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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/

http://www.arpa.emr.it/sim/


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)


Riepilogo risultati

1. Analisi/valutazione-mappe2. Tendenze al 20103. Azioni necessarie/possibili 4. Metodologie e tecniche di valutazione e

previsione


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


ozono:valore bersaglio per la protezione della salute umana

5 10 20 40 60 80 100 120 140

100-120 gg.

120-140 gg.


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.


• 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


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


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


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.


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


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


PM2.5 medio

2 5 10 15 20 25 30PM2.5 medio [μg/m3]


ottobre-marzo

2 5 10 15 20 25 30

5-1010-15

5-10

10-15

10-155-10


PM2.5 medio

2 5 10 15 20 25 30PM2.5 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


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.


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


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%


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


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


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)


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


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


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.


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)


verifica ozono

BIAS errore quadratico medio

correlazione

misuremodello


verifica NO2


correlazione

misuremodello


verifica PM10


correlazione

misuremodello


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.


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


ringraziamenti

• Regione Emilia-Romagna, servizio inquinamento atmosferico, acustico, em.

• ARPA, Eccellenza-VGQA• ARPA IA• Sezioni prov.li


GRAZIE PER L’ATTENZIONE


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


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%


distribuzione dimensionale


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%


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


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


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


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


Speciation of PM10, Milan, Summer (left) and winter (right) months

Risultati: PM10, caso base


Risultati: PM10, caso base

Granulometric distribution of PM10, Milan, Summer (left) and winter (right) months

Bla


……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


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

scenari futuri di qualità dell’aria nel bacino padano e in ...€¦ · “scenari futuri di...

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