Misure di inquinamentoatmosferico urbano

D. Famulari, CNR Ercolano (NA)

Antropogenici

* Prodotti di Combustione: combustibili fossili, biomasse

* Composti Chimiciinquinanti: processiindustriali

* Rifiuti* Applicazioni Militari* Agricoltura e Allevamento.

Naturali

* Polveri.* Metano: metanogenesi.* Radon gas.* Incendi.* Attivita’ Vulcaniche* Emissioni dalle piante di

VOC .

Inquinante Atmosferico:“…ogni composto, particolato, o agente biologico chemodifica le caratteristiche naturali dell’atmosfera”

•Inquinamento urbano: smog

Industria pesante in ambiente urbano: combustione di carbone combinatacon SO2.

London, 1952

Pioggie Acide: deposizioneal suolo di composti acidi via

pioggia, neve, rugiada, o particolato. Biossido di zolfo

e ossidi di azoto.

Assottigliamentodello strato di O3

stratosferico:

Lento declinodell’ozono

stratosferico a livello globale,

decrescitastagionale sulleregioni polari.

Gli effetti e la loro scala: esempi

Napoli, 2015

Inquinamento urbano mutatoVeicoli e riscaldamento: formazione di aerosol, NOx, composti organici, carbonio.

1890 Ciclo dei nutrienti chiuso

1990 Eccesso di N prodotto

Incremento dellaPopolazione di 3.5 volte

Produzione di N per attivita’ antropogeniche aumentata

di 9 volte

…e scenari in movimento: da S a N con cambiamenti

globali

Problemi di salute umana

* Incidenza su mortalitá

*Esposizioni prolungate

Economia

• Decrescita di produzione

• Costo dei danni

Impatto sullasalute del pianeta

• Conservazione degliecosistemi

• Consumo delle risorse

•Politiche ambientali: da locali a globali

•Misure di Mitigazione

•Standards di qualitá dell’aria

Impatto sulle societá

*Identificare le cause dei cambiamenti nellacomposizione atmosferica accoppiata alla ricerca sueffetti ecologici di inquinanti

*Sorgenti antropogeniche di inquinamento

•Fornire conoscenza di base per le politiche ambientali.

• Evidenza scientifica sul breve e lungo termine, per la gestione delle risorse ambientali

Questioni per la ricerca

Misure di concentrazioni e modellistica

• Agenziedell’Ambiente, ARPA

• Scala: Regionale, Nazionale, Europea, Mondiale

Il super-sito di Napoli: osservatorio di San Marcellino

Il super-sito di Napoli• “Upgrade” del sito storico dell’Osservatorio Meteorologico di San

Marcellino a “super-sito”.• Vicino al Vesuvio, sul mare Tirreno: combinazione di venti di brezza

ascendenti e flussi in ritorno caratterizzato da svariati strati di subsidenza con ristagno di inquinanti.

Cosa rileviamo nel super-sito

NO2 NOO3

CO2PM2.5 PM10CH4

La strumentazione a San MarcellinoTorre eddy-covariance

Stazione meteo

Anemometrosonico

Testasensore PM

Linea di campionamentodell’aria

Vento, radiazione solare (UV, IR) pioggia, RH,albedo, temperatura…

• Gill WindMaster, 20Hz.• 10m sopra il terrazzo, posto ad un’altezza

di 35m sopra l’irregolare livello stradale, per un’altezza complessiva di 45 m.

• Tubi isolati termicamente conducono l’ariaagli analizzatori veloci.

La strumentazione a San Marcellino: i gas

Sensori del laboratorioCNR nel dipartimentoUniversita’ Federico II

Mixing ratios di CO2, CH4 e H2O con fastresponse (10 Hz) IR spectrometer (Los GatosResearch).

O3 mixing ratios con analizzatore veloce (10Hz,FOS Sextant), e lento (2B-Technologies, 205).

NO (1 Hz) per chemoluminescenza (EcoPhysics, CLD 88p with photolytic converter(PLC 860).

Dati sincronizzati ed acquisiti perconcentrazioni e vettore vento, per consentireil calcolo dei flussi

Sensori di PM al super-sitoContatore Ottico di Particolato (OPC): - 4Hz response- 22 size classes- 0.28 to 10 µm

Concentrazione di particolatoMetodo gravimetrico- hourly-daily response- dual channel (2.5 - 10)

Misure Gravimetriche

0

10

20

30

40

50

6031

/12/

14

07/0

1/15

14/0

1/15

21/0

1/15

28/0

1/15

04/0

2/15

11/0

2/15

18/0

2/15

25/0

2/15

04/0

3/15

11/0

3/15

18/0

3/15

25/0

3/15

01/0

4/15

08/0

4/15

15/0

4/15

22/0

4/15

PM /

µg

m-3

PM10 PM2.5

0102030405060708090

100

31/1

2/14

07/0

1/15

14/0

1/15

21/0

1/15

28/0

1/15

04/0

2/15

11/0

2/15

18/0

2/15

25/0

2/15

04/0

3/15

11/0

3/15

18/0

3/15

25/0

3/15

01/0

4/15

08/0

4/15

15/0

4/15

22/0

4/15

Coarse fraction %

Mediana della frazionegrossolana % < 30%

Mediana PM10 = 24

Mediana PM2.5 = 16

Fotografia di un evento: 15/12/14 17:00-18:00

Misure OPC : distribuzione dei diametri

In complesso, PM1 esplica >70% della variazione di PM10

Misure OPC

Rivelazione di episodi a breve termine, altrimenti pesi da sampling giornalieroStudi dei processi di scambio

Notte di Capodanno 2015

Misure OPC: Feb-Set 2015

PM2.5 concentrazioni orariePM10 concentrazioni orarie

Misure OPC: Feb-Set 2015

PM conteggi totali: direzione SE durante la notte, concentrazioni elevate

Distribuzione bi-modale del numero di particelle dovutaal traffico (ora di punta)

Cicli giornalieri di concentrazioni

Distribuzione uni-modaledell’ozono, dovuta a radiazione solare e rimescolamento

Reti di monitoraggio per concentrazioni + modelli => indiretta

Il Flusso verticale turbolento di una variabile scalarepermette di quantificare lo scambio effettivo

(emissione, o deposizione) di inquinanti da unasuperficie (discernendo dagli spostamenti di masse

d’aria)

Strumento di validazione dei modelli

Necessitá di strumentazione piú costosa (precisa e veloce) e manodopera specialistica

Flussi vs Concentrazioni

La micrometeorologia

• Studio dello strato turbolento superficialedell’atmosfera

• Diverse tecniche disponibili per il calcolodei flussi

• Condizioni ambientali a volte restrittive, per soddisfare le ipotesi delle teorie

• Si sfruttano gradienti verticali, misurepuntuali (Eddy covariance)

La tecnica di eddy covariance

Il flusso turbolento verticale é calcolato come covarianza

C’ = fluttuazione della concentrazionew’ = fluttuazione della componente verticale del vento

Applicazioni di micrometeorologiain ambienti urbani

Rete mondiale di stazioni di misura deiflussi con la tecnicaEddy Covariance

Dove sono e cosaforniscono in aggiunta?

Il super-sito di Edinburgo (UK)

Novembre 2005

I flussi di inquinanti sicorrelano con l’intensitá del traffico

Calcolo del fattore di emissione da traffico da misura diretta per validazione di fattori di emissione ufficiali

2000

1500

1000

500

0

Traf

fic c

ount

s

00:0019/11/2005

12:00 00:0020/11/2005

12:00 00:0021/11/2005

12:00 00:0022/11/2005

400

300

200

100

0

-100

-200

N2O

Flu

xes

SunSat Mon

Il super-sito di Londra (UK)

Attivo dal 2006

I flussi di inquinanti sicorrelano principalmentecon l’intensitá del traffico

Studi su interazioni tracomposti chimici in atmosfera (naturali e antropogenici)

October 2006

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

29-S

ep30

-Sep

01-O

ct02

-Oct

03-O

ct04

-Oct

05-O

ct06

-Oct

07-O

ct08

-Oct

09-O

ct10

-Oct

11-O

ct12

-Oct

13-O

ct14

-Oct

15-O

ct16

-Oct

17-O

ct18

-Oct

19-O

ct20

-Oct

21-O

ct22

-Oct

23-O

ct24

-Oct

25-O

ct26

-Oct

27-O

ct

O3 H2O [W/m2]

Il super-sito di San Marcellino

vento

Footprint variabile

Footprint di flusso

Rosa del vento

Studio della coperturadel suolo urbano

Il flusso rappresentaun’area sulla quale é integrato: sorgente

uniforme e superficieomogenea

Esempi di flussiTipico giorno estivo, caratterizzato da uno stratosuperficiale ben mescolato

Esempi di flussiTipico giorno estivo, caratterizzato da uno stratosuperficiale ben mescolato

Depositions21%

Emissions79%

Questioni con flussi bassi: studi suLOD del flusso calcolato per il PM.

Distribuzione dei flussi

Esempi di flussi: ozono d’estate

Tipico giorno estivo, caratterizzato da uno stratosuperficiale ben mescolato: netta deposizione di ozono

sulla cittá.

Esempi di flussi: metano

Tipico giorno estivo, caratterizzato da uno stratosuperficiale ben mescolato: emissioni di metano dalla cittá.

• Questo autunno conclusione del primo anno di

attivitá del super-sito di San Marcellino

• Quantificazione delle sorgenti (traffico,

riscaldamenti, porto, etc.) presenti nel footprint

dei flussi

• Risultati disponibili su:

www.ariasana.org

Lavori in corso…

RingraziamentiFederico II Universitá di Napoli (DISTAR) per la attiva

collaborazione, l’eccezionalitá del sito

Campania Regione per i fondi

www.ariasana.org