Confronto per tipologia di area

Come prima introduzione alla validazione delle serie temporali, in questo paragrafo sono analizzate le differenze tra la distribuzione dei dati osservati e simulati per alcuni degli inquinanti di AIRBASE, distinte tra stazioni urbane e stazioni rurali. Nelle immagini riportate di seguito è illustrato l’andamento temporale delle distribuzioni statistiche delle concentrazioni medie giornaliere osservate e simulate, calcolate giorno per giorno sul campione di stazioni che afferiscono agli insiemi sopra definiti. In particolare i grafici riportano l’evoluzione

7. RISULTATI E VALIDAZIONE DI CAMX

133 della mediana (linea continua) e del range interquartile, ovvero la differenza tra 25° e il 75° percentile. I grafici così strutturati sono utili per evidenziare:

 il comportamento medio del set di stazioni, sia come valore complessivo su tutto il periodo e su tutte le stazioni, leggibile dal valore della mediana in alto a destra, sia come evoluzione temporale (linea rossa e linea nera)

 la dispersione dei due campioni, osservato e calcolato, rispetto ai propri valori medi, espressi su base giornaliera dalle barre e come valore complessivo di periodo dai valori di q25, q75 e q95 riportati in alto a destra (25°, 75° e 95° percentile).

L’analisi è stata condotta sulle serie temporali di ossidi di azoto, anidride solforosa, PM10 e PM2.5,

rispettivamente.

 Ossidi di azoto

La Figura 7.15 e la Figura 7.16 confermano la tendenza del modello a sottostimare i valori medi, ma anche la difficoltà a riprodurre la variabilità complessiva del campione (ovvero delle diverse stazioni), in particolare le stazioni rurali. Per quest’ultime, ad esempio, il range interquartile medio dei dati simulati nell’episodio autunnale varia da 2.7 ppb a 8.8 ppb e risulta minore rispetto a quello dei dati osservati, che varia da 6.1 ppb a 15.1 ppb; per le stazioni urbane, al contrario, il range interquartile medio simulato varia da 3.6 a 20.6, risultando maggiore di quello osservato, che varia tra 13.4 ppb e 28.9 ppb.

Poiché le aree urbane sono fortemente legate alle emissioni di NOx, l’incremento della variabilità dei dati

simulati per le stazioni urbane potrebbe essere giustificato da una maggiore differenza tra le concentrazioni modellate nelle ore di punta e quelle nelle ore di calma.

134

Figura 7.15: andamento temporale delle distribuzioni statistiche delle concentrazioni medie giornaliere di NOx osservate

(in grigio) e simulate (in arancione) per le stazioni rurali (RB) e urbane (UB), nell’episodio SUMMER. La linea continua rappresenta il valore della mediana, mentre le barre rappresentano l’ampiezza del range interquartile. In alto a destra

sono riportati i valore del 25°,50°, 75° e 95° percentile della serie osservata e simulata.

Figura 7.16: andamento temporale delle distribuzioni statistiche delle concentrazioni medie giornaliere di NOx osservate

(in grigio) e simulate (in arancione) per le stazioni rurali (RB) e urbane (UB), nell’episodio FALL. La linea continua rappresenta il valore della mediana, mentre le barre rappresentano l’ampiezza del range interquartile. In alto a destra

7. RISULTATI E VALIDAZIONE DI CAMX

135

 Anidride solforosa

Il confronto tra le serie temporali giornaliere osservate e simulate di anidride solforosa, suddiviso tra stazioni situate in aree rurali e urbane, è riportato nella Figura 7.17 per il periodo estivo e nella Figura 7.18 per quello autunnale

Le concentrazioni giornaliere di SO2 simulate tendono ad essere distribuite in un range più ristretto rispetto a

quelle osservate, in particolar modo per quanto riguarda le stazioni rurali. L’evoluzione della mediana nell’arco di entrambi i periodi è ben individuata dal modello, in particolar modo per l’episodio SUMMER (Figura 7.17), nonostante le concentrazioni di inquinante siano piuttosto basse, essendo di poco superiori a 1 ppb.

Nell’episodio FALL (Figura 7.18) la distribuzione simulata tende a discostarsi maggiormente da quella osservata nei giorni 24 settembre e 7 ottobre in cui, ricordando l’analisi meteorologica illustrata nel capitolo 6.2.3, si sono verificati picchi di intensità del vento, spesso sovrastimati dal modello meteorologico WRF. Il modello CAMx potrebbe attribuire all’elevata velocità del vento la causa di un maggiore apporto di anidride solforosa, emessa dalle sorgenti puntuali in quota, verso la superficie, con una conseguente sovrastima delle concentrazioni stimate al suolo.

Figura 7.17: andamento temporale delle distribuzioni statistiche delle concentrazioni medie giornaliere di SO2 osservate (in

grigio) e simulate (in arancione) per le stazioni rurali (RB) e urbane (UB), nell’episodio SUMMER. La linea continua rappresenta il valore della mediana, mentre le barre rappresentano l’ampiezza del range interquartile. In alto a destra

136

Figura 7.18: andamento temporale delle distribuzioni statistiche delle concentrazioni medie giornaliere di SO2 osservate (in

grigio) e simulate (in arancione) per le stazioni rurali (RB) e urbane (UB), nell’episodio FALL. La linea continua rappresenta il valore della mediana, mentre le barre rappresentano l’ampiezza del range interquartile. In alto a destra sono riportati i

valore del 25°,50°, 75° e 95° percentile della serie osservata e simulata.

 PM10

La distribuzione delle concentrazioni di PM10 simulata dal modello per il periodo estivo (Figura 7.19) si avvicina

maggiormente a quella osservata, rispetto a quanto constatato in precedenza per gli ossidi di azoto, sia in termini di ampiezza del range interquartile, sia in termini di valori assunti. Le stesse affermazioni sono valide anche per il periodo autunnale (Figura 7.20).

Dalle immagini seguenti, inoltre, è possibile osservare come il modello sia in grado di riprodurre il corretto andamento degli inquinanti in funzione della meteorologia, illustrato nel capitolo 5.4.3. Nell’episodio estivo, infatti, il modello riconosce l’evento di pioggia dei giorni 19-20 giugno con conseguente calo delle concentrazioni di PM10, preceduto e seguito dalle due situazioni di accumulo. Tuttavia, il modello, come

appreso nel capitolo 6.2.3, non attribuisce eventi piovosi ai giorni dal 15 al 17 ed è questa, presumibilmente, la causa della sovrastima delle concentrazioni che si osserva.

Nell’episodio autunnale, allo stesso modo, il modello indentifica correttamente il susseguirsi dei primi 3 dei 4 periodi di accumulo e dispersione , dovuti all’alternarsi rispettivamente di situazioni di stabilità atmosferica e di eventi di vento e di pioggia, come illustrato nel capitolo 5.4.3; la situazione di acculo finale, al contrario, causata da una diminuzione dell’intensità del vento, non viene idoneamente riprodotta dal modello.

7. RISULTATI E VALIDAZIONE DI CAMX

137

Figura 7.19: andamento temporale delle distribuzioni statistiche delle concentrazioni medie giornaliere di PM10 osservate

(in grigio) e simulate (in arancione) per le stazioni rurali (RB) e urbane (UB), nell’episodio SUMMER. La linea continua rappresenta il valore della mediana, mentre le barre rappresentano l’ampiezza del range interquartile. In alto a destra

sono riportati i valore del 25°,50°, 75° e 95° percentile della serie osservata e simulata.

Figura 7.20: andamento temporale delle distribuzioni statistiche delle concentrazioni medie giornaliere di PM10 osservate

(in grigio) e simulate (in arancione) per le stazioni rurali (RB) e urbane (UB), nell’episodio FALL. La linea continua rappresenta il valore della mediana, mentre le barre rappresentano l’ampiezza del range interquartile. In alto a destra

138

 PM2.5

Il modello ricostruisce correttamente la distribuzione complessiva delle concentrazioni osservate di PM2.5, non

solamente per quanto riguarda la mediana, come si evince sia dalla serie temporale che dal confronto dei quantili complessivi delle serie riportati in alto a destra. Ciò è vero in particolare per la simulazione FALL, mentre nel periodo SUMMER si osserva una leggera sovrastima, che però è determinata principalmente dall’influenza dell’episodio di precipitazione.

Figura 7.21: andamento temporale delle distribuzioni statistiche delle concentrazioni medie giornaliere di PM2.5 osservate

(in grigio) e simulate (in arancione) per le stazioni rurali (RB) e urbane (UB), nell’episodio SUMMER. La linea continua rappresenta il valore della mediana, mentre le barre rappresentano l’ampiezza del range interquartile. In alto a destra

7. RISULTATI E VALIDAZIONE DI CAMX

139

Figura 7.22: andamento temporale delle distribuzioni statistiche delle concentrazioni medie giornaliere di PM2.5 osservate

(in grigio) e simulate (in arancione) per le stazioni rurali (RB) e urbane (UB), nell’episodio FALL. La linea continua rappresenta il valore della mediana, mentre le barre rappresentano l’ampiezza del range interquartile. In alto a destra

sono riportati i valore del 25°,50°, 75° e 95° percentile della serie osservata e simulata.