Risultati e Discussione

Prima di discutere i risultati derivati dai campionamenti, abbiamo ritenuto opportuno riportare in questa fase l’esito del lavoro fatto intorno all’array strumentale e, quindi intorno al suo assemblaggio e programmazione. Lo inseriamo in questa sede in quanto riteniamo che il set-up e la messa in opera della strumentazione (che ha richiesto mesi di lavoro) sia già da considerare un primo risultato sperimentale di questa tesi, indipendentemente dall’esito dei campionamenti.

8.1 Assemblaggio della Strumentazione

La strumentazione sopra elencata ha richiesto un lungo lavoro per poter essere portata in campo ed utilizzata per i campionamenti: per poter analizzare le variabili descritte (situazione anemologica, particolato, radiazione e parametri meteorologici) è necessario che i singoli strumenti acquisiscano i dati nello stesso periodo e che i dati acquisiti siano memorizzabili su un supporto digitale per una loro successiva analisi. Per poter comunicare con gli strumenti e ricevere i dati dagli stessi è stato scelto un laptop Acer, il quale (mediante appositi adattatori USB e schede PCI) è stato dotato di un totale di 4 prese seriali per collegarsi alla strumentazione. Il laptop diviene quindi il fulcro centrale dell’array strumentale in quanto si configura come centro di controllo della strumentazione in campo. Lo schema generale studiato per collegare gli strumenti al centro di controllo e per la loro alimentazione è riportato di seguito, mentre, nei paragrafi successivi verranno descritte le metodologie messe a punto per far comunicare la strumentazione con il computer e le calibrazioni che sono state eseguite sulla strumentazione radiometrica.

Fig. 8.1: Schema generale del city runner Laptop Strumentazione Radiometrica Datalogger CR10_1 Anemometro Sonico Batteria Ausiliaria (12V) 1 Batteria Principale (12V) Batteria Ausiliaria (12V) 2 Datalogger CR10_2 Vaisala AeroTrak DustTrak Sonda USB

8.2 Evoluzione della Strumentazione

La strumentazione descritta nel capitolo 7 ha subito un’evoluzione sulla base della campagna estiva (svoltasi a Luglio 2010). L’effettiva prova sul campo ci ha permesso di evidenziare quali potessero essere le migliorie da apportare all’apparato strumentale e, pertanto, di applicarle durante la campagna invernale. Di seguito quindi descriverò i due diversi apparati strumentali utilizzati chiamandoli rispettivamente “City Runner Mark I” e “City Runner Mark II”

8.2.1 City Runner Mark I:

Il primo array strumentale includeva:

- Anemometro Young modello 81000

- Stazione meteo Vaisala modello WXT 510

- Contatore ottico di particelle DustTrak 8520 equipaggiato con testa di campionamento da 2,5

µm.

- Radiometro Kipp & Zonen CNR1

- Albedometro Schenk 8104 (posizionato ruotato di 90° in modo da misurare la radiazione proveniente dai lati dell’array strumentale).

- Pirradiometro Schenk 8111 (posizionato ruotato di 90° in modo da misurare la radiazione netta proveniente dai lati dell’array strumentale)

- Datalogger Campbell Scientific CR10 per la ricezione degli output dei radiometri

- Laptop Acer per la coordinazione degli

strumenti e la ricezione di alcuni output

Fig. 8.2: City Runner Mark I

- Batteria da 12V per l’alimentazione della strumentazione

- Seconda batteria da 12V (di minor autonomia) come alimentazione d’emergenza per il datalogger CR10 a memoria volatile.

8.2.2 City Runner Mark II

Nella seconda versione dell’array strumentale (utilizzata per la campagna di rilevamento invernale) sono state apportate le seguenti modifiche:

- L’albedometro e il pirradiometro sono stati eliminati e sostituiti da un altro radiometro CNR1 posto a 90° rispetto al primo per poter misurare, al pari dell’albedometro e del pirradiometro usati precedentemente, la radiazione proveniente dai lati dell’array.

- La stazione meteo Vaisala ha ricevuto un upgrade al modello WXT520 ed è stata affiancata da un micro campionatore USB Lascar Electronics modello EL-USB-2

- Al campionatore ottico di particelle DustTrak è stato accoppiato un altro misuratore ottico di particelle TSI modello AeroTrak con sonda di T ed RH.

Fig. 8.3 City Runner Mark II

Le motivazioni per le modifiche sono le seguenti:

- Dai dati rilevati durante la campagna estiva abbiamo potuto notare che i risultati radiativi più apprezzabili derivavano dalla parte di onda lunga dello spettro e, pertanto, un secondo CNR1 si configura come una scelta migliore. Questo strumento permette l’analisi separata di onda lunga e onda corta, utilizzando un sensore dedicato per ciascuna delle due finestre spettrali, cosa che non è possibile utilizzando gli altri radiometri.

- Il campionatore DustTrak fornisce dati relativamente al peso di particelle su metro cubo di una singola classe aerodinamica (nel nostro caso 2.5 µm). Il campionatore AeroTrak, invece, permette di contare il numero di particelle su metro cubo di 6 differenti classi dimensionali, quindi, non solo permette di raffinare l’analisi del particolato, ma, mediante l’applicazione di appositi strumenti matematici è possibile convertire i dati in microgrammi

umidità relativa e temperatura che si accompagna all’AeroTrak permette inoltre un confronto con i dati provenienti dal micro campionatore USB.

8.3 Set-Up, Programmazione e Collegamento della Strumentazione

8.3.1 “Intercalibrazione” Strumenti Radiometrici e Programmazione del CR10:

Sebbene tutti gli strumenti presentassero un certificato di calibrazione di fabbrica, prima della campagna estiva ci è sembrato opportuno effettuare una fase di “calibrazione” dell’albedometro e del pirradiometro relativamente allo strumento CNR1. Questo strumento è stato preso come controllo in quanto in grado di misurare separatamente gli input in onda lunga e corta e abbiamo deciso di effettuare questo controllo, prima della campagna estiva, per verificare l’accordo degli strumenti e verificare che le variabili misurate fossero in accordo: i dati di onda corta globale e riflessa del CNR1 sono stati confrontati con i dati di onda corta globale e riflessa dell’albedometro per valutare la loro correlazione e ottenere il moltiplicatore che ci permette di passare dal responso in mV dell’albedometro al valore in W/m2.

Per quanto riguarda i dati in onda corta sono anche state applicati dei processi di smoothing per ovviare alle tensioni presenti negli strumenti anche di notte.

Sono stati anche posti in correlazione i dati radiometrici netti:

- I valori in onda lunga del CNR1 sono stati corretti secondo il coefficiente di calibrazione dello strumento (128) e aggiustati per la T (ottenuta mediante il dato in °C della Pt-100, successivamente trasformato in K) secondo la legge di Stefan-Boltzmann.

- I valori radiometrici netti del Pirradiometro sono stati corretti sia secondo la legge di Stefan- Boltzmann al pari del CNR sia utilizzando un coefficiente di trasformazione che permettesse di trasformare i valori restituiti dallo strumento da mV a W/m2

- I valori di onda corta e onda lunga del CNR1 sono stati sommati a dare valori di radiazione netta (assimilabile dunque al calcolo di radiazione netta fatto dal Pirradiometro)

I valori netti di radiazione globale del CNR1 e i valori netti di radiazione globale del Pirradiometro sono stati confrontati per verificare la correlazione fra i due strumenti. Lo stesso è stato fatto per i valori netti di radiazione riflessa.

Gli strumenti sono stati esposti dal 12/04/2010 ore 13 solari fino al 19/04/2010 ore 9 solari. Di seguito viene riportato il bollettino meteo ARPA-ER per i giorni sopra indicati per ulteriori informazioni sulle condizioni sinottiche:

Dati stazione ARPA “Bologna Urbana”, (BO, Lat 44.30, Long 11.19, Alt 75) Data (gg/mm/aa) T min (°C) T max (°C) U med (%) Prec (mm) V med (m/s) V max (m/s) Dir. Prev. Pres (hPa)* 12/04/10 5,7 13,8 57 0,2 2,3 8,8 NE 1002,3 13/04/10 6,6 13,4 67 2,6 1,5 5 SO 1002,7 14/04/10 6,2 18,7 49 0 3,2 10,2 SO 1001,3 15/04/10 6,3 17,9 57 0 2,4 10 SO 1002,9 16/04/10 7,1 16,7 58 1,2 2,1 9,5 E 1005,1 17/04/10 9,4 13 81 9,4 1,7 6,9 NE 1007,6 18/04/10 10,1 17,2 69 0 1,5 7 N 1006,4 19/04/10 9,1 20,4 55 0 2,7 11,1 SO 1003,8 * = la pressione è calcolata a livello della stazione