INQUINANTI GASSOSI E PARTICOLATO: CONFRONTO SIMULAZIONI/OSSERVAZIONI PER DIVERSE CONFIGURAZIONI DEL SISTEMA MODELLISTICO AMS-MINNI Massimo D Isidoro, Gino Briganti, Andrea Cappelletti, Mihaela Mircea ENEA UTVALAMB-AIR massimo.disidoro@enea.it WORKSHOP MINNI Roma, 17-18 aprile 2013
CONTRIBUTI UTVALAMB-AIR Arianet S.r.l.
OBIETTIVO Validazione del modello FARM e suoi aggiornamenti mediante confronto con i dati della campagna di Trisaia
SOMMARIO Misure di gas e particolato a Trisaia Il modello di composizione chimica, trasporto e diffusione nel sistema AMS-MINNI: FARM Configurazioni di FARM adottate per le simulazioni della campagna di Trisaia Confronto simulazioni/osservazioni su Trisaia per le specie O3, NO2, PM10 e PM25 Commenti finali
Strumentazione per O3, NO2, PM Analizzatori fotometrici (Thermo Enviromenta lnstrument). Mezzo mobile - ENEA Trisaia Misura inquinanti gassosi SO 2, CO, NOx, O 3 CAMPIONATORI FAI HYDRA Dual Sampler supporti in polytetrafluoroethylene (PTFE) Pall TEFLO W/RING) Ø47mm concentrazione in massa PM10, PM2.5 metodo gravimetrico
IL MODELLO FARM Initial and boundary conditions (aerosol) Dry and wet aerosol deposition Land use and orography Meteorology and turbulence parameters Transport + diffusion Dry and wet gas deposition Parameterized emissions: Ses salt Parameterized Emissions: biogenic AEROSOL MODULE (AERO3) + SOA Heterogeneous chemistry GAS CHEMISTRY MODULE (SAPRC90/SAPRC99) Aerosol emissions Gas emissions Initial and boundary conditions (gas)
DOMINI DI SIMULAZIONE 20km 4km CAMPAGNA SPERIMENTALE CONDOTTA DA ENEA A TRISAIA (MAGGIO-GIUGNO 2010)
DOMINI DI SIMULAZIONE 20km 1km 4km CAMPAGNA SPERIMENTALE CONDOTTA DA ENEA A TRISAIA (MAGGIO-GIUGNO 2010)
DOMINI DI SIMULAZIONE 20km 1km 4km CAMPAGNA SPERIMENTALE CONDOTTA DA ENEA A TRISAIA (MAGGIO-GIUGNO 2010)
CONFIGURAZIONI DI FARM Configurazione «di partenza» SAPRC90 (46 specie, 129 reazioni) Aggiornamento meccanismo fotochimico SAPRC99 (80 specie e 215 reazioni (con aggiunta sali marini e polveri nella frazione fine dell aerosol) Aggiunta Emissioni biogeniche (principalmente isoprene e terpene) modellate: SAPRC99+MEGAN
SETUP FARM INPUT METEOROLOGICO Da RAMS a 20, 4 e 1km risoluzione spaziale orizzontale Turbolenza e velocità di deposizione (SURFPRO) Risoluzione temporale: 1h Concentrazioni: 20 km: ic/bc EMEP ogni 3h 4 e 1km (nesting) QUALITA DELL ARIA Emissioni: antropiche: ISPRA inventario nazionale top-down + EMEP biogeniche: SAPRC90/99: ISPRA per Italia e Guenther et al. (2005) per gli altri paesi confinanti compresi nel dominio. SAPRC99+MEGAN: modello MEGAN per la stima delle emissioni biogeniche. 1km: l utilizzo di emissioni di tipo lineare per il traffico permette di rendere visibili l effetto delle principali arterie stradali
SAPRC90 OZONO 20km 4km Concentrazioni medie al suolo 1km
RISULTATI: SAPRC90 OZONO Serie temporali su Trisaia
RISULTATI: SAPRC90 NO2 20 km 4 km 1 km 20km 4km 1km Concentrazioni medie al suolo
RISULTATI: SAPRC90 NO2 Serie temporali su Trisaia
RISULTATI: SAPRC90 PM10 20km 4km 1km 20 km 4 km 1 km Concentrazioni medie al suolo
RISULTATI: SAPRC90 PM10 Serie temporali su Trisaia
RISULTATI: SAPRC90 PM2.5 20km 4km 1km 20 km 4 km 1 km Concentrazioni medie al suolo
RISULTATI: SAPRC90 PM2.5 Serie temporali su Trisaia
AGGIORNAMENTO: SAPRC99 SAPRC90 SAPRC99 46 specie 129 reazioni 80 specie 215 reazioni Serie temporali su Trisaia
RISULTATI: SAPRC99 O3 Serie temporali su Trisaia
RISULTATI: SAPRC99 O3 8h avg daily max Serie temporali su Trisaia
RISULTATI: SAPRC99 NO2 Serie temporali su Trisaia
RISULTATI: SAPRC99 NO2 Serie temporali su Trisaia
RISULTATI: SAPRC99 PM10 Serie temporali su Trisaia
RISULTATI: SAPRC99 PM10 Serie temporali su Trisaia
RISULTATI: SAPRC99 PM2.5 Serie temporali su Trisaia
RISULTATI: SAPRC99 PM2.5 Serie temporali su Trisaia
RISULTATI: SAPRC99 Bias su Trisaia alle diverse risoluzioni
RISULTATI: SAPRC99 Bias su Trisaia alle diverse risoluzioni
RISULTATI: SAPRC99 Verifica su altri punti nel dominio 1km Stazioni BRACE Pisticci scalo Tipo Zona UTM X (m) UTM Y (m) Lon. Lat. Quota [m] Codice stazione Regione industriale rurale 1140653 4501875 40.42 16.55 58 1707779 BASILICATA Inquinanti per validazione CO, NO2 Firmo industriale rurale 1117920 4420932 39.71 16.21 220 1807875 CALABRIA CO, NO2, O3; PM10 Saracena industriale rurale 1117501 4424037 39.74 16.20 386 1807876 CALABRIA CO, O3, PM10 Statte industriale suburbana 1194819 4522658 40.56 17.20 130 1607376 PUGLIA Taranto Talsano Taranto Machiavelli Stazioni dall inventario BRACE industriale suburbana 1203231 4506562 40.41 17.28 20 1607380 PUGLIA industriale suburbana 1197498 4514622 40.49 17.23 18 1607377 PUGLIA NO2, O3, SO2, PM10 NO2, O3, SO2, PM10 CO, NO2, SO2, PM10
RISULTATI: SAPRC99 Scatter plots: O3 20km 4km 1km
RISULTATI: SAPRC99 Scatter plots: O3 20km 4km 1km
RISULTATI: SAPRC99 Bias: Ozono
RISULTATI: SAPRC99 Scatter plots: NO2 20km 4km 1km
RISULTATI: SAPRC99 Scatter plots: NO2 20km 4km 1km
RISULTATI: SAPRC99 Bias: NO2
RISULTATI: SAPRC99 Scatter plots: PM10 20km 4km 1km
RISULTATI: SAPRC99 Scatter plots: PM10 20km 4km 1km
RISULTATI: SAPRC99 Bias: PM10
RISULTATI: SAPRC99+MEGAN Inserimento del modulo MEGAN con SAPRC99 Isoprene Terpene Emissioni medie per il periodo maggio-giugno 2010
RISULTATI: SAPRC99+MEGAN Ozono Serie temporali su Trisaia
RISULTATI: SAPRC99+MEGAN O3 8h avg daily max SAPRC99 SAPRC99+MEGAN
RISULTATI: SAPRC99+MEGAN NO2 Serie temporali su Trisaia
RISULTATI: SAPRC99+MEGAN NO2 Serie temporali su Trisaia
RISULTATI: CONFRONTO TRA LE VARIE CONFIGURAZIONI Bias O3 e NO2 su Trisaia a 1km
RISULTATI: CONFRONTO CONFIGURAZIONI Bias PM su Trisaia a 1 km Differenze minime nella massa totale: cambiano le componenti dell aerosol (vd. presentazione Mircea)
CONCLUSIONI L aggiornamento dello schema chimico dei gas del modello FARM (da SAPRC90 a SAPRC99) e l ulteriore implementazione delle emissioni biogeniche (SAPRC99+MEGAN) è stato testato su Trisaia confrontando le concentrazioni di O3, NO2, PM10 e PM2.5 simulate con quelle misurate. In generale si può dire che aumentando la risoluzione si trae giovamento per O3 e NO2, meno sul PM (dust, componenti ). Le diverse implementazioni mostrano differenze in particolare:
CONCLUSIONI OZONO: Il ciclo diurno risulta più in linea con le osservazioni nelle simulazioni ad alta risoluzione (buoni risultati sul massimo giornaliero mediato su 8h) Il bias (negativo) su Trisaia tende migliorare all aumentare della risoluzione Alla risoluzione massima (1km) l implementazione SAPRC90->SAPRC99->SAPRC99+MEGAN mostra un miglioramento della discrepanza modelloosservazione Per quanto riguarda le stazioni BRACE non si osserva mediamente un significativo cambiamento di performance alle diverse risoluzioni, ma a livello di singole stazioni
CONCLUSIONI NO2: Su Trisaia il passaggio ad alte risoluzioni porta ad un lieve miglioramento della sottostima (sito con basse emissioni e quindi gradienti) Le differenze tra le diverse implementazioni non sono molto grandi (anche qui forse basse emissioni non permettono si «stressare» i diversi meccanismi) Il confronto esteso alle stazioni BRACE mostra che l aumento della risoluzione produce un miglioramento nel bias, soprattutto nei posti più inquinati (zona di Taranto).
CONCLUSIONI PM Sottostima generale su Trisaia (dust e emissioni primarie non speciate) a tutte le risoluzioni Il confronto sulle stazioni BRACE alle diverse risoluzioni mostra un miglioramento del bias sulle aree più inquinate (zona Taranto).