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On-line source apportionment in FARM
Il documento discute la modellistica per l'apportazione di sorgenti di inquinamento atmosferico in Italia, in particolare attraverso il modello FARM. Enea, in collaborazione con diverse agenzie, sviluppa un set di simulazioni per valutare l'impatto delle emissioni nazionali sulla qualità dell'aria, utilizzando un algoritmo per il source apportionment di inquinanti come PM10 e NO2. Le simulazioni si concentrano su diverse fonti di emissione e processi chimici, con l'obiettivo di migliorare la gestione dell'aria e le politiche ambientali.
On-line source apportionment in FARM
- 1. On-line source apportionmentin FARM VIII giornata sulla modellistica in aria(net) - Milano, 27 gennaio 2021 G. Caloria, F. Uboldia, G.F. Marrasb, N. Pepea, A. Piersantic, G. Brigantic aARIANET, bCINECA, cENEA SSPT-MET
- 2. Accordo di Collaborazionefra Ministero dell’Ambiente, ENEA, ISPRA, ISS e CNR per l’attuazione della Direttiva 2016/2284 del Parlamento europeo e del Consiglio del 14 dicembre 2016, in materia di riduzione delle emissioni nazionali di determinati inquinanti atmosferici (“Direttiva NEC»). Include per ENEA un Work Package che prevede ”Sviluppo di un set di simulazioni nazionali di Source Apportionment per settore e geografiche” (valutazione del contributo delle fonti di emissione nazionali in termini di impatto sulla qualità dell’aria nel territorio e negli Stati membri limitrofi). ENEA utilizza abitualmente come strumento modellistico di riferimento del MATTM (D.Lgs. 155/2010, D.Lgs. 81/2018) SMA‐MINNI, il Sistema Modellistico Atmosferico sviluppato nell’ambito del progetto MINNI, che copre tutto il territorio italiano con risoluzione spaziale fino a 4 km. Nucleo di SMA‐MINNI è FARM, modello Euleriano 3D che tratta trasporto, chimica e deposizione degli inquinanti. FARM: codice opensource (www.farm‐model.org), di cui ARIANET coordina lo sviluppo, utilizzato altresì da diverse Agenzie Regionali per l'Ambiente nell'ambito delle proprie attività istituzionali (valutazione annuale della qualità dell'aria, previsione giornaliera, elaborazioni di piani): ARPA Basilicata, Calabria, Friuli Venezia‐Giulia, Lazio, Lombardia, Marche, Molise, Piemonte, Puglia, Valle D’Aosta. ENEA ha conferito un incarico ad ARIANET per l’implementazione nella versione più aggiornata disponibile del modello FARM di un algoritmo di source apportionment delle concentrazioni atmosferiche di PM10, PM2.5, NO2 ed O3, per un suo utilizzo all’interno di SMA‐MINNI nel contesto sopra richiamato.
- 3. • On-line SA,basato su traccianti reattivi • Sommabilità • Tempo di calcolo • Specie di maggiore interesse: NO2, PM2.5, PM10, O3 • Scelta specie da apporzionare (PM: possibilità di effettuare SA solo su componenti di interesse) • Numero di insiemi di sorgenti > n (…arbitrario) • Contributi di IC e BC • Principali processi descritti da FARM (operatori) • Diversi meccanismi chimici in fase gassosa e moduli particolato • Stesso codice, con SA attivabile (no diverso eseguibile) • Manutenibilità del codice • Parallelismo (OpenMP ed MPI) • Griglia singola
- 4. L'evoluzione delle specieprimarie e secondarie associato a ciascun insieme di sorgenti è seguito tramite un insieme di traccianti reattivi (tag), che costituiscono una frazione delle concentrazioni totali simulate dal modello (bulk). Evoluzione dei tag seguita il più possibile tramite gli stessi algoritmi utilizzati per le specie complessive: • massimizzazione della coerenza tra specie traccianti e bulk • evitare l’inserimento di complessità ridondanti nel codice • Avvezione-diffusione: stessi algoritmi già presenti nel codice, con specificità per i tag riguardo a emissioni, condizioni iniziali ed al contorno • Destino dei precursori attraverso le reazioni chimiche in fase gassosa: seguito attraverso un solutore efficiente che ne determina la reattività incrementale (uso dello Jacobiano e delle concentrazioni bulk prima e dopo l'integrazione del gas-phase solver) + algoritmo specifico O3 • Contributi delle specie costituenti il particolato secondario a partire dai precursori gassosi: determinati assumendo l’equilibrio termodinamico tra le due fasi • Deposizioni dei traccianti mediante gli stessi algoritmi già presenti nel codice
- 5. Dominio lombardo: • 256x 244 km • risoluzione 4 km • 64x61 celle • 16 livelli verticali Meccanismi: SAPRC99+aero3 Meteo: QualeAria 2010 → SWIFT+SurfPro BC: QualeAria Emissioni: INEMAR Lombardia 2012 + ISPRA + MACC/TNO Verifiche a fronte dei dati osservati (centraline ARPA Lombardia)
- 6. • Mese invernaleed estivo: gennaio e luglio Insieme Categorie SNAP corrispondenti Riscaldamento 2 - Combustione non industriale Traffico stradale 7 - Trasporti su strada Agricoltura 10 - Agricoltura 8.6 - Altre sorgenti mobili e macchinari – Agricoltura Resto 1 - Produzione energia e trasformazione combustibili 3 - Combustione nell’industria 4 - Processi produttivi 5 - Estrazione e distribuzione combustibili 6 - Uso di solventi 8 - Altre sorgenti mobili e macchinari (esclusa agricoltura) 9 –Trattamento e smaltimento rifiuti (altre sorgenti) ➢ Evoluzione dei contributi in punti di interesse ➢ Distribuzione spaziale dei contributi ➢ Confronto con brute force method
- 10. IC BC Riscaldamento Trafficostradale Agricoltura Altre sorgenti 1-3 gennaio (72 h)
- 11. Totale BC Riscaldamento Trafficostradale Agricoltura Altre sorgenti
- 12. APANT = A25I+ A25J + ACORS
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- 17. 1-3 gennaio (72h) Es.: contributo Milano
- 18. Descrizione degli insiemidi sorgenti Tramite file aggiuntivi in input al modello, per ciascun insieme scelto: • emissioni orarie e speciate dei precursori • sorgenti puntuali e sulla griglia di calcolo Generazione Utilizzo delle funzionalità di pre-processing già disponibili all’interno di FARM/BFM (http://doc.aria-net.it/FarmBFM) Generazione a partire dagli inventari disponibili in modo coerente con l’input del run di riferimento con a bordo tutte le sorgenti, sollevando l’utente da operazioni manuali tediose e minimizzando le possibilità di errore Insiemi descrivibili come combinazioni arbitrarie di: • categorie, in funzione di quanto utilizzato nell'inventario/i (GNFR in ambito UNECE‐CLRTAP o SNAP in ambito EMEP‐EEA) • unità territoriali, sulla base dell’articolazione disponibile nell’inventario SA settoriale SA spaziale SA transfrontaliero + tracciante condizioni al contorno
- 19. tables cartog point line area FARM MyCase tables cartog point line area FARM MyCase Source set 1 tables cartog point line area FARM MyCase Sourceset 2 tables cartog point line area FARM MyCase Source set n Base case … … Reference emissions Altered emissions Concentrations contributions FARM/BFM pre-proc FARM/ORSA
- 20. ✓ Confronto conmodello a recettore (caso rurale) ✓ Test su domini più ampi successivamente… ➢ Consegna ed approvazione all'interno dell'Accordo con MATTM ➢ Distribuzione a comunità degli utenti (HPC-Forge CINECA) ➢ Partecipazione ad intercomparison FAIRMODE CT1 https://fairmode.jrc.ec.europa.eu/activity/ct1