Analisi comparata di tre diversi approcci Analisi comparata di tre diversi approcci

di applicazione dei modelli di di applicazione dei modelli di

dispersione CALPUFF e CALINE su di dispersione CALPUFF e CALINE su di

un'area urbanaun'area urbana

X Expert Panel Emissioni da Trasporto su StradaSan Donato Milanese, 21 giugno 2005

Marco Bedogni, Annalisa Tanzarella Agenzia Mobilità e Ambiente S.r.l. – Milano

marco.bedogni@ama-mi.it , annalisa.tanzarella@ama-mi.it

Giuseppe MaffeisTerrAria S.r.l. – Milanog.maffeis@terraria.com

Cesare PertotCESI S.p.a. – Milano

pertot@cesi.it

Inquadramento del lavoroInquadramento del lavoro

Nell’ambito delle attività svolte dal CTN-ACE (Centro Tematico

Nazionale Atmosfera Clima ed Emissioni) in relazione alla

modellistica di dispersione, nel 2003 il gruppo di lavoro della

task modelli ha predisposto un esercizio di confronto tra modelli

di dispersione a scala urbana e dati sperimentali, con la finalità

di quantificare l’incertezza associata ai modelli di qualità

dell’aria. Per l’intercomparazione dei modelli il CTN-ACE ha predisposto

un dataset comune di dati di ingresso, che dopo essere stato

utilizzato in una prima fase internamente alla task dalle ARPA

partecipanti, è stato distribuito ai soggetti pubblici e privati che

avevano aderito all’iniziativa.

Il caso di studioIl caso di studio

L’area di studio

prescelta per

l’intercomparazione

modellistica è quella del

comune di Brescia, città

di circa 200’000 abitanti

che si estende

prevalentemente in area

pianeggiante a ridosso

della fascia collinare

prealpina.

L’esercizio è consistito

in simulazioni di lungo

periodo (un anno) per

due inquinanti, CO e

NOx.

I dati comuni di input I dati comuni di input

Per l’intercomparazione modellistica il CTN-ACE ha messo a

disposizione dei partecipanti il seguente dataset:

dati meteorologici (temperatura, intensità e direzione vento,

classe stabilità, altezza di rimescolamento, grandezze di scala

descrittive della turbolenza, radiazione, copertura nuvolosa..)

ricostruiti utilizzando il modello meteorologico diagnostico

CALMET;

i parametri fisiografici (orografia, rugosità, albedo ..) utilizzati

anche da CALMET;

le concentrazioni (CO, NOx) di confronto misurate da una

stazione della rete di monitoraggio della qualità dell’aria posta in

zona centrale e rappresentativa dell’inquinamento medio urbano.

I dati comuni di input: le emissioniI dati comuni di input: le emissioni

I dati di emissione sono stati forniti ai partecipanti sia per le sorgenti lineari (948 archi stradali) sia per alcune sorgenti puntuali (6 sorgenti di NOx, rappresentate con un cerchio, e 2 sorgenti di CO, rappresentate con un rombo).

Le emissioni da traffico

sono state stimate dal

CTN-ACE utilizzando la

metodologia COPERT III.

I dati comuni di input: le emissioniI dati comuni di input: le emissioni

La maggior parte delle emissioni di monossido di carbonio e

quasi la metà delle emissioni di ossidi d’azoto utilizzate per

l’intercomparazione modellistica sono dovute al traffico

veicolare.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

CO NOx

Lineari Puntuali

Inquadramento del lavoroInquadramento del lavoro Dal punto di vista degli autori di questa presentazione, la

partecipazione all'esercizio ha costituito un'opportunità per

applicare semplici modelli di dispersione di pubblico dominio su

un comune dataset di input relativo a un ambito urbano, ambito

nel quale il traffico ha ormai assunto una grande importanza in

termini di contributo emissivo.

In questo modo si sono potute valutare le prestazioni dei

modelli (anche dal punto di vista degli obiettivi di qualità di cui

al DM n.60/2002) in funzione esclusivamente delle modalità di

esecuzione dell'esercizio (trattamento del dato di emissione,

passo della griglia di calcolo, opzioni del modello di dispersione

ecc..).

I modelli applicati in questo contesto sono stati CALPUFF v.5.7

(Scire et al., 2000) e CALINE v.3 (Benson, 1979).

I modelli di dispersioneI modelli di dispersione

CALPUFF versione 5.7 è un modello matematico a "puff" non stazionario per il calcolo della dispersione di inquinanti atmosferici rilasciati da diverse tipologie di sorgenti emissive (puntuali, areali, lineari, volumetriche). Sono inclusi algoritmi per il trattamento della deposizione secca e umida, nonché di particolari situazioni quali building downwash per edifici presenti nelle vicinanza delle sorgenti puntuali, terreno complesso ecc.. Inoltre include un algoritmo specifico per le situazioni di calma di vento, durante le quali il modello lascia immobili tutti i "puff".

I modelli di dispersioneI modelli di dispersione

CALINE (California Line Source Dispersion Model) versione 3 è un modello matematico gaussiano stazionario per il calcolo della dispersione di inquinanti primari rilasciati dal traffico veicolare trattato come sorgente lineare. Ciascun arco stradale viene diviso dal modello in una serie di elementi emissivi e la concentrazione a ciascun recettore è la somma dei contributi dei diversi elementi. Il modello non considera la presenza di ostacoli né riesce a trattare le situazioni di calma di vento.

Le configurazioni modellisticheLe configurazioni modellistiche

Cal_1 Cal_2 Cal_3 dati meteorologici dati puntuali al suolo dati puntuali al suolo dati puntuali al suolo

e profilo verticale turbolenza turbolenza meccanica

indotta dai veicoli e coeff. dispersione Pasquill-Smith

coeff. dispersione McElroy-Pooler

teoria similarità 1/L

stabilità classi stabilità A-F classi stabilità A-F 1/L sempre negativo per le ipotesi CTN-ACE

passo griglia (m) 400 500 1000 algoritmo per le calme di vento

valore minimo per il vento: 0.5 m/s

valore minimo per il vento: 0.5 m/s

Sì

terreno complesso No Sì No dispersione delle emissioni puntuali

CALPUFF sorgenti puntuali

CALPUFF sorgenti puntuali

CALPUFF sorgenti puntuali

dispersione delle emissioni lineari

CALINE sorgenti lineari

CALPUFF griglia di sorgenti volumetriche

CALPUFF sorgenti volumetriche “rettangolari” distribuite lungo le strade

Il trattamento delle emissioniIl trattamento delle emissioni

I risultati ottenutiI risultati ottenuti

I risultati ottenuti: il COI risultati ottenuti: il CO

I risultati ottenuti: gli NOxI risultati ottenuti: gli NOx

Pollutant Cal_1 Cal_2 Cal_3 CO 0.45 0.50 -0.04 Average Normalised Bias

NOx 0.25 0.42 -0.33 CO 1.06 1.00 0.65 Average Normalised

Absolute Bias NOx 0.92 0.99 0.58 CO 0.34 0.44 0.55 Correlation Index

NOx 0.25 0.31 0.45 CO 1.42 1.10 0.89 Root Mean Square Error

NOx 0.17 0.16 0.15 * I valori statistici per il CO sono stati calcolati per il periodo 01/01-30/09

I risultati ottenutiI risultati ottenuti

CONCLUSIONICONCLUSIONI

Le attività di simulazione modellistica per lo studio su lungo

periodo della dispersione di inquinanti atmosferici in ambito

urbano possono essere condotte in maniera

sufficientemente buona anche con modelli lagrangiani e con

semplici informazioni meteorologiche. In questo modo

possono essere soddisfatti anche i criteri del DM n.60/2002,

allegato X, per le concentrazioni medie annue.Risultati migliori possono essere ottenuti utilizzando in input

dati meteorologici bi- o tridimensionali, e (nel caso di aree

caratterizzate da venti mediamente deboli come la Pianura

Padana) trattando in maniera adeguata le condizioni di

stabilità atmosferica.

RINGRAZIAMENTI RINGRAZIAMENTI

Gli autori ringraziano il CTN-ACE per aver fornito i dati

utilizzati per questo studio.

Il contributo CESI a questo lavoro è stato realizzato

nell'ambito delle attività di ricerca sul Sistema Elettrico (decreto

M.I.C.A. 28.02.2003 e precedenti).