MODELLISTICA DELL INQUINAMENTO ATMOSFERICO DA PM. Antonio Piersanti

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1 MODELLISTICA DELL INQUINAMENTO ATMOSFERICO DA PM Antonio Piersanti Convegno ENEA-ISDE «La salute: elemento centrale per lo sviluppo sostenibile dei sistemi produttivi e del territorio» Roma, 5 maggio 2016

2 CHI SIAMO DIPARTIMENTO SOSTENIBILITÀ DEI SISTEMI PRODUTTIVI E TERRITORIALI GABRIELE ZANINI responsabile Divisione Modelli e tecnologie per la riduzione degli impatti antropici e dei rischi naturali LUISELLA CIANCARELLA responsabile Laboratorio Inquinamento Atmosferico SEDE BOLOGNA Mario Adani, Massimo Berico, Gino Briganti *, Andrea Cappelletti *, Giuseppe Cremona, Massimo D Isidoro, Antonella Malaguti, Teresa La Torretta, Mihaela Mircea, Roberto Nuzzi, Antonio Piersanti, Gaia Righini, Lina Vitali Felicita Russo, Milena Stracquadanio TD Alessandra Ciucci, Ettore Petralia, Chiara Telloli Assegni di ricerca SEDI ROMA Ilaria D Elia, Giovanni Vialetto, Alessandra De Marco, Pasquale Fedele, Giovanni Grandoni, Mariacristina Mammarella, Simonetta Pasqualini, Pasquale Spezzano, Maurizio Gualtieri Alessandro Anav Assegno di ricerca * sede ENEA Pisa

3 I PROCESSI ATMOSFERICI NEI MODELLI DI QUALITÀ DELL ARIA

4 Il Progetto MINNI Modello Integrato Nazionale a supporto della Negoziazione Internazionale sui temi dell inquinamento atmosferico Progetto ENEA finanziato dal 2002 al 2012 dal Ministero dell'ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare Sviluppato da ENEA in collaborazione con Arianet s.r.l. (Milano) e IIASA (International Institute for Applied Systems Analysis - Vienna)

5 IL SISTEMA MODELLISTICO ATMOSFERICO (SMA) Campi ECMWF RAMS, LAPS Meteo Dati Locali Sottosistema METEO SURFPRO Parametri di turbolenza Inventari (ISPRA GAINS ed EMEP) Emission Manager Emissioni Info spaziali e temporali Sottosistema EMISSIVO Campi EMEP IC e BC FARM Matrici di Trasferimento Sottosistema CHIMICO-FISICO Concentrazioni e Deposizioni GAINS

6 Le simulazioni modellistiche METEOROLOGIA: 1999, 2005: 20km ris. RAMS (nudging) 4km ris. LAPS (diagnostic) 2003, 2007, 2010: RAMS (nudging) a 20km e 4km ris. EMISSIONI: EMEP + Inventario Nazionale (ISPRA) (approccio top-down)+ Inventari Regionali (metodologia GAINS) IC/BC: EMEP/MSC-W output con ris. temporale di 3 ore per gas e aerosol; EMEP W/MSC-E con ris. temporale di 6 ore per HMs e POPs QUALITA DELL ARIA: FARM 20km e 4 km ris. orizzontale 12 livelli verticali (fino a 4 km) livelli verticali (fino a 10 km) 2005, 2003, 2007, 2010 One-way nested risoluzione temporale oraria ANNI SIMULATI: valutazione (1999, 2003, 2005*, 2007, 2010**) scenario (differenti proiezioni al 2015, 2020, 2030) * include HM e POPs a 20 km risoluzione orizzontale ** include HM e POPs a 4 e 20 km risoluzione orizzontale

7 Inquinanti simulati in MINNI-SMA - con limiti o valori obiettivo di legge (D.Lgs. 155/2010, Dir. 2008/50/EC): SO 2 - NO 2 - NO - CO - PM10 - PM2.5 - O 3 - C 6 H 6 - Pb - As - Cd - Ni - B(a)P - in base alla disponibilità di dati nell inventario nazionale (linee guida CLRTAP-EEA): NH 3 - NMVOC - Cr - Cu - Hg - Se - Zn - PCB - HCB - PCDD/F - in base agli schemi di modellistica chimica selezionati: componenti del PM: SO 4 2-, NO 3 -, NH 4 +, EC, OC - B(b)F - B(k)F - IP -

8 La componente secondaria del PM

9 FARM: Flexible Air quality Regional Model Initial and boundary conditions:(aerosol) Dry and wet aerosol deposition Land use and orography Meteorology Transport + diffusion Dry and wet gas deposition Emission model: sea salt Emission model: BVOC AEROSOL MODELS: AERO3 ISORROPIA SORGAM Heterogeneous chemistry GAS CHEMISTRY MECHANISM: SAPRC99 Aerosol emissions Gas emissions Initial and boundary conditions (gas)

10 Concentrazioni medie annue di PM 2,

11 Uno zoom sulla Campania al 2010 Emissioni top-down PM2,5 primario 2010 Concentrazione media annuale PM2,5

12 VALIDAZIONE DELLE SIMULAZIONI Le nostre simulazioni modellistiche sono sempre accompagnate da una validazione sia dei campi meteorologici che dei campi di qualità dell aria seguendo le procedure «standard» identificate nelle linee guida di FAIRMODE (Forum for air quality modelling in Europe): Estrazione dei dati simulati nei punti delle stazioni di monitoraggio (repository di ISPRA che raccoglie i dati delle Agenzie Regionali) Confronto tra dati simulati e dati misurati : calcolo degli scores e di diversi indici statistici I dati misurati devono rispettare specifici requisiti per il calcolo di diverse metriche: e.s., per il calcolo di una media annuale: giorni validi: > 75% di records orari validi in 1 giorno mesi validi: > 90% di giorni validi in 1 mese stagioni valide: > 75% di records validi in 1 stagione anno valido: > 90% di records validi in 1 anno (O3: > 75% di dati validi sia nei 6 mesi estivi che nei 6 mesi invernali) L incertezza viene stimata solo dove sono disponibili osservazioni e non in ogni punto o in ogni cella della griglia utilizzata dal modello Ciancarella, L., et al. «LA SIMULAZIONE NAZIONALE DI AMS-MINNI RELATIVA ALL ANNO 2010». Rapporto Tecnico ENEA RT/2016/12/ENEA, Mircea, M., et al. «Assessment of the AMS-MINNI system capabilities to simulate air quality over Italy for the calendar year 2005». Atmos. Environ. 84, 2014,

13 Materiale particolato (PM10): stazioni fondo urbano km 4 km mg/m 3

14 Materiale particolato (PM2,5): anno 2010 (a) (b) (c) PM2.5, MEDIE ANNUALI DEI VALORI ORARI. DIAGRAMMA DI TAYLOR ANNUALE (a), SCATTER PLOT ANNUALE (b), SCATTER PLOT STAGIONALE INVERNO (BLU) - ESTATE (ROSSO) (c). SONO RAPPRESENTATE LE STAZIONI: RURALI (CERCHI), URBANE (QUADRATI) E SUBURBANE (TRIANGOLI)

15 Metalli pesanti al 2010 (media annuale, ng/m3) As Cd Ni Pb B(a)P Ciancarella, L., et al., LA SIMULAZIONE NAZIONALE DI AMS-MINNI RELATIVA ALL ANNO Rapporto Tecnico ENEA RT/2016/12/ENEA,

16 Modellistica urbana orografia complessa + forti gradienti emissivi (spaziali e temporali) modelli a microscala (metro, secondo) gaussiani lagrangiani - CFD con chimica semplificata NO 2 -O 3, non su PM necessità di modello di background a mesoscala

17 Modellistica urbana in ENEA MicroSwiftSpray MSS applicato nel su Milano, Roma, Pordenone (accordo di collaborazione ENEA-MATTM su Reti Speciali di Qualità dell Aria) linea di ricerca e sviluppo

18 GLI IMPATTI DELL INQUINAMENTO ATMOSFERICO GLI IMPATTI SULLA SALUTE GLI IMPATTI SUGLI ECOSISTEMI NATURALI ED ANTROPICI GLI IMPATTI SUI MATERIALI

19 VALUTAZIONE DELL ESPOSIZIONE Da: Ranzi A., Cordioli M. - ARPA Emilia-Romagna - Bologna, 2015 Convegno Esperienze e metodi per la valutazione dell'impatto ambientale-sanitario ed economico dei determinanti ambientali

20 Decreto Interminist. 24 aprile 2013 «Disposizioni volte a stabilire i criteri metodologici utili per la redazione del rapporto di valutazione del danno sanitario in attuazione dell art.1-bis, comma 2 del D.L. 3/12/2012 n.207 convertito, con modificazioni dalla L. 24 dicembre 2012, n.231»

21 IL PROGETTO VIIAS ( VALUTAZIONE INTEGRATA DELL IMPATTO SULL AMBIENTE E SULLA SALUTE DELL INQUINAMENTO ATMOSFERICO (da Executive Summary, giugno 2015)

22 IL PROGETTO VIIAS ( Morti per cause non accidentali attribuibili a PM2.5 per residenti per cella modello AMS-MINNI (4x4km 2 ) negli anni di riferimento 2005, 2010, e nell anno di scenario 2020 (CLe) + scenari target 1 e 2.

23 IL PROGETTO VIIAS ( Morti per cause non accidentali attribuibili a PM2.5 negli anni di riferimento 2005, 2010, e nell anno di scenario 2020 (CLe) + scenari target 1 e 2: CONFRONTI (variazioni %)

24 IL PROGETTO VIIAS ( DECESSI PER CAUSE NON ACCIDENTALI ATTRIBUIBILI A PM2.5 PER RESIDENTI PER MACRO AREA GEOGRAFICA E REGIONE

25 IL PROGETTO MED HISS ( European Union LIFE+ project MEDiterranean Health Interview Survey Study (MED HISS LIFE12 ENV/IT/000834), Italy, France, Slovenia and Spain aiming to set up a surveillance system of air pollution long term effects, based on the availability of 3 sources of data: National Health Interview Surveys, available in all countries, representative of total population and covering both urban and rural areas mortality and hospital admissions registries air pollution models

26 GRAZIE PER L ATTENZIONE Antonio Piersanti antonio.piersanti@enea.it Convegno ENEA-ISDE «La salute: elemento centrale per lo sviluppo sostenibile dei sistemi produttivi e del territorio» Roma, 5 maggio 2016