DINAMICA DEGLI INQUINANTI A.A PROPRIETA DELL ATMOSFERA PROF. RENATO BACIOCCHI

DINAMICA DEGLI INQUINANTI A.A. 2012 2013 PROPRIETA DELL ATMOSFERA PROF. RENATO BACIOCCHI

ARGOMENTI TRATTATI: 1. ATMOSFERA Estensione e struttura dell atmosfera Composizione dell aria Principali parametri fisici (temperatura, pressione, umidità, radiazione solare) Principali inquinanti e sorgenti di inquinamento Scale spaziali e temporali dei processi atmosferici Definizione di Strato Limite Atmosferico (SLA) La stabilità atmosferica e le classi di stabilità Le inversioni termiche: andamento giorno-notte 2

ESTENSIONE E STRUTTURA DELL ATMOSFERA Altezza (Km) 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 La stratificazione termica dell'atmosfera fino a 110 km -100-90 -80-70 -60-50 -40-30 -20-10 0 10 20 30 0 Temperatura ( C) 3

COMPOSIZIONE DELL ARIA 4

COMPOSIZIONE DELL ARIA 5

COMPOSIZIONE DELL ARIA L aria presente nell atmosfera non è mai secca, ma vi si trova sciolta una frazione variabile talvolta anche ragguardevole, di vapor d'acqua in genere notevolmente surriscaldato (aria umida), in relazione al sito e alle circostanze meteorologiche. L aria per semplicità viene trattata come un gas perfetto Quando non vi sono cambiamenti di stato, anche il vapor d acqua può essere trattato come una gas perfetto. Maggiori problemi si hanno quando il vapor d acqua è vicino alla saturazione. Un gas perfetto è un gas ideale le cui molecole hanno volume trascurabile e non interagiscono tra di loro se non con urti elastici. Per un gas perfetto vale la semplice equazione di stato dei gas perfetti : PV = nr T u che lega le variabili di stato: pressione P, temperatura T [Kelvin], volume V R u e la costante universale dei gas perfetti che vale 8.31 J K -1 moli -1 n è il numero di moli (1 mole contiene lo stesso numero di molecole per ogni gas: 6,02 1023 detto numero di Avogadro); n=m/m dove m è la massa del gas e M la massa di una mole, caratteristica di ogni gas. 6 Per l aria secca M a =28,965 g/mole Per il vapore d acqua M v =18 g/mole

ARIA: P = nrut V = m V R M u a T = ρrt P = ρrt 7

PRINCIPALI PARAMETRI FISICI L atmosfera, oltre a variare la sua temperatura con la quota, non ha in tutti i suoi punti, ad un determinato istante, una temperatura nota e costante nel tempo, perché soggetta a riscaldamento differenziato da parte del sole dall alto e a riscaldamento o raffreddamento dal basso operato dalla superficie terrestre. Si definisce ESCURSIONE TERMICA la differenza tra la temperatura massima e la temperatura minima misurate in una data località in un certo intervallo di tempo. Così potremo parlare di andamento o escursione termica annuale, mensile, giornaliera. Le scale termometriche 8

PRINCIPALI PARAMETRI FISICI Le diverse temperature della superficie terrestre provocano un diverso riscaldamento dell'aria sovrastante, che fa nascere i moti convettivi dell'aria. La convezione è la forma di propagazione del calore caratteristica dei liquidi e dei gas. L'aria calda (scaldata dal terreno) essendo meno densa di quella più fredda tenderà a salire per il principio di Archimede. Salendo quest'aria, lascia il posto a quella più fredda che le sta intorno, la quale viene così richiamata verso il terreno, ove a sua volta si scalda e sale. 9

PRINCIPALI PARAMETRI FISICI 10

PRINCIPALI PARAMETRI FISICI dp = ρ gdz ρ P = ρ RT 13

PRINCIPALI PARAMETRI FISICI P = P0 e z g RT ρ = ρ 0 e z g RT 14

PRINCIPALI PARAMETRI FISICI. λà λ = cost. T υ = c λ ν è è 20

Principali inquinanti atmosferici Gli inquinanti, quale che sia la loro origine, vengono divisi in: primari (immessi nell ambiente direttamente a seguito del processo che li ha originati, naturale e antropico). secondari (sostanze che si formano a seguito di modificazioni di varia natura, per reazioni chimico-fisiche tra gli inquinanti primari stessi o con l atmosfera, possono essere attivati dall energia solare e coinvolgono spesso l ossigeno atmosferico). μμ μ 21

Principali inquinanti atmosferici 22

Principali inquinanti atmosferici Le unità di misura delle concentrazioni di inquinanti atmosferici sono generalmente espresse in: ppm (parti per milione) o ppb (parti per miliardo), considerando per essi il rapporto in volumi tra la frazione inquinante e il resto di gas contenuto nell'aria. I volumi di inquinante e aria sono determinati alla temperatura e pressione standard di 15 C e 760 torr (pressione atm osferica al livello del mare) g/m 3 (microgrammi al metro cubo), considerando il rapporto tra la massa di inquinante (espresso in milionesimi grammo) e il volume d'aria che lo contiene (espresso in m 3 ). In zone fortemente inquinate, sono usati i milligrammi (10-3 grammi) al metro cubo 23

Principali sorgenti di inquinamento 24

Principali sorgenti di inquinamento 25

Principali sorgenti di inquinamento EMISSIONI DELLA CO NEGLI USA (da National Air Quality, Monitoring and Emission Trends Report, 1977, EPA-450/2-78-0.52,1978) EMISSIONI DEGLI IDROCARBURI NEGLI USA (da National Air Quality, Monitoring and Emission Trends Report, 1977, EPA-450/2-78-0.52,1978) 26

Principali sorgenti di inquinamento STIMA DELLE EMISSIONI DI OSSIDI DI ZOLFO NEGLI USA (1974) Da Le riviste di combustibili, Vol XXXVI, 7, 1982 STIMA DELLE EMISSIONI DI PARTICOLATO SOLIDO NEGLI USA (1974) Da Le riviste di combustibili, Vol XXXVI, 7, 1982 27

Scale spaziali e temporali dei processi atmosferici Nell atmosfera i composti sono introdotti, rimossi ed evolvono su scale spaziali e temporali molto diverse. SCALE SPAZIALI Si possono distinguere le seguenti categorie: La microscala (100 m 1 km) riguarda fenomeni che hanno una azione limitata a poche centinaia di metri; La scala urbana o locale (10 km 50 km) interessa aree metropolitane e/o industriali con un raggio di 10-50 km; La mesoscala o scala regionale (10 km 100 km) riguarda fenomeni che interessano aree da alcune decine a alcune centinaia di chilometri; La scala sinottica (100 km 5000 km) descrive le dinamiche caratteristiche di scale che vanno dalle centinaia alle migliaia di chilometri; La scala globale (> 5 000 km) comprende scale oltre i 5000 km. 28

Scale spaziali e temporali dei processi atmosferici SCALE TEMPORALI 29

STRATO LIMITE ATMOSFERICO 30