Studio e caratterizzazione del particolato atmosferico in Val d Agri

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1 Studio e caratterizzazione del particolato atmosferico in Val d Agri Serena Trippetta REGIONE BASILICATA Marsico Nuovo (PZ), 4 luglio 213 1

2 Outline Analisi di misure giornaliere di particolato atmosferico (PM) effettuate in prossimità del Centro Olio Val d Agri (COVA) Misure sperimentali di concentrazione e composizione chimica di PM 1 presso il centro abitato di Viggiano Presentazione della rete di biomonitoraggio realizzata nell intorno del Centro Olio Val d Agri Studio e caratterizzazione del particolato atmosferico in Val d Agri Serena Trippetta Marsico Nuovo - 4 luglio 213

3 Analisi di misure di PM disponibili in prossimità del COVA Fonte dati: sito web ARPA Basilicata ( luglio novembre 211 Immagine satellitare tratta da Google Earth Misure simultanee a scala giornaliera di: concentrazione in massa di PM, PM 2.5 e PM 1. automatic optical monitor (GRIMM, model EDM 18) 3

4 Misure di PM Parametri statistici PM [μgm -3 ] PM 2.5 [μgm -3 ] PM 1 [μgm -3 ] m sd md min max Parametri statistici della distribuzione delle misure medie giornaliere di PM effettuate in prossimità del COVA tra luglio e novembre 211. Il numero di osservazioni è pari a 136. Legenda: m = valore medio, sd = deviazione standard, md = mediana, min = valore minimo, max = valore massimo. PM-2.5 PM2.5 PM2.5-1 PM1 21% 35% 65% 79% Il PM è costituito in media dal 65% di PM 2.5 Il PM 2.5 è costituito in media per il 79% da PM 1 4

5 Concentrazione in massa di PM 2.5 [µg m -3 ] Concentrazione in massa di PM [µg m -3 ] Studio di correlazione Concentrazione in massa di PM [µg m -3 ] y =.994x R = y = x R = Concentrazione in massa di PM 1 [µg m -3 ] Concentrazione in massa di PM 2.5 [µg m -3 ] y = 1.283x R =.63 Il valore di correlazione più alto è stato osservato tra le concentrazioni in 3 massa di PM 2.5 e di PM 1, seguito da 2 quello tra le concentrazioni in massa di Concentrazione in massa di PM 1 [µg m -3 ] PM 2.5 e di PM. 5

6 % % Risultati della Singular Spectrum Analysis % 6 3 PM PM2.5 5 R1 25 R days days PM1 il PM R1 non è caratterizzato da un days trend significativo; il PM 2.5 ed il PM 1 sembrano presentare un trend lievemente crescente durante il periodo considerato. 6

7 Concentrazione di PM [µgm -3 ] Identificazione superamenti Valore limite giornaliero di concentrazione di PM (28/5/EC) 6 PM1 PM2.5 PM Valore giornaliero di concentrazione di PM 2.5 (WHO) lug 18-lug 1-ago 15-ago 29-ago 12-set 26-set -ott 24-ott 7-nov Data 7

8 Contributo del trasporto a lungo raggio Approccio metodologico Al fine di valutare possibili contributi derivanti dal trasporto di polvere Sahariana alle eccedenze misurate, è stato utilizzato un approccio metodologico consistente nell integrazione di misure in-situ, output modellistici ed osservazioni satellitari Dust REgional Atmospheric Model (DREAM) Output modellistici Navy Aerosol Analysis and Prediction System (NAAPS) Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model Osservazioni satellitari Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) Dust Ozone Monitoring Instrument (OMI) Aerosol Index (AI) 8

9 Concentrazione di PM [µgm -3 ] Superamento PM 6 PM1 PM2.5 PM lug 18-lug 1-ago 15-ago 29-ago 12-set 26-set -ott 24-ott 7-nov Data Più della metà del PM campionato è costituito da particelle nel range dimensionale 2.5- µm che è il tipico range dimensionale delle particelle di dust. 9

10 Concentrazione di PM [µgm -3 ] Superamenti PM 2.5 L uso combinato di output modellistici ed osservazioni satellitari ha evidenziato che l area di studio non è interessata dal trasporto di polveri Sahariane nei giorni in cui sono state registrate le eccedenze di PM 2.5 (28 settembre, 3 e 16 novembre 211). 6 PM1 PM2.5 PM lug 18-lug 1-ago 15-ago 29-ago 12-set 26-set -ott 24-ott 7-nov Data Durante tutti e tre i giorni il PM 2.5 è costituito prevalentemente da particelle sub-micrometriche (più dell 87%).

11 Indice di Qualità dell'aria (IQA) Indice di Qualità dell Aria (IQA) 9 IQA PM IQA PM lug 3-ago 2-set 2-ott 1-nov Data Categorie IQA US-EPA (United States Environmental Protection Agency) I valori dell indice di qualità dell aria associato al PM sono sempre inferiori a 5. La qualità dell aria nel periodo di osservazione può essere, pertanto, considerata sempre buona rispetto al PM. I valori dell indice di qualità dell aria associato al PM 2.5 sono maggiori di 5 in 4 dei 136 giorni esaminati. Ciò implica che, considerando il PM 2.5, la qualità dell aria è moderata nel 29% dei casi. 11

12 Diffusione dei risultati ottenuti I risultati dello studio sono stati recentemente pubblicati su una rivista scientifica a diffusione internazionale che si occupa di temi di inerenti alla qualità dell aria Trippetta et al Atmospheric Environment, 77,

13 Campagna di misura del PM 1 presso il centro abitato di Viggiano Immagine satellitare tratta da Google Earth Specifiche della campagna di misura Sito di misura: sede della Protezione Civile Gruppo Lucano del Comune di Viggiano; Copertura temporale della campagna di misura: dicembre 211- settembre 212; Strumentazione impiegata: campionatore gravimetrico a basso volume. 13

14 Misura della concentrazione e della composizione in elementi in traccia del PM 1 Bilancia analitica ICP-OES Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometer AAS Atomic Absorption Spectrophotometer Massa di PM 1 raccolta sul filtro Concentrazione 17 elementi chimici nel PM 1 (Al, Be, Ca, Cd, Cr, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Na, P, Pb, Ti, S e Zn) 14

15 Frequenza Concentrazione di PM 1 [µgm -3 ] Misure di concentrazione di PM 1 dicembre 211 settembre Parametri statistici Concentrazione PM 1 [µgm -3 ] dic-11 gen-12 feb-12 mar-12 apr-12 mag-12 giu-12 lug-12 ago-12 set-12 Data 6 N 252 m 3.9 sd 2.6 md 3.1 min.3 max Concentrazione di PM 1 [ gm -3 ] La maggior parte dei valori di concentrazione di PM 1 (74%) è compresa tra 1 e 5 µgm -3 15

16 Concentrazione degli elementi in traccia settembre 212 media minimo/massimo valore anomalo valore estremo Al Be Ca Cd Cr Cu Fe K Li Mg Mn Na P Pb Ti S Zn Gli elementi in traccia che presentano il maggior numero di outlier sono: Al, Fe, K, Mn, Ti, S e Zn. 16

17 Fattore di arricchimento medio Fattore di arricchimento Elemento chimico di riferimento crostale: alluminio Composizione chimica della crosta terrestre: Taylor and McLennan, EF X X Y X Y air crust Cd S Li Zn Be Pb Cr Cu P Ca Mg Na K Fe Mn Ti Elemento chimico Fe, K, Mn, Mg, Na e Ti sono di origine prevalentemente naturale; Be, Cd, Cr, Cu, Li, Pb, S e Zn hanno origine in prevalenza antropica. Taylor, S.R., McLennan, S.M., The Continental Crust: Its Composition and Evolution. Blackwells, Oxford, England 17

18 Individuazione delle sorgenti di PM 1 (1/2) Cluster Analysis Coefficiente di correlazione di Pearson (ρ) >.6 Risultati Si individuano 4 cluster: Fe, Mn, Na Al, K Ca, Mg, Ti Cr, Li 18

19 Individuazione delle sorgenti di PM 1 (2/2) Principal Component Analysis PC 1 PC 2 PC 3 PC 4 PC 5 PC 6 Al Be Ca Cd Cr Cu Fe K Li Mg Mn Na P Pb Ti S Zn P% CP% La prima tipologia di sorgente (PC 1 ) contiene elementi di origine prevalentemente naturale (Al, Fe, K, Mg e Ti) e potrebbe essere classificata come sorgente naturale/crostale. La seconda tipologia di sorgente (PC 2, PC 3 e PC 4 ) contiene elementi di origine sia naturale (Mg, Na e Ti) che antropica (Be, Cd, Pb, S e Zn) ma anche mista (Ca) e potrebbe, quindi, essere classificata come sorgente mista naturale/antropica. La terza tipologia di sorgente (PC 5 e PC 6 ) contiene elementi di origine prevalentemente antropica (Cr, Cu e Li) e potrebbe essere classificata come sorgente antropica. 19

20 Confronto delle misure di PM 1 in due siti della Basilicata Concentrazione PM 1 [µgm -3 ] Concentrazione PM 1 [µgm -3 ] Sito Periodo di riferimento m±sd [µgm -3 ] Tito Scalo (a) apr 26 apr ±6.6 Viggiano dic 211 set ±2.6 (a) Caggiano et al. 2. Science of the Total Environment, 48, Stagione fredda Stagione calda 3 Tito Scalo Viggiano 6 Tito Scalo Viggiano 25 2 Tito Scalo: 6.3±4.6 Viggiano: 3.2± Tito Scalo: 8.6±8. Viggiano: 4.6± ott 31-ott 3-nov 3-dic 29-gen 28-feb 3-mar 29-apr Mese dell'anno 1-mag 31-mag 3-giu 3-lug 29-ago 28-set Mese dell'anno 2

21 Confronto delle concentrazioni di elementi in traccia nel PM 1 in due siti della Basilicata Elemento Tito Scalo settembre 26 Viggiano settembre 212 Al 87.5± ±177.2 Ca 66.4± ±97.8 Cd 3.9±.6.6±.2 Cr 4.3± ±3.6 Cu 3.± ±38.6 Fe 7.4± ± K 49.6± ±87.5 Mg 23.1± ±1.4 Mn 2.3±.7 4.±3. Na 235.± ±99.1 Pb 9.7±.1 5.3±3.2 Ti 5.5± ±16.7 Zn 5.8± ±15.8 media ± deviazione standard. I valori sono riportati in ngm -3 Ad eccezione di Cd, Cr, Na e Pb, tutti gli altri elementi in traccia mostrano valori medi di concentrazione più elevati a Viggiano. 21

22 Rete di biomonitoraggio (1/3) Obiettivo Caratterizzazione dei livelli di elementi in traccia associati al particolato atmosferico in un area ampia e con un elevata densità di campionamento 22

23 Rete di biomonitoraggio (2/3) Caratteristiche della rete licheni raccolti in un area interna al Bosco di Rifreddo (PZ); installata nel mese di ottobre 211; copertura di un area molto estesa, avente come punto centrale il sito del COVA e includente tutti i centri abitati più prossimi a quest ultimo; campioni raccolti dopo 6 mesi (aprile 212) e 12 mesi (ottobre 212) di esposizione; concentrazione di 17 elementi chimici associati al PM (Al, Be, Ca, Cd, Cr, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Na, P, Pb, Ti, S e Zn). Database finale contenente circa 23 misure 23

24 Rete di biomonitoraggio (3/3) Fase 1: prelievo dei licheni Fase 2: pulizia dei campioni in Fase 3: esposizione dei da esporre laboratorio campioni Fase 4: raccolta dei campioni Fase 5: preparazione del campione e analisi chimiche 24

25 Futuri sviluppi della ricerca Studio delle concentrazioni, della composizione chimica e individuazione dei contributi delle diverse sorgenti (naturali e/o antropiche, locali e/o remote) del PM 1 misurato a Viggiano. Valutazione dell influenza di eventi anomali (ad esempio combustione in torcia di quantità di gas superiori alla norma a seguito dell attivazione di procedure di sicurezza derivanti da anomalie nel funzionamento del COVA) sulla concentrazione e composizione chimica del PM 1. Individuazione di trend spazio-temporali delle concentrazioni di elementi in traccia associati al particolato atmosferico registrate attraverso l uso di biomonitori. 25

26 Grazie per l attenzione REGIONE BASILICATA 26