. vento P(x,y,z;t) Vale per ogni singola specie considerata e ogni singola sorgente

19 MODELLI LAGRANGIANI A PARTICELLE: PRO E CONTRO Necessitano di un campo di vento e di turbolenza tridimensionale migliore è la descrizione della turbolenza atmosferica, maggiore sarà la capacità del modello di rappresentare la dispersione Sono in grado di lavorare in condizioni orografiche e meteorologiche complesse (es. brezze, calme di vento) Più è elevato il numero di particelle e minori sono gli step temporali di emissione, migliore sarà la descrizione della realtà emissiva il limite al dettaglio di questa descrizione è dato dalle risorse e tempi di calcolo che, fino a non molto tempo fa, hanno limitato l uso di questi modelli a simulazioni di breve periodo (episodi) Le scale di applicazione vanno dalla scala locale alla mesoscala Possono trattare la deposizione secca e umida, decadimento radioattivo Alcuni studi sono stati fatti per inserire la trattazione di reazioni chimiche semplificate

20 ESEMPI DI MODELLI LAGRANGIANI A PUFF E A PARTICELLE Emissione da Emissione da Gratuito Modello Tipo Sviluppatore sorgente puntiforme SI/NO sorgente lineare SI/NO SI/NO Raccomandato CALPUFF Puff Gaussiani Atmospheric Studies Group at TRC, USA Sì Sì Sì U.S. EPA EPA VIC (AUS) SPRAY Lagrangiano a particelle ARIANET- ISAC CNR TO Sì Sì No AUSTAL2000 Lagrangiano a particelle TALuft (Technical Istructions on Air Quality) Sì Sì Sì German Federal Environmental Agency UBA Elenco non esaustivo; si tratta di una lista di modelli più usati negli studi esaminati in regione Piemonte

21 MODELLI EULERIANI A GRIGLIA Risoluzione numerica dell equazione di diffusione dell inquinante emesso nel dominio tridimensionale di calcolo suddiviso in griglie Meteorologia fornita da modelli meteorologici tridimensionali Descrizione delle sorgenti meno accurata rispetto ai lagrangiani a particelle nei modelli a griglia il termine di sorgente è diluito immediatamente sul volume della cella che, per esigenze computazionali, non può avere dimensioni troppo ridotte Indispensabili quando si vogliano trattare le trasformazioni chimiche in atmosfera (Chemical Transport Models, CTM) meccanismi chimici che descrivono un certo numero di reazioni fra specie singole o aggregate Le scale di applicazione tipiche di questi modelli, in particolare se viene attivata la trattazione della chimica, vanno dalla mesoscala fino alla scala continentale. Per la complessità della trattazione chimica richiedono significative risorse e tempi di calcolo. Il loro utilizzo è fondamentale per la Valutazione della Qualità dell Aria prevista dalla normativa vigente. Esempi: CAMx, CALGRID, CHIMERE, FARM

22 Campo meteorologico 3D DATI PER MODELLI DISPERSIVI DI TIPO COMPLESSO DATI EMISSIVI DATI GEOGRAFICI DATI METEOROLOGICI MISURA Stazioni al suolo/quota DATI DA MODELLO Stazioni virtuali suolo/quota Modello dispersivo 3D Modulo per le condizioni al contorno DATI DI QUALITA Postelaborazione 22 DELL ARIA

23 I MODELLI METEOROLOGICI Necessari per l applicazione di modelli dispersivi tridimensionali (a puff, lagrangiani a particelle, euleriani a griglia) I loro risultati possono essere utilizzati per estrarre i dati di ingresso (dati calcolati in corrispondenza del punto emissivo) per i modelli gaussiani

24 I MODELLI METEOROLOGICI DIAGNOSTICI applicati dalla scala locale (10-20 km) a quella regionale sono in grado di integrare informazioni meteorologiche di tipo diverso (dati osservati o prodotti da sistemi di analisi e modelli numerici) per produrre un analisi su un grigliato 3D di tutti i parametri atmosferici necessitano di un modulo micrometeorologico per stimare le grandezze descrittive della turbolenza nei bassi strati dell atmosfera i modelli più usati sono i mass-consistent (risolvono l equazione di conservazione della massa) es. CALMET, MINERVE, etc. PROGNOSTICI applicati dalla scala locale (10-20 km) a quella regionale e continentale prevedono l evoluzione nello spazio e nel tempo dei principali campi meteorologici attraverso l integrazione delle equazioni della fluidodinamica, riproducendo esplicitamente o tramite parametrizzazioni i fenomeni atmosferici nel dominio di calcolo applicazione più complessa rispetto a quella dei preprocessori tridimensionali es. RAMS, WRF, MM5, etc.

25 REQUISITI E DATI DI INGRESSO PER L APPLICAZIONE DEI MODELLI METEO-DISPERSIVI

26 DOMINIO DI CALCOLO DIMENSIONI ORIZZONTALI Deve includere le sorgenti di interesse e le relative ricadute. Con modelli gaussiani deve essere commisurato con l area di rappresentatività della misura anemologica e con l orografia della zona (in generale 10 km, max 20 km con orografia piana). Nel caso dei modelli tridimensionali le eventuali limitazioni sono legate soprattutto ai tempi di calcolo e alla dimensione dei file prodotti. Il dominio del preprocessore meteorologico è preferibile abbia dimensioni maggiori del domino di calcolo delle concentrazioni specie in orografia molto complessa ESTENSIONE VERTICALE DOMINIO (modelli 3d) Deve includere adeguatamente i fenomeni di dispersione, in particolare per le sorgenti puntuali (es. risalita del pennacchio per emissioni molto calde) e le caratteristiche orografiche del dominio.

27 DOMINIO DI CALCOLO RISOLUZIONE ORIZZONTALE Adeguata descrizione delle caratteristiche orografiche del domino e delle concentrazioni nei pressi dei recettori individuati, bilanciando questo parametro con tempi di calcolo ragionevoli. Il grigliato di calcolo è solitamente regolare nel piano orizzontale; alcuni modelli permettono di definire nel dominio aree a risoluzione variabile per il calcolo delle concentrazioni (ad esempio ADMS). Per i modelli 3D la risoluzione verticale è maggiore in prossimità del suolo con spaziatura dei livelli di calcolo crescente verso l alto, per meglio descrivere i fenomeni che influenzano la dispersione degli inquinanti nella zona dove si svolgono le attività umane. A meno che si tratti di simulazioni a microscala, il primo livello è generalmente collocato a 10 m dal suolo.

28 DURATA SIMULAZIONE, RECETTORI, INQUINANTI DURATA E RISOLUZIONE TEMPORALE Deve permettere il calcolo degli indicatori sul breve e lungo periodo previsti dalla normativa vigente le simulazioni avranno quindi generalmente durata annuale e risoluzione temporale oraria POSIZIONAMENTO RECETTORI Considerare quelli che si trovano nelle immediate vicinanze della sorgente e, comunque, quelli ritenuti particolarmente sensibili (es. ospedali, scuole, residenze per anziani). Per taluni modelli gaussiani le coordinate dei recettori vanno indicate preliminarmente alla realizzazione del run INQUINANTI Tenere conto di: Normativa di riferimento Quantità di sostanza emessa Specificità dell attività produttiva per sostanze non normate Rischi specifici

29 DATI IN INGRESSO OROGRAFIA Modello digitale del terreno (DTM) che fornisca le quote altimetriche del sito con risoluzione pari alla risoluzione orizzontale del grigliato di calcolo del modello dispersivo/meteorologico. Deve essere tanto maggiore quanto più è orograficamente complesso il territorio Se si prevede di utilizzare un modello alla microscala, un modello che tratti i canyon stradali o si debba tenere conto degli edifici circostanti la sorgente, è necessario descrivere la posizione e le dimensioni orizzontali e verticali dei vari ostacoli all interno del dominio di calcolo. USO DEL SUOLO Classe prevalente di uso del suolo (es. area urbana o rurale) per modelli gaussiani uso del suolo su grigliato suddiviso per classi di aggregazione riconosciute dal modello e ad una risoluzione pari a quella del grigliato di calcolo orizzontale modelli 3D meteorologici/dispersivi

30 DATI IN INGRESSO: EMISSIONI Sorgenti puntuali singole o multiple emissioni da camino degli impianti industriali Dati necessari: posizione, altezza, diametro, temperatura, velocità uscita fumi, concentrazione Sorgenti lineari emissioni da traffico sui tratti stradali Dati necessari: struttura rete viaria, dimensione e composizione parco circolante (tipologia veicoli, cilindrata, età, combustibile), caratteristiche circolazione (regime marcia, velocità media veicoli), fattori emissione degli inquinanti Sorgenti areali e volumetriche emissioni di sorgenti con distribuzione continua nel territorio (area industriale, comparto emissivo) Dati necessari: informazioni disponibili per le sorgenti considerate; disaggregazione inventario emissioni Le sorgenti considerate possono avere caratteristiche costanti nel tempo o variabili (modulazione temporale)

31 SORGENTI EMISSIVE: TIPOLOGIA Sorgenti puntuali singole o multiple emissioni da camino degli impianti industriali Dati necessari: posizione, altezza, diametro, temperatura, velocità uscita fumi, concentrazione Sorgenti lineari emissioni da traffico sui tratti stradali Dati necessari: struttura rete viaria, dimensione e composizione parco circolante (tipologia veicoli, cilindrata, età, combustibile), caratteristiche circolazione (regime marcia, velocità media veicoli), fattori emissione degli inquinanti Sorgenti areali e volumetriche emissioni di sorgenti con distribuzione continua nel territorio (area industriale, comparto emissivo) Dati necessari: informazioni disponibili per le sorgenti considerate; disaggregazione inventario emissioni Le sorgenti considerate possono avere caratteristiche costanti nel tempo o variabili (modulazione temporale)

32 SORGENTI EMISSIVE: INVENTARIO EMISSIONI Raccolta di emissioni disaggregate per: unità territoriale (comune, provincia, regione) attività (produzione energia, trasporti, allevamenti) periodo di tempo (anno, mese, ora) combustibile utilizzato (benzina, gasolio, metano) tipo inquinante (NO x, CO, etc.) tipo emissioni (puntuali, diffuse, lineari) Deve contenere informazioni riguardanti: stime emissioni per diverse sorgenti, considerando il singolo contributo alle emissioni complessive per inquinante area geografica coperta riferimento temporale dati su popolazione, sviluppo, economia metodologia usata per tipo di categoria

33 SORGENTI EMISSIVE: INVENTARIO EMISSIONI Regione Piemonte mette a disposizione sul portale Sistema Piemonte all indirizzo le informazioni riguardanti le sorgenti emissive presenti sul territorio regionale (IREA, Inventario Regionale delle Emissioni in Atmosfera) In IREA sono presenti le stime emissive, espresse in t/anno, per l'ultimo anno disponibile (2013) calcolate, a livello comunale, sul territorio piemontese dal sistema INEMAR (INventario EMissioni Aria). Le stime effettuate riguardano le sorgenti classificate secondo la nomenclatura SNAP (Selected Nomenclature for Air Pollution, che classifica le sorgenti in macrosettori, settori e categorie) e si riferiscono agli inquinanti: metano (CH 4 ), monossido di carbonio (CO), anidride carbonica (CO 2 ), protossido di azoto (N 2 O), ammoniaca (NH 3 ), composti organici volatili non metanici (NMVOC), ossidi di azoto (NO x ), biossido di zolfo (SO 2 ), polveri fini di diametro 10µm (PM10), polveri fini di diametro 2.5µm (PM2.5).

34 SORGENTI EMISSIVE: INVENTARIO EMISSIONI MACROSETTORI 1. Centrali elettriche, cogenerazione, teleriscaldamento 2. Impianti combustione non industriali (commerciali, residenziali) 3. Combustione industriale 4. Processi produttivi 5. Estrazione e distribuzione combustibili fossili 6. Uso solventi 7. Trasporto su strada 8. Altre sorgenti mobili e macchinari 9. Trattamento rifiuti 10. Agricoltura 11. Natura

35 PREPROCESSORE EMISSIONI INVENTARIO EMISSIONI Cartografia di base Disaggregazione spaziale Tematismi Profili di modulazione temporale Modulazione temporale Emission Manager EMGR Profili di speciazione Speciazione (modelli fotochimici) Emissioni orarie, grigliate, speciate Input ai modelli

36 DATI IN INGRESSO: DATI METEOROLOGICI Per modelli analitici stazionari sono necessari: 1 anno di dati orari di velocità e direzione vento presso un punto di misura interno al dominio rappresentativo delle condizioni esistenti presso la sorgente; 1 anno di dati orari di temperatura; 1 anno di dati relativi a parametri diversi in funzione degli algoritmi presenti nel modello per il calcolo della turbolenza atmosferica (copertura nuvolosa, flusso di calore sensibile, altezza del boundary layer, umidità relativa, radiazione solare globale e netta, classi di stabilità di Pasquill, etc.).

37 Per i pre-processori tridimensionali sono necessari: velocità e la direzione vento; temperatura dell aria; umidità relativa; pressione atmosferica; radiazione solare globale; copertura nuvolosa; ceiling height (altezza della base delle nubi al di sopra della superficie terrestre); precipitazioni. DATI IN INGRESSO: DATI METEOROLOGICI Ulteriori dati possono essere necessari per modelli specifici e/o applicazioni particolari I dati possono essere rappresentati da misure e/o analisi da modelli a scala maggiore al suolo e in quota (es. profili verticali di VV, DV, T, UR, P); la necessità o opportunità di usare un numero minore o maggiore di stazioni al suolo e in quota dipende dalla specifica applicazione, dal contesto orografico, dalla disponibilità e rappresentatività spaziale dei dati

38 DATI METEOROLOGICI: FONTE ARPA PIEMONTE Arpa Piemonte gestisce una rete automatica regionale costituita da oltre 400 stazioni di rilevamento e in teletrasmissione in tempo reale. I dati, validati automaticamente, hanno aggregazione mensile, giornaliera, oraria e sub-oraria.

39 DATI METEOROLOGICI: FONTE ARPA PIEMONTE Sono disponibili anche dati al suolo e in quota estratti dai risultati della simulazione modellistica a scala regionale che Arpa realizza annualmente ad una risoluzione orizzontale di 4 km e 16 livelli verticali direzione e velocità vento (10 m) altezza di rimescolamento (H mix ) lunghezza di Monin Obukhov (L) classi di stabilità PGT flusso di calore sensibile (QH) temperatura (10 m) radiazione solare globale velocità di frizione (u*) velocità di scala convettiva (w*) albedo, z0 e Bowen Per richieste: info.meteo@arpa.piemonte.it

40 MODULI PER LA TRATTAZIONE DI ALCUNE REAZIONI CHIMICHE Alcuni possibili approcci per la stima di reazioni chimiche: semplici correlazioni fra emissioni di NO x e concentrazioni di NO 2 set di reazioni che coinvolgono NO, NO 2, O 3 e idrocarburi due differenti schemi presenti in CALPUFF in grado di trattare la conversione di SO 2 a solfato e la conversione di NO x a nitrato, nonché (in uno dei due meccanismi) i processi di conversione di NO ed NO 2.

41 RAPPRESENTAZIONE DELL USCITA DEL MODELLO DISPERSIVO

42 ESPRESSIONE DEI RISULTATI MAPPE SECONDO GLI INDICATORI DA NORMATIVA Permettono di evidenziare, per ogni inquinante, gli eventuali superamenti dei limiti sia nel caso della singola sorgente di nuova realizzazione sia considerando il fondo locale esistente (impatto cumulato). Nel caso di concentrazioni molto elevate possono essere utili le rappresentazioni del numero di superamenti del limite (ad esempio su base annuale) La sovrapposizione delle mappe di concentrazione a layer cartografici evidenzia la distribuzione spaziale degli inquinanti in relazione alle specificità territoriali (localizzazione della sorgente, presenza di aree edificate, recettori, orografia complessa) Le mappe relative ai massimi, anziché ai percentili, degli indicatori sul breve termine (medie orarie, giornaliere) permettono di evidenziare eventuali criticità CONCENTRAZIONI PRESSO I SINGOLI RECETTORI E opportuno prevedere l estrazione, presso le coordinate del recettore, delle concentrazioni simulate e la loro successiva elaborazione in modo da calcolare per questi punti i valori degli indicatori previsti dalla normativa. Un tipo di rappresentazione utile può essere anche la distribuzione di frequenza delle concentrazioni orarie stimate presso i recettori.

43 POST ELABORAZIONI SPECIFICHE ES. STIMA DELLE CONCENTRAZIONI DI NO 2 DA NO x In assenza di specifiche routine di calcolo e in alternativa all approccio cautelativo che ipotizza la totale conversione degli ossidi di azoto in biossido, le concentrazioni di NO 2 possono essere descritte facendo ricorso a post elaborazioni; a titolo di esempio: calcolo delle concentrazioni di NO 2 a partire da quelle di NO x e di O 3, tenendo conto dell intensità della radiazione solare e della temperatura dell aria relazione semiempirica per la stima del tasso di ossidazione del monossido di azoto nei pennacchi delle centrali elettriche, tenendo conto della distanza sottovento e della concentrazione di ozono in atmosfera relazioni semiempiriche che descrivono l andamento della frazione di NO2 in funzione delle concentrazioni di NO x, determinabili attraverso le serie orarie misurate presso una stazione di monitoraggio.

44 SCENARIO CUMULATO Descrive, rispetto ad uno stato emissivo e di qualità dell aria esistente, la variazione delle concentrazioni atmosferiche per gli inquinanti emessi da una o più sorgenti di nuova installazione o già esistenti ma per le quali si prospetta una modifica dei quantitativi di sostanze introdotte in aria, finalizzando il tutto ad una verifica del rispetto dei limiti previsti dalla legislazione agli impatti prodotti dalle nuove sorgenti vanno sommate le concentrazioni in atmosfera rilevate dal quadro ambientale attuale. Per descrivere correttamente il quadro attuale si può far riferimento a: risultati di simulazioni modellistiche (ad es. i dati delle simulazioni prodotte da Arpa Piemonte a scala regionale e risoluzione spaziale di 4 km ) dati di qualità dell aria acquisiti presso una stazione di misura ritenuta rappresentativa dell intero dominio di calcolo informazioni da altri studi per inquinanti non normati

45 SCENARIO CUMULATO Valutazione corretta: le concentrazioni orarie di fondo, riferite allo stesso periodo temporale della simulazione, devono essere sommate alle concentrazioni orarie risultanti dal modello, per poi procedere ad un nuovo calcolo degli indicatori di qualità dell aria. Nel caso in cui questa metodologia non fosse possibile si ricorre a calcoli alternativi che permettano di stimare al meglio, e in termini cautelativi, l impatto cumulato.