16/10/2017
tendenze nella modellistica (1/2)
- Francia e UK lavorano molto sulla preparadeness in caso di attacco batteriologico o con dirty bombs, quindi alta risoluzione in aree urbane e determinazione di una sorgente ignota
- molti lavori sui modelli fluidodinamici CFD, però Venkatram mette in guardia: rischiano di essere puro cinema, quindi vanno bene per colmare deficit dove non ci sono misure, ma alla fine bisogna arrivare a forme analitiche da mettere nei modelli
- integrazione tra vari approcci (euleriani, lagrangiani, statistici, land use regression, ecc)
- molti lavori sulla scala urbana
- applicazione di moduli di Health Impact Assessment
- grosse applicazioni con notevoli potenze di calcolo
tendenze nella modellistica (2/2)
- integrazione dei modelli di traffico e di dispersione
- strumenti di benchmarking: DeltaTool, criteri di Hanna e Chang (2004)
- WRF spopola
- Bolchem sopravvive
tendenze nella qualità dell'aria
- 1990-2010: \(SO_2\) si è ridotto molto, ma non lungo le rotte navali
- la qualità dell'aria migliora, ma non abbastanza in fretta
- se consideriamo i limiti WHO, il 90% della popolazione urbana europea è esposta per il PM10, e per l'ozono il 100%
- aree più critiche:
- Po Valley e Polonia per PM10
- Po Valley e costa mediterranea della Spagna per l'ozono
- aree urbane per \(NO_2\)
- i diesel sono un problema (auto e bus) per \(NO_2\)
- problema: l'ammoniaca ha smesso di calare
- l'eutrofizzazione è ancora un problema
tendenze nella normativa
- NEC 2030 richiede riduzioni di emissioni significative, ma quelle davvero difficili saranno per \(NH_3\) e PM2.5
- in arrivo un fitness check che portebbe rivedere la normativa verso:
- nuovi limiti
- nuovi inquinanti (black carbon?)
- emerge la necessità di ragionare sui limiti WHO (che sono più bassi di quelli UE!)
misure (1/2)
- in FAIRMODE/AQUILA diversi metodi a confronto per stima della rappresentatività delle stazioni: risultati diversissimi!
- pallone frenato per stimare emissioni in un'area (prog.QuASAR)
- revisione del metodo ARM2 (US-EPA) per rapporto \(NO_2/NO_X\), più adatto alla Toscana, a partire dalle misure [Lupi, ARPAT], con quelche perplessità tra il pubblico per la mancanza di stratificazione dei dati per tipo stazione, stagione, distanza da strade, ecc
misure (2/2)
- reti molto fitte di sensori low-cost: come usarle?
- non sono abbastanza accurati per valutare i modelli [Lefebvre, VITO]
- utili per coinvolgere attivamente i cittadini (Anversa), ma richiedono comunque un impegno notevole dei tecnici
- tecniche di inversione bayesiane (Webster et al., 2016) per aggiustare le emissioni locali e migliorare le simulazioni [Carruthers, CERC]
emissioni
- prog.QuASAR, misure pallone frenato e stime: \(Emis_{SP} = Conc_{SP} \frac{h_{PBL}}{lifetime_{SP}}\) [Silibello, Arianet]
- risultato QuASAR: MEGAN sovrastima rispetto a BIOVOC
- confronto tra inventario ER e top-down [Stortini, ARPAE]:
- differenze più grosse nell'industria
- utile lo strumento FAIRMODE, che nel confronto distingue tra componente spazio-dipendente e settore-dipendente
ricostruzione di emissioni ignote
- RetroSPRAY + 2 algoritmi diversi di STE (massima sovrapposizione e variazionale): il più semplice se la cava bene ed è molto veloce, l'altro è più accurato; entrambi sono sensibili al campo di vento e alla distribuzione delle stazioni [Tinarelli, Arianet]
- metodo con accoppiamento di approccio bayesiano (STE2) e algoritmo variazionale (VIRSA) [Westoby, DSTL, UK-MinDefence]
WRF (1/4)
- progetto EuroDelta III: molti CTM, tutti usano WRF:
- sovrastimano vento
- sottostimano temperatura
- sottostimano \(h_{PBL}\)
- test di \(h_{PBL}\) Grisogono 2010 [Gasparac, GEKOM]
- valutazione contro Cabauw e KIT: aumentà variabilità
- caso studio Dalmazia: diminuisce bias di AQ
WRF (2/4)
- urbanizzazione di RegCM e WRF con 4 schemi a complessità crescente: bulk (solo land use), SLUCM (single layer urban canopy model), MLUCM (multiple), BEP+BEM (Building Effect Parametrization, Building Energy Model) [Halenka, Charles Univesity Prague]
- test 2001-2010 con IC/BC ERA-INTERIM
- impatti significativi anche su aree urbane piccole
- impatto su \(O_3\) e \(NO_X\)
- e ancora non hanno fatto il fine tuning sul tessuto urbano in WRF [Ferrero, Uni.Piem.Orientale]
WRF (3/4)
- test vari schemi urbani in WRF: LSM, UCM (interni), SUEWS (esterno)
- verifica contro misure di flussi (sensibile, latente)
- UCM è il migliore (temperatura correla 0.9)
- riduce anche il bias del vento
WRF (4/4)
- test di schemi per boundary layer in Artico [Batchvarova, NMHI]
- correlazione di temperatura potenziale migliora passando da 26 a 42 livelli
- aumento risoluzione da 4 a 1.33km non ha effetto
- lo schema migliore è MYNN e in generale quelli basati su TKE sono meglio di YSU
- in quota aumenta il bias di temp.pot., diminuisce NRMSE
strumenti utili
diagnostica: metodologia
- diagnostica di funzioni di distribuzione cumulative (tipo nostro prog.NAUSICA): suggerita Area Metric (Ferson et al., 2008)
- Datasaurus Dozen dimostra che statistiche semplici possono essere fuorvianti [Solazzo, JRC]
- considerare separatamente le componenti dell'errore: bias, varianza, covarianza
- distinguere le varie frequenze delle componenti dell'errore: baseline, synoptic, diurnal, intra-day
- isolare le cause (per esclusione); l'errore permane: azzerando le emissioni? azzerando le BC? considerando solo i traccianti passivi?
supporto alle decisioni (1/2)
- se si fa un'analisi di propagazione delle incertezze, ogni step (emissioni, meteo, CTM, funzione di risposta, …) aggiunge la sua e il risultato finale è inutilizzabile, a meno che non riduciamo il bias (data assimilation) [Solazzo, JRC]
- [Janssen, VITO] per supporto alle VIA (di strade), necessarie trasparenza, obiettività, standardizzazione:
- il governo delle Fiandre ha scelto di finanziare uno strumento modellistico gratuito per i consulenti
- FASTRACE (mod.traffico) + IFDM (mod.dispersione)
- disponibile su Fiandre, Bratislava, Cracovia
supporto alle decisioni (2/2)
- SHERPA [Pisoni, JRC]
- serve come screening per capire che margine ha un Piano e con chi bisogna collaborare per realizzarlo
- sorgenti di incertezza: parametri \(\alpha\) e \(\omega\), emissioni, politiche
- analisi per individuare le prevalenti: Helsinki emissioni PPM, Milano emissioni e politiche; in futuro estenderanno l'analisi a tutto il dominio (Europa)
grandi numeri
- CEA (Francia) per le simulazioni di attacchi terroristici usa 1000 core
- a Tikrit (Iraq) è normale avere 600\(\mu g/m^3\) di PM10
altissima risoluzione
- a Berlino \(NO_2\) con CTM con nesting 30, 7, 2, 0.5 e poi modello traffico LASAT e modello microscala MISKAM su alcune strade critiche (risoluzione 2m) [Pfaefflin, IVU], poi valutano come la differenza tra CTM e microscala (mediata su cella CTM) sia funzione di alcune proxy (densità strade, ecc)
- prog.UDINEE (urban dispersion): sviluppato e valutato modello analitico per rilasci istantanei galleggianti di misture gas/aerosol (timestep 0.5s) [Hanna]
lagrangiano
- test di vari closure schemes per la turbolenza in un modello lagrangiano (SPRAYWEB, fratellastro di SPRAY) in terreno complesso [Tomasi, UNITN]
- verifica contro Bolzano Tracer Experiment
- schema di plume rise: Anfossi
- M-Y con parametri modificati (Trini Castelli) meglio di M-Y originale
- Hanna meglio di tutti
deposizioni
- Servola: deposizioni di Fe in mare potrebbero modificare significativamente lo sviluppo di fitoplancton e conseguentemente tutto l'ecosistema
- schemi di deposizione (below cloud washout) tengono conto che l'efficienza dipende dalla distribuzione dimensionale, ma non tengono conto del fatto che la deposizione, in caso di piogge prolungate, modifica la distribuzione stessa; schema modificato riduce sovrastima [Webster, MetOffice]
impatti
- sulla salute: molto usato il modulo EVA
- sulle colture: M7 meglio di AOT40 (più robusto), ma entrambi non catturano le interazioni tra stress idrico e danni da ozono
grandi classici (1/2)
- imperdibili per la dispersione nel surface layer [Venkatram]
- Nieuwstadt & van Ulden, 1978: la concentrazione verticale è gaussiana solo in condizioni stabili, negli altri casi non lo è mai
- van Ulden, 1978: un'approssimazione analitica elegante per i profili verticali; le concentrazioni vicino a una strada calano con l'inverso della distanza, non c'è nessun'esponenziale
- Gryning, van Ulden, Larsen, 1983
- Eckman, 1994: Horizontal plume spread…
- oggi la frontiera è descrivere analiticamente l'impatto delle singole componenti di una città, e poi comporle insieme
grandi classici (2/2)
- inoltre [Weil]
- Gifford, 1959: Meandering plume model…
- Csanady, 1973: Concentration fluctuation intensity…
contatti
- Boznar, Mlakar (MEIS, Slovenia) lavorano con SPRAY su Krsko, hanno esperienza su altri grossi impianti sloveni (lignite, ecc), verificano WRF con dati di una torre (70m)
- Georgieva (NIMH, Bulgaria) interessata a Calicantus, ha interesse/difficoltà a reperire dati di Bulgaria e Serbia
- Maurizi (ISAC, Bologna) disponibile a darci script per gestione dati Airbase
- Cesari (ISAC, Lecce) interessata a nostra libreria dartle