dell aria nel bacino padano e in Emilia Romagna

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1 Scenari Scenari futuri di qualità dell aria nel bacino padano e in Emilia Romagna Marco Deserti,, Giovanni Bonafè, Enrico Minguzzi,, Michele Stortini, Arpa Emilia-Romagna, Servizio IdroMeteorologico, area Meteorologia Ambientale.

2 Prev air (Chimere-continental-Europe-domain) Boundary conditions from Prev Air ArpaRivista, n.4 lug-ago NINFA: Previsioni quotidiane Ozono, PM10 valutazione della qualità dell aria Analisi di scenario NINFA (ER-Chimere-regional-Po valley domain) CORINAIR Input meteo 2000 LAMI-SIM (COVN ton/anno)

3 Metodo e Ipotesi di lavoro METODO 1. Simulazione del caso base 2. Verifica con i dati 3. Simulazione di scenari 4. Valutazione delle variazioni IPOTESI Le emissioni variano lentamente nel tempo (anno di stima 2000) L anno meteorologico di riferimento è aprile marzo 2004 (estate molto calda) I risultati sono rappresentativi dell inquinamento presente nelle zone rurali e nei grandi agglomerati urbani (risoluzione orizzontale10 km)

4 Riepilogo risultati 1. Analisi/valutazione-mappe 2. Tendenze al Azioni necessarie/possibili 4. Metodologie e tecniche di valutazione e previsione

5 ozono: media diurna aprile - settembre ppb ppb ppb ppb

6 ozono: valore bersaglio per la protezione della salute umana gg gg

7 ozono: valore bersaglio per la protezione della salute umana target 2010: < 25 giorni gg gg

8 OZONO caso base target 2010: < 25 giorni O3 media diurna [μg/m 3 ] aprile-settembre Numero di giorni con media di 8 ore di O3 >120 μg/m 3 aprile-settembre Massimo numero di superamenti 25 per anno Il livello di protezione della salute per l ozono viene superato assai di frequente in tutta l area padana. Le situazioni più critiche sono nella parte settentrionale della pianura e nella regione subalpina.

9 PM10 medio PM10 medio [μg/m 3 ] aprile-settembre PM10 medio [μg/m 3 ] ottobre-marzo

10 PM10 medio PM10 medio [μg/m 3 ] aprile-settembre PM10 medio [μg/m 3 ] ottobre-marzo

11 PM10 medio PM10 medio [μg/m 3 ] aprile-settembre PM10 medio [μg/m 3 ] ottobre-marzo il PM10 raggiunge i valori massimi nel periodo invernale nella pianura settentrionale, dalle regioni subalpine alla costa Adriatica. I valori più elevati sono attorno ai grandi agglomerati di Milano e Torino.

12 PM10 superamenti soglia, caso base PM10, stima del numero di superamenti della soglia di 50 μg/m 3, La linea rossa corrisponde a 35 superamenti all anno

13 PM2.5 medio PM2.5 medio [μg/m 3 ] aprile-settembre PM2.5 medio [μg/m 3 ] ottobre-marzo

14 PM2.5 medio PM2.5 medio [μg/m 3 ] aprile-settembre PM2.5 medio [μg/m 3 ] ottobre-marzo

15 PM2.5 medio PM2.5 medio [μg/m 3 ] aprile-settembre PM2.5 medio [μg/m 3 ] ottobre-marzo Le prime valutazioni modellistiche indicano che la soglia di 25 μg/m3 per la media annuale del PM2.5 introdotta dalla nuova direttiva sarebbe probabilmente più stringente rispetto a quella di 40 μg/m3 del PM10

16 Conclusioni 1/3: analisi/valutazione Le aree più critiche per PM10 e PM2.5 sono attorno ai grandi agglomerati di Milano e Torino, l Emilia- Romagna è relativamente meno critica. Le aree più critiche per O3 sono le aree sub urbane e rurali dell area sub alpina, criticità in tutta ER. Nei principali agglomerati di ER la media annuale di PM10 di fondo è prossima al valore limite, le maggiori criticità sono per il numero di superamenti della soglia. Il numero di superamenti del livello di protezione della salute per O3 è molto superiore al valore obiettivo. Più di 100 superamenti/anno.

17 Scenari emissivi, NOx Riduzione percentuale totale CO NMVOC NH3 NOX PM SO2 6% 32% 1% 28% 34% 54% CLE 2010: Riduzioni delle emissioni su tutta Europa previste al 2010 secondo la legislazione in vigore (fonte CAFE-IASA, EMEP) 13% del totale ZERO-EMR: azzerate tutte le emissioni dell Emilia-Romagna

18 Scenari emissivi, PM10 Riduzione percentuale totale CO NMVOC NH3 NOX PM SO2 6% 32% 1% 28% 34% 54% CLE 2010: Riduzioni delle emissioni su tutta Europa previste al 2010 secondo la legislazione in vigore (fonte CAFE-IASA, EMEP) 12% del totale ZERO-EMR: azzerate tutte le emissioni dell Emilia-Romagna

19 Scenari: CLE 2010, Ozono Ozono, numero di giorni con media su 8 ore > 60 ppb, caso base (sinistra) e scenario CLE 2010(destra) Riduzione delle emissioni dei precursori (NOx e VOC) di circa 30% sull intero dominio La media diurna (estiva) dell ozono cala del 5% Il numero di superamenti della soglia 120 μg/m 3 (60ppb) diminuisce del %

20 Scenari: CLE 2010, PM10, media PM10, concentrazione media annuale, caso base (sinistra) e scenario CLE 2010 (destra) Riduzione delle emissioni di NOx e PM10 di circa il 30% e di SO2 di circa il 50% su tutta l Europa La media annuale del PM10 nelle zone rurali lontano dal mare cala del % (fino al 25% nelle aree urbane)

21 Scenari: CLE 2010, PM10, n di superamenti PM10, stima del numero di superamenti della soglia di 50 μg/m 3, caso base (sinistra) e scenario CLE 2010 (destra) La linea rossa corrisponde a 35 superamenti all anno Riduzione delle emissioni di NOx e PM10 di circa il 30% e di SO2 di circa il 50% su tutta l Europa Il numero di superamenti dei 50 μg/m 3 viene ridotto del % nelle aree rurali, suburbane e fondo nei grandi agglomerati (la stima tiene conto della sottostima del modello)

22 Scenari: Emilia Romagna zero, Ozono Ozono, numero di giorni con media su 8 ore > 60 ppb, caso base (sinistra) e scenario EMR zero (destra) Emissioni zero sull Emilia Romagna, corrispondenti a una riduzione delle emissioni totali sul dominio del 13% La media diurna (estiva) dell ozono rimane sostanzialmente invariata (nessuna variazione nelle aree urbane, -3% nelle zone rurali della Romagna) Il numero di superamenti della soglia 120 μg/m 3 (60ppb) diminuisce del 20% (15% a Bologna)

23 Scenari: Emilia Romagna zero, PM PM10, concentrazione media annuale, caso base (sinistra) e scenario EMR zero (destra) Emissioni zero sull Emilia Romagna, corrispondenti a una riduzione delle emissioni totali sul dominio del 13% La media annuale del PM10 (lontano dai confini regionali) cala del 30-40% La stima (tenendo conto del bias del modello) del numero di superamenti della media giornaliera di 50 μg/m 3 risulta sostanzialmente azzerata

24 Conclusioni 2/3: tendenze Per portare l ER ad una situazione prossima al rispetto del limite sul numero di superamenti di PM10 e sulla media annuale di PM2.5 è necessaria una rigorosa applicazione della legislazione Europea (CLE2010) relativa alle emissioni inquinanti Le riduzioni associate al CLE2010 sono drastiche: % di precursori (NOx, NH3, SOx) e di PM10 primario La applicazione di ulteriore misure locali di riduzione delle emissioni potrebbe portare al completo rispetto dei limiti. (limite zeroer) Queste misure non saranno sufficienti per ottenere una significativa riduzione dell ozono in tutto il BPA.

25 Verifica Possiamo fidarci? Verifica su dati rete monitoraggio : 8 stazioni rurali di fondo 6 stazioni suburbane di fondo 24 stazioni urbane di fondo 11 stazioni urbane di traffico Verifica con dati di campagne Misure speciali Lab. Mobili (in corso)

26 verifica ozono BIAS errore quadratico medio correlazione misure modello

27 verifica NO2 BIAS errore quadratico medio correlazione misure modello

28 verifica PM10 BIAS errore quadratico medio correlazione misure modello

29 Conclusioni 3/3: Azioni necessarie/possibili Politiche provinciali/regionali possono portare a riduzioni significative di PM10. Per O3 sono necessarie politiche a larga scala.!! Attenzione: le riduzioni da applicare sono sostanziali: % di precursori (NOx, NH3, SOx) e di PM10 primario. La applicazione della legislazione richiede il coinvolgimento delle amministrazioni locali ed una azione comune a scala di bacino. La mancata applicazione delle misure in una parte del dominio riduce l efficacia delle azioni intraprese. Le azioni aggiuntive a livello provinciale/regionale devono essere attuate in modo coordinato e coerente su tutta la pianura padana. Le azioni devono essere quantificate in termini di variazioni emissive e di impatto sulla qualità dell aria.

30 Prossimi passi. Analisi di maggior dettaglio su Emilia- Romagna (5 km risoluzione) Nuove emissioni, inventario ER Analisi di ulteriori scenari in ER Studi della variabilità interannuale (

31 ringraziamenti Regione Emilia-Romagna, servizio inquinamento atmosferico, acustico, em. ARPA, Eccellenza-VGQA ARPA IA Sezioni prov.li

32 GRAZIE PER L ATTENZIONE

33 stazioni di misura per la verifica del modello 8 stazioni rurali di fondo 6 stazioni suburbane di fondo 24 stazioni urbane di fondo 11 stazioni urbane di traffico

34 incertezza della modellizzazione (DM e Dlgs ) inquinante indicatore periodo dati che soddisfano i criteri di qualità (stazioni RB,SB con almeno 90% dei dati) ozono media oraria aprilesettembre 84% NO2 media oraria anno 50% media giornaliera 72% media annuale 75% PM10 media annuale anno 75%

35 distribuzione dimensionale

36 Model verification: PM10 speciation NINFA Long4 Putard 2003 DUST 29% SALT 1% HNO3 27% min. dust 15% sea salt 4% NO3 28% SOA 10% SO4 19% NH3 14% OM 27% nssso4 14% NH4 12% * Data from CNR-ISAC (S.Fuzzi, C. Facchini) Bologna, annual mean* Caution 2003 vs !

37 NINFA Estate % PolveRE Estate Risosp 19% Sale 0% Primario 35% Solfati 18% Cloruri 0% altro 12% Organico 16% Solfati 17% Nitrati 5% Ammonio 8% Ammonio 1% Nitrati 9% Insolubile 60% NINFA Inverno PolveRE Inverno Ammonio 13% Solfati Organico Risosp 10% 3% 3% Sale 0% Primario 36% Ammonio 7% Solfati 12% Cloruri 3% altro 5% Insolubile 41% Nitrati 35% Nitrati 32% Composizione PM10 a Bologna

38 Model verification O3, summer2003 daytime ozone concentrations (1-hour and maximum daily 8-hour mean) agree very well with the observed ones, with correlation coefficients higher than 0.7 and low bias PM10 annual mean levels are underestimated (the bias is approximately -20 μg/m 3 ), although correlation coefficients for the daily mean are around 0.6 μg/m3 mg/m ,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 RB (N=3) SB (N=8) UB (N=16) UT (N02) sim oss PM10, year RB (N=2) SB (N=6) UB (N=8) UT (N=4) sim oss

39 μg/m Model verification: Ozone mean day in the plane, in the hills and in the mountain Ozono - Giorno tipico dal 01/06/1995 al 31/08/ ORE città montagna collina rurali pianura Observed: MOTAP NINFA model April Sept 2003 The daily cycle is well reproduced by NINFA: Plane: high peak values during the day, minimum during the night, Mountain: little diurnal cycle

40 Base case: PM size distribution μg/m3 D (micron) D (micron) Granulometric distribution of PM, Summer (left) and winter (right) months Milan and Bologna are urban, SPCapofiume rural in Po valley, Febbio rural in Appenines.

41 PM10 speciation and PM size distribution in Bologna There is a lack of experimental data, a very rough comparison indicate that: organic seems to be strongly underestimated Inorganic is underestimated Dust agreement Salt: sea salt can be neglect in Bologna, other sources..? Similar results for continental (Prev air 50 km) and regional (NINFA 10 km) simulations There is a general, although rough, agreement between observed and simulated size distribution μ g/m3 microg/m3 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 NO3 - hno3 PM speciation, Bologna NH4 - nh3 nssso4 - hso4 PM size distribution normalized annual mean D (micron) NINFA OM - soa POLVERE min. dust Putard 2003 Long4 Prev'air sea salt unacc. - ppm

42 Risultati: PM10, caso base Speciation of PM10, Milan, Summer (left) and winter (right) months

43 Risultati: PM10, caso base Granulometric distribution of PM10, Milan, Summer (left) and winter (right) months Bla

44 Azioni in corso In tutta la pianura padana vengono superati i livelli di inquinamento stabiliti dalle norme europee e nazionali. 2002: il governo Regionale dell Emilia Romagna, le Autorità Provinciali e le principali Municipalità hanno sottoscritto il primo accordo regionale sulla qualità dell aria. Questo accordo è finalizzato prevalentemente alla gestione dell inquinamento da PM10. L accordo è stato rinnovato negli anni successivi ed è tuttora in vigore. Per supportare le autorità locali nella gestione degli episodi acuti di inquinamento ARPA ha avviato un servizio di previsione dell inquinamento atmosferico. 2003: il Governo Regionale ha affidato ad ARPA l incarico di sviluppare un sistema integrato per la valutazione, previsione e gestione della qualità dell aria. 2005: Il sistema integrato NINFA ha iniziato le attività operative. 2006: La Comunità Europea invita la Repubblica Italiana ad adottare misure per l adozione di piani e programmi di miglioramento della qualità dell aria (procedura di infrazione). ARPA realizza le prime analisi di scenario nel BPA e in ER : i Governi Regionali di Emilia Romagna, Friuli Venezia Giulia, Lombardia, Piemonte, Veneto, Provincia Autonoma di Trento sottoscrivono un accordo per la prevenzione e riduzione dell inquinamento atmosferico. In tale ambito viene istituita una task force sulla modellazione e monitoraggio della qualità dell aria coordinata da ARPA Emilia Romagna. O3 PM10

45 Il sistema NINFA Network dell Italia del Nord per la Fotochimica e l Aerosol Northern Italian Network to Forecast photochemical and Aerosol pollution Multiscalarità Multiprocesso Multiscopo Codice aperto (CHIMERE) Operatività Accessibilità dei dati EMISSIONI CTN_ACE Corse giornaliere su work station Linux. Inizio 4:00 GMT, output 09:00 GMT. Simulazioni scenari su multiprocessore 6 nodi, 70 CPU/giorno Costruzione interfaccia CHIMERE - LAMI Aggiunto modulo per sorgenti puntuali I campi meteo da LAMI con ciclo di assimilazione dei dati osservati (LAMA) sono utilizzati per le analisi di scenario. Previsioni pubblicate ogni giorno su WEB Possibilità di distribuire campi numerici NRT METEO: LAMI/LAMA USO del SUOLO: CORINE2000+GL C2000 CHIMERE CONDIZIONI al CONTORNO: (Prev'air) OUTPUT: O 3, NO 2, PM 10, (SO 2.. ) ArpaRivista, n.4 lug-ago 2005 scaricabile da

46 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)