Figura 1
Sistema modellistico per la previsione della qualità dell'aria
Il sistema modellistico di ARIANOVA utilizza le tecniche più aggiornate per la descrizione delle emissioni, del trasporto e della trasformazione chimica degli inquinanti in atmosfera. Il sistema è particolarmente innovativo e si pone l'obiettivo di stimare l’inquinamento a scala locale (con risoluzione spaziale di 1 km), a partire dagli inventari delle emissioni locali e dalle previsioni meteorologiche e di qualità dell'aria disponibili a scala regionale. Utilizzando tecniche modellistiche di nesting delle griglie di calcolo, l'insieme delle simulazioni è realizzato limitando i tempi di esecuzione dei codici numerici, in modo tale da poter disporre in tempo utile delle previsioni per il giorno in corso ed il giorno seguente.
Il sistema modellistico di ARIANOVA nasce a seguito dell'esperienza maturata da Arianet S.r.l. ed ARPA Piemonte attraverso la partecipazione al progetto FUMAPEX, finanziato dalla Commissione Europea nell'ambito del 5° Programma Quadro per la ricerca, all'interno del quale è stato sviluppato un prototipo per la previsione della qualità dell'aria sull'area urbana di Torino.
Le previsioni di qualità dell'aria sono realizzate dal sistema modellistico costituito dai seguenti moduli, la cui interconnessione è illustrata in Figura 1:
moduli di interpolazione spaziale/temporale e adattamento delle previsioni meteorologiche ai domini di calcolo innestati (codici GAP e TINT);
processore meteorologico per la descrizione della turbolenza atmosferica e per la definizione dei parametri dispersivi (codice SURFPRO);
processore per il trattamento delle emissioni (codice EMMA) da fornire come input al modello euleriano, a partire dai dati degli inventari delle emissioni EMEP, CORINAIR ed INEMAR;
modello euleriano per la dispersione e le reazioni chimiche degli inquinanti in atmosfera (codice FARM);
modulo di post-processing per il calcolo dei parametri necessari alla verifica del rispetto dei limiti di legge (medie giornaliere, medie su 8 ore,...).
Il sistema è in grado di effettuare previsioni delle concentrazioni degli inquinanti di maggior interesse, fra i quali: SO2, NO2, CO, PM10, O3 e Benzene.
Il sistema modellistico è applicato simultaneamente alla Provincia di Novara e ad un'area che include l'intera Regione Piemonte (Figura 2). La tecnica di nesting dei domini di calcolo permette così di descrivere gli effetti delle sorgenti esterne all’area di interesse e i processi dominati da scale spaziali più grandi della scala urbana, come lo smog fotochimico.
Sulla Provincia di
Novara la risoluzione spaziale considerata è di 1 km, in modo da
consentire la descrizione delle principali caratteristiche del
territorio e delle aree urbane, senza entrare nella scala di influenza
dei canyon stradali. Il dominio regionale è descritto alla risoluzione
spaziale di 4 km.
La previsione effettuata si estende su
una finestra temporale di 48 ore.
Trattamento delle emissioni
Le emissioni per i due domini di calcolo sono elaborate a partire da inventari aventi caratteristiche e risoluzioni spaziali differenti: l’inventario INEMAR della Regione Piemonte, l’inventario INEMAR della Regione Lombardia, l’inventario nazionale CORINAIR italiano e l’inventario a scala europea EMEP (Figura 3). Le emissioni orarie sono calcolate per mezzo di un processore (EMMA) che consente la disaggregazione spaziale, la modulazione temporale e la speciazione dei VOC per i dati degli inventari relativi a sorgenti puntuali, areali e lineari utilizzando come informazioni di supporto la cartografia numerica della Regione Piemonte e i dati disponibili per i flussi di traffico sulle vie di comunicazione principali.
I campi
meteorologici prodotti dalle previsioni del codice LAMI sono
caratterizzati da una risoluzione spaziale di circa 7 km e sono
disponibili presso ARPA Piemonte con una cadenza trioraria. I campi
citati sono portati alle risoluzioni richieste dai domini di calcolo
del modello di qualità dell'aria, attraverso l'applicazione dei moduli
di interfaccia GAP (interpolazione spaziale e calcolo della velocità
verticale del vento) e TINT (interpolazione temporale).
Successivamente, il processore meteorologico SURFPRO è utilizzato per
ottenere una descrizione della turbolenza atmosferica e per definire i coefficienti di dispersione e le velocità di
deposizione degli inquinanti.
Il modello utilizzato per la simulazione della dispersione e delle reazioni chimiche degli inquinanti è il codice FARM, un modello Euleriano tridimensionale di trasporto e chimica atmosferica multifase, configurabile con diversi schemi chimici ed in grado di trattare i particolati. Nel modello sono state implementate tecniche di one-way e two-way nesting. Le condizioni iniziali ed al contorno sono costruite a partire dalle previsioni del sistema Prev’Air (www.prevair.org), disponibili a livello operativo presso ARPA Piemonte. Le concentrazioni iniziali sulla Regione Piemonte possono essere corrette a partire dalle osservazioni della rete regionale di monitoraggio della qualità dell’aria.