Stima del contributo sahariano sull’Italia nel periodo

2003-2005-state of the art-

ENEA MEETING, 3rd -5th March 2010

A.Pederzoli, M. Mircea, G. Zanini, S. Finardi, A. Di Sarra

OUTLINE

• Introduzione• Risultati:

– Identificazione degli episodi di dust– Stima del contributo di dust allle concentrazioni di

PM10– Riduzione del numero di superamenti giornalieri

• Conclusioni

Obiettivo:

Stima del contributo del dust Sahariano alle concentrazioni di PM10 sull’Italia.

Definizione:

Atmospheric dust:Fraction of the atmospheric total suspended Particulate Matter (PM) concentration (gm-3) measured by air quality monitoring networks.

Natural Sources

Wild fires

Vulcanic eruptionsLifting and transport from deserts

Anthropogenic Sources

Agricultural activities

Unpaved roadsRoadworks and construction sites

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3 4 5 6 7

days

PM

10 c

once

ntra

tion

.(gm

-3 )

Episodio di dust

Contributo naturaledi dust

CONCENTRAZIONE TOTALE DI PM10 MISURATA DALLA RETE DI MONITORAGGIO

Limite giornaliero fissato dalla 2008/50/EC

These exceedance can be discounted by the State Members of the European Union (UE)

after scientific validation (EC, 2008).

COME DISCRIMINARE LA COMPONENTE ANTROPOGENICA

DA QUELLA NATURALE?

•Analisi di speciazione chimica del particolato•Metodi statistici

OUTLINE

• Introduzione• Risultati:

– Identificazione degli episodi di dust nel 2003-2005– Stima del contributo di dust allle concentrazioni di

PM10– Riduzione del numero di superamenti giornalieri

• Conclusioni

Identificazione degli episodi di dust

• Monitoring network measurements• Remote sensing (satellite measurements)• Numerical models• Lidar and optical properties measurements• Air mass backward trajectory analysis

PM10 concentrationJuly-August 2005

0

10

20

30

40

50

60

70

80

01/0

7/20

0502

/07/

2005

03/0

7/20

0504

/07/

2005

05/0

7/20

0506

/07/

2005

07/0

7/20

0508

/07/

2005

09/0

7/20

0510

/07/

2005

11/0

7/20

0512

/07/

2005

13/0

7/20

0514

/07/

2005

15/0

7/20

0516

/07/

2005

17/0

7/20

0518

/07/

2005

19/0

7/20

0520

/07/

2005

21/0

7/20

0522

/07/

2005

23/0

7/20

0524

/07/

2005

25/0

7/20

0526

/07/

2005

27/0

7/20

0528

/07/

2005

29/0

7/20

0530

/07/

2005

31/0

7/20

0501

/08/

2005

02/0

8/20

0503

/08/

2005

04/0

8/20

0505

/08/

2005

06/0

8/20

0507

/08/

2005

08/0

8/20

0509

/08/

2005

10/0

8/20

0511

/08/

2005

12/0

8/20

0513

/08/

2005

14/0

8/20

0515

/08/

2005

16/0

8/20

0517

/08/

2005

18/0

8/20

0519

/08/

2005

20/0

8/20

0521

/08/

2005

22/0

8/20

0523

/08/

2005

24/0

8/20

0525

/08/

2005

26/0

8/20

0527

/08/

2005

28/0

8/20

0529

/08/

2005

30/0

8/20

0531

/08/

2005

days

PM10

con

cent

ratio

n ( g

m-3

)

S. Antioco

Monitoring network measurements

SATELITE RETRIEVALS

Optical properties:

AOD = Aerosol Optical Depth = Angstrom coefficient

Satellite retrievals

Aerosol Optical Depth (AOD)

MFRSR and Lidar measurements in Lampedusa

backscattering coefficient

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

6500

7000

7500

8000

-1,00E-06 0,00E+00 1,00E-06 2,00E-06 3,00E-06 4,00E-06 5,00E-06

baer (m-1 sr-1)

Alti

tude

(m

) .

20/07/2005 16.00.0019/07/2005 13.20.0018/07/2005 16.00.00

NUMERICAL MODELS: SKIRON SIMULATIONS

Air mass backward trajectory analysis

Atmospheric Lagrangian model HYSPLIT•4-days back trajectories•500m, 1000m,1500m trajectories

Distribuzione mensile degli eventi di dust (2003-2005)

100%

1

1

TN

i

M

iMonth

i

i

Number of dust events (%)2003-2005

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Jan Feb March April May Jun Jul Aug Sept Oct Nov Dec

Months

(%

)

Fontechiari

S.Antioco

Gherardi

La Mandria

Ispra

Passo Giovi

Lampedusa

Stima del contributo alla concentrazione di PM10

Escudero M., Querol X., Avila A., Cuevas E. (2007). Origin of the exceedances of the European daily PM limit value in the regional background areas of Spain. Atmos. Environ. 41, 730–744.

ththij percentilemovingXRB 30

Fontechiari station

0

20

40

60

80

100

120

01/0

1/20

03

31/0

1/20

03

02/0

3/20

03

01/0

4/20

03

01/0

5/20

03

31/0

5/20

03

30/0

6/20

03

30/0

7/20

03

29/0

8/20

03

28/0

9/20

03

28/1

0/20

03

27/1

1/20

03

27/1

2/20

03

26/0

1/20

04

25/0

2/20

04

26/0

3/20

04

25/0

4/20

04

25/0

5/20

04

24/0

6/20

04

24/0

7/20

04

23/0

8/20

04

22/0

9/20

04

22/1

0/20

04

21/1

1/20

04

21/1

2/20

04

20/0

1/20

05

19/0

2/20

05

21/0

3/20

05

20/0

4/20

05

20/0

5/20

05

19/0

6/20

05

19/0

7/20

05

18/0

8/20

05

17/0

9/20

05

17/1

0/20

05

16/1

1/20

05

16/1

2/20

05

days

conc

entr

atio

n (g

m-3

)

PM10 concentration30th moving percentile

Per stazioni remote-rurali(no anthropogenic contribution):

ijTOT

ijDUST

ij RBCC

i=rural site

j=dust day

Calculated over the month excluding j-days

Natural contribution to PM10 concentration2005

0

4

8

12

16

20

24

28

32

Jan Feb March April May Jun Jul Aug Sept Oct Nov Dec

Months

Na

tura

l co

ntr

ibu

tion

to P

M1

0 c

on

cen

tra

tion

.

(g

m-3

)

Lazio-Fontechiari

Sardinia-S.Antioco

Emilia Romagna-Gherardi

Piemonte-La Mandria

Lombardy-Ispra

Liguria-Passo Giovi

100(%)

T

RBTT

N

NNREDUCTION

Riduzione del numero di eccedenze (> 50 g m-3)

OUTLINE

• Introduzione• Risultati

– Identificazione degli episodi di dust – Stima del contributo di dust allle concentrazioni di

PM10– Riduzione del numero di superamenti giornalieri

• Conclusioni

• Le intrusioni Sahariane sono maggiormente concentrate in primavera (40%-45%) ed estate (35%-55%).

• In inverno ed autunno i siti nel Nord Italia hanno registrato un numero significativo di eventi (tra il 7% e il 10% in Gennaio e Febbraio) .

• Il numero maggiore di intrusioni è stato registrato sull’isola di Lampedusa in estate (57% del totale).

• il contributo mensile delle polveri sahariane alle concentrazioni di PM10 varia tra 1 g m-3 e 10 g m-3 nel 2005 e tra 1 g m-3 e 8 g m-3 nel 2003; nel 2004 è < 5 gm-3 per tutti i siti.

• La riduzione (%) nel numero di eccedenze del limite giornaliero varia da stazione a stazione: tra il 20% e il 50% nel in 2005 e tra il 5% e 25% nel 2003 e 2004.

Conclusioni (1)

• Mancanza di dati di speciazione chimica per il PM10, necessari per la validazione della metodologia sull’Italia.

• Incertezze dovute alla parziale mancanza di misure di concentrazione di PM10.

• L’analisi allo stato attuale è limitata a sette stazioni. assenza di stazioni in Sud Italia molte regioni (i.e. Sicilia) non sono rappresentate.

Conclusioni (2)

Limiti:

Pederzoli A., M. Mircea, Finardi S. di Sarra A., Zanini G. – Quantification of Saharan dust contribution to PM10 concentrations over Italy in 2003-2005 (submitted).

Guidance on the quantification of the contribution of natural sources under the EU Air Quality Directive 2008/50/EC, Draft version