Dispersione di particolato atmosferico da incendio boschivo in area mediterranea: un approccio modellistico

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1 Dispersione di particolato atmosferico da incendio boschivo in area mediterranea: un approccio modellistico C. Pizzigalli (1), R. Cesari (2), A. Maurizi (2), M. Mircea (3), M. D Isidoro (3), F.Tampieri (2) (1) Saipem S.P.A, Fano (PU) (2) ISAC-CNR (LE, BO) (3) ENEA Centro Ricerche, (BO)

2 motivazioni L Area Mediterranea è spesso interessata da episodi di inquinamento fotochimico e di alte concentrazioni di particolato atmosferico. Nell Area Mediterranea si verificano spesso episodi di incendi boschivi. immagine MODIS Algeria 29/08/07 immagine MODIS Grecia 25/08/2007 Le emissioni di gas e particolato derivanti da incendi boschivi hanno un importante impatto sulla qualità dell aria, sul budget radiativo della terra e quindi sul clima, sia a scala regionale, che globale. Esigenza di includere tali emissioni in un modello di composizione chimica dell atmosfera.

3 modello di emissione da incendi stima dei flussi di emissione stima delle altezze di emissione informazioni necessarie dati da satellite per la localizzazione e la durata dei fuochi database di vegetazione per la zona di interesse

4 stima dei flussi di emissione E = A B CE (Seiler e Crutzen, 1980) i e i E i (kg t -1 ), è l emissione della specie i nel tempo t A (m 2 t -1 ), è l area bruciata nel tempo t B (kg m -2 ), è il fuel load (massa di biomassa per area) CE (adimensionale) è l efficienza di combustione e i è il fattore di emissione per la specie i (g kg-1).

5 stima dei flussi di emissione B, e i, CE dipendono dal tipo di vegetazione (Whyedinmier et al. 2006) Classi di vegetazione della mappa UMD incertezze nella stima delle emissioni 5 Mixed Forest Global Land Cover Classification Evergreen Needleleaf Forest Evergreen Broadleaf Forest Deciduous Needleleaf Forest Deciduous Broadleaf Forest Woodland Wooded Grassland Closed Shrubland Open Shrubland Grassland Cropland Bare Ground Urban and Built Specie emesse: gas: CO2, CO, NOx, NH3, SO2, NMHCs, CH4 aerosol: PM10, PM2.5 Ciclo diurno-modulazione oraria (WRAP, 2005)-picco nel primo pomeriggio Water

6 stima delle altezze di emissione Altezza di emissione decisa in base al tipo di vegetazione Utilizzo di modelli lagrangiani backward Modulazione oraria (WRAP, 2005) Stima dell altezza massima e minima in cui e compresa l emissione di ogni incendio in funzione dell estensione del fuoco Classe Ptop max (m) Ptop min (m) Calcolo di Ptop hour e Pbot hour come modulazione diurna di Ptop max e Ptop min

7 incertezze identificazione temporale del fuoco (inizio e fine) identificazione spaziale (l area bruciata) evoluzione del fuoco (la distribuzione nel tempo delle emissioni) altezza delle emissioni database di vegetazione

8 modulazione diurna WRAP2005 es. modulazione oraria delle emissioni di PM 2.5 in tons il 26 Agosto 2007 (lon = 21.7 E lat=37.5 N) modulazione diurna della altezza di emissione minima e massima (metri) il 25 Agosto 2007 (lon=21,7 lat=37,5 )

9 prebolchem_fire Longitudine/latitudine dei punti di fuoco mappa di vegetazione fuel load EC e i prebolchem_fire make_fire_emission_saprac90.f90 make_fire_emission_aero3.f90 make_fire_height.f90 Modulazione oraria emissioni Modulazione oraria altezze di emissione Ptop max e Ptop min BE_hour e BE_size flussi di emissione altezze di emissione

10 BOLCHEM flow chart Initial and boundary conditions Aerosol Removal: dry and wet Meteorological Model: BOLAM + Transport and Diffusion Gas Removal: dry and wet Modelled Aerosol Emissions: sea salt - dust - forest fire Aerosol optical properties Cloud condensation nuclei U,v,T,p,q,radiative fluxes Modelled Gas Emissions: biogenic - forest fire Aerosol Model: aero3 Heterogeneous chemistry Gas Chemistry: SAPRC90 Topography data Land Use Data Gas and Aerosol Anthropogenic Emissions

11 caso studio: estate 2007 incendi Grecia, Albania, Algeria mappa dei fuochi attivi dal 22 al 31 Agosto 2007

12 confronto emissioni prebolchem_fire based on MODIS Burned Area Product FINNv1 (Fire INventory from NCAR version 1.0) based on Fire Radiative Power operational MODIS product emissioni giornaliere di CO, NO 2, PM 2.5 e PM 10 calcolate da FINNv1 e prebolchem_fire dagli incendi in Grecia, Albania e Algeria

13 confronto emissioni * FINNv1 * prebolchem_fire emissioni totali di CO, NO 2, PM 2.5 e PM 10 dagli incendi in Grecia, Albania e Algeria per il periodo agosto 2007 calcolate da FINNv1 e prebolchem_fire differenze tra i due data set dovute a : differente mappa di vegetazione, differenti algoritmi utilizzati per l individuazione dell area bruciata

14 BOLCHEM set up Periodo Agosto 2007 Dominio Europa e Africa del Nord Risoluzione orizzontale 0.25 X 0.25 Risoluzione verticale 40 livelli verticali in coordinate sigma per la meteorologia, 20 per la chimica. Step temporale 200 s Condizioni iniziali e al contorno METEO Campi meteorologici da ECMWF (analisi) ogni 6 ore Condizioni iniziali e al contorno CHIMICA campi chimici da ECMWF (analisi per progetto GEMS) ogni 6 ore Emissioni Antropogeniche data set TNO (TNO 2007) Emissioni biogeniche calcolate on line (GEMS/NKUA (Symeonidis et al,2007) ) Emissioni da incendi calcolate dal pre-processore delle emissioni sviluppato NOx = 95%NO 2 + 5% NO PM 2.5 = 6% BC + 84% OC + 6% S SIMULAZIONI: ant+bio / ant+bio+fire (diversi set up di emissioni, altezze) fire (diff)

15 mappe di concentrazione di BC a) c) b) d) mappe di concentrazione di BC (µg/m 3 ) per il giorno 30 agosto 2007 ore 17UTC: (a) sim bio-ant-fire wrap2005 e (c) fire al suolo; (b) sim bio-ant-fire wrap2005 e (d) fire a 850Hp

16 confronto dati sperimentali (a) (b) BC(µg/m 3 ) a 850Hp sim fire 30 agosto 2007 ore 18 UTC (c) (d) profili lidar a 532nm e 355nm - stazione PEARL (Tito Scalo, Potenza (40,63 N, 15,80 E, 760 m a.s.l.)), 30 agosto 2007, 18UTC Pizzigalli + bolchem group (Cesari, D'Isidoro, Maurizi, Mircea), Nuovo Cimento C Colloquia and Communications in Physics, 2012 (in press) profili verticali simulati, stazione PEARL 30 agosto 2007, (a) 18UTC, (b) 19UTC, (c) 20UTC, (d) 21UTC

17 confronto dati sperimentali profili lidar a 532nm e 355nm stazione PEARL 30 agosto 2007, 18UTC profili verticali simulati, stazione PEARL 30 agosto 2007, 21UTC

18 confronto dati sperimentali FLEXPART agosto 2007 centroide delle back-trajectories traiettorie rilasciate ogni ora tempo di integrazione 10 giorni altezza geopotenziale e campo di vento a 500Hp 29/08/2007 ore 12 UTC

19 sviluppi futuri ulteriori modulazioni diurne delle altezze e delle emissioni confronto con misure in situ e misure ottiche modello di plume rise (processo sub-grid) altri casi studio

20 grazie per l attenzione