Ricostruzione di sorgenti:identificazione di
posizione e flusso emissivo mediante modello
lagrangiano inverso RetroSpray e postprocessing
statistico
1) Casi test sul sistema semplificato ORAS v.1.0 (Obiettivo
Rintracciare Anonime Sorgenti)
2) Sviluppo di un sistema alternativo ORAS v.2.0, basato sul
metodo Bayesiano variazionale, primi risultati
25 Gennaio 2017
G. Tinarelli, G. Carlino, F. Uboldi
1
2.
2
Il sistema ORASv.1.0
È basato sull’uso combinato dei 3 codici
RetroSpray, SourceDetector, EmissionBuilder
Concentrazioni
ai recettori
Meteorologia
Campi 3d
RetroSpray
Source
Detector
Emissioni per
ogni recettore
Sovrapposizione
recettori
Emission
builder
Zona di max
probabilità sorgente
Serie temporale
emissioni
Scopo: determinare
dove,
Scopo: determinare
dove, quanto, quando
3.
3
RetroSpray (1)
Operatore ‘aggiunto’(trasposto) del modello Spray in avanti
A partire dai punti dove sono disponibili misure ed eseguendo simulazioni
all’indietro nel tempo:
ricostruisce, attraverso Retrotraiettorie, in ogni punto di un dominio le
emissioni che sarebbero in grado di dare la serie temporale in quel punto
delle concentrazioni misurate, separatamente per ciascun recettore.
Questa informazione da sola non è sufficiente:
ogni Retropennacchio che viene ricostruito a partire da un
recettore racconta la sua «storia» indipendentemente dagli altri
Occorre riconciliare le diverse «storie» per costruirne una, la più
verosimile
4.
4
RetroSpray (2)
Per aiutarein questa impresa, Retrospray ricostruisce
retropennacchi ANCHE da recettori che misurano ‘zero’, essi
identificano aree nelle quali, ad esempio, è molto verosimile che
NON siano contenute sorgenti
Per fare questo, da recettori con misura ‘zero’ RetroSpray emette
con flusso negativo generando retroconcentrazioni negative, che
tracciano aree da NON considerare come potenzialmente emissive
Retroconcentrazioni
negative da uno dei
recettori
Retroconcentrazioni
positive da uno dei
recettori
5.
5
SourceDetector
Nella versione 1.0di ORAS, la situazione più verosimile viene
determinata in funzione delle ‘sovrapposizioni’ ovvero le aree
dove RetroPennacchi da recettori diversi si sovrappongono nei
diversi intervalli di tempo
Il conteggio di queste sovrapposizioni indica aree di maggiore
probabilità (aree dove i recettori tendono a dire la stessa cosa)
SourceDetector conta, ora per ora, il numero di sovrapposizioni
CANCELLANDO (sovrapposizioni=0)
le zone dove sono presenti retroconcentrazioni negative
24-23 23-22 22-21 21-20 20-19 19-18
6.
6
EmissionBuilder
utilizzando gli outputdi SourceDetector:
• calcola la frequenza media sovrapposizioni nel tempo,
analizzando le medie temporali delle sovrapposizioni sul
periodo considerato
• rinormalizza le aree a 100% identificando la zona di
maggiore probabilità compresa tra soglie min-max
(tipicamente 95-100 del massimo numero di sovrapposizioni)
• calcola le emissioni internamente alla zona di maggiore
probabilità ora per ora, dagli output di source detector come
valore medio di area dai Retropennacchi dei soli prelevatori
che danno Retroconcentrazioni strettamente > 0 utilizzando
per la media i valori compresi tra i percentili P1 e P2
(tipicamente 10 e 90)
• calcola l’incertezza ora per ora attraverso lo S.Q.M.
all’interno dell’area di maggiore probabilità
7.
7
Posizione prelevatori edirezione del flusso
Direzione del flusso stazionario
(dalle 18 alle 24)
5 prelevatori sopravento
5 sottovento «vicino» (linea a 2 km dalla sorgente)
5 prelevatori «lontano» (linea a 5 km dalla sorgente)
Caso-1 ricostruito mediante uso di Spray «in avanti»
Emissione simulata
4 ore di flusso stazionario a 100
g/s da sorgente puntiforme in
prossimità del suolo
8.
8
Concentrazioni «in avanti»
costituisconoil database di prova delle misure
Medie su 6 ore
4 punti
sottovento
misurano
6 punti sottovento
non misurano
5 punti sopravento
non misurano
9.
9
Nel caso specificodella simulazione 1 ……
Zona di maggiore probabilità 95-100 %
Posizione
sorgente
10.
10
Emissioni stimate
Emissione reale
Stimadel flusso emissivo
(media di area dei valori tra i percentili 10-90)
• leggera sovrastima (il sistema non è e non può comunque essere ‘perfetto’)
• il valore reale è comunque all’interno della fascia di incertezza (zona grigia)
Metodo bayesiano /variazionale
(lavori in corso)
L’idea è:
sostituire Source-Detector+Emission Builder in
ORAS v.2.0 con un sistema di ottimizzazione
matematicamente ben definito
