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Matrici di trasferimento per GAINS-Italia
Analisi delle risposte alle variazioni delle emissioni
Giuseppe Calori – ARIANET
Gino Briganti – ENEAAndrea Cappelletti – ENEAPietro Marri - ENEA Progetto MINNIRiunione plenaria 4-5 marzo 2010
Introduzione
• Il modello di valutazione integrata di impatto RAINS/GAINS usa l’approccio delle “matrici di trasferimento atmosferiche” (ATM) per la stima degli effetti sulle concentrazioni e deposizioni dei diversi scenari emissivi.
• Le ATM rappresentano l’approssimazione lineare della risposta del sistema al variare del quadro emissivo, rispetto ad uno scenario di riferimento.
Introduzione - ATM
i, k = aggregati territoriali (regioni)α = recettori sul reticolo IEi = emissione totale annuale sulla regione i
Cα = concentrazione media annuale sul rec. α
Dα = deposizione totale annuale sul rec. α
tiα = matrice di trasferimento lineare
S0 = scenario di riferimento
x= fattore di riduzione delle emissioni
)( 3
,
2
0
0
0
EOEEEE
DEtD
xE
DD
E
Dt
E
Dt
Iki
kiki
Ii
ii
iii
Sii
Introduzione - ATM
i, k = aggregati territoriali (regioni)α = recettori sul reticolo IEi = emissione totale annuale sulla regione i
Cα = concentrazione media annuale sul rec. α
Dα = deposizione totale annuale sul rec. α
tiα = matrice di trasferimento lineare
S0 = scenario di riferimento
x= fattore di riduzione delle emissioni
)( 3
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linearizzazione
Ii
ii
Ii
ii
EtC
EtD
'
Introduzione
• Sono state condotte simulazioni test, per individuare le dipendenze primarie tra precursori ed indicatori utilizzati in GAINS e la linearità o meno di tali dipendenze negli intervalli di variazioni considerati.
• Gli esiti forniscono informazioni per la costruzione delle ATM e verranno utilizzate nella pianificazione dei run di produzione delle stesse.
Metodologia
• Dominio nazionale: risoluzione 20 km x 20 km, 67x75 celle, SO corner (150, 3900) km rif. UTM 32.
• BC/IC: EMEP.• Aggregati territoriali considerati: Lombardia e Lazio,
diverse dal punto di vista geografico, meteorologico ed emissivo.
• Anno di riferimento (meteo): 2005.• Inventari emissivi anno 2005: ISPRA (Italia), EMEP
(Europa).
Metodologia
• Precursori: SO2, NOx, NH3, NMVOC e PM10.
• Percentuale riduzione emissioni: -25% e -50%.• Indicatori GAINS:
deposizioni totali annuali di S, N, NH; PM10; Ozono: SOMO35 ed AOT40.
Metodologia
• Emissioni totali [Mg y-1] dei precursori di interesse per le regioni considerate nei test run
SO2 NOx NH3 VOC PM10
Lombardia 28663 143998 101692 203120 23902Lazio 11718 72736 17685 100120 9432
Metodologia
/PFS/por/briganti/minnifarm/…
Conclusioni
SO2 NOX PM10 NH3 NMVOC
S lineare trascurabile trascurabile trascurabile trascurabile
N trascurabile lineare trascurabile
anticorrelata, incide per 30%, moderatamente
non lineare
trascurabile
NH trascurabile trascurabile trascurabile lineare trascurabile
O3 (SOMO35/AOT40)
noquasi lineare (regime NOX
limited)no no
lineare (regime VOC
limited)
PM10lineare,
secondaria rispetto a PM10
quasi lineare, secondaria
lineare, dominante
quasi lineare, secondaria
lineare, secondaria
precursori
spec
ie c
alco
late
Conclusioni
• Dai test si sono ottenute indicazioni utili per affinare la formulazione attuale RAINS/GAINS.
• Le variazioni nelle concentrazioni e nelle deposizioni, indotte dalla riduzione delle emissioni negli aggregati territoriali, appaiono spazialmente localizzate nelle stesse regioni.
• In diversi casi si osserva una dipendenza lineare conc./dep.-precursori e ciò costituisce la condizione ottimale per l’uso delle matrici di trasferimento lineari.
Conclusioni
• Deposizioni N anticorrelate con NH3 in misura significativa (30% circa), con dipendenza moderatamente non lineare: da valutare se definire una relazione adeguata.
• Non linearità nelle correlazioni tra ozono (SOMO35/AOT40) e precursore NOX, probabilmente dovuta anche alla presenza della soglia: da valutare se sia il caso di introdurre termini del 2° ordine nelle ATM.
Conclusioni
• Da definire test aggiuntivi sulla dipendenza (2° ordine) dell’ozono rispetto alle variazioni contemporanee di NOX e VOC.
• Da fare: calcolo completo di tutti i termini.• Ai fini della produzione in serie delle ATM si tenderà
ad accorpare le specie che non interagiscono tra loro (SO2, NOX, ma anche PM10), tramite run con abbattimenti simultanei, al fine di ottimizzare i tempi di CPU (riduzione prevista di circa il 40%).
Conclusioni
• Tempistiche run: attualmente (SAPRC90, no TUV), serve 1 mese CPU/matrice; considerando i due anni meteo (1999 e 2005), servono 2 mesi CPU/matrice.
• L’implementazione di SAPRC99 + TUV comporta una maggiorazione del tempo di CPU del 50%, aumento che può essere compensato con l’accorgimento di accorpare i precursori (-40%).
Deposizioni di S
Lombardia -50% Lazio [mg m-2 y-1]
Deposizioni di S
Lombardia -50% Lazio [mg m-2 y-1]
Deposizioni di S
Lombardia SO22 Lazio
[mg m-2 y-1]
Deposizioni di N
Lombardia -50% Lazio [mg m-2 y-1]
Deposizioni di N
Lombardia -50% Lazio [mg m-2 y-1]
Deposizioni di N
Lombardia NOXX Lazio
[mg m-2 y-1]
Deposizioni di NH
Lombardia -50% Lazio [mg m-2 y-1]
Deposizioni di NH
Lombardia -50% Lazio [mg m-2 y-1]
Deposizioni di NH
Lombardia NH3 Lazio
[mg m-2 y-1]
Ozono: SOMO35
Lombardia -50% Lazio [ppb day]VOC limitato
NOx limitato
Ozono: SOMO35
Lombardia NOX Lazio
[mg m-2 y-1]
Ozono: SOMO35
Lombardia NMVOC Lazio [mg m-2 y-1]
Ozono: SOMO35
-50% [ppb day]
Ozono: SOMO35
-50% [ppb day]
Concentrazione PM10
Lombardia -50% Lazio [g m-3]
Concentrazione PM10
Lombardia -50% Lazio [g m-3]
Concentrazione PM10
Lombardia SO2 Lazio
[g m-3]
Concentrazione PM10
Lombardia PM10 Lazio [g m-3]
Concentrazione PM10
Lombardia NOX Lazio
[g m-3]
Concentrazione PM10
Lombardia NH3 Lazio
[g m-3]