Una proposta di costruzione di un indice sintetico di qualità dell aria

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1 Una proposta di costruzione di un indice sintetico di qualità dell aria Daniela Cocchi, Francesca Bruno Università di Bologna SEMINARIO SU "INDICE DI QUALITÀ DELL'ARIA" Assessorato Politiche per la Salute Regione Emilia-Romagna 21 febbraio, 2006 Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 1 di 26

2 Schema della presentazione Struttura dei dati di qualità dell aria Aggregazione temporale Scelte importanti - ordine di aggregazione - funzione di aggregazione - funzione di standardizzazione Come si effettuano i confronti: esempio con due diverse rappresentazioni. Confronto tra vecchia a nuova normativa Recupero di informazioni da indici sintetici Uso dell indice come variabile esplicativa in modelli statistici Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 2 di 26

3 Struttura dei dati Si dispone di dati di inquinamento relativi a 3 dimensioni: Tempo (rilevazioni provenienti da centraline a cadenza oraria o bi-oraria) Spazio (presenza di diverse centraline in una città) Inquinante (vengono monitorati più inquinanti in una città) Giorno 1 h 1 Giorno 1 h 2 Giorno X h 24 Inquinante 1 Inquinante I Cent. 1 Cent. J Cent. 1 Cent. J Cent. 1 Cent. J Cent. 1 Cent. J Cent. 1 Cent. J Cent. 1 Cent. J Costruzione di un indice di qualità che aggreghi secondo le tre dimensioni precedentemente elencate. Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 3 di 26

4 Aggregazione temporale L aggregazione relativa alla dimensione temporale è generalmente il primo passo da effettuare per disporre di misure relative a una cadenza fissata. Esempio: per ogni centralina e per ogni inquinante si hanno valori sintetici giornalieri Inquinante 1 Inquinante I Giorno 1 Centr. 1 Centr. J Centr. 1 Centr. J Giorno 2 Centr. 1 Centr. J Centr. 1 Centr. J Giorno X Centr. 1 Centr. J Centr. 1 Centr. J Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 4 di 26

5 Scelte importanti Convenzione: sintesi giornaliere Una volta disponibili le sintesi nel tempo, si può agire sui seguenti aspetti: 1. Scelta dell ordine di aggregazione 2. Scelta della funzione di aggregazione 3. Scelta della funzione di standardizzazione Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 5 di 26

6 1. Scelta dell ordine di aggregazione Le dimensioni rimanenti possono essere aggregate seguendo principalmente due percorsi paralleli: A. Centraline Inquinanti B. Inquinanti- Centraline Non necessariamente il risultato sarà lo stesso. La scelta tra questi percorsi dipende dal significato finale che si vuole dare al valore dell indice. Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 6 di 26

7 1. Scelta dell ordine di aggregazione: A) Centraline Inquinanti II PASSO: FUNZIONE DI AGGREGAZIONE PER OGNI INQUINANTE PRENDENDO I VALORI MISURATI NELLE VARIE CENTRALINE Inquinante 1 Inquinante I Giorno 1 Un valore di sintesi tra le centraline Un valore di sintesi tra le centraline Giorno 2 Un valore di sintesi tra le centraline Un valore di sintesi tra le centraline Giorno X Un valore di sintesi tra le centraline Un valore di sintesi tra le centraline Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 7 di 26

8 1. Scelta dell ordine di aggregazione: A) Centraline Inquinanti III PASSO: STANDARDIZZAZIONE Applicazione di una funzione di standardizzazione, basata ad esempio sulla normativa europea, che permette di rendere comparabili gli inquinanti IV PASSO: FUNZIONE DI AGGREGAZIONE TRA GLI INQUINANTI PER OTTENERE UN VALORE SOLO PER GIORNO. Si calcola un valore finale di sintesi Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 8 di 26

9 1. Scelta dell ordine di aggregazione: B) Inquinanti Centraline II PASSO: SI APPLICA LA FUNZIONE DI STANDARDIZZAZIONE PER OGNI INQUINANTE (come nel percorso precedente) III PASSO: FUNZIONE DI AGGREGAZIONE PER GLI INQUINANTI MISURATI NELLE VARIE CENTRALINE Centralina 1 Centralina J Giorno 1 Inquin. ST 1 Inquin. ST I Inquin. ST 1 Inquin. ST I Giorno 2 Inquin. ST 1 Inquin. ST I Inquin. ST 1 Inquin. ST I Giorno X Inquin. ST 1 Inquin. ST I Inquin. ST 1 Inquin. ST I IV PASSO: FUNZIONE DI AGGREGAZIONE TRA LE CENTRALINE PER OTTENERE UN VALORE SOLO PER GIORNO Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 9 di 26

10 2. Scelta della funzione di aggregazione Sintesi temporale: sintesi suggerite dalle normative europee in modo da potere sfruttare poi i limiti di legge (Esempio: medie aritmetiche giornaliere) Sintesi tra inquinanti dipende dall obiettivo che si vuole perseguire: (se evitiamo le medie analitiche) - se interessano le situazioni acute si sceglie come funzione di aggregazione il massimo - se interessa la tendenza centrale si sceglie la mediana. - oppure sintesi diverse quali i percentili. Se interessa la valutazione di qualità dell aria che però non risenta di fluttuazioni estreme che potrebbero influenzare il massimo, può essere opportuno considerare quel percentile che corrisponde al penultimo inquinante considerato ( se gli inquinanti sono 5: il 75-esimo percentile, se sono 6: l 80-esimo percentile, ) Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 10 di 26

11 2. Scelta della funzione di aggregazione Sintesi tra centraline: dipende dall obiettivo che si vuole perseguire - se interessano le situazioni acute si sceglie come funzione di aggregazione il massimo - s se interessa la tendenza centrale si sceglie la mediana. - altri percentili non sono molto utili dato che il numero di centraline è molto diverso da una inquinante all altro e anche da una città all altra Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 11 di 26

12 3. Scelta della funzione di standardizzazione Seguendo le nuove normative europee. In passato venivano fissate soglie di attenzione e di allarme che consentivano, applicando una trasformazione lineare, di ottenere 4 classi di qualità dell aria; ora la soglia è unica (e dinamica nel tempo) e quindi la trasformazione si riduce ad una semplice relazione proporzionale con lo standard. Il valore dell indice che delimita situazioni dell aria buone o scadenti è 100. Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 12 di 26

13 Come si effettuano i confronti: esempio Si dispone di dataset per 3 città: Bologna, Roma e Palermo. 6 inquinanti: PM10, CO, SO2, O3, NO2, BENZENE Città anni numero siti Bologna Roma Palermo Non tutte le centraline rilevano tutti gli inquinanti. Funzione di aggregazione: massimo Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 13 di 26

14 Rappresentazione grafica 1 : indice per inquinante determinante Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 14 di 26

15 Rappresentazione grafica 1: indice per inquinante determinante E POSSIBILE INDIVIDUARE QUALE INQUINANTE HA DETERMINATO L INDICE DI QUALITA DELL ARIA E QUINDI FARE ANCHE CONFRONTI NEL TEMPO E NELLO SPAZIO Se si decide di provare l indice in ER. Si può sostenere la tesi che l inquinamento sia simile in tutte le città dell Emilia Romagna (in termini di inquinante rilevante)? Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 15 di 26

16 Rappresentazione grafica 2: si considera un indice di variabilità Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 16 di 26

17 Rappresentazione grafica 2: si considera un indice di variabilità. Misura di variabilità proposta: Si può sostenere la tesi che i livelli di inquinamento siano simili in tutte le città dell Emilia Romagna e che la variabilità sia simile? Analisi per gruppi di comuni quali aree metropolitane Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 17 di 26

18 Confronti tra la vecchia e nuova normativa La diversità è dovuta: - agli inquinanti considerati; - alle soglie di legge considerate; - alle sintesi giornaliere proposte dalla legge; - dalla funzione di standardizzazione proposta. Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 18 di 26

19 Recupero di informazioni da indici sintetici L analisi simultanea di indici sintetici di qualità dell aria che sfruttano funzioni di aggregazione diverse e percorsi di aggregazione diversi permette di mettere in evidenza aspetti complementari dell inquinamento. Sintesi centraline-inquinanti: dà risalto alla presenza di episodi acuti di inquinamento isolati nel territorio, Sintesi inquinanti- centraline: dà rilievo all eventualità della diffusione spaziale di valori elevati di inquinamento. Possibili confronti: massimi delle mediane secondo i due diversi ordini di aggregazione. Situazioni più preoccupanti: quando a valori alti di MMI1 (= MMI2) corrispondono anche valori alti di almeno uno degli altri due indici. Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 19 di 26

20 Recupero di informazioni da indici sintetici Caso 1: massimo delle mediane per postazione più alto del massimo della mediana per inquinante: i valori elevati di inquinamento sono concentrati in punti particolari della città. Valori particolarmente elevati di Mm I1 e tendenti al massimo dei massimi possono dare idea di una situazione preoccupante, ma circoscritta nel territorio, e al limite riguardante una sola centralina. Caso 2: massimo delle mediane per inquinante più alto del massimo delle mediane per postazione: i valori elevati di inquinamento sono diffusi spazialmente. Valori dell indice Mm I2 che si avvicinano al massimo MM I 2 indicano una situazione di inquinamento elevato omogeneamente nello spazio. Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 20 di 26

21 Recupero di informazioni da indici sintetici Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 21 di 26

25 Uso dell indice come variabile esplicativa in modelli statistici Gli indici sintetici ottenuti come massimi dei massimi sono stati utilizzati anche all interno di modelli di Poisson, analoghi a quelli costruiti per effettuare meta-analisi. Sono stati proposti tre tipi di modello: 1 Modello mono-inquinante, che misura l effetto sulla salute di un inquinante alla volta o dell indice sintetico 2 Primo modello bi-pollutant, che considera l interazione tra un inquinante e l indice di qualità dell aria quantitativo, calcolato non su tutti i sei inquinanti ma su cinque di essi, escludendo l inquinante con cui si calcola l interazione 3 Secondo modello bi-pollutant, simile al precedente, con la differenza che l indice di qualità dell aria è un indice qualitativo dicotomico (valore 1: qualità dell aria scadente; 0 altrimenti). Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 25 di 26

26 Riferimenti bibliografici F. Bruno e D. Cocchi (2000), Sulla costruzione di indici per la qualità dell aria, Dipartimento di Scienze Statistiche Paolo Fortunati, Università di Bologna, Serie Ricerche 2000, n. 4. F.Bruno, D.Cocchi (2002), A unified strategy for building simple air quality indices, 13, Environmetrics, Wiley, pagg F. Bruno, R. Miglio (2002), Modelling short-term air pollution health effects using air quality indices, in Atti della XLI Riunione Scientifica della SIS, Milano giugno 2002, CLEUP, pagg F.Bruno, D.Cocchi (2006), Recovering information from synthetic air quality indices, presentato per la pubblicazione. Cocchi e Bruno, Indice qualità aria Pagina 26 di 26