ITM srl - Informatica Telematica Meridionale

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1 ITM srl - Informatica Telematica Meridionale Programma Operativo Regionale (POR) Misura 3.17 ITM Sistema Informatico, di supporto per la valutazione dell impatto ambientale preventivo sulla qualità dell aria regionale da parte di nuovi insediamenti produttivi o di servizio Direzione Scientifica: Prof. G. Barone Progettazione Esecutiva, Direzione Tecnica, Coordinamento Operativo: Ing. M. Gallo ATS: ITM Dipartimento di Chimica Federico II

2 ITM srl Informatica Telematica Meridionale STAFF SVILUPPO & TEST: - Luca Di Liberto (Dedicato) - Salvio Torina (Dedicato) - Ciro Cennamo - Valerio Vassallucci SISTEMISTI : - Massimo Brandi - Adele Licandro - Enzo Sepe GESTIONE OPERATIVA: - Vincenzo Di Carlo - Anna Maria Filomena - Enrico Nasti Collaborazioni Esterne SVILUPPO SOFTWARE: - GENIOMAN (Roma) - GEOTEC (Nocera) RILEVAZIONI MOBILI: - CERTITEC - SISTEMA SERVIZI LIBRERIE HW: - SMART SERVER IBM: - ITC GESTIONE AMMINISTRATIVA: - Rossana De Cicco 2 di 30

3 Descrizione del Progetto Dimostrazione della concreta capacità di simulare le conseguenze delle emissioni complessive o per settori definiti (industria, servizi, traffico) oppure per l installazione di nuovi impianti (emissione, trasformazione e ricaduta al suolo di inquinanti da sorgenti locali puntiformi). È sufficiente modificare, con opportuni coefficienti, alcuni o tutti i parametri i dati di emissione forniti dal modulo reale EMEP per valutare i benefici (o i peggioramenti) che si otterrebbero da dette variazioni. E possibile esplicitare l andamento quantitativo di un gran numero di inquinanti a concentrazioni molto più basse di quelli delle sostanze che sono state considerate esplicitamente nel corso di questo studio. E già possibile attualmente calcolare le concentrazioni di altri inquinanti non presi in considerazioni nelle simulazioni effettuate (benzene, BTX, SO2, ecc). 3 di 30

4 Output Output Programma Operativo Regionale Misura 3.17 Workflow delle applicazioni del progetto Modello Meteo Regionale Applicato alla Regione Campania Realizzazione di un sistema numerico a mesoscala per le previsioni climatiche. Con script ad Hoc di configurazione e automazione per l elaborazione. Modello di Dispersione e Reazione degli inquinanti Scenari di simulazione Realizzazione di un sistema a multiscala configurato per la simulazione di scenari di dispersione e reazione degli inquinanti. Sistema di Rendering Visualizzazione grafica dei risultati Realizzazione di un sistema di rendering per la visualizzazione dei dati scientifici terrestri ottenuti dalla simulazione. 4 di 30

5 Modulo 1: Modello Meteo Regionale applicato sulla Regione Campania INPUT: Dati Meteo forniti da dss.ucar.edu Script ad Hoc di configurazione e aggregazione dati di input Script di automazione ad Hoc per l esecuzione sequenziale dei moduli di pre-elaborazione e di elaborazione previsti dal modello. Domini di simulazione elaborati: Dominio 1: EUROPA Dominio 2: ITALIA Dominio 3: CAMPANIA OUTPUT: File Meteo prodotti dal Modello. Uno per ogni dominio di simulazione 5 di 30

6 Modulo 1: Download dei dati Meteo INPUT: Dati Meteo forniti da dss.ucar.edu FILTRI DI RICERCA Script di automazione ad Hoc per il recupero dei dati con autoimpostazione dei filtri sul database per i dati meteo regionali Registrazione e Log sul sito Impostazione filtri sul Database relativi allo scenario da simulare Recupero dello script Perl per il download dei dati 6 di 30

7 Modulo 1: Conversione dei dati scaricati Script ad Hoc di conversione formato per i dati di input Dati in formato FNL Dati in formato GFS Conversione Il formato originale scaricato direttamente dal database dss attraverso lo script di recupero dati. Il formato di input necessario al Modello Meteo per le elaborazioni. 7 di 30

8 Modulo 1: Esecuzione del Modello Meteo Dati Meteo in formato GFS Pacchetto con i moduli Software relativi al Modello Meteo Regionale Script di automazione ad Hoc per l esecuzione sequenziale dei moduli di pre-elaborazione e di elaborazione previsti dal modello. Elaborazione Elaborazione dei moduli: Data di inizio simulazione e numero di ore totali Coordinate della regione e dei domini di interesse (Default) Parametri di configurazione dei singoli moduli (Default) Moduli di Pre-Elaborazione Moduli di Elaborazione File Meteo Dominio Campania File Meteo Dominio Italia File Meteo Dominio Europa 8 di 30

9 Modulo 1: Esempi di File Meteo Prodotti Archivio File Meteo Dimensione File Meteo: Dominio 1 -> 11 Gb Circa Dominio 2 -> 10.5 Gb Circa Dominio 3 -> 6 Gb Circa NB: Le singole elaborazioni a 3 domini (D1, D2, D3), calcolano un numero di giorni variabile. Tipicamente ogni simulazione rappresenta 1 settimana. 9 di 30

10 OUTPUT Programma Operativo Regionale Misura 3.17 Modulo 2: Modello di Dispersione e Reazione degli inquinanti File Meteo Prodotti dal Modello Meteo Regionale Dati di INPUT Strumento ad Hoc per l inserimento dei dati EMEP Dati degli inventari di emissione dell EMEP Modello di Dispersione e Reazione degli inquinanti Configurazione della domain list: Europa Italia Campania Elaborazione Simulazione dello scenario di dispersione e reazione degli inquinanti nei 3 domini di interesse. File di emissione in formato: NETCDF 10 di 30

11 Modulo 2: Download dei dati di emissione Emep Download dei dati di emissioni degli inquinanti liberamente accessibili direttamente dagli inventari dell EMEP Sito ufficiale: FILTRI DI RICERCA Accesso agli inventari emission data Selezione dei dati attreverso vari filtraggi sul database. Download del file list relativo ai dati di emissione richiesti 11 di 30

12 Modulo 2: Strumenti per la configurazione dei dati per il Modello File List di Emissioni EMEP Eventuale alterazione dei dati EMEP Script di Pre-Elaborazione dei dati per il caricamento degli inquinanti nel Modello Pre-elaborazione dei dati per predisporli all elaborazione Extract NOx... Extract PM10... Extract O3... Extract CO... Ecc 12 di 30

13 Modulo 2: Alterazione delle emissioni Input alterati permettono di ottenere risultati alterati (non reali) File di Emissioni EMEP Script per l alterazione dei File di Emissioni I valori di tutti gli inquinanti vengono alterati per un fattore moltiplicativo costante, in modo da ottenere scenari di inquinamento particolari (non reali) per un confronto e un ulteriore analisi dei risultati. Resto della procedura 13 di 30

14 Modulo 2: Definizione della Domain List Lista di definizione dei domini di elaborazione per il Modello Domain List Lista dei domini Scelta della risoluzione spaziale dei singoli domini Dominio 1: EUROPA Maglia circa 40x40 Km Dominio 2: ITALIA Maglia circa 15x15 Km Dominio 3: CAMPANIA Maglia circa 4x4 Km Domain NX NY DX DY XMIN YMIN L L L di 30

15 Modulo 2: Strumenti per l inserimento dei dati nel Modello Domain List Coordinate dei domini File di emissione Nel formato Pre-Elaborato Script di inserimento degli inquinanti nel Modello Dominio 1 Dominio 2 Dominio 3 Un esecuzione per ogni dominio specificato nella Domain List Directory contenete i 3 file di output, uno per ciascun dominio. 15 di 30

16 Modulo 2: Elaborazione scenari di inquinamento File di configurazione: Tipo di input Giorni da elaborare Selezione dei domini Modello di Dispersione e Reazione degli inquinanti Elaborazione: Dominio 1 NESTING Dominio 2 NESTING Dominio 3 Ogni dominio elaborato permette di definire le condizioni a contorno del dominio successivo File Output: NETCDF Dominio 1 NETCDF Dominio 2 NETCDF Dominio 3 16 di 30

17 Modulo 2: File di Output Nomenclatura File Output: Data di Inizio Scenario Data di Fine Scenario Dominio AAAAMMDD AAAAMMDD Organizzazione della directory contenente i file di output. Archivio Simulazioni Per Ogni simulazione: out.datainizio_datafine_01.nc out.datainizio_datafine_02.nc out.datainizio_datafine_03.nc 2,5 Gb 1,5 Gb 1,5 Gb 17 di 30

18 Modulo 2: Tipologia delle simulazioni elaborate Attraverso l alterazione dei parametri degli inquinanti nei file EMEP, è stato possibile ottenere scenari di simulazione alternativi a quelli del caso reale Archivio PAR 0 Risultati ottenuti con fattore moltiplicativo prossimo allo zero (valori di inquinamento trascurabili) Archivio Dati Reali Archivio PAR 2 Risultati ottenuti con fattore moltiplicativo pari a 2 (valori di inquinamento raddoppiati) NB: A causa delle reazioni chimiche tra gli inquinanti, valori di input alterati portano a risultati grafici completamente diversi 18 di 30

19 Modulo 2: Esempi di Scenari Prodotti Archivio Par 0 Archivio Dati Reali Archivio Par 2 Scenari prodotti hanno una durata variabile (in giorni) Spesso lo stesso Scenario è stato prodotto sia con Dati Reali, sia Par 0 Par 2 19 di 30

20 Tempi di esecuzione Esecuzione Modello per la produzione dei file Meteo Modello Meteo Regionale Applicato alla Regione Campania Esecuzione Modello per la produzione di Scenari Modello di Dispersione e Reazione degli inquinanti Scenari di simulazione 6 8 Giorni simulati sui 3 Domini Per ogni Scenario di 6 8 Giorni prodotto: 6 8 Giorni di simulati sui 3 Domini Ore Ore di Elaborazione Ore 20 di 30

21 OUTPUT Visualizzati Programma Operativo Regionale Misura 3.17 Modulo 3: Sistema cartografico e Rendering delle simulazioni NETCDF Script per la conversione del formato NetCDF Realizzazione dei file immagine con cadenza oraria Script per il Rendering dei Risultati Filtro Data e N Giorni Filtro inquinante Filtro Dominio Sistema di Rendering dei dati di simulazione OUTPUT Archiviati Script per la realizzazione dell archivio cartografico 21 di 30

22 Modulo 3: Conversione NetCDF Il Sistema di Rendering necessita in input che i dati NetCDF delle simulazioni rispettino uno specifico template Formato Output.nc NETCDF Script per la conversione del formato NetCDF Formato Input.grads NETCDF Formato output del Modello di Dispersione e Reazione degli inquinanti Conversione del Template Formato output compatibile per la Visualizzazione Grafica Generazione archivio: Directory dei dati disponibili alla produzione delle mappe. 22 di 30

23 Modulo 3: Rendering dei dati delle simulazioni I filtri è possibile configurarli tramite l editing diretto dello script, in caso contrario verranno usati valori di default. Inserimento dei valori temporali (tra quelli disponibili nell archivio) e del numero di giorni Script per il Rendering dei Risultati Gli strumenti messi a disposizione dal Sistema di Rendering, sono stati completamente integrati nello script, wrappando le funzionalità Immagini relative a CO Sistema di Rendering dei dati di simulazione Immagini relative a PM10 Immagini relative a O 3 Immagini relative a NO Immagini relative a NO 2 23 di 30

24 Modulo 3: Realizzazione del archivio cartografico Simulazione 1 Necessità di una banca dati in cui archiviare ed organizzare i dati delle simulazione effettuate nel tempo Rendering Immagini Script per la realizzazione del sistema cartografico Archiviazione Banca Dati Rendering Rendering Simulazione 2 Simulazione 3, 4, ecc Simulazione 24 di 30

25 Modulo 3: Struttura del Sistema cartografico (1 di 3) Script per la realizzazione del sistema cartografico Banca Dati Per ridurre lo spazio occupato, si è scelto di archiviare solo le immagini relative al terzo dominio di simulazione (Campania). Data di Inizio Simulazione Data di Fine Simulazione File Immagine (.JPEG) Dominio Inquinante Layer Day Hour AAAAMMDD AAAAMMDD CO PM10 NO NO2 O3 L1 L2 L3 XX XX 25 di 30

26 Modulo 3: Struttura del Sistema cartografico (2 di 3) Attraverso l alterazione dei parametri degli inquinanti nei file EMEP, è stato possibile ottenere scenari di simulazione alternativi a quelli del caso reale Banca Dati PAR 0 Banca Dati Dati Reali Banca Dati PAR 2 Data la enorme varietà dei grafici che è possibile ottenere, sono state effettuate scelte di archiviazione precise: Sono stati archiviati solo i file immagine relativi al Layer 1, quello più vicino al suolo (quasi livello del mare). Sono stati archiviati solo i File immagine relativi agli inquinanti: CO, NO, NO2, O3, PM di 30

27 Modulo 3: Struttura del Sistema cartografico (3 di 3) Banca Dati Sistema Cartografico strutturato a 2 livelli Sim 1 Sim 2 Sim 3 Sim 27 di 30

28 Materiale prodotto Sono state prodotte, per analisi e testing, mappe relative a 16 scenari con valori di inquinamento non alterati. Ogni scenario ha una durata media di 5 giorni di simulazione per un totale di 80 giorni simulati pari a 2000 ore. Per ogni giorno sono state prodotte mappe a cadenza oraria (24 mappe per giorno) relative a 5 inquinanti selezionati (CO, NO, NO2, O3, PM10). Tenendo in considerazione tutte le simulazioni dei vari scenari effettuate e le versioni con i valori di inquinamento alterati, è stato ottenuto come risultato, un numero di circa mappe grafiche prodotte. 28 di 30

29 Analisi effettuate Dalle analisi effettuate, si può ritenere che i dati forniti dagli Scenari sviluppati con le Metodologie e i Programmi presentati in questo Progetto, siano del tutto coerenti con le aspettative. Gli Scenari per altro mostrano l esistenza di dati di inquinamento spesso più accentuati di quelli misurati nelle città e che si presentano in particolare nelle aree della Regione dove non vi sono strumentazioni per il monitoraggio continuo dell inquinamento. Gli Scenari forniscono un quadro delle emissioni molto più dettagliato, non solo spaziale, ma anche nella sua evoluzione oraria nel corso delle singole giornate. Gli scenari infine tengono ben conto delle condizioni meteorologiche per cui i massimi più accentuati vengono riscontrati nei periodi secchi o poco ventosi, mentre tendono ad abbassarsi, nei giorni di pioggia e nelle ore più piovose. 29 di 30

30 Utilizzazioni possibili Considerando l attuale situazione carente della R.R, le Metodologie presentate in questo progetto, possono esercitare un valido ruolo di supplenza, purchè siano gestiti da personale a conoscenza del know-how necessario. Il sistema è inoltre facilmente configurabile per simulare scenari di inquinamento su qualsiasi zona geografica. Un altra capacità di analisi è rappresentata dalla possibilità di calcolare l inquinamento da polveri sottili e da sostanze gassose, previste dalle Normative di Legge, anche in aree non coperte dalla Rete Regionale di Centraline fisse, oltre alla possibilità di arricchirne le corrispondenti Banche dati a disposizione delle Autorità locali o di potenziali utenti. E possibile in principio non limitarsi a fare delle previsioni sull andamento degli inquinanti, anche locali, come è possibile già oggi, ma utilizzare gli strumenti anche per effettuare delle previsioni realistiche a breve termine (oggi/domani/dopodomani) sullo stato dell inquinamento atmosferico e della Qualità dell aria. 30 di 30

31 Esempi di Rendering prodotto (1 di 6) Inquinante: NO2 Data: 30/12/2010 Orario: Parametri Reali Parametri Alterati con fattore 2

32 Esempi di Rendering prodotto (2 di 6) Inquinante: NO2 Data: 30/12/2010 Orario: Parametri Reali Parametri Alterati con fattore 2

33 Esempi di Rendering prodotto (3 di 6) Inquinante: NO2 Data: 30/12/2010 Orario: Parametri Reali Parametri Alterati con fattore 2

34 Esempi di Rendering prodotto (4 di 6) Inquinante: CO Data: 17/12/2010 Orario: Parametri Reali Parametri Alterati con fattore 2

35 Esempi di Rendering prodotto (5 di 6) Inquinante: CO Data: 17/12/2010 Orario: Parametri Reali Parametri Alterati con fattore 2

36 Esempi di Rendering prodotto (6 di 6) Inquinante: CO Data: 17/12/2010 Orario: Parametri Reali Parametri Alterati con fattore 2