VI CONVEGNO NAZIONALE
Il controllo degli agenti fisici:
Il controllo degli agenti fisici:
Il controllo degli agenti fisici:
Il controllo degli agenti fisici:
ambiente, territorio e nuove tecnologie
ambiente, territorio e nuove tecnologie
ambiente, territorio e nuove tecnologie
ambiente, territorio e nuove tecnologie
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8 giugno 2016
8 giugno 2016
8 giugno 2016
Dipartimento di Scienze e Innovazione Tecnologica Dipartimento di Scienze e Innovazione Tecnologica Dipartimento di Scienze e Innovazione Tecnologica Dipartimento di Scienze e Innovazione Tecnologica
Università del Piemonte Orientale Università del Piemonte Orientale Università del Piemonte Orientale Università del Piemonte Orientale viale Teresa Michel 11
viale Teresa Michel 11 viale Teresa Michel 11
viale Teresa Michel 11 ---- Alessandria Alessandria Alessandria Alessandria
SESSIONE PLENARIA
L'evoluzione della normativa in campo acustico nel processo di armonizzazione con le disposizioni europee
Curcuruto S., Licitra G.
SESSIONE A1
Gli sviluppi normativi e le ricadute sulle attività di monitoraggio e controllo
Misura del campo magnetico generato da cabine di trasformazione MT/bt: criticità e definizione di un metodo
Adda S., Caputo E.
Proposta di procedura di verifica degli impianti di telefonia mobile alla luce della legge 221/2012
Benes M., Tramontin L., Moretuzzo M., Montefusco C., Barba S., Poles N., Salvagni M., Brinis V., Battistutta M., Marzona M., Bampo A.
Sviluppi della normativa nazionale sui campi elettromagnetici: novità e prospettive
Curcuruto S., Baratta. C., Logorelli M.
Definizione di un metodo per l’esecuzione dei controlli intermedi degli strumenti di misura di campo elettrico e magnetico a radiofrequenza e a bassa frequenza
Desandré C., Bottura V., Imperial E., Cerise L., Cappio Borlino M.
Problematiche connesse alla misura dei livelli di campo elettrico emesso dalle tecnologie per telefonia mobile lte e umts: normativa tecnica e confronto fra diversi sistemi di misura e simulazioni
Fraschetta M., Gaidolfi L., Balzani L.,Tiberti M., Taddei I., Zanichelli P., Bruni M., Paolini P., Tedeschini M., Anania G., Baldassini S., Bontempelli D., Colantonio S., Marchesini G., Trepiccione M., Caccoli A., Geminiani L., Tinarelli R., Bellodi S., Cavallari M.A., Tosi M., Trombini M., Ceccarelli C., Graziosi G.
Normativa CEM e sviluppo delle reti di telefonia mobile
Gianola P., Bastonero S., Scotti R., Cimò R., Macrì M.
SESSIONI PLENARIA E TEMATICHE
VI CONVEGNO NAZIONALE
Il controllo degli agenti fisici:
Il controllo degli agenti fisici:
Il controllo degli agenti fisici:
Il controllo degli agenti fisici:
ambiente, territorio e nuove tecnologi
ambiente, territorio e nuove tecnologi
ambiente, territorio e nuove tecnologi
ambiente, territorio e nuove tecnologie
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8 giugno 2016, Alessandri
8 giugno 2016, Alessandria
8 giugno 2016, Alessandri
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SpectrEM – Un software per il controllo remoto dell’analizzatore di spettro vettoriale e per la gestione dell’attività di analisi selettiva in conformità alla norma tecnica CEI 211-7/E
Pavoncello S. - Franci D. - Grillo G. - Coltellacci S. - Aureli T.
Misure del campo elettrico generato da stazioni radiobase: confronto tra diversi metodi di valutazione indicati dalla norma CEI 211-7/E
Sepulcri D., Scola M., Zulianello M., Andolfato F., Canal L., Cecchinato M., Guaiti F., Lorenzetto G., Belleri L.
SESSIONE A2
Valutazioni relative agli ambienti di lavoro
Influenza del metodo di calcolo nella determinazione dell’indice di picco ponderato per esposizione a campi elettromagnetici
Andreuccetti D., Contessa G.M., Falsaperla R., Lodato R., Lopresto V., Merla C., Pinto R., Zoppetti N.
Esposizione simultanea a campo magnetico statico e gradienti: valutazione della corrente indotta al cuore
Valbonesi S., Papotti E., Sghedoni R., Tiberti M., Vanore A., Zanichelli P.
La valutazione dell’esposizione umana a campi elettromagnetici in ambienti di lavoro complessi
Zoppetti N., Andreuccetti D., Bianchi S., Pancari G.
Valutazione dell’esposizione degli operatori sanitari addetti alla stimolazione magnetica transcranica con induttore circolare
Zucca M., Bottauscio O., Chiampi M., Zilberti L., Manconi M. P., Ferrero L., Maccagno L.
SESSIONE A3
Misure di campi elettromagnetici a radiofrequenza
Misure in modalità Span Zero su impianti LTE: prime misure della potenza associata ai canali di segnalazione e di controllo
Barellini A., Bracci B., Licitra G., Pinzauti A., Silvi A.M.
Misure di campo elettrico in prossimità di impianti radar HF per il rilevamento delle correnti marine
Barellini A., Bracci B., Licitra G., Silvi A.M., Zari A.
Taratura e utilizzo antenne a larga banda per il monitoraggio ambientale in banda stretta dei campi elettromagnetici
Benedetto A., Trinchero S., Anglesio L., d'Amore G.
L’evoluzione dello standard Wi-Fi e le criticità di misura dell’esposizione
SESSIONE B1
Metodi di misura e assicurazione di qualità
Stima dell’incertezza nella correzione per autoassorbimento in spettrometria gamma
Albertone L.
Normazione e accreditamento di metodi radiometrici per le acque potabili – Tendenze e nuovi sviluppi
Forte M., Rusconi R., Arrigoni S.
Un approccio alternativo per la risposta dei rivelatori CR-39 ad alte esposizioni di gas radon: utilizzo della dark area e confronto con la metodologia standard
Franci D., Cardellini F., Aureli T.
Assicurazione della qualità del dato in un laboratorio di radioattività ambientale: metodologia ed applicazioni pratiche
Porzio L., Albertone L., Marga M., Tozzi G.
Metodi di misura per la determinazione della concentrazione di attività del radon in acqua destinata al consumo umano
Procopio S., Diano A., Capone P., Migliorino C., Barbuto P., Mancuso C., Curcio D.
SESSIONE B2 Normativa e NORM
L'integrazione delle disposizioni del D.Lgs. n. 230/1995 e s.m.i. in alcuni procedimenti di autorizzazione ambientale ai sensi del D.Lgs. n. 152/2006 e s.m.i.
Bucci S., Iacoponi A., Peroni I., Bologna L.
Il recepimento italiano della direttiva 2013/51/Euratom sul controllo della radioattività nelle acque destinate al consumo umano: metodologia adottata, sintesi dei contenuti e prospettive
Alessandro Magliano, Francesco Bochicchio, Luca Lucentini, Paolo Rossi, Aldo Di Benedetto, Rossella Colagrossi
Un indice più flessibile e accurato per stimare il contributo dei materiali da costruzione alla dose gamma indoor
Nuccetelli C., Federica Leonardi F., Rosabianca Trevisi R.
SESSIONE B3
Radioattività ambientale e rifiuti radioattivi
Master in Manager ambientale per la gestione del decommissioning e dei rifiuti radioattivi in ambito sanitario, industriale e di ricerca
M.Arneodo
Il Deposito Nazionale e Parco Tecnologico – Controllo dell’ambiente e coinvolgimento del territorio
Misure di 7Be nel particolato e nelle deposizione umide e secche: serie storiche e correlazione con parametri ambientali
M. Magnoni, L. Bellina, S. Bertino, B. Bellotto, M. Ghione, G. Garbarino
Aeromobile a pilotaggio remoto per la localizzazione e identificazione di materiale radioattivo disperso nell’ambiente
Zappettini A., Bettelli M., Calestani D., Aleotti J., Micconi G., Caselli S., Zambelli N., Benassi G., Sogni R.
SESSIONE B4 Radon
Problemi di radioprotezione nello scavo di gallerie stradali e ferroviarie
Giorgio Cucchi, Andrea Lisardi, Domiziano Mostacci, Laura Tositti
Radionuclidi naturali nelle rocce del Piemonte: verso la definizione del potenziale geogenico radon
Paolo Falletti, Enrico Chiaberto, Elena Serena, Anna Prandstatter, Rosamaria Tripodi, Mauro Magnoni, Anselmo Cucchi
Andamento nel tempo della concentrazione di radon indoor: 14 anni di misure in 14 edifici
Giovani C., Candolini G., Pividore S., Di Marco P., Garavaglia M., Piccini L.,
L’individuazione delle radon-prone areas: metodologie e applicazioni.
Salvi F., Raspa G.
Radon nelle scuole in Alto Adige: aspetti pratici e normativi
Verdi L., Marchesoni C., Amadori C., Ceccon D.
SESSIONE C1 Acustica
Il criterio differenziale nell’ambito dell’evoluzione della normativa nazionale sull’inquinamento acustico: riflessioni e proposte
Callegari Anna, Poli Maurizio
OpeNoise Meter: app android opensource per misurare il rumore
Masera S., Fogola J., Giovanni Malnati, Antonio Lotito, Enrico Gallo
Applicazione della norma UNI/TS 11326-2. Analisi degli effetti della norma su casi pratici (riferiti all’anno 2015)
Nava E., Carella F., Pozzi V., Raimondo A., Rossetti D., Strada S.D., Vurro B., Bassanino M.
Geolocalizzazione e cloud storage di misure ambientali: utilizzo di smartphone per la generazione di mappe acustiche in real-time
SESSIONE D1 Radiazione ottica
Il monitoraggio dell’inquinamento luminoso nella regione Veneto
Bertolo A., Binotto R., Menini L., Pasquini L., Sapienza S.
Modelli di previsione dell’indice ultravioletto (UVI)
Casale G.R.1, Siani A.M.1, Diémoz H.2, Agnesod G.2, Pedone M.3, Colosimo A.4
ROA non coerenti: Esperienza in ambito Ospedaliero
Ferrari M.B., Maldera A., Mainardi C., De Mattia C., Torresin A., Maringoni M.D.
Radiometri satellitari: potenzialità e limiti nella valutazione dell’irraggiamento UV a terra e parametri sulla qualità dell'aria
Ialongo I.
La taratura dei radiometri solari effettuata dal Laboratorio di Ottica di Arpa Piemonte: metodo e risultati
S.Saudino Fusette, S.Facta, A.Bonino, L.Anglesio, G.d’Amore
SESSIONE E1 Sistemi Informativi
Strumenti e servizi del Geoportale di Arpa Piemonte a supporto della gestione e diffusione delle informazioni sugli agenti fisici
Bonansea E., Alibrando M., Assom A., Carrino M., Cassulo R., Forestello L., Livorno M., Nicolò G., Tinetti I.
Proposte per la valutazione teorica in ambiente cartografico 3D dell’impatto ambientale di radar
B. Bracci, A. D’Ambra, G.Licitra, A. Zari
Applicativo cartografico RE.MO.: REte di Monitoraggio dei siti nucleari italiani
Bunone E., Martocchia F.
yEM - Nuovo software per l’analisi dell’impatto elettromagnetico prodotto dalle stazioni radiobase in Friuli Venezia Giulia
Salvagni M., Poles N., Moretuzzo M., Bampo A.
SESSIONE F1
Metodi per la valutazione della qualità dell'aria
Incidenza dei vettori navali Ro/Ro sulla qualità dell’aria portuale e verifica del rispetto del limite di emissione di NOx
Barbieri M., Campus S., Castiglioni F., Cavazzini S., Cogorno A., D’Acqui R.M., Parodi A., Vairo T.
Tecniche di fotometria solare per la qualità dell'aria: recenti avanzamenti nello studio del contenuto colonnare di NO2 e delle proprietà ottiche degli aerosol
Diemoz H., Siani A.M., Casale G. R., Campanelli M.
Ottimizzazione del modello a mesoscala WRF per l’individuazione dei Wind Days nell’area di Taranto.
F. Fedele, A. Guarnieri Calò Carducci, S. Ottonelli, A. Turnone, M. Menegotto, A. Tateo, A. Pollice, R. Bellotti
Modelli di dispersione degli inquinanti in atmosfera: esperienze applicative
Enrico Ferrero
Impiego di sistemi LIDAR per il monitoraggio atmosferico di un sito industriale
Ottonelli S., Guarnieri Calò Carducci A., Fedele F., Turnone A., Menegotto M., Di Liberto L., Dionisi D., Gobbi G.P., Barnaba F.
Impiego di sistemi LIDAR per il monitoraggio atmosferico di un sito
industriale
Ottonelli S.1, Guarnieri Calò Carducci A.1, Fedele F.1, Turnone A.1, Menegotto M.1, Di Liberto
L.2, Dionisi D.2, Gobbi G.P.2,Barnaba F.2
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ARPA Puglia, Corso Trieste 27, 70126 Bari, [email protected]
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ISAC-CNR, Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, [email protected]
RIASSUNTO
L’impiego di dispositivi LIDAR, ovvero di sistemi basati su tecniche di telerilevamento attivo, si sta sempre più affermando in
ambito sia scientifico (enti di ricerca accademica) che governativo (Agenzie Regionali per la protezione Ambientale, Centri Meteorologici nazionali, etc.) per l’osservazione di svariati parametri atmosferici. Una tipologia specifica di LIDAR,
denominata Automated Lidar Cielometer (ALC), risulta essere particolarmente adatta a monitoraggi prolungati nel tempo ed in ambienti non controllati in virtù della sua robustezza, compattezza ed affidabilità di funzionamento. Una rete costituita da tre ALC è stata installata al perimetro dello stabilimento siderurgico ILVA di Taranto in relazione alle prescrizioni previste dall’Autorizzazione Integrata Ambientale. La scelta di un sito industriale per l’installazione dei sistemi e la coesistenza spaziale di più sensori nel raggio di pochi chilometri rendono la configurazione implementata unica nel suo genere. Verrà pertanto presentata una descrizione dettagliata della rete LIDAR, delle analisi preliminari effettuate da ARPA Puglia e degli obiettivi finali da raggiungere nel prossimo futuro.
INTRODUZIONE: PERCHÉ I LIDAR IN ILVA
Obiettivo del presente contributo è descrivere la recente attività svolta da ARPA Puglia nell’ambito del monitoraggio non convenzionale dello stato della qualità dell’aria di un sito industriale, ovvero lo stabilimento siderurgico ILVA di Taranto, mediante l’impiego di sistemi LIDAR.
Un sistema di monitoraggio ottico-spettrale costituito da tre LIDAR (Light Detection and Ranging) è stato infatti installato lungo il perimetro dello stabilimento industriale nel corso del 2013 in ottemperanza alla prescrizione n.85 del Decreto di riesame dell’AIA del 26.10.2012, con l’intento primario di individuare e caratterizzare l’evoluzione spazio-temporale di eventuali emissioni fuggitive prodotte dallo stabilimento industriale.
ARPA Puglia è stata incaricata da ILVA nel 2013, in base ad un apposito Contratto di Comodato, di gestire ed analizzare la rete di monitoraggio ottico-spettrale DOAS/LIDAR e di produrre report mensili riguardanti l’analisi dei dati. A partire dal 2014, la gestione, validazione ed analisi dei dati prodotti dalla rete LIDAR viene svolta dal Servizio Agenti Fisici della Direzione Scientifica di ARPA
Puglia, che ha pubblicato il primo report mensile sul sito web al link
http://www.arpa.puglia.it/web/guest/doas_lidar nel mese di Agosto 2014.
Nel corso del 2015 ARPA Puglia ha inoltre stabilito una convenzione per scopi di ricerca con il CNR-ISAC sezione di Roma, centro di ricerca con una pluridecennale esperienza nel monitoraggio atmosferico mediante sistemi LIDAR.
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEI LIDAR
Il principio di funzionamento del LIDAR è affine a quello del RaDAR (Radio Detection And Ranging), con la differenza che il primo utilizza sorgenti di luce visibile, ultravioletta o infrarossa mentre il secondo adopera microonde. Essendo la lunghezza d’onda della radiazione emessa dai LIDAR inferiore a quella dei RADAR, i primi si prestano alla rivelazione di oggetti piccoli, ovvero aventi diametro confrontabile con la lunghezza d’onda di emissione, approssimativamente pari ad 1 µm.
Entrando maggiormente nel dettaglio, il principio di funzionamento del LIDAR, schematizzato sinteticamente in Figura 1 (a), consiste nell’emissione di brevi ed intensi impulsi luminosi nella banda UV-VIS-IR (ultravioletto - visibile - infrarosso) da parte di una sorgente laser la cui radiazione è opportunamente convogliata mediante un sistema ottico di collimazione della radiazione. Gli impulsi, dopo essere stati parzialmente assorbiti e retrodiffusi dagli aerosol e dalle molecole presenti in atmosfera, sono indirizzati nuovamente verso la sorgente, dove un sistema di raccolta della radiazione ottica consente di misurare l’intensità del segnale luminoso di ritorno (backscatter). Si tratta, pertanto, di una tecnica di telerilevamento definita “attiva”, poiché basata sull’illuminazione dell’oggetto da monitorare (nel caso specifico l’atmosfera) da parte di una sorgente di radiazione elettromagnetica e sulla rilevazione del segnale di ritorno.
Dall’intensità di tale segnale è possibile ricavare, mediante opportune equazioni ed effettuando specifiche assunzioni, parametri legati alle caratteristiche ottico-fisiche delle particelle appartenenti al mezzo attraversato dalla radiazione. In questo modo, un sistema LIDAR consente non solo di misurare i profili della sezione d’urto degli aerosol presenti in atmosfera ma anche, effettuando specifiche assunzioni, di effettuare una stima della concentrazione volumetrica di aerosol presente in atmosfera.
LIDAR INSTALLATI IN ILVA
I LIDAR installati in ILVA, posizionati come indicato in Figura 1 sono ALC prodotti dalla ditta Jenoptik, mod. CHM15K – Nimbus, il cui funzionamento è basato sul principio fisico dello scattering elastico in cui la radiazione viene rivelata alla stessa frequenza di quella emessa. Si tratta del processo più semplice da misurare e consente, imponendo opportune condizioni al contorno, di misurare il profilo verticale della sezione d’urto di retrodiffusione degli aerosol. Esso viene impiegato comunemente come "cielometro", strumento atto a determinare l’altezza delle nubi.
La caratteristica principale di questa categoria di sistemi consiste nella loro capacità di funzionare in modo automatico h24 per lunghi periodi di tempo, differentemente da altre tipologie di LIDAR (RAMAN, DIAL, Doppler, etc.) più sofisticate ma indubbiamente meno robuste e dunque inaffidabili nel funzionamento in continuo.
I LIDAR CHM15H hanno una risoluzione spaziale di 15 m, una quota massima di misura pari a 15 km ed una risoluzione temporale di 30 sec. La sorgente è costituita da un laser Nd:YAG impulsato,
caratterizzato da lunghezza d’onda di 1064 nm, energia per singolo impulso pari a 8 µJ e frequenza di
ripetizione di 5-7 kHz. Il rivelatore è invece costituito da un fotodiodo a valanga che effettua foto-conteggio dei fotoni rivelati. La combinazione tra la divergenza del fascio laser (inferiore a 0.3 mrad) e campo di vista del rivelatore (pari a 0.45 mrad), determina la presenza di una distanza di overlap (ovvero la minima distanza osservabile con lo strumento oltre la quale è garantita la sovrapposizione completa tra fascio laser emesso e di ritorno) pari a svariate centinaia di metri.
L’utilizzo prevalente dei dispositivi ALC consiste nella determinazione dell’altezza e dell’estensione delle nubi; essi sono infatti largamente impiegati in aeroporti e stazioni meteorologiche. A dimostrazione di ciò, la rete meteorologica tedesca DWD utilizza una rete costituita da oltre 50 ALC CHM15k – Nimbus sparsi sul territorio tedesco (Flentje, 2010).
Tuttavia, le potenzialità applicative di tali strumenti si spingono ben oltre la capacità di caratterizzare le nubi. Dall’intensità del segnale LIDAR è infatti possibile ricavare:
informazioni circa le caratteristiche della colonna d’aria sovrastante lo strumento. In questo modo, ad esempio, è possibile individuare, oltre alla presenza di nuvole e nebbie, anche strati di aerosol di origine naturale o antropica. Fornendo inoltre la distribuzione verticale in quota dell’aerosol, il LIDAR è in grado di individuare la quota delle masse d’aria caratterizzate da accumulo di aerosol ed anche di seguirne l’evoluzione temporale, fornendo indicazioni di fondamentale importanza per lo studio delle dinamiche di trasporto delle masse d’aria;
l’altezza del PBL, che è determinata sfruttando il fatto che l’aerosol generato in prossimità del suolo costituisce un buon tracciante dello strato di mescolamento, essendo la sua diffusione dovuta ai moti turbolenti della bassa troposfera.
Figura 1 – Schema di funzionamento di un LIDAR (a) ; Lidar Cielometer Jenoptik - CHM15K (b)
Figura 2 – Mappa dei LIDAR in
ILVA
Posizionamento dei tre sistemi LIDAR posti lungo il perimetro dello stabilimento industriale ILVA
OBIETTIVI DELL’ANALISI LIDAR E RISULTATI
Obiettivi principali dell’analisi effettuata da ARPA sui dati LIDAR sono: 1) individuare il passaggio di polveri sahariane sul territorio regionale; 2) effettuare la valutazione dell’altezza dello strato di rimescolamento;
3) individuare situazioni di inquinamento anomalo legato ad emissioni industriali mediante analisi qualitative basate sull’analisi dei rapporti tra i segnali LIDAR.
Ciascun punto verrà discusso nel seguito. PASSAGGIO DI AVVEZIONI SAHARIANE
Il territorio pugliese è interessato frequentemente dal passaggio di polveri desertiche trasportate dalla zona del Sahara. Tali avvezioni possono transitare a varie altitudini e producono un incremento nelle concentrazioni di particolato, la cui inalazione può avere ripercussioni sulla salute. L’importanza del ruolo svolto dalle polveri desertiche sullo stato di qualità dell’aria è confermato D. Lgs. 155/10, che, per il PM10, prevede la possibilità di effettuare lo scorporo del contributo naturale dalla concentrazione di PM10 registrate dalle centraline puntuali, secondo la procedura definita dalle linee guida elaborate dalla Commissione Europea. Tale procedura prevede l’accertamento “indiretto” dei giorni interessati da avvezioni sahariane (ovvero quelli per i quali può essere applicata la procedura di scorporo del PM) mediante il confronto con l’output di modelli previsionali e con osservazioni satellitari.
Gli ALC, alla luce delle caratteristiche illustrate nei paragrafi precedenti, sono in grado di individuare la quota di masse d’aria caratterizzate da accumulo di polveri desertiche e di seguirne l’evoluzione spazio-temporale. In questo modo risulta possibile confermare sperimentalmente la presenza dei pennacchi di polvere Sahariana, fornendo un’informazione complementare rispetto a quella fornita dai modelli previsionali. È opportuno citare, a tal riguardo, il progetto DIAPASON (www.diapason-life.eu), condotto da ISAC-CNR e ARPA LAZIO nel periodo 2011-2015, che si è posto come obiettivo lo sviluppo di un sistema innovativo integrato ALC + OPC (contattori ottici di particelle) per l’identificazione tempestiva delle avvezioni di polvere Sahariana e per la valutazione quantitativa di tale incremento così da consentirne la sottrazione secondo le prescrizioni della Direttiva 2008/50/EC.
A titolo di esempio, Figura 3 mostra il segnale LIDAR registrato da una delle tre stazioni LIDAR installate in ILVA nei tre giorni 13-14-15 Settembre 2015, che hanno visto la comparsa di una incursione di polvere sahariana perdurata per una settimana e che ha prodotto l’innalzamento dei valori di PM registrati della rete di centraline di monitoraggio della qualità dell’aria di ARPA PUGLIA dislocate sul territorio regionale.
L’analisi qualitativa delle immagini è effettuata presupponendo che, nella scala di colore scelta per la visualizzazione dei segnali, segnali poco intensi siano indicati dal colore blu (indicativo di bassa concentrazione di aerosol), mentre segnali molto intensi siano rappresentati dal colore rosso (indicativo di alta concentrazione di aerosol).
Dalle immagini si evince, pertanto, la presenza di due strati di aerosol che si estendono a partire dalle prime ore del giorno 14 Settembre in corrispondenza delle quote 3 km e 4 km (regione di colore giallo – celeste), fino a convergere a quota 2 km intorno alle ore 12:00 UTC della stessa giornata. Nella notte tra i giorni 14 e 15 Settembre, inoltre, è evidente l’intensificarsi dell’intensità del segnale a basse quote; ciò può plausibilmente essere attribuito alla presenza di nubi a bassa quota e da elevati livelli di umidità in prossimità del suolo. Entrambi gli elementi (nuvolosità, umidità a basse quote) comportano tipicamente un aumento del segnale luminoso retrodiffuso dalle gocce di acqua o vapore acqueo, introducendo dunque un fattore confondente ai fini dell’individuazione di strati di aerosol di origine naturale. In altri termini, il segnale LIDAR può diventare talmente intenso da saturare il rivelatore ed impedire la visualizzazione del segnale a quote più elevate.
Al fine di valutare l’origine delle masse d’aria che hanno raggiunto il sito di ILVA nei periodi considerati, sono state considerate le retro-traiettorie analitiche a 5 giorni aventi come punto di arrivo
il sito di misura ricavate mediante il modello previsionale HYSPLIT (http://www.ready.noaa.gov ).
L’analisi delle retro-traiettorie evidenzia che, secondo il modello, il capoluogo jonico è interessato da intrusione di polvere proveniente dall’Africa Nord-Occidentale a partire dal giorno 14 Settembre, con maggiore interessamento della quota più alta 2.5 km.
Pertanto, il confronto tra segnale LIDAR e output del modello previsionale consente di confermare il passaggio di una avvezione sahariana sul sito industriale a partire dal giorno 14 Settembre.
Figura 3 – Segnale prodotto dal sistema LIDAR1 nel periodo 13-15 SETTEMBRE 2015.
I segnali LIDAR mostrati in Figura 3 sono riportati in forma logaritmica, normalizzati per la distanza (RCS - Range Corrected Signal) e soggetti a correzione alle basse quote per l’overlap. La scala temporale è di tipo UTC, con media temporale su 2 minuti; la scala spaziale è 0-6 km; la scala di colore varia dal blu al rosso. VALUTAZIONE DELL’ALTEZZA DELLO STRATO DI RIMESCOLAMENTO
Altrettanto importante risulta essere la capacità del LIDAR di identificare l’altezza dello Strato Limite Planetario (Planetary Boundary Layer - PBL) determinato, come descritto precedentemente, sfruttando il fatto che l’aerosol generato in prossimità del suolo costituisca un buon tracciante dello strato di mescolamento, essendo la sua diffusione dovuta ai moti turbolenti della bassa troposfera. L’interesse nei confronti dell’altezza del PBL è motivata dalle dirette ripercussioni che esso presenta nella definizione delle modalità di diluizione degli inquinanti immessi in atmosfera: un PBL basso implica scarsa capacità di diluizione degli inquinanti in atmosfera e quindi un incremento delle loro concentrazioni misurate al suolo, viceversa un alto PBL è in genere correlato a una maggior diluizione, quindi a concentrazioni più basse.
In orario diurno, l’estensione del PBL è determinata dal rimescolamento convettivo e lo strato dominante è lo Strato di Rimescolamento (Mixing Layer, di seguito ML), al di sopra del quale la concentrazione di aerosol risulta essere estremamente ridotta. Pertanto, l’altezza del top dello strato di rimescolamento (Mixing Layer Height, di seguito MLH) può essere dedotta ricercando una discontinuità nel segnale attraverso tre principali metodi, ampiamente descritti in letteratura (Erasmaa, 2006) , basati sulla determinazione delle quote alle quali si verificano punti di flesso del segnale (metodo derivativo), superamento di una soglia di riferimento (metodo a soglia) o massimizzazione della varianza del segnale (metodo della varianza).
L’esperienza pratica tuttavia dimostra come, nonostante le procedure per il calcolo della MLH possano essere implementate mediante algoritmi automatici basati su uno dei metodi descritti, la soluzione migliore in termini di accuratezza della misura consista nella scelta di un approccio semi-automatico che si avvalga sia di uno dei metodi precedentemente descritti (o ancor meglio di più di un metodo per operare un controllo incrociato tra i risultati) che della valutazione di tipo visivo effettuata da un operatore esperto.
Alla luce di ciò, ARPA Puglia effettua la valutazione giornaliera del parametro MLH mediante un algoritmo di analisi sviluppato dal CNR-ISAC che, selezionando la stazione LIDAR e il periodo di analisi, permette di visualizzare per ogni giorno (si veda l’esempio riportato in Figura 4 relativo al giorno 22 Settembre 2015) gli andamenti della varianza (plot in alto), del gradiente (plot in basso) e del segnale RCS, ovvero corretto per la distanza (plot centrale). L’operatore, utilizzando il particolato atmosferico come tracciante visivo, può tracciare i punti corrispondenti alle regioni di discontinuità del segnale, quote indicative dell’altezza fin dove avviene rimescolamento delle emissioni al suolo. Si specifica, tuttavia, come tali valutazioni possano essere effettuate solo in presenza di cielo pulito oppure in presenza di sporadiche nubi/nebbie/precipitazioni/avvezioni nel corso della giornata. In caso contrario, non è possibile stimare il parametro MLH.
Figura 4 – Parametro MLH per il giorno 22 SETTEMBRE 2015.
Andamento giornaliero di: varianza del segnale (plot in alto), valore RCS (plot al centro) e gradiente del segnale (plot in basso) in funzione della quota. La linea bianca (che appare alla fine dell’inserimento) riporta il fit dei punti inseriti dall’operatore, rappresentativi dell’altezza dello strato di rimescolamento.Le due linee verticali grigie che compaiono non grafico centrale evidenziano gli orari presunti di alba e tramonto sul sito di interesse.
INDAGINE SU SITUAZIONI DI INQUINAMENTO INDUSTRIALE
L’ultimo obiettivo che ci si propone di raggiungere mediante l’analisi del segnale prodotto dalla rete LIDAR si basa sulla capacità di effettuare valutazioni quantitative della concentrazione di aerosol presente in prossimità del sito industriale elaborando, in collaborazione con il CNR-ISAC, un modello per la quantificazione del profilo verticale del contenuto di aerosol a partire da misure lidar. Ciò presuppone l’applicazione di tecniche di inversione del segnale LIDAR (Klett, 1981) che, effettuando ipotesi sulla tipologia aerosolica del sito in esame e/o adoperando come validazione il confronto con strumenti ancillari (fotometro solare installato nelle vicinanze dei LIDAR), ricavi il profilo del coefficiente di estinzione e di backscatter associato all’aerosol e da questi, utilizzando tecniche statistiche opportune, effettui una stima della concentrazione di volume e superficie del particolato (Barnaba et al, 2001).
Lo studio finalizzato al raggiungimento di questo obiettivo è tuttora in corso. Nel frattempo, ARPA Puglia ha cominciato ad approfondire il segnale prodotto dai LIDAR nei giorni per i quali sono pervenute segnalazioni di eventi emissivi anomali. L’analisi effettuata in corrispondenza di questi giorni, tipicamente, consiste nella valutazione dei rapporti reciproci tra segnali LIDAR a basse quote, così’ da evidenziare eventuali differenze tra segnali che possano essere attribuite a fenomeni emissivi di origine industriale.
CONCLUSIONI
Sono state descritte le principali caratteristiche della tecnica lidar, specificando in modo particolare il principio di funzionamento e gli elementi costitutivi dello strumento ALC. Si è poi passati alla descrizione della rete LIDAR installata nello stabilimento industriale ILVA. Infine sono state illustrate le principali attività svolte da ARPA Puglia in relazione alla gestione dei dati prodotti dalla rete LIDAR. Tali attività, illustrate nei report che ARPA Puglia pubblica mensilmente sul proprio portale web, consistono nel riconoscimento dei giorni interessati da avvezioni sahariane, nell’elaborazione giornaliera dell’altezza dello strato di rimescolamento, e nell’analisi qualitativa delle caratteristiche del segnale nei giorni (o nelle frazioni di giorno) interessate da segnalazioni di eventi anomali.
Il prossimo obiettivo sarà quello di fornire informazioni quantitative sulla concentrazione di aerosol presente nel sito industriale, sviluppando un modello di trasporto dell’aerosol sito-specifico e approfondendo lo studio del segnale LIDAR in prossimità del suolo.
BIBLIOGRAFIA
Barnaba, F., and G. P. Gobbi, Lidar estimation of tropospheric aerosol extinction, surface area and volume:
Maritime and desert-dust cases, J. Geophys. Res., 106, 3005–3018, 2001
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