La simulazione annuale con NINFA Uso dei prodotti

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1 La simulazione annuale con NINFA Uso dei prodotti Michele Stortini ARPA-SIM

2 Caratteristiche della simulazione Periodo: 2 aprile marzo 2004 Risoluzione orizzontale: 10*10 km Dominio: 640*410 km2 Input meteo:lama Input emissivo : APAT-CTN Input bc/ic: CHIMERE continentale 50*50 km Hardware: la simulazione è stata eseguita in un cluster di 6 processori. Ogni processore ha simulato 2 mesi. Per evitare discontinuità dovute alle condizioni iniziali ogni processo è stato fatto partire con uno spin up di 5 giorni Tempo di calcolo: ~4 giorni

3 Dominio (2) NINFA: dalla scala continentale alla scala urbana Modello urbano (ADMS Urban) Prev air (Chimere-continentale 0.5 *0.5 ) NINFA (ER-Chimere-regionale) 10km*10km (5km*5km)

4 Applicazione NINFA per piani di risanamento 1. Simulazione scenario di riferimento, 1 anno ( ) BPA 2. Selezione episodi per analisi scenario 3. Uso simulazioni NINFA come background per ADMS Simulazione scenari variati (BPA-RER) 1. CLE 2010 (applicazione normativa in vigore) 2. MFR (massima riduzione possibile) 3. Scenari di piano regionale? 4. Scenari riduzione necessaria?

5 Simulazione annuale Sono state ottenute le mappe dell inquinamento da O3,PM10, NO2 in Nord Italia (mappe di concentrazione, oraria, media, massima, numero superamenti dei valori di riferimento stabiliti dalla direttiva sull ozono. Sono disponibili i campi orari numerici 3d di concentrazione media oraria di O3, PM10, NO2, che possono essere utilizzati ad esempio per: fornire condizioni al contorno a modelli a scala più dettagliata, eseguire calcoli di esposizione della popolazione, e valutarne gli effetti sanitari, valutare l esposizione degli ecosistemi.

6 NINFA simulazione scenario di riferimento O3 (1)

7 NINFA simulazione scenario di riferimento O3 (2)

8 NINFA simulazione scenario di riferimento O3 (3)

9 NINFA simulazione scenario di riferimento PM10 (1)

10 NINFA simulazione scenario di riferimento PM10 (2) PM10 totale, primario (pppm) e secondario suddiviso in organici (psoa) ed inorganici (ph2so4, phno3 e pnh3 ) In un punto nella pianura padana gennaio-marzo giugno-agosto

11 NINFA simulazione scenario di riferimento NO2 (1)

12 Validazione: Obiettivi di qualità dei dati Inquinante Tempo di media Obiettivi di qualità dei dati per la modellazione (*) Obiettivi di qualità dei dati per le misure continue (letture minime) Legge Italiana Direttiva CE SO 2, NO, NO 2 1 ora 1 giorno 1 anno % 50 % 30 % 15 % PM, piombo 1 anno 50 % 25 % (90%) CO 8 ore 50 % 15 % Benzene 1 anno 50 % 25 % DM 2 aprile 2002, N /30/CE 2000/69/CE O 3, NO, NO 2 1 ora, 8 ore 50 % 50 % 15 % (90 %) D.Lvo. 21 maggio 2004 N /3/CE (*) l accuratezza per la modellazione è definita come il massimo scarto tra il livello di concentrazione misurato e calcolato, sul periodo definito dal valore limite, senza tenere in considerazione la successione degli eventi.

13 Set di dati di verifica, NINFA-BPA

14 Validazione NINFA, scenario di riferimento inquinante Tempo di media periodo % dati che soddisfano ob qualità stazioni RB e SB BPA con almeno 90 % oss N e % di stazioni con almeno 90 % dati validi (BPA) O3 1 ora Estate /15 (67%) O3 8 ore diurno Estate /15 (67%) NO2 1 ora Anno /14 (57%) NO2 1 giorno Anno /14 (57%) NO2 1 anno Anno 50 8/14 (57%) PM10 1 anno Anno 63 8/12 (67 %)

15 Diagnostica NINFA:ozono (1)

16 Diagnostica NINFA:ozono (2) Ozono:giorno tipo estivo in alcune stazioni della pianura padana

17 Diagnostica NINFA:ozono (3) Scatter plot dei valori massimi giornalieri di ozono (µg/m 3 ) Scatter plot dei valori orari estivi di ozono (µg/m 3 ) Distribuzione di frequenza delle concentrazioni orarie diurne estive

18 Diagnostica NINFA:ozono (4)

19 Discussione risultati O3 (1) La simulazione da buoni risultati per quanto riguarda l O3. È stato eseguito il confronto dei valori di ozono calcolati dal modello con i valori misurati in continuo in stazioni urbane, rurali e suburbane di fondo. È stato confrontata la media calcolata e misurata sull intero periodo, è stato calcolato il bias e l errore quadratico medio (rms) dei valori orari, durante le ore diurne (8-20). La simulazione soddisfa in gran parte delle stazioni gli obiettivi di qualità della simulazione (2002/3/Ce) e quindi può essere usata per la valutazione della qualità dell aria nella stesura dei Piani di risanamento. Il valore bersaglio al 2010 per la protezione della salute umana (120 µg/m3, media massima giornaliera su 8 ore) è stato superato sull intero territorio regionale. Le mappe di concentrazione mostrano in pianura valori di O3 più alti rispetto alle zone appenniniche sia come valori medi estivi diurni sia come numero di superamenti del valore bersaglio rispetto alle zone appenniniche. Tale risultato è contrasto con la simulazione precedente (estate 2003 con CALGRID). Possibili cause: Disomogeneità delle emissioni Simulazione differente (diverso dominio, diverse condizioni al contorno..)

20 Discussione risultati O3 (2): Simulazione Calgrid estate 2003 N. superamenti media massima giornaliera su 8 ore: 120 µg/m3

21 Diagnostica NINFA PM10 (1) Valori medi annuali simulati ed osservati di PM10 ed indice di correlazione per le medie giornaliere nelle stazioni RB (le prime due) ed SB.

22 Diagnostica NINFA PM10 (2) medie annuali oss sim Lineare (oss) Lineare (sim) medie invernali oss sim Lineare (oss) Lineare (sim) microg/m microg/m RB n=4 SB n=8 UB n=16 UT n=8 0 RB n=4 SB n=8 UB n=16 UT n=8 tipo di stazione tipo di stazione microg/m medie estive RB n=4 SB n=8 UB n=16 UT n=8 tipo stazione oss sim Lineare (oss) Lineare (sim) Concentrazioni medie annuali, estive ed invernali di PM10

23 Diagnostica NINFA:PM10 (3) RB SB UB UT Fractional Bias:(Sim-Oss)/Oss Inferiore a 0.5 (ce 1999/30)

24 Diagnostica NINFA:PM10 (4) Scatter plot dei valori medi giornalieri di PM10 (µg/m 3 )

25 Discussione risultati PM10 Le concentrazioni di PM10 risultano sottostimate su tutto il dominio e non vengono riprodotti in modo corretto i gradienti urbani/rurali evidenti nelle osservazioni. Le correlazioni giornaliere sono tuttavia soddisfacenti, e sono circa in gran parte delle stazioni rurali e suburbane, dato in linea con simulazioni effettuate con altri modelli. La simulazione soddisfa nel 63% dei stazioni rurali e suburbane gli obiettivi di qualità della simulazione 1999/30/CE per le medie annuali e quindi può essere considerata con qualche cautela come rappresentativa di una condizione di fondo del bacino padano adriatico. Sono in corso verifiche sulle possibili cause di questa sottostima (emissioni, diffusione verticale, deposizioni..)

26 Diagnostica NINFA NO2 (1)

27 Diagnostica NINFA NO2 (2)

28 Diagnostica NINFA NO2 (3)

29 Diagnostica NINFA NO2 (4) Il FB delle medie annuali deve essere inferiore a 0.3 (ce 1999/30)

30 Diagnostica NINFA NO2 (3) Scatter plot annuale delle medie giornaliere di NO2 (µg/m 3 ) Scatter plot estivo medie giornaliere di NO2 (µg/m 3 )

31 Diagnostica NINFA NO2 (4) Concentrazioni medie annuali ed estive di NO2

32 Discussione risultati NO2 Le concentrazioni di NO2 risultano generalmente sottostimate su tutto il dominio ed i gradienti urbani/rurali evidenti nelle osservazioni vengono riprodotti in modo non del tutto soddisfacente. Le correlazioni giornaliere sono soddisfacenti, e sono circa in gran parte delle stazioni rurali e suburbane, dato in linea con simulazioni effettuate con altri modelli. La simulazione soddisfa nel 50% delle stazioni rurali e suburbane gli obiettivi di qualità della simulazione 1999/30/CE per le medie annuali e tra il 40% ed il 70% dei dati per le medie giornaliere ed orarie e quindi può essere considerata con qualche cautela come rappresentativa di una condizione di fondo del bacino padano adriatico. NOTA: di solito per la validazione dei modelli si confrontano gli NOx e non solo l NO2. La carenza dei dati di NOx disponibili non ci ha permesso sino ad ora ad effettuare tale tipo di confronto

33 Quali output dove trovarli: Dati meteo per input ADMS Dati di fondo per input ADMS Shape file della griglia Simulazione base Concentrazioni medie di NO2,PM10 Supermento soglia 120 mg/m3 di O3.. Altre grandezze da definire. Es. Giorno tipo estivo(?) Ripartizione specie PM10 /PM25(?) Simulazione di scenari (?) Dove:ftp.smr.arpa.emr.it/ambiente/QA/PianiRis

34 Applicazione modello urbano ADMS-urban Condizioni di uso: Ipotesi: Aree piccole (meteo solo su Omogeneità un punto) Stazionarietà Periodi lunghi di mediazione Diffusione gaussiana Solo inquinanti primari (NO2 con semplice ciclo fotolitico) Che uso ne fa ADMS dei dati di background? O3:ciclo fotolitico di NOx PM10,SO2,NOx: emissioni aggiuntive per tenere conto della componente secondaria del PM10, del trasporto da fuori del dominio, delle emissioni non esplicitamente modellizzate in ADMS Quali dati usare per il background? NINFA o una stazione di fondo? NINFA è probabilmente la scelta migliore, non ci sono dati mancanti, è più simile a un fondo urbano