Sistema modellistico per la qualità dell'aria
Il sistema modellistico per la previsione e la ricostruzione near-realyime della qualità dell'aria utilizza le tecniche più aggiornate per la descrizione delle emissioni, del trasporto e della trasformazione chimica degli inquinanti in atmosfera. Il sistema si pone l'obiettivo di prevedere e ricostruire l'inquinamento a scala regionale ed urbana (con risoluzione spaziale massima di 1 km), a partire dagli inventari delle emissioni locali e dalle previsioni meteorologiche e di qualità dell'aria disponibili a scala sinottica e nazionale. 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 da poter disporre in tempo utile delle previsioni per il giorno in corso ed il giorno seguente.
Il sistema modellistico
Le previsioni e ricostruzioni di qualità dell'aria sono realizzate dal sistema modellistico costituito dai seguenti moduli, la cui interconnessione è illustrata nella figura sottostante:
- modello meteorologico prognostico RAMS per il downscaling delle previsioni meteorologiche dalla scala sinottica alla scala locale;
- modulo di interfaccia per l'adattamento dei campi meteorologici prodotti da RAMS ai domini di calcolo innestati di FARM (codice GAP);
- 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 dell'inventario nazionale delle emissioni CORINAIR (APAT) e dal modello di traffico ATAC per l'area urbana di Roma;
- 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,...).
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Inquinanti considerati
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.
Domini di calcolo
Il sistema modellistico è applicato simultaneamente alla
Regione Lazio e ad un'area che include l'intera area metropolitana di
Roma. 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.
Sull'area metropolitana di Roma la risoluzione spaziale
considerata è di 1 km, in modo da permettere la descrizione delle
principali caratteristiche del territorio e delle aree urbanizzate,
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.
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Trattamento delle emissioni
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 Lazio.
La preparazione dei file emissivi da usare come input al
codice FARM è stata realizzata a partire da fonti differenti di dati:
- APAT 2000: emissioni diffuse di tutti i settori eccezion fatta per tutti i tratti autostradali e per le emissioni urbane ed extraurbane del comune di Roma;
- Censimento ARPA Lazio: emissioni da sorgenti puntuali;
- Stime di traffico fornite da ATAC Roma, sulla rete primaria di Roma;
- Dati AISCAT per le emissioni autostradale sull'intero dominio.
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Downscaling e pre-processing meteorologico
I campi meteorologici necessari alla realizzazione della
previsione di qualità dell'aria vengono ricostruiti a partire
dalle previsioni meteorologiche rese disponibili dal servizio meteorologico
degli Stati Uniti d'America (NCEP). I campi meteorologici distribuiti
descrivono la dinamica e la termodinamica dell'atmosfera con una
risoluzione spaziale orizzontale di 1 grado e con risoluzione temporale
di 3 ore. I campi meteorologici alla mesoscala ed alla scala locale
sono quindi ottenuti attraverso l'applicazione del modello
meteorologico prognostico non-idrostatico RAMS, che realizza la discesa
di scala utilizzando un sistema di 4 griglie di calcolo innestate,
aventi risoluzioni orizzontali di 32, 16, 4 e 1 km come si vede nella figura seguente.
I campi meteorlogici previsti da RAMS sono quindi portati sui domini di
calcolo del modello di qualità dell'aria, attraverso
l'applicazione del
modulo di interfaccia GAP (interpolazione spaziale e calcolo della
componente verticale della velocità del vento).
Successivamente, viene utilizzato il processore meteorologico SURFPRO per
definire i coefficienti di dispersione e le velocità di
deposizione
degli inquinanti.
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Modello per la previsione della qualitá dell'aria
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. Per la realizzazione delle previsioni di inquinamento
atmosferico sulla Regione Lazio e sulla città di Roma, FARM
utilizza il two-way nesting applicato a 2 griglie aventi risoluzioni di 4 e 1 km.
Le condizioni iniziali ed al contorno sono costruite a
partire dalle previsioni fornite dal sistema QualeAria, che si basa sul
sistema modellistico nazionale MINNI.
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