T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. Vestri - Determinazione del contributo dell'aerosol marino alla ...
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Determinazione del contributo
dell’aerosol marino alla frazione
PM10 sulla costa ligure
Dott. Ing. Tomaso Vairo
ARPAL UTCR-ASP
T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. Vestri
Contenuto Introduzione Metodologia Risultati Conclusioni T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. Vestri
Introduzione
Per la normativa italiana ed europea sulla qualità dell’aria, le concentrazioni medie giornaliere di
PM10 non devono superare il valore limite di 50 μg/m3 per non più più di 35 volte in un anno e la
concentrazione media annuale non deve superare il valore limite di 40 μg/m3; tali concentrazioni
non distinguono, però, i contributi delle emissioni antropiche da quelli naturali.
La superficie del mare è una sorgente areale
di aerosol, che può modificare la qualità
dell’aria; ai sensi della direttiva 2008/50/CE,
inoltre, può essere identificata come contributo
da fonte naturale.
naturale Qualora tali contributi
possano essere determinati con sufficiente
certezza e qualora i superamenti siano dovuti
in tutto o in parte a tali contributi naturali,
questi possono essere detratti,
detratti alle condizioni
previste dalla direttiva, al momento della
valutazione del rispetto dei valori limite della
qualità dell’aria.
T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. Vestri
Metodologia
Individuazione dei siti
Sono stati individuati i siti di:
Genova – Rapallo
La Spezia – P.zza Saint Bon
Savona – Varaldo
Imperia – Via Brea
Si è tenuto conto delle stazioni meteo e di qualità dell’aria già presenti sul territorio ligure. Le
stazioni scelte dovevano presentare caratteristiche idonee al fine del presente studio, ovvero:
vicinanza alla costa e presenza di campionatori sequenziali di PM10.
T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. Vestri
Metodologia Campionamento Il materiale particolato è stato campionato secondo la norma UNI EN 12341:1999 “Qualità dell’aria. Determinazione del particolato in sospensione PM10. Metodo di riferimento e procedimento per prove in campo atte a dimostrare l’equivalenza dei metodi di misurazione rispetto al metodi di riferimento”. Sono stati impiegati campionatori sequenziali gravimetrici per tutti i siti, eccetto quello di Varaldo (SV), è stato impiegato un analizzatore automatico equivalente ad assorbimento di raggi β corredato di sequenziatore. T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. Vestri
Metodologia
Analisi campioni
estrazione e l’analisi
L’estrazione analisi dei filtri campionati seguono il metodo dell'Università
dell'Università degli Studi di
Milano - Bicocca dal titolo "Analisi ioni inorganici nel particolato atmosferico
atmosferico in cromatografia
ionica". Tale metodo è stato poi messo a punto dai Laboratori ARPAL del Dipartimento di
Genova secondo gli step che seguono.
1. Estrazione
10 ml di acqua Milli-Q grade come solvente di estrazione;
bagno ad ultrasuoni per 20 minuti.
Gli estratti vengono filtrati con filtro per siringa in PVDF, 0.2 μm – CPS Analitica.
2. Cromatografia ionica (Na +, NH4+, K +, Mg 2+, Ca 2+, Cl-, NO2-, NO3-, SO42-)
Standards Ultrascientific a 1000 ppm diluiti con acqua Milli - Q grade;
Fase stazionaria:
Colonna anioni: Dionex IonPac AS19 (precolonna Dionex Ion Pac AG-19)
Colonna cationi: Dionex IonPac CS12 (precolonna Dionex IonPac CG12)
Fase eluente:
Anioni : eluizione a gradiente con flusso 1 ml/min ed eluente KOH da 6 a 45 mM.
Cationi : eluizione isocratica con flusso 1 ml/min ed eluente MSA) 20mM.
In tali condizioni la durata dell’analisi è di 35 minuti.
minuti
T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. Vestri
Metodologia
Analisi dati
La determinazione del contributo di sale nel PM10,
mediante approccio modellistico, prevede una fase di
concettualizzazione, una fase di taratura e una fase di
validazione del modello stesso.
Si sono correlate le condizioni meteo climatiche,
climatiche
concorrenti nella formazione dell'aerosol marino, nei
pressi del siti costieri, con i dati sperimentali analitici di
cloruri, presenti nella frazione di PM10, attraverso il
software di analisi statistiche S-Plus.
Plus
T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. VestriMetodologia
Analisi dati
I dati di input meteo - climatici
consistono negli output del modello
meteorologico europeo (ECWF):
(ECWF)
altezza d'onda significativa (Hs
(Hs)
Hs)
intensità
intensità del vento (V)
direzione del vento (dirW
(dirW)
dirW)
direzione dell'onda (dirV
(dirV)
dirV)
T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. VestriRisultati
Sviluppo
Lo studio ha previsto una regressione N.L. sui dati analitici per poter arrivare ad una formula
predittiva del fenomeno di movimentazione e dispersione in aria dell'aerosol marino marino.
La quantità di sale marino presente nella frazione di PM10 è risultata direttamente
proporzionale allo stato di agitazione del mare sottocosta,
sottocosta la quale è fisicamente correlata
altezza dell’
all’altezza dell’onda al largo (Hs(Hs)
Hs) e alle condizioni di propagazione dal largo verso riva
(dipendente dalla direzione dell’dell’onda (dirW
(dirW)
dirW), dalla batimetria e dalla conformazione della
costa).
Il vento, inoltre, concorre alla propagazione dell'aerosol quando si presentano condizioni
favorevoli di direzione del vento (dirV
(dirV)
dirV).
Una volta individuate tali variabili, si sono ipotizzate differenti formule di regressione, al fine di
massimizzare la convergenza tra i dati sperimentali e quelli simulati.
T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. VestriRisultati
Relazione generale
[Cl ] = a ⋅ H
− b
s ⋅ (1 + cos(α − α 0 )) + c ⋅ Vsd ⋅ (1 + cos(β − β 0 ))
dove:
dove
[Cl-]: concentrazione di cloruri in μg/m3 α: direzione di provenienza dell'onda
a,b,c,d: parametri di regressione β: direzione di provenienza del vento
Hs: altezza dell'onda α 0: parametro sito specifico di provenienza dell'onda
Vs: velocità del vento β 0: parametro sito specifico di provenienza del vento
La formula, così espressa, soddisfa i requisiti fisici del fenomeno allo studio, in quanto
considera sia il contributo delle onde,
onde sia il contributo del vento:
vento entrambi necessari alla
formazione dell'aerosol. L'equazione individuata, inoltre, tiene conto degli angoli di provenienza
efficaci di onde e vento.
vento
T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. VestriRisultati
Relazioni sito-
sito-specifiche
Il valore assunto dai parametri a,b,c,d, α 0 e β 0 risulta essere differente a seconda del sito in cui
si studia il contributo.
Tale risultato dipende dalla particolare conformazione della costa ligure. Infatti la formazione di
aerosol dipende da:
stato di agitazione del mare sottocosta
altezza d’
d’onda al largo
condizioni di propagazione dell’
dell’onda dal largo verso riva
direzione dell’
dell’onda
batimetria
tutte variabili che sono diverse in ogni punto della costa ligure.
T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. VestriRisultati
Genova (Rapallo):
(Rapallo) [Cl ] = 3 ⋅ H
− 1.5
s ⋅ (1 + cos(α − 2.6 )) + Vs1.9 ⋅ (1 + cos(β − 1.9))
Grafico di confronto dei valori di concentrazione dei cloruri determinati
sperimentalmente in laboratorio e i valori ottenuti dal modello – Sito di Rapallo (GE).
T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. VestriRisultati
Genova (Rapallo):
(Rapallo)
Grafico di dispersione dei valori di concentrazione dei cloruri determinati
sperimentalmente e ottenuti dal modello – Sito di Rapallo (GE).
T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. VestriRisultati
La Spezia (Piazza s. Bon):
Bon) Cl − = 4 ⋅ H s1.5 ⋅ (1 + cos(α − 2.5)) + 2 ⋅ Vs1.9 ⋅ (1 + cos(β − 4 ))
[ ]
Grafico di confronto dei valori di concentrazione dei cloruri determinati sperimentalmente
in laboratorio e i valori ottenuti dal modello – Sito di Piazza Saint Bon (SP).
T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. VestriRisultati
La Spezia (Piazza s. Bon):
Bon)
Grafico di dispersione dei valori di concentrazione dei cloruri determinati
sperimentalmente e ottenuti dal modello – Sito di Piazza Saint Bon (SP).
T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. VestriRisultati
Condizioni di calma di vento (vento nullo)
Al fine di verificare la robustezza del modello, è stata eseguita una ulteriore prova, utilizzando
un set di dati fittizio, ove si annulla la componente del vento, e si sperimentano ipotetiche
condizioni d’onda (infatti come risulta da altri studi [Barsanti P. et al, ENEA Report ISSN/0393-
3016 RT/2008/8/ACS (2008)], nelle zone vicine alla costa la produzione di aerosol dipende
prevalentemente dal moto ondoso e dalla sua interazione con il fondale marino,
marino perciò
l’emissione di aerosol può avvenire anche con vento nullo e moto ondoso generato in alto
mare.
Di seguito i risultati ottenuti con la regressione individuata nel presente studio, ipotizzando
condizioni di vento nullo (V, dir V, c, β 0 = 0).0) Al fine di ottenere condizioni verosimili, sono state
considerate altezze d’onda (Hs), (Hs) direzioni d’onda (dirW)
dirW), parametri sito specifici di provenienza
dell’
dell’onda (α 0) e parametri di regressione (a, b,d) compresi in intervalli congrui con i dati
riscontrati nei vari siti liguri.
liguri
T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. VestriRisultati
Condizioni di calma di vento (vento nullo)
Si registrano, effettivamente, valori
non nulli di [Cl-] anche in assenza di
vento.
Inoltre, si nota una corrispondenza tra
valori di [Cl-] bassi, altezze d’onda
minime e/o angoli più in linea con la
costa.
T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. VestriRisultati Correlazione tra [Cl-] e PM10 La concentrazione di Cloruri risulta significativa quando si presentano condizioni meteomarine favorevoli. In Liguria, infatti, la percentuale di cloruri sul totale del PM10 si aggira, solitamente, attorno al 2%, con punte oltre il 30%. L’andamento generale del PM10 non segue, ovviamente, l’andamento delle condizioni meteomarine, ma, quando vi sono condizioni favorevoli, il contributo dei Cloruri si è dimostrato essere effettivamente rilevante. T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. Vestri
Conclusioni
As Is
Per i siti di Genova (Rapallo) e La Spezia (Piazza S. Bon), la relazione trovata ha dimostrato di
essere attendibile e robusta, e la fase di calibrazione si ritiene conclusa con un soddisfacente
risultato. Infatti, come precedentemente mostrato, si ha:
Genova:: y = 0.9038 ⋅ x + 8.7188,R 2 = 0.771
Genova La Spezia:
Spezia: y = 0.7772 ⋅ x + 15.352, R 2 = 0.743
Per quanto riguarda i siti di Savona e Imperia, la collezione di dati non è abbastanza
significativa per considerare attendibili i risultati.
To be
Una volta raccolti ulteriori dati, si procederà a:
Validazione dei siti di Genova e La Spezia;
Completamento della calibrazione, e validazione, dei siti di Savona e Imperia.
Completati tali steps, le regressioni verranno utilizzate da ARPAL come strumento di supporto
decisionale, a fronte di superamenti del valore limite di PM10.
T. Vairo, M. Quagliati, E. Pagani, M. Beggiato, A. Lantero, R. Della Penna, G. VestriGrazie per l’l’attenzione
T. Vairo, M. Quagliati,
E. Pagani, M. Beggiato,
A. Lantero, R. Della Penna,
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