Paolo Bonasoni - PM2018 Matera
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CLIMA E QUALITÀ DELL’ARIA:
UN GIOCO DI PROSPETTIVA … D’ALTA QUOTA
Paolo Bonasoni
Consiglio Nazionale delle Ricerche
Istituto di Scienze dell'Atmosfera e del Clima
VII Convegno Nazionale sul Particolato Atmosferico PM 2018 Matera 23 Maggio 2018
High Mountain Stations
Mt Cimone
GAW Global Station Sentiero dell’Atmosfera
LLCF - SLCF/P
CO2 O3 BC
ABC Himalaya
NCO-P GAW Global Station Clima & Qualità dell’Aria:
2 facce stessa medaglia
Oetzi Ondate di calore
Po Valley
ACTRIS-2 campaign 2017
Long Range Transports
BB – BC – O3 - Dust
Infrastrutture di Ricerca - Scienza - Educazione ambientale - Turismo Le Infrastrutture di Ricerca per lo studio delle condizioni di fondo dell’atmosfera rappresentano una risorsa per ricercatori e scienziati coinvolti nel campo delle scienze dell’atmosfera, dell’ambiente e del clima. Le Infrastrutture in aree montane spesso rivestono grande interesse turistico: esse possono assumere il ruolo di luoghi privilegiati per lo scambio di informazioni fra comunità scientifica, pubblici amministratori, studenti e turisti.
Italian Climate Observatory WMO-GAW Global Station
The highest peak of the Northern Apennines.
Completely free horizon 360°
Usually above PBL
44.0N, 10.7E, 2165 m a.s.l.
Il laboratorio di Mt. Cimone è un naso
sulla pianura padana,
è un occhio che,
dalle Alpi al Mar
Mediterraneo, può
arrivare a vedere:
I 4/10 della superficie d’Italia
• a nord le Alpi Bernesi
• a ovest il Monviso
• a est il Mt. Nevoso
in Istria
• a sud-est il Terminillo
• a sud-ovest, in Corsica,
il Mt.Quercitella
Carta del grande orizzonte (A. Galassini, C.A.I. Modena, 1936)
Short-lived climate forcers (SLCF)
Clima e qualità dell’aria: due facce della stessa medaglia
Osservazioni di lungo periodo a Monte Cimone
O3: andamento annual a Mt. CIMONE O3: contributo antropico della
e in altre stazioni di fondo WMO/GAW pianura padana
11-day moving averages, Mt.Cimone and Zugspitze, 1996-1998
Apennines: CMN
80
Alps: JUN, SON
70 ZUG98
Mediterranean basin: KVC and GLH MTC98
O3 [ppb]
60
50
40
30
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
80
10
O3 [ppb][ppb]
70 ZUG97
8
MTC97
O3 difference
60
6
JUN SON 50
4
KVC 40
CMN 2
30
0Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
ZUG 80 All year Winter Summer Transition
70
All data Air motion ZUG to MTC ZUG96
MTC96
O3 [ppb]
60
MTC
A CMN è stato riscontrato un incremento
GLH 50
netto di ozono di 5.9 ppb per l’estate e di
403.8 ppb per i mesi di transizione.
per le due stazioni.Ondata di calore 2003: 8-18 giugno Mt. Cimone, Modena, Milano, Aosta: ozono
Mt. Cimone 1996-2006 ondate di calore: BC and O3
WMO - Identificazione Ondate di calore: un periodo di almeno 6 gg con valori max giornalieri
di T> 5°C sopra il valore max del CliNo (Climate Normal, in questo studio 1971-2000)
O§ e BC: Estate «tipica» vs Ondate di calore
Variazioni di O§ e BC durante eventi di ondate di caloreMountains as «platform»: monthly climatology of aerosol light
absorption at mountain sites
E. Andrews, J. Ogren et al.,
Atmospheric Research 102 (2011)Himalaya: Long-range transport of dust and pollution during summer Monsoon break
Nepal Climate Observatory – Pyramid, 12 – 22 June 2006
Surface ozone, black carbon
Northern - Southern Himalaya stations: DAILY RAINFALL June-July 2006
35
Xigaze Tingri Lhasa NCO-P
30
25
20
mm
15
10
5
0
06
06
06
06
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06
06
06
06
06
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06
06
06
06
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20
20
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20
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20
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20
6/
6/
6/
6/
6/
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7/
7/
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7/
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7/
7/
/0
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01
05
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13
17
21
25
29
03
07
11
15
19
23
27
31July 2017: MONTE CIMONE ACTRIS- -2 campaign – WP11
Absorbing aerosol studies in the Po Basin and its export to the free troposphere
Una campagna di misura
estiva, quando l’export di
inquinanti verso la libera
troposfera è più attivo.
Misura di BC/EC/EqBC con
diverse metodologie per:
• Identificare le sorgenti,
• Studiare la distribuzione
verticale nel periodo estivo
• Definire caratteristiche
ottiche dell’aerosol (SSA, Å
exponent…)
3 siti di misura:
• SITO MONTANO MAAP, AE31, CAPS, PAS, NEPH 3λ, Sunphot. (PFR)
• SITO URBANO PSAP, SP2, Neph 3λ, Sunphotometer (MFR7), LIDAR
• SITO RURALE MAAP, AE31, Neph 1 λ, Sunphotometer (PREDE)
inoltre: PSI MOSQUITA VAN, ultra-light aircraft from GreenLight,
Synergy with EMeRGe project and HALO aircraft.48 researchers
17 INSTITUTIONS INVOLVED 5 TNA applications
CNR-ISAC Institute of Atmospheric Sciences and Climate http://www.isac.cnr.it/en
ARPAE Environmental Agency EMILIA ROMAGNA https://arpae.it/
NATIONAL CENTER FOR SCIENTIFIC RESEARCH
NCSR Demokritos TNA "DEMOKRITOS"
http://www.demokritos.gr/?lang=en
PSI Paul Sherer Institute http://www.psi.ch
JRC – Ispra Joint Research Center https://ec.europa.eu/jrc/en
Aerosol d.o.o Aerosol d.o.o. http://www.aerosol.si/
IGE Institut de Géosciences de l’Environnement http://www.ige-grenoble.fr/?lang=fr
FMI Finnish Meteorological Institute http://en.ilmatieteenlaitos.fi/
MTU Michigan Technological University http://www.mtu.edu/
FTMC
TNA Center for Physical Sciences and Technology
http://www.ftmc.lt/en
Vilnius
AERODYNE Aerodyne Research http://www.aerodyne.com/index.phpa>
UNIMI Milano University, Physics Department http://ambiente.fisica.unimi.it/
Milano Bicocca University, Environmental
DISAT http://www.disat.unimib.it/
Science Department
Università degli Studi di Napoli Federico II, https://www.unina.it/-/768495-centro-di-
CeSMA
Centro di Servizi Metrologici Avanzati servizi-metrologici-avanzati-cesma-
ALA ALA Advanced LIDAR Applications S.r.l. http://www.alasystems.it/home-it/
Institute of Condensed Matter Chemistry and
CNR-ICMATE http://www.icmate.cnr.it/en/
Technologies for Energy
http://www.imaa.cnr.it/en
Institute of Methodologies for Environmental
CNR - IMAA
AnalysisJuly, 20 2017
Aircraft measurements
The ultra-light aircraft from GreenLight
(http://www.worldgreenflight.com/)
have flew over Po Valley, equipped with
instrument for equivalent black carbon (AE33) and carbon dioxide concentration,
completing three vertical profiles over the three sites of the campaign: S. Pietro
Capofiume, Bologna and Mt. Cimone.
Synergy with EMeRGe project
Effect of Megacities on the transport and transformation of
pollutants on the Regional and Global scales.
The second HALO aircraft flight over Italy took off at 9UTC from Germany
to enable flight downwind of the Po Valley in the late morning and in the
afternoon over Rome. The flight measurements are focused on catching
the outflow of pollution from the polluted areas of Po Valley and Rome.BC measurements from GreenLight
Ljubljana-Cimone and vertical profiles over SCP and CMN
July, 20 2017 11AMPRELIMINARY RESULTS:
BC from MAAP measurements over 3 sites
29 June – 3 August 2017Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima – ISAC CNR
Clima e qualità dell’aria: due facce della stessa medaglia
Processi antropici e naturali modificano la composizione dell’atmosfera - dove diversi
composti inquinanti sono anche clima-alteranti - e il suo bilancio radiativo,
influenzando clima e qualità dell’aria: l’inquinamento atmosferico risulta responsabile
di oltre 530.000 morti premature in Europa, oltre 60.000 in Italia (EEA, 2017).
Osservazioni pluriennali condotte a Mt. Cimone hanno evidenziato trend in
diminuzione di alcuni composti organici volatili, di BC ed O3.
Nel periodo estivo, favorevoli condizioni meteo esportano l’inquinamento in libera
troposfera.
Durante il periodo invernale, concentrazioni di BC misurate a Mt. Cimone ed a
Bologna (SuperSito) mostrano come l’inquinamento rimane confinato nei bassi
strati della Pianura Padana.
BLACK CARBON Novembre 2015 – Dicembre 2017
Bologna
Novembre 2015 Mt. CimoneTrasporto di masse d’aria inquinate dal Nord Africa e dalla pianura Padana
vs Mt. Cimone: dust, biomass burning, PBL pollutantsLong term study of Saharan Dust Transport Events at the Mt. Cimone Observatory
Aerosol-ozone correlations during dust transport episodes 2002-2016
228 DTEs: 49% of the DTEs lasted 1 d
22% lasted 2 d
29% lasted more than 3 d.
Putero et al. Aerosol properties characterization at Mt. Cimone
during and out of mineral dust transport events. PM2018
“Surface O3 was lower in air masses coming
from north Africa:
when these air masses were also rich in coarse
particles, the lowest O3 was registered”
• Uptake of O3 on dust particle surface (Zhang et al., 1994; Hanisch and Crowley, 2003).
Bonasoni et al., ACP, 2004
• HNO3 and NO3 depletion on dust particulate can remove a fraction of O3
precursors (i.e. nitrogen oxides), He and Carmichael,1999.
• Possible effect on photochemistry (Ndour et al., 2008)Marzo 1991: grande trasporto di dust
dal Sahara vs Mt. Cimone, Alpi,
centro Europa fino alla Svezia.
Bonasoni P. et al. Effect of Saharan dust transport on
ozone and carbon dioxide concentration
The total area affected in these northernmost
parts was at least 320 000 km2 and the total
amount of dust deposited in this region was
estimated at approximately 50000 tonnes.Ötzi, l’uomo del Similaun, fu ritrovato
il 19 settembre del 1991
nei pressi sul ghiacciaio del Similaun
in Val Venosta.Nepal Climate Observatory @ Pyramid NCO-P
Khumbu Valley (Nepal), 5079 m a.s.l.
Lat. N 27°57' Lon. E 86°48'Evidences of polluted air-mass transport to Himalayas
Atmospheric Brown Cloud
High Himalayas
7 April 2010, 10.46 NST During April 2010, the circulation of valley
winds have favoured the transport of large
amounts of BC, PM and O3 to NCO-P,
leading to high concentrations of pollutants
during the afternoon-evening hours.
The morning image (A) reveals the
Morning pre-monsoon background conditions pre-monsoon background conditions,
while the thick haze is clearly discernible
by images during afternoon conditions (B),
7 April 2010, 16.46 NST attesting to the extension of the ABC and
its influence in reducing visibility in the
high Himalayas.
Afternoon polluted “ABC” conditions
Images of the Himalayan Khumbu valley (with the Khumbu glacier
in foreground) from NCO-P on 7 April 2010.
(from the UNEP Black Carbon e-bulletin, Volume 2, Number 2, June 2010)Himalaya APRIL 2010
ACUTE POLLUTION EPISODE
ng m-3
1200
-3
800 L evog luc os an
ng m
400
0 22/03/1 0 23/03/1 0 24/03/1 0 25/03/1 0 26/03/1 0 27/03/1 0 28/03/1 0 29/03/1 0 30/03/1 0 31/03/1 0 01/04/1 0 02/04/1 0 03/04/1 0 04/04/1 0 05/04/1 0 06/04/1 0 07/04/1 0 08/04/1 0 09/04/1 0 10/04/1 0
Putero D., Influence of open
vegetation fires on black carbon
and ozone variability in the
southern Himalayas (NCO-P, 5079
m a.s.l.)
Environmental Pollution 184, 2014Variability of BC and surface ozone
Summer monsoon Winter season
Data avallabile @ GAW/WDCGG and GAW/WDCA-EBAS
90
80
ozone (ppb)
70
60
50
40
30
20
10
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
3000
eqBc (ng m )
2500
-3
2000
1500
1000
500
0
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015Atmospheric Brown Clouds and Black carbon
Atmospheric background conditions and
tropospheric composition
Himalaya (Nepal)
April 2009
Black Carbon
NCO-P
Mt.Cimone
Po Valley (Italy)
Summer 2006
A. Marinin et al.Atmospheric Brown Cloud in the Himalayas
5-year of O3 and BC at the NCO-P
• “Acute” pollution events: 156 days, 9.1% of the entire data-set
• The pre- monsoon is the season the most affected by these events
• Dramatic BC (+352%)* increases and high O3 (+29%)* enhancement
(*with respect to the remaining days)High frequency new particle formation in the Himalayas
role of thermal wind circulation
Aerosol concentrations are driven by intense ultrafine particle events occurring on >35% of
the days at the interface between clean tropospheric air and the more polluted air rising
from the valleys.
We observed significant increase of ion
cluster concentrations with the onset of new
particle formation events.
The ion clusters rapidly grew to a 10-nm size
within a few hours, confirming in situ
nucleation.
H: Venzac et al.: High frequency new particle formation
in the Himalayas PNAS Oct.14, 2008, vol.105, n.41,
The initiation of the new particle events coincides with the shift from free tropospheric
downslope winds to thermal upslope winds from the valley in the morning hours.
The new particle formation events represent a very significant additional source
of particles possibly injected into the free troposphere by thermal winds.CONCLUSIONI Clima e Qualità dell’Aria sono due facce della stessa medaglia: i principali gas serra provengono in realtà dalle stesse sorgenti degli inquinanti atmosferici . Per troppo tempo sono state trattate separatamente: è necessaria una strategia di riduzione coordinata per contribuire in modo efficace a garantire benefici in entrambi i settori. Il crescente interesse in politiche per il controllo della qualità dell’aria, della salute e del cambiamento climatico deve fare leva sulla riduzione dei SLCF Short-Lived Climate Pollutants/Forcers, oggetto di un prossimo capitolo del VI Assestment Report IPCC (2022). Lo sviluppo delle IR in alta quota ed i legami col mondo dell’educazione e del turismo rappresentano una tappa importante verso una corretta informazione climatica ed una migliore integrazione della ricerca scientifica con la società civile.
O3: contributo antropico della pianura padana
11-day moving averages, Mt.Cimone and Zugspitze, 1996-1998
80
70 ZUG98 Sono stati
MTC98 ZUG
analizzati I
O3 [ppb]
60
dati di ozono
50
relative a
40
masse d’aria
30 che hanno
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec attraversato
80
MTC
10 la pianura
O3 difference [ppb]
70 ZUG97 padana
8 MTC97
O3 [ppb]
60 passando per le due stazioni.
6
50
4
40 Considerando la differenza
2
30
riscontrata nei mesi invernali
0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
come una differenza di fondo
80
All year Winter Summer Transition
fra MTC e ZUG, a MTC è stato
70 ZUG96
riscontrato un incremento netto
All data Air motion ZUG to MTCMTC96 di ozono di 5.9 ppb per l’estate
O3 [ppb]
60
Differenza esistente tra le e di 3.8 ppb per i mesi di
50
concentrazioni medie di O3 misurate transizione.
40
a Mt. Cimone e Zugspitze
30Islanda: Eruzione Agosto 2014 vulcano Bardarbunga riprende intensa attività
mm
01
/0
6/
20
0
5
10
15
20
25
30
35
05 06
/0
6/
20
09 06
/0
6/
20
13 06
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20
17 06
/0
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20
21 06
/0
6/
20
25 06
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6/
20
29 06
/0
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20
03 06
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7/
20
07 06
/0
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20
11 06
/0
7/
20
06
Xigaze
15
/0
7/
20
19 06
/0
7/
Tingri
20
23 06
/0
7/
20
27 06
Lhasa
/0
7/
20
31 06
/0
7/
Northern - Southern Himalaya stations: DAILY RAINFALL June-July 2006
20
NCO-P
06Inquinamento INDOOR Valle del Khumbu
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