Ravenna - Convegno: scenari futuri e futuribili per porto Marghera
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Marco Marco DesertiDeserti, Giovanni , Giovanni BonafèBonafè, , Enrico MinguzziEnrico Minguzzi, Michele , Michele StortiniStortini, , ArpaArpa EmiliaEmilia--Romagna, Romagna, Servizio IdroMeteorologicoServizio IdroMeteorologico, ,
area area Meteorologia AmbientaleMeteorologia Ambientale..
““Scenari futuri di qualità Scenari futuri di qualità dell’aria nel bacino padanodell’aria nel bacino padano
e in Emilia Romagna”e in Emilia Romagna”
Area Meteorologia Ambientale
NINFA (ER-Chimere-regional-Povalley domain)
Prev’air (Chimere-continental-Europe-domain)
CORINAIR 2000 (COVN ton/anno)Input meteo LAMI-SIM
Boundary conditions from Prev’Air
NINFA:• Previsioni quotidiane Ozono, PM10
• valutazione della qualità dell’aria
• Analisi di scenario
http://www.arpa.emr.it/sim/
ArpaRivista, n.4 lug-ago 2005-www.arpa.emr.it/arparivista/
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Metodo e Ipotesi di lavoro
METODO1. Simulazione del caso
base2. Verifica con i dati3. Simulazione di scenari4. Valutazione delle
variazioni
IPOTESI• Le emissioni variano
lentamente nel tempo (anno di stima 2000)
• L’anno meteorologico di riferimento è aprile 2003-marzo 2004 (estate molto calda)
• I risultati sono rappresentativi dell’inquinamento presente nelle zone rurali e nei grandi agglomerati urbani (risoluzione orizzontale10 km)
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Riepilogo risultati
1. Analisi/valutazione-mappe2. Tendenze al 20103. Azioni necessarie/possibili 4. Metodologie e tecniche di valutazione e
previsione
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ozono:media diurna aprile - settembre
30 40 45 50 55 60 65 70
60-65 ppb
60-65 ppb
55-60 ppb
50-55 ppb
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ozono:valore bersaglio per la protezione della salute umana
5 10 20 40 60 80 100 120 140
100-120 gg.
120-140 gg.
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ozono:valore bersaglio per la protezione della salute umana
5 10 20 40 60 80 100 120 140
target 2010:< 25 giorni
100-120 gg.
120-140 gg.
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• 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.
OZONO caso base
O3 media diurna [μg/m3]aprile-settembre
Numero di giorni con media di 8 ore di O3>120 μg/m3 aprile-settembre
Massimo numero di superamenti 25 per anno
target 2010:< 25 giorni
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PM10 medio
5 10 15 20 25 30 35PM10 medio [μg/m3]
aprile-settembre
5 10 15 20 25 30 35PM10 medio [μg/m3]
ottobre-marzo
Area Meteorologia Ambientale
PM10 medio
5 10 15 20 25 30 35PM10 medio [μg/m3]
aprile-settembre
5 10 15 20 25 30 35PM10 medio [μg/m3]
ottobre-marzo
15-2020-25
10-15
25-30
20-2
5
10-155-10
Area Meteorologia Ambientale
PM10 medio
5 10 15 20 25 30 35PM10 medio [μg/m3]
aprile-settembre
5 10 15 20 25 30 35PM10 medio [μg/m3]
ottobre-marzo
15-2020-25
10-15
25-30
20-2
5
10-155-10
•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.
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PM10 superamenti soglia, caso base
PM10, stima del numero di superamenti della soglia di 50 μg/m3, La linea rossa corrisponde a 35 superamenti all’anno
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PM2.5 medio
2 5 10 15 20 25 30PM2.5 medio [μg/m3]
aprile-settembrePM2.5 medio [μg/m3]
ottobre-marzo
2 5 10 15 20 25 30
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PM2.5 medio
2 5 10 15 20 25 30PM2.5 medio [μg/m3]
aprile-settembrePM2.5 medio [μg/m3]
ottobre-marzo
2 5 10 15 20 25 30
5-1010-15
5-10
10-15
10-155-10
Area Meteorologia Ambientale
PM2.5 medio
2 5 10 15 20 25 30PM2.5 medio [μg/m3]
aprile-settembrePM2.5 medio [μg/m3]
ottobre-marzo
2 5 10 15 20 25 30
5-1010-15
5-10
10-15
15-205-10
• Le prime valutazioni modellistiche indicano che la soglia di 25 μg/m3 per la media annuale del PM2.5 introdotta dalla nuova direttiva sarebbeprobabilmente più stringente rispetto a quella di 40 μg/m3 del PM10
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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.
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Scenari emissivi, NOx
CLE 2010: Riduzioni delle emissioni su tutta Europa previste al 2010 secondo la legislazione in vigore (fonte CAFE-IASA, EMEP)
ZERO-EMR: azzerate tutte le emissioni dell’Emilia-Romagna
Riduzione percentuale totale CO NMVOC NH3 NOX PM SO2
6% 32% 1% 28% 34% 54%
13% del totale
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Scenari emissivi, PM10
12% del totale
CLE 2010: Riduzioni delle emissioni su tutta Europa previste al 2010 secondo la legislazione in vigore (fonte CAFE-IASA, EMEP)
ZERO-EMR: azzerate tutte le emissioni dell’Emilia-Romagna
Riduzione percentuale totale CO NMVOC NH3 NOX PM SO2
6% 32% 1% 28% 34% 54%
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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/m3 (60ppb) diminuisce del 15-20 %
100-12080-100
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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 18-20 % (fino al 25% nelle aree urbane)
21-24 18-21
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Scenari: CLE 2010, PM10, n° di superamenti
PM10, stima del numero di superamenti della soglia di 50 μg/m3, 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/m3 viene ridotto del 50-75 % nelle aree rurali, suburbane e fondo nei grandi agglomerati (la stima tiene conto della sottostima del modello)
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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/m3 (60ppb) diminuisce del 20% (15% a Bologna)
80-100100-120
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Scenari: Emilia Romagna zero, PM10
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/m3 risulta sostanzialmente azzerata
21-2412-15
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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: -30-50 % 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.
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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 trafficoVerifica con dati di
campagne• Misure speciali• Lab. Mobili (in corso)
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verifica ozono
BIAS errore quadratico medio
correlazione
misuremodello
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verifica NO2
BIAS errore quadratico medio
correlazione
misuremodello
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verifica PM10
BIAS errore quadratico medio
correlazione
misuremodello
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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: -
30-50 % 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.
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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 (2003-2006
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ringraziamenti
• Regione Emilia-Romagna, servizio inquinamento atmosferico, acustico, em.
• ARPA, Eccellenza-VGQA• ARPA IA• Sezioni prov.li
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GRAZIE PER L’ATTENZIONE
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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
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incertezza della modellizzazione(DM 60 2002 e Dlgs 183 2004)
inquinante indicatore periodo dati che soddisfano i criteri di qualità
(stazioni RB,SB con almeno 90% dei dati)
ozono media oraria aprile-settembre
84%
NO2 media oraria anno 50%
media giornaliera 72%
media annuale 75%
PM10 media annuale anno 75%
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distribuzione dimensionale
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Model verification: PM10 speciation
NINFA Long4
HNO327%
NH314%SO4
19%
SOA10%
DUST29%
SALT1%
Putard 2003
NO328%
NH412%nssSO4
14%
OM27%
min. dust15%
sea salt4%
Bologna, annual mean*Caution 2003 vs 2003-2004 !
* Data from CNR-ISAC (S.Fuzzi, C. Facchini)
Area Meteorologia AmbientaleComposizione PM10 a Bologna
NINFA Estate %
Primario35%
Nitrati5%
Ammonio8%
Solfati17%
Organico16%
Risosp19%
Sale0%
PolveRE Estate
Insolubile60%
Nitrati9%
Ammonio1%
Solfati18%
Cloruri0%
altro12%
NINFA Inverno
Primario36%
Nitrati35%
Ammonio13%
Solfati10%
Organico3%
Risosp3%
Sale0%
PolveRE Inverno
Insolubile41%
Nitrati32%
Ammonio7%
Solfati12%
Cloruri3%
altro5%
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Model verification
• 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/m3), although correlation coefficients for the daily mean are around 0.6
PM10, year 2003-2004
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
RB (N=2) SB (N=6) UB (N=8) UT (N=4)
mg/
m3
sim oss
O3, summer2003
0
20
40
60
80
100
RB (N=3) SB (N=8) UB (N=16) UT (N02)
μg/m
3
sim oss
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Ozono - Giorno tipico dal 01/06/1995 al 31/08/1995
0
2040
60
80
100
120140
160
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
ORE
μg/m3
città
montagna
collina
ruralipianura NINFA
modelApril – 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…
Observed: MOTAP
Model verification: Ozone mean day in the plane, in the hills and in the mountain
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Granulometric distribution of PM, Summer (left) and winter (right) monthsMilan and Bologna are urban, SPCapofiume rural in Po valley, Febbio rural in Appenines.
D (micron)D (micron)
μg/m
3Base case: PM size distribution
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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
PM size distribution normalized annual mean
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0.01-0.6 0.6-2.5 2.5-10
D (micron)
mic
rog/
m3
NINFA POLVERE
PM speciation, Bologna
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
NO3 -hno3
NH4 -nh3
nssSO4- hso4
OM -soa
min.dust
sea salt unacc. -ppm
μg/
m3
Putard 2003 Long4 Prev'air
Area Meteorologia Ambientale
Speciation of PM10, Milan, Summer (left) and winter (right) months
Risultati: PM10, caso base
Area Meteorologia Ambientale
Risultati: PM10, caso base
Granulometric distribution of PM10, Milan, Summer (left) and winter (right) months
Bla
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……Azioni in corso…
O3
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 Municipalitàhanno 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 qualitàdell’aria.
2005: Il sistema integrato NINFA ha iniziato le attivitàoperative.
2006: La Comunità Europea invita la Repubblica Italiana ad adottare misure per l’adozione di piani e programmi di miglioramento della qualitàdell’aria (procedura di infrazione). ARPA realizza le prime analisi di scenario nel BPA e in ER.
2005-2006: 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.
PM10
Area Meteorologia Ambientale
Il sistema NINFANetwork 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
• 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 CHIMERE
EMISSIONICTN_ACE
CONDIZIONI al CONTORNO:
(Prev'air)
OUTPUT:O3, NO2, PM10,
(SO2……..)
USO del SUOLO: CORINE2000+GLC2000
ArpaRivista, n.4 lug-ago 2005 scaricabile da www.arpa.emr.it/arparivista/
Area Meteorologia Ambientale NINFA (ER-Chimere-regionale) 10km*10km (5km*5km)
Prev’air (Chimere-continentale 0.5°*0.5°)
Modello urbano (ADMS Urban)
NINFA: dalla scala continentale alla scala urbana