Le grandi infrastrutture a supporto della ricerca nel campo della qualità dell'aria - Gelsomina Pappalardo Consiglio Nazionale delle Ricerche ...
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Le grandi infrastrutture a supporto della ricerca
nel campo della qualità dell’aria
Gelsomina Pappalardo
Consiglio Nazionale delle Ricerche – Istituto di Metodologie per l’Analisi
Ambientale (CNR-IMAA)
gelsomina.pappalardo@imaa.cnr.it
Outline
• Le grandi sfide ambientali
• Le grandi infrastrutture di Ricerca (ESFRI)
• Infrastrutture a supporto della ricerca in campo atmosferico
• Opportunità
• Conclusioni
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018
Environmental challenges now and in future
Key role for Environmental Research Infrastructures
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018
Infrastrutture di Ricerca
Facilities, risorse e servizi per la comunità scientifica
Grandi strumentazioni
Collezioni e Archivi di dati che forniscono informazioni strutturate
e organizzate
Infrastrutture ICT
Estendere le frontiere della conoscenza
Scambio e trasferimento di conoscenza
Formazione della nuova generazione di ricercatori
Sviluppo di nuove tecnologie e supporto all’innovazione
industriale
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018
VISIONE EUROPEA
Perché è necessario un approccio Europeo per le Infrastrutture di Ricerca?
Accesso per tutti i ricercatori europei alle IR localizzate in particolari Stati
Membri
Evitare duplicazioni e promuovere un uso coordinato e razionale delle
facilities
Collegamento delle comunità di ricerca nazionali per il miglioramento della
qualità della ricerca e innovazione
Condividere i costi di realizzazione e di operatività
Scambio di best practice e sviluppo della interoperabilità delle facilities e
delle risorse
Internazionalizzazione
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018
ESFRI
ESFRI (European Strategy Forum on Research Infrastructures) fu avviato nel 2002 dal
Consiglio di Competitività Europeo con lo scopo di:
supportare una strategia coerente tra i vari governi sulle infrastrutture di ricerca in
Europa;
facilitare iniziative multilaterali per l’utilizzo e lo sviluppo delle infrastrutture di ricerca;
seguire la fase di implementazione delle infrastrutture ESFRI;
valutare e prioritizzare le infrastrutture ESFRI.
L’ESFRI Forum è costitutito da delegati dei ministeri di 28 paesi membri, 10 paesi associati e
la Commissione Europea.
www.esfri.eu
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018
IR europee nel settore ambientale
Contribuiscono significativamente allo sviluppo di nuova conoscenza e
nuove metodologie nelle scienze ambientali (i.e. mitigazione e adattamento ai
cambiamenti climatici, approccio integrato per lo studio delle risorse naturali,
uso sostenibile del suolo, produzione alimentare sostenibile)
Sono centri per il trasferimento di conoscenza sia ad altri settori che alla
pubblica amministrazione (i.e. salvaguardia e sicurezza, previsioni,
ingegnerizzazione, pianificazione per l’utilizzo del suolo sia in ambiente
urbano che rurale)
Forniscono informazioni al pubblico (i.e. early warning per i rischi naturali,
uso sostenibile delle risorse naturali)
Sono centri di formazione per studenti e giovani ricercatori che lavorano nel
settore ambientale
Centri di eccellenza a livello Europeo ma con impatti anche a livello locale
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018
ESFRI Roadmap 2016
IN-SERVICE AIRCRAFT FOR A GLOBAL OBSERVING SYSTEM
Association Internationale sans but lucratif
European Research Infrastructure for Earth Observation using Passenger Aircraft
IAGOS Infrastructure Key Figures IAGOS Data Key Figures
Operational since January 2014 Longest time series:
ESFRI Landmark since 2016 - H2O, O3, Temperature (> 20 yrs),
Atmospheric Domain Leader in ENVRIPLUS - CO (> 12 yrs)
Partners from science, industry and Latest products: NOx , clouds, CO2, CH4
meteorological services Open data policy (CAMS/GEO/GEOSS)
6 participating airlines globally Near real-time data provision for CAMS
Long-term deployment (20 yrs) Real-time data provision
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018Integrated Carbon Observation System
Core business: provides standardized high-
precision data on greenhouse gases and their
fluxes.
Societal Impact: crucial information for
decarbonisation and Climate Change
mitigation.
Economic Impact: upstream impact through
technical cooperation, downstream impact
via open data usage.
Current status: operational and provide data
since 2017.
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018Aerosols, Clouds and Trace gases
Research Infrastructure
• ACTRIS is supporting the scientific
community and the society via:
• continuous, intercomparable and quality
assured 4D-data on atmospheric composition.
• online data analysis tools for ACTRIS data.
• instrument calibrations.
• providing access to the best atmospheric
research facilities in Europe.
• knowledge dissimination and training.
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018ACTRIS
ACTRIS is a distributed research infrastructure dedicated to high-quality
observation of aerosols, clouds, trace gases and exploration of their
interactions:
delivers precision data, services and procedures regarding the 4D variability
of clouds, short-lived atmospheric species and the physical, optical and
chemical properties of aerosols to improve the current capacity to analyse,
understand and predict past, current and future evolution of the atmospheric
environment
serves a vast community of users working on observations, experiments,
models, satellite data, analysis and predicting systems
offers access to advanced technological platforms for exploration of the
relevant atmospheric processes in the fields of climate change and air quality
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018Why Aerosol, Cloud and Trace Gases ?
Climate, Air Quality, Atmospheric Hazards
“the largest uncertainty to estimates and interpretations of the Earth’s
changing energy budget (IPCC)”
2.83 [2.26 to 3.40] W m–2
(high to very high confidence)
Low regional variability
–0.9 [–2.1 to −0.1] W m−2
(medium to low confidence)
High regional variability
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018Why Aerosol, Cloud and Trace Gases ?
Climate, Air Quality, Atmospheric Hazards
“Half of European population to unhealthy air quality leading to more
than 300000 premature deaths (WHO) ”
On average, Half of PM levels in a
European city not produced by the
city itself (IAASA)
Knowledge of natural background,
long-range transport (International
and National contribution) a
requirement
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018Why Aerosol, Cloud and Trace Gases ?
Climate, Air Quality, Atmospheric Hazards
“Disasters due to natural hazards in EEA member countries have
increased significantly between 1980 and 2009 (EEA)”
Extreme temperatures, Volcanic
eruptions, droughts, Forest fires have
strong influence on atmospheric
composition, either directly (emission
of aerosol and trace gases) or
indirectly
Potential (health) benefits from
reducing emissions may be result less
effective in a changing climate
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018Why Aerosol, Cloud and Trace Gases ?
Overcoming current knowledge gaps will require:
Emission
• Improved knowledge of emission
intensities and source attribution
Trace
Gases
• Improved capacity for
characterizing intrinsic properties
of Aerosol and Clouds Aerosol
Clouds
• Improved capacity for a 4D
approach of multi-component
interactions
Removal
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018Why Aerosol, Cloud and Trace Gases ?
Climate, Air Quality, Atmospheric Hazards
• the chemical, optical and physical properties of aerosol particles
near the surface, their extinction and backscattering profiles of
throughout the troposphere and lower stratosphere and their
integrated columnar properties
• the composition and concentration of specific reactive gases from
the surface throughout the troposphere and lower stratosphere
• the chemical and physical properties of cloud droplets and their
dynamical evolution in natural clouds, leading to the formation of
precipitation
• The processes by which aerosol, trace gases and clouds interact to
lead to the observed variability and trends in the atmosphere
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018ACTRIS components
ACTRIS Observational Platforms (fixed ground-based stations delivering long-
term data based on regular schedule and common operation standards)
- Aerosol remote sensing
- Aerosol in situ
- Cloud remote sensing
- Cloud in situ
- Trace gases remote sensing
- Trace gases in situ
ACTRIS Exploratory Platforms
atmospheric simulation chambers, laboratory platforms and mobile platforms
that perform dedicated experiments and contribute data on specific atmospheric
constituents, processes, events or regions by following common standards
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018The ACTRIS Concept
An Atmospheric Research Infrastructure to:
• Provide access to 4D variability of a multi- Multi-instrumented
observational
component system for detection of trends, platforms
source attribution and potential feedbacks
processes
Multi-instrumented
• Provide capacity to understand and quantify of exploratory
interactions between the atmospheric multi- platforms
phase components
• Provide innovative approaches and
methodologies for detection of atmospheric Instrumental and
composition changes ICT Expertises in
Central Facilities
• Provide training capacity to operators and
users
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018ACTRIS Concept
Observation for Climate and Air Quality, A Three-way Street:
Satellites provide context, Ground-based provides details, & Models
complete the picture
Ground-based Satellites
4D targeted chemical
CURRENT STATE frequent, global
& • Initial Conditions snapshots;
microphysical detail • Assimilation aerosol amount &
point-location aerosol type maps,
time series plume & layer heights
Model Validation
• Parameterizations
• Climate Sensitivity
• Underlying mechanisms
Models
space-time interpolation,
calculation and prediction
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018ACTRIS Business model (1)
Experiment Field sites
chambers
From improved science … via new knowledge
Central facilities
DATA - CALIBRATION - DEVELOPMENT
Instrument
Access to and method
central Long term development
facilities reliable
Access to
reference
sites
observation
s
Competiveness of national and European science and technology
Lowered barriers for innovative
science – national and
Flexible support for Technological innovations
international research projects and open knowledge
Short lived
New knowledge of the Atmosphere New
climate-forcing Long term Atmospheric Transport Precipitation
Cloud processes observation
pollutants changes transformations processes processes and dynamics methods
Understanding Climate New knowledge on Air Quality Understanding
system relevant processes atmospheric dynamics
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018ACTRIS Business model (2)
New knowledge of the Atmosphere
… via new knowledge ... … to societal benefits
Short lived New
climate-forcing Long term Atmospheric Transport Precipitation
Cloud processes observation
pollutants changes transformations processes processes and dynamics methods
Understanding Climate New knowledge on Air Quality Understanding
system relevant processes atmospheric dynamics
Support of Answering key environmental questions
international
programmes Circulati Emission
Climate Air Water
on verificat
change Quality cycle
changes ion
Providing for the society
Population Economic
Food security Water access Agriculture
health growth
Protection from
Improved climate
Tourism environmental Visibility
resilience hazards
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018ACTRIS Structure
Head Office
• Coordination and Management
• Service Access Management unit
Central Facilities
• ACTRIS Data Centre
• Topical Centres: Aerosol remote sensing, aerosol in situ, cloud
remote sensing, cloud in situ, trace gases remote sensing,
trace gases in situ
National Facilities
• Observations
• Explorations
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018ACTRIS Data services
ACTRIS data products
ACTRIS VRE for tools
and computing
Calibration Centres Data Centre
Instrument calibration NF aerosol, cloud and trace gas variables
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018Physical access related ACTRIS services
Research Services
Instrument calibration
Industry Services
Training services
Calibration Centres
Head Office /
Services
USERS Access
National Facilities
Management
Unit
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018ACTRIS long-term strategy
Operational till 2045
ESFRI
Building the pan-European dimension
Building the National dimension
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018ACTRIS Italia
Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR)
Agenzia Nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico
sostenibile (ENEA)
Università degli Studi di Napoli “Federico II” (UniNA)
Università degli Studi dell’Aquila (UniAQ)
Università del Salento (UniSal)
Università degli Studi di Urbino (UniUrb)
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)
ACTRIS Italia JRU nel 2017
www.actris.it
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018ACTRIS Italia – National Facilities
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018ACTRIS Italia Central Facilities
- HO (Head Office) [CNR] - Data Center [CNR]
CNR-IMAA gestisce il SAMU e partecipa al CNR-IMAA gestisce l’EARLINET data
coordinamento europeo dell’intera IR center (aerosol profiling)
Head Office / Services
Access Management Unit
- CARS (Aerosol Remote Sensing Topical
Center) [CNR]
- CAIS (Aerosol in situ Topical Center)
CNR-IMAA ospita una unità del topical
[INFN]
center per la calibrazione dei sistemi lidar
INFN - Firenze, LABEC per le analisi con
fasci ionici, Ion Beam Analysis (Iba)
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018Opportunità
supporto alla comunità scientifica
dati di qualità
accesso a facilities e laboratori
sviluppo nuovi sensori
training
supporto alle imprese
massa critica / aumento di competitività
Al momento sono disponibili finanziamenti per accessi a facilities in Europa
attraverso i progetti ACTRIS 2 e EUROCHAMP2020 (www.actris.eu)
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018Conclusioni
le grandi infrastrutture di ricerca supportano l’eccellenza nella ricerca
Italia tra i maggiori paesi che supportano pan-EU IR
in campo ambientale /ricerca in campo atmosferico /qualità dell’aria
ACTRIS è attualmente in fase preparatoria ed entrerà in fase operativa nel
2025 (7 Enti, 12 gruppi di ricerca, utenti nazionali ed internazionali)
opportunità per la comunità scientifica nazionale ma anche per il paese
www.actris.it
www.actris.eu
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018Ringraziamenti
21 paesi europei / associati sono coinvolti in ACTRIS per un totale di circa 120
istituzioni di ricerca
Supporto finanziario ACTRIS:
- European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme (grant
agreement no. 654169, 730997 and no. 739530)
- ESA, EUMETSAT, COPERNICUS, ….
- Fondi nazionali e regionali
PM 2018 Matera, 23 – 25 maggio 2018Puoi anche leggere
