Modelli per la qualità dell aria

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1 Modelli per la qualità dell aria Giovanni Bonafè ARPA SIM Emilia Romagna Bologna, 6 aprile 006 Bologna, 6 aprile 006

2 applicaione dei modelli di QA valutaione di QA in one sena misure (valutaione preliminare, oniaione, relaioni annuali di QA...) individuaione di one critiche per collocaione centraline analisi di scenario (p.es.: misure di riduione delle emissioni, rinnovo parco macchine, provvedimenti di targhe alterne...) valutaioni di impatto ambientale (valutaione degli impatti di soluioni alternative) previsioni di QA rilasci accidentali (gestione di emergene) Bologna, 6 aprile 006

3 classificaione dei modelli QA modelli statistici modelli deterministici mod. regressivi lineari alberi di classificaione nearest neighbour reti neurali analitici euleriani lagrangiani a particelle a traiettoria gaussiani a box gaussiani modificati a puff a griglia Bologna, 6 aprile 006

4 la scelta del modello elementi da considerare: scala spaiale (microscala, locale, mesoscala, regionale, globale) scala temporale (short-term/long-term) terreno piano/complesso, dominio urbano/rurale, siti costieri, valli, canon urbani... inquinante inerte/reattivo, gas/aerosol deposiione sì/no complessità dei fenomeni meteo, presena di calme di vento, bree... sorgenti emissive da considerare (puntuali, lineari, areali) tempi di calcolo tempi di predisposiione degli input costi Bologna, 6 aprile 006

5 modelli gaussiani integraione dell equaione generale di trasporto e diffusione, in condiioni semplificate: condiioni meteo staionarie e omogenee velocità del vento non nulla (V al denominatore) inquinante passivo, inerte nessuna rimoione terreno piatto C( x,, ) = Q C f =, emissione = fondo Q π V = ( x, turbolena), e C f il pennacchio (plume) viene trasportato nella direione del vento Bologna, 6 aprile 006

6 modelli gaussiani modificati innalamento del pennacchio (altea effettiva della sorgente) inversioni in quota calme di vento sorgenti lineari, areali, volumetriche (la linearita' emissioniconcentraioni dell'equaione del gaussiano consente di sommare varie sorgenti --> modelli per aree urbane) siti costieri terreno complesso (valli, colline, declivi...) aree urbane, canon urbani trasformaioni chimiche semplici deposiioni effetto scia (wake) (dovuta al camino o ad edifici) Bologna, 6 aprile 006

7 Bologna, 6 aprile 006 modelli a puff condiioni non omogenee e non staionarie emissione discretiata in una serie di singoli sbuffi (puffs) ogni singolo puff viene trasportato dal vento, diffondendo gaussianamente nelle tre direioni calme di vento (non c è V al denominatore) orografie complesse meteo ed emissioni evolutive necessario un campo 3D di vento (da un pre-processore meteo mass consistent o da un modello prognostico) baricentro c c x c massa M c c x c x x x e M x C = = + + = ),, ( ) ( ) ( ) ( 3 ) ( ),, ( π

8 modelli a box propagaione istantanea dell inquinante in tutto il dominio (approccio matematico semplificato) utili per: 1. implementare sorgenti complesse in domini omogenei dal p.d.v. dispersivo (aree urbane). implementare/testare schemi chimici anche complessi 3. stimare andamenti medi su lunghi periodi di inquinanti secondari 4. valutare effetti di politiche di riduione delle emissioni Bologna, 6 aprile 006

9 modelli lagrangiani sistema di riferimento mobile che segue lo spostamento delle masse d aria modello a traiettoria (a box): segue una colonna d aria che si muove col vento medio evoluione del box euleriano (il box si muove, manca il termine avvettivo) modello a particelle: emissioni discretiate in un certo numero di particelle utili in situaioni di turbolena complessa perché evitano parametriaioni della turbolena e dei coefficienti di diffusione possono implementare decadimento chimico, deposiione, assorbimento, risospensione tempi di calcolo lunghi Bologna, 6 aprile 006

10 modelli euleriani a griglia dominio suddiviso in un grigliato 3D ogni singola cella funiona come un modello euleriano a box risoluione oriontale: qualche km risoluione verticale: da decine di m (al suolo) a centinaia di m (in quota) Bologna, 6 aprile 006

11 modelli euleriani fotochimici a griglia campo di vento 3D trasporto parametriaione della dispersione turbolenta implementano meccanismi chimici più o meno complessi alcuni composti organici rappresentati esplicitamente (specie molecolari), altri raggruppati in base alle caratteristiche chimiche in specie condensate (alcani, alcheni, aromatici...) deposiione secca i più avanati considerano anche: deposiione umida processi chimici in fase eterogenea (aerosol, quindi PM 10, PM.5...) fenomeni di risospensione ed erosione emissioni (biogeniche) espresse come funione delle condiioni meteo esistono esperiene (MUSKAT, GEM) di implementaione di un euleriano fotochimico direttamente on-line nel modello meteo (trasporto, diffusione, trasformaioni chimiche... sono calcolate per ogni time-step del modello meteo tempi di calcolo molto lunghi) Bologna, 6 aprile 006

12 alcuni modelli gratuiti... terreno piano: CALINE3, ISC3,... terreno complesso: CALPUFF, CTDMPLUS, CTSCREEN, COMPLEX1, VALLEY,... one costiere: OCD, SDM aeroporti: ADAM fotochimico unidimensionale: OZIPR Bologna, 6 aprile 006