Integrazione di reti di monitoraggio per la stima dei livelli di ozono a scala sub-regionale.L’esempio di Firenze

S. Andrei, M. Ferretti, Linnaeambiente Ricerca Applicata, Firenze

D. Grechi, ARPAT Dip.to di FirenzeF. Lazzaroni, Gaia Servizi, PisaA. Lupi, ARPAT Dip.to di FirenzeA. Nenti, Provincia di FirenzeD. Rocchini, TerraData environmetrics, Siena

Ricerca finanaziata dalla Provincia di Firenze

RIORIO33-VEG-VEG - Ozono e vegetazione: il contributo della ricerca italiana - 24 Novembre 2006

2

Introduzione - La situazione ozono in Toscana

“.. valutazione….della possibilità di una rete regionale per il biomonitoraggio dell’ozono” (Regione Toscana, 2004)

0

20

40

60

80

100

Comuni Superficie Popolazione

% c

lass

ific

abil

e in

rel

azio

ne

all'o

zon

o

RegioneToscana

Provincia diFirenze

“It is important to extend the monitoring area by integrating the biomonitoring stations”. (Nali et al., 2002. Agriculture, Ecosystems and Environment 90: 277–289)

“ottenere adeguate informazioni sui livelli di ozono nell'aria e metterle a disposizione della popolazione” ….“…informazioni provenienti da tecniche di modellizzazione o misurazioni indicative” (Direttiva 2002/3/CE )

3

Obiettivi

1. Integrare, in Provincia di Firenze, la rete di analizzatori automatici con una rete di biomonitoraggio in un sistema unico, con il quale:

2. ottenere stime quantitative delle concentrazioni di ozono a scala provinciale (3.512 km2) su un periodo di 5 anni;

3. fornire le basi per stime delle aree (urbane, forestali, agrarie) potenzialmente a rischio ozono in relazione ai limiti EU e UN/ECE.

111112121122123124131132133141142211213221222223231241241243311312313321322323324331332333334411421511512521

Area: 3.512 km2

Quote: 50-1640 m asl

Popolazione: 962.920

Uso del suolo:•Urbano: 4.6%•Foreste: 48%•Coltivazioni: 43%

4

Concetto

Quantitative spatial estimates

SPIMQA

Physico-Chemical Network

Quantitative, site specific data

Biomonitoring Network (Nicotiana tabacum Bel W3)

proxy, network data

5

1. O3 symptoms2. Mapping symptoms

Ozone, measured (ug*m -3 )

Ozo

ne, e

stim

ated

(ug

*m-3

)

90

100

110

120

130

140

150

160

170

90 100 110 120 130 140 150 160 170

n=28

Spearman r=0.90

P<0.001

1:1

4. Validation5. Mapping O3 levels

Ozone, M1, ug*m -3

LII

Boboli

Settignano

Montelupo

Novoli

1,9

2,1

2,3

2,5

2,7

100 110 120 130 140 150

Regressioneconfid. 95%

Funzionamento

3. Calibration

6

2000

2001

2002

2003

2004

• Campionamento“in-network” : 45 stazioni secondo un disegno sistematico (densità obiettivo: 9x9 km), ripartito in 4 pannelli ruotati di 18x18 km

“off-network”: 5 stazioni di calibrazione5 stazioni di validazione “cieca”

• Piante: 6 individui di Nicotiana tabacum Bel W3 per stazione

• Durata: 5 campagne annuali di 8 settimane ciascuna

•Valutazione sintomi: settimanale

•Quality Assurance: SOPs, MQOs, DQLs

Metodi

7

Elaborazioni

Leaf Injury Index (LII)

LII standardization

Mapping

n

jtjmtjm

N

m

LILInN

LII1

1,,,,1

)(11

s

xxXstd i

i

.

8

Risultati - LII

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

153 168 183 198 213 228 243 258 273

Day of the year

LII

2000

2001

2002

2003

2004

1640 1650 1660 1670 1680 1690 1700 17104820

4830

4840

4850

4860

4870

4880

4890

M ontelupoEm poli

Caste lfiorentino

F irenzuola

F ig line

Vallom brosaFirenze

M arradi

Borgo

Barberino

G reve

D icom ano

Cam pi

0 to 1 1 to 2 2 to 3

A. Valori annuali B. Media 2000-2003

9

0

50

100

150

200

250

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

Ozo

ne,

M1

(µg*

m-3)

Boboli

Calenzano media

Montelupo Milani

Montelupo Pratelle

Novoli

Scandicci

Settignano

Present investigation

Risultati: ozono e LII

Correlation

O3-LII Regression LII-O3

O3 descriptor

n Spearman

R P R2 P a b

SE (µg*m-3)

M1 22 0.64 0.0014 0.43 0.0009 114.6 21.037 24.3 M7 20 0.59 0.0058 0.41 0.0021 93.41 13.09 15.1 M24 22 0.57 0.0055 0.41 0.0013 68.03 11.328 13.6 AOT40 17 0.56 0.0184 0.42 0.0048 1327 1162.7 981

N=22y = 0.0204x - 2.1369

R2 = 0.43; P=0.0014-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

0 50 100 150 200 250

Ozone M1, µg*m-3

LIIs

td

Settignano Novoli Porcari Carignano Viareggio

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

0 50 100 150 200 250

Ozone M1, µg*m-3

LIIs

td

10

Risultati – Stime delle medie massime

settimanali (M1) (µg*m-3)

1640 1650 1660 1670 1680 1690 1700 17104820

4830

4840

4850

4860

4870

4880

4890

M ontelupoEm poli

Castelfiorentino

Firenzuola

Figline

Vallom brosa

Firenze

M arradi

Borgo

Barberino

Greve

Dicom ano

Cam pi

0 to 60 60 to 70 70 to 80 80 to 90 90 to 100 100 to 110 110 to 120 120 to 130 130 to 140 140 to 150 150 to 160 160 to 170 170 to 180

1640 1650 1660 1670 1680 1690 1700 17104820

4830

4840

4850

4860

4870

4880

4890

M onte lupoE m poli

C aste lfio ren tino

F irenzuo la

F ig line

V allom brosaF irenze

M arrad i

B orgo

B arberino

G reve

D icom ano

C am pi

0 to 60 60 to 70 70 to 80 80 to 90 90 to 100 100 to 110 110 to 120 120 to 130 130 to 140 140 to 150 150 to 160 160 to 170 170 to 180

1640 1650 1660 1670 1680 1690 1700 17104820

4830

4840

4850

4860

4870

4880

4890

M ontelupoEm poli

Castelfiorentino

Firenzuola

Figline

Vallom brosaFirenze

M arradi

Borgo

Barberino

Greve

Dicom ano

Cam pi

0 to 60 60 to 70 70 to 80 80 to 90 90 to 100 100 to 110 110 to 120 120 to 130 130 to 140 140 to 150 150 to 160 160 to 170 170 to 180 180 to 190

1640 1650 1660 1670 1680 1690 1700 17104820

4830

4840

4850

4860

4870

4880

4890

M onte lupoEm poli

C aste lfiorentino

F irenzuola

F ig line

Vallom brosaF irenze

M arradi

Borgo

Barberino

G reve

D icom ano

C am pi

0 to 60 60 to 70 70 to 80 80 to 90 90 to 100 100 to 110 110 to 120 120 to 130 130 to 140 140 to 150 150 to 160 160 to 170 170 to 180 180 to 190

1640 1650 1660 1670 1680 1690 1700 17104820

4830

4840

4850

4860

4870

4880

4890

M ontelupoEm poli

Castelfiorentino

Firenzuola

Fig line

Vallom brosaFirenze

M arradi

Borgo

Barberino

G reve

D icom ano

Cam pi

0 to 60 60 to 70 70 to 80 80 to 90 90 to 100 100 to 110 110 to 120 120 to 130 130 to 140 140 to 150 150 to 160

16 40 16 50 16 60 16 70 168 0 169 0 170 0 171 048 20

48 30

48 40

48 50

48 60

48 70

48 80

48 90

M onte lupoEm poli

C aste lf iorentino

F ire nzuola

F ig line

V allom brosaF irenze

M arradi

B or go

B arber ino

G re ve

D ico mano

Camp i

S ettignanoN ovo li

0 to 60 60 to 80 80 to 100 100 to 120 120 to 140 140 to 160 160 to 180 180 to 200

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Boboli Scandicci MontelupoMilani

MontelupoPratelle

Calenzano

Ozo

no M

1 ug

*m-3

Misurato

Stimato

(Wilcoxon Matched Pairs Test: P>0.05)

2000 2001 2002 2003 2004

11

Esempio di applicazione – Rischio potenziale per le foreste (AOT40, dati in µg*m-3)

1 6 4 0 1 6 5 0 1 6 6 0 1 6 7 0 1 6 8 0 1 6 9 0 1 7 0 0 1 7 1 04 8 2 04 8 3 04 8 4 04 8 5 04 8 6 04 8 7 04 8 8 04 8 9 0

M o n t e l u p oE m p o l iC a s t e l f i o r e n t i n o

F i r e n z u o l a

F i g l i n eV a l l o m b r o s aF i r e n z e

M a r r a d i

B o r g oB a r b e r i n o

G r e v e

D i c o m a n oC a m p i

- 2 0 0 0 t o 0 0 t o 1 0 0 0 1 0 0 0 t o 2 0 0 0 2 0 0 0 t o 3 0 0 0 3 0 0 0 t o 4 0 0 0 4 0 0 0 t o 5 0 0 0 5 0 0 0 t o 6 0 0 0

UN/ECE

UN/ECE EU target EU long-term

Potential exceedance

(10000 µg*m-3 h over 6 months; ca. 400 µg*m-3 h

per week)

(18000 µg*m-3 h over 3 months; ca. 1400 µg*m-3

h per week)

(3000 µg*m-3 h over 3 months; ca. 500 µg*m-3 h

per week)

ha % ha % ha %

No exceedance 31626.2 20.0 76821.1 48.7 36382.4 23.0 up to 2 times 16646.9 11.0 69474.2 44.0 21394.5 13.6 up to 3 times 20216.2 13.0 10235.5 6.5 24295.5 15.4 up to 4 times 19568.4 12.0 1343.8 0.9 24558.2 15.6 up to 5 times 18572.9 12.0 0 0 25936.1 16.4 up to 6 times 51244 32.0 0 0 25307.9 16.0

12

Conclusioni

• I sintomi fogliari attribuibili ad ozono rilevati ad ogni sito, settimana ed anno (Ferretti et al., 2000, 2004a).

• LII significativamente correlato all’esposizione ad ozono (P: 0.018-0.0014) a conferma di precedenti studi (e.g., Lorenzini et al., 1988; Ferretti et al., 1998; Ferretti and Pellegrini, 1998; Nali et al., 2001).

• LII predittore significativo delle concentrazioni di ozono (P: 0.0048- 0.0009). Differenze non significative tra misure degli analizzatori automatici e valori stimati.

• Evidenti vantaggi dell’integrazione di tecniche diverse per natura, costi e precisione dei risultati. L’una permette all’altra di aumentare il proprio potere informativo.

• Con questo sistema è possibile rispettare la Direttiva CE ed ottenere informazioni sull’ozono a scala (sub-) regionale. Diventano possibili analisi di rischio sinora impedite dalla carenza di dati spaziali.