L'inquinamento atmosferico da polveri fini e la gestione del territorio: il caso studio del comune di Cascina

1

UNIVERSITA’ DI PISA

Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali

E

Facoltà di Scienze della Terra

Corso di Laurea Specialistica in Scienze e Tecnologie per l’Ambiente e

il Territorio

TESI DI LAUREA

L’Inquinamento da polveri fini e la gestione del territorio: il caso

studio del Comune di Cascina

Relatore: Prof. Michele Marroni

Relatore: Ing. Carlo Grassi

Controrelatore: Prof. Simone Gorelli

Candidata:

Arianna Tani

2

Indice

1. Introduzione

2

”

2.1 Normativa vigente in materia di qualità dell’aria prima della direttiva 2008/50/CE

2.2 Direttiva Europea 2008/50/CE 2.3 Decreto Legislativo 155/2010

2.4 Legge Regionale n. 9 del 11 febbraio 2010

2.5 Piano Regionale di Risanamento e Mantenimento della Qualità dell’aria 3 Inquadramento del territorio di studio: valutazione ed elaborazione dei

dati meteorologici e dei dati di qualità dell’aria

3.1 Elaborazione dei dati meteo – climatici 3.1.1 Regime Anemologico

3.1.2 Parametri meteorologici

3.2 Verifica degli standard di qualità dell’aria secondo il D. Lgs 155/2010

3.2.1 Standard di qualità dell’aria: dati validi e valori limite.

3.3 Studio degli andamenti relativi agli inquinanti di qualità dell’aria

3.3.1 Andamenti mensili

3.3.2 Andamenti settimanali

3.3.3 Andamenti giornalieri

3.4 Correlazioni statistiche dei dati di qualità dell’aria

3.4.1 Correlazioni dei dati di qualità dell’aria

4 Confronto tra gli inquinanti e i parametri meteorologici: predisposizione della campagna di monitoraggio invernale di PM10 e PM2.5

4.1 Caratterizzazione meteo – climatica del territorio

4.2 Analisi delle relazioni tra gli inquinanti e i dati meteorologici 4.2.1 Analisi del PM10

3 4.2.3 Analisi dell’O3

4.2.4 Analisi del benzene e del CO 4.2.5 Analisi di SO2

5 Applicazione del modello Calpuff al caso studio del Comune di Cascina 5.1 La modellazione del particolato atmosferico

5.2 Dominio di calcolo e base di dati

5.2.1 Orografia e studio del suolo 5.2.2 Scenario emissivo

5.2.3 Sorgenti puntuali 5.2.4 Sorgenti lineari 5.2.5 Sorgenti areali

5.3 Applicazione del modello al caso reale del Comune di Cascina 5.4 Elaborazione dei dati e discussione dei risultati

5.4.1 Elaborazione dei dati discreti di concentrazione

5.4.2 Recettori grigliati: elaborazione delle mappe di isoconcentrazione del PM10

5.5 Campagna di monitoraggio: predisposizione delle postazioni di misura del PM10

6 Conclusioni Bibliografia

4

1 Introduzione

Data la natura complessa del fenomeno dell’inquinamento, in particolare da polveri, è necessario sviluppare e approfondire la conoscenza relativa all’inquinamento locale che permetta di stimare la variabilità spaziale dell’inquinamento sul territorio comunale e di valutarne le condizioni forzanti (emissioni, meteorologia etc.) al fine di fornire “supporto alle decisioni” permettendo un’ efficace azione di gestione e pianificazione, da parte delle amministrazioni pubbliche, del governo del territorio.

Lo scopo di questa tesi è stato quello di valutare la qualità dell’aria del Comune di Cascina, attraverso l’elaborazione dei dati provenienti dalle centraline della rete di rilevamento della Provincia di Pisa, confrontandoli con i dati calcolati dal modello “CALPUFF”, il quale simula la dispersione e trasformazione delle sostanze inquinanti utilizzando i dati relativi alle sorgenti di emissione e i dati meteo – climatici della zona di territorio oggetto di studio.

CALPUFF è stato applicato per simulazioni, effettuate su scala locale, su diversi scenari reali di dispersione degli inquinanti rilasciati da sorgenti puntiformi, da sorgenti lineari e da sorgenti areali.

Inoltre, lo studio sulla zona di Cascina (Pisa) si è sviluppato nell’ambito della progettazione di una campagna di monitoraggio invernale ed ha avuto lo scopo di valutare quale fosse la migliore posizione per collocare sul territorio di studio centraline per la misurazione degli inquinanti di qualità dell’aria.

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2 Normativa in materia di “valutazione della qualità dell’aria”

Gli strumenti normativi in materia di qualità dell’aria sono strutturati in diversi livelli che vanno dalle direttive comunitarie, alle norma nazionali per arrivare agli strumenti di livello locale. In questo capitolo verranno trattati i principali provvedimenti normativi che hanno influenza sulla materia in oggetto.

2.1 Normativa vigente in materia di qualità dell’aria prima della direttiva 2008/50/CE

Relativamente alla qualità dell’aria, il recepimento in Italia della direttiva

comunitaria 96/62/CE [1] (direttiva madre) e delle direttive figlie 99/30/CE e

2000/69/CE, rispettivamente con il D.Lgs. n. 351/99 [2] e il D.M. 60/02 [3], ha

comportato notevoli modifiche al quadro normativo nazionale. La direttiva Quadro 96/62/CE fornisce un quadro di riferimento per il monitoraggio delle sostanze inquinanti da parte degli stati membri, per lo scambio dei dati e le informazioni ai cittadini, mentre le direttive figlie stabiliscono sia gli standard di qualità dell’aria per le diverse sostanze inquinanti, in relazione alla protezione della salute umana, della vegetazione e degli ecosistemi, sia i criteri e le tecniche che gli stati membri devono adottare per le misure delle concentrazioni di inquinanti, compresi l’ubicazione e il numero minimo di stazioni, e le tecniche di campionamento e misura. Con il D.M. 60 del 2 aprile 2002 si individua, per tutti gli inquinanti delle aree urbane, limiti con scadenza temporali precise, ma anche margini di tolleranza ed adeguamenti progressivi.

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A queste si è aggiunto il recepimento della direttiva sull’ozono (2002/3/CE), attraverso il D.Lgs. 183/04.

2.2 Direttiva Europea 2008/50/CE

L’11 giugno è stata pubblicata sulla Gazzetta Ufficiale dell’Unione Europea la

nuova direttiva 2008/50/CE [4] in materia di qualità dell’aria ambiente in Europa.

La presente direttiva attua una revisione della legislazione europea in materia di qualità dell'aria ambiente allo scopo di ridurre l'inquinamento a livelli tali che limitino al minimo gli effetti nocivi per la salute umana e per l'ambiente, e di migliorare l'informazione del pubblico sui rischi.

La presente direttiva istituisce misure volte a:

 definire e stabilire obiettivi di qualità dell'aria ambiente, al fine di ridurre

gli effetti nocivi per la salute e per l'ambiente;

 valutare la qualità dell'aria ambiente negli Stati membri sulla base di

metodi e criteri comuni;

 raccogliere informazioni sulla qualità dell'aria ambiente per monitorare in

particolare le tendenze a lungo termine;

 garantire che le informazioni sulla qualità dell’aria ambiente siano messe a

disposizione del pubblico;

 mantenere la qualità dell’aria ambiente, laddove sia buona, e migliorarla

ove non lo sia;

 promuovere una maggiore cooperazione tra gli Stati membri nella lotta

contro l’inquinamento atmosferico.

Gli Stati membri designano le autorità competenti e gli organismi responsabili della valutazione della qualità dell'aria ambiente, dell'approvazione dei sistemi di misurazione, della garanzia dell’accuratezza delle misurazioni, dell’analisi dei metodi di valutazione e della cooperazione con gli altri Stati membri e la Commissione.

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La presente direttiva, inoltre, stabilisce un regime di valutazione della qualità dell'aria ambiente con riferimento al biossido di zolfo, al biossido di azoto e agli ossidi di azoto, al particolato PM10 e PM2.5, al piombo, al benzene e al monossido di carbonio, nonché all’ozono. Gli Stati membri istituiscono zone (urbana, suburbana, rurale, fondo rurale) in tutto il loro territorio e procedono alla valutazione della qualità dell'aria e della gestione della qualità dell'aria. All’interno della normativa Europea sono fissati delle soglie di valutazione per ciascun inquinante, i criteri relativi al metodo di valutazione (in particolare relativamente ai punti di campionamento), i metodi di misurazione di riferimento, i valori limite ai fini della protezione della salute umana e dell'ambiente, l'obiettivo e l'obbligo di riduzione dell'esposizione della popolazione al PM2.5, le soglie di informazione e di allarme, i livelli critici per la protezione della vegetazione e l'elenco delle informazioni che devono figurare nei piani d'azione destinati a migliorare la qualità dell'aria.

2.3 Decreto Legislativo 155/2010

La normativa italiana in merito all’inquinamento atmosferico recepisce la

direttiva comunitaria 2008/50/CE [4] con il Decreto Legislativo 13 agosto 2010,

n.155 [5] in merito a “Attuazione della direttiva 2008/50/CE relativa alla qualità

dell'aria ambiente e per un'aria più pulita in Europa", che si propone come finalità:

 individuare obiettivi di qualità dell'aria ambiente volti ad

evitare, prevenire o ridurre effetti nocivi per la salute umana e per l'ambiente nel suo complesso;

 valutare la qualità dell'aria ambiente sulla base di metodi e

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 ottenere informazioni sulla qualità dell'aria ambiente come

base per individuare le misure da adottare per contrastare l'inquinamento e gli effetti nocivi dell'inquinamento sulla salute umana e sull'ambiente e per monitorare le tendenze a lungo termine, nonché i miglioramenti dovuti alle misure adottate;

 mantenere la qualità dell'aria ambiente, laddove buona, e

migliorarla negli altri casi;

 garantire al pubblico le informazioni sulla qualità dell'aria

ambiente;

 realizzare una migliore cooperazione tra gli Stati dell'Unione

europea in materia di inquinamento atmosferico.

Gli inquinanti, i cui limiti sono fissati dalla normativa in oggetto e mostrati nelle tabelle di seguito, sono: biossido di zolfo, ossidi di azoto, biossido di azoto, monossido di carbonio, ozono. PM10, PM2.5, benzene, piombo, arsenico, cadmio, nichel e benzo(a)pirene.

Tabella 2.1 BIOSSIDO DI ZOLFO – Normativa e limiti Periodo di

mediazione Valore limite

Data alla quale il valore limite deve essere raggiunto

Valore limite orario per la protezione della salute

umana

1 ora

350 μg/m3 da non superare più di 24 volte per anno

civile

Già in vigore dal 1.01.2005

Valore limite di 24 ore per la protezione della

salute umana

24 ore

125 μg/m3, da non superare più di 3

volte per anno civile

Già in vigore dal 1.01.2005

Livello critico per la protezione della

vegetazione

Anno civile 20 μg/m3 Non determinato

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Periodo di

mediazione Valore limite

Data alla quale il valore limite deve essere raggiunto protezione della vegetazione invernale Soglia d’allarme Anno civile Superamento di 3 ore consecutive 500 μg/m3 1.01.2010

Tabella 2.2 OSSIDI DI AZOTO - Normativa e limiti Periodo di

mediazione Valore limite

Data alla quale il valore limite deve essere raggiunto

Valore limite annuale per la protezione della

vegetazione

Anno civile 30 μg/m3 1.01.2010

Tabella 2.3 BIOSSIDO DI AZOTO - Normativa e limiti Periodo di

mediazione Valore limite

Data alla quale il valore limite deve essere raggiunto

Valore limite orario per la protezione della salute umana 1 ora 200 μg/m3 da non superare più di 18 volte per l’anno civile 1.01.2010

Valore limite annuale per la protezione della

salute umana Anno civile 40 μg/m3 1.01.2010 Soglia d’allarme Anno civile Superamento di 3 ore consecutive 400 μg/m3 1.01.2010

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Tabella 2.4 MONOSSIDO DI CARBONIO - Normativa e limiti Periodo di

mediazione

Valore limite Data alla quale il valore limite deve

essere raggiunto Valore limite orario per

la protezione della salute umana

Media massima giornaliera su 8

ore

10 mg/m3 Già in vigore dal 1.01.2005

Tabella 2.5 OZONO - Normativa e limiti Periodo di

mediazione

Valore limite Data alla quale il valore limite deve

essere raggiunto

Soglia di informazione

Media massima

oraria 180 μg/m3 Non definito

Soglia d’allarme Media massima

oraria 240 μg/m3 Non definito

Valore obiettivo per la protezione della salute

umana Media su 8 ore massima giornaliera 120 μg/m3 da non superare più di 25 giorni per anno civile come media

dei 3 anni

1.01.2010

Valore obiettivo per la protezione della

vegetazione

AOT40, calcolato sulla base dei valori di 1 ora da maggio a luglio 18.000 μg/m3 come media su 5 anni 1.01.2010 Obiettivo a lungo termine per la protezione della salute

umana

Media su 8 ore massima giornaliera

11 Obiettivo a lungo termine per la protezione della vegetazione AOT40, calcolato sulla base dei valori di 1 ora da maggio a luglio

6.000 μg/m3 Non definito

Tabella 2.6 PM10 - Normativa e limiti Periodo di

mediazione

Valore limite Data alla quale il valore limite deve

essere raggiunto

Valore limite di 24 ore per la protezione della

salute umana

24 ore

50 μg/m3 da non superare più di 35 volte per anno

civile

Già in vigore dal 1.01.2005

Valore limite annuale per la protezione della

salute umana

Anno civile 40 μg/m3 Già in vigore dal 1.01.2005

Tabella 2.7 PM2.5 - Normativa e limiti Periodo di

mediazione Valore limite

Data alla quale il valore limite deve essere raggiunto

Valore limite annuale per la protezione della

salute umana

Anno civile

25 μg/m3 è applicato un margine di tolleranza del 20% al giorno 1 giugno 2008, con riduzione il 1

gennaio successivo e successivamente ogni 12 mesi secondo una percentuale annua costante fino a raggiungere lo 0%

il 1 gennaio 2015

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Periodo di mediazione

Valore limite

Data alla quale il valore limite deve essere raggiunto Concentrazione di

esposizione per evitare effetti nocivi sulla

salute umana

Anno civile 20 μg/m3 1.01.2015

Valore obiettivo per la protezione della salute

umana

Anno civile 25 μg/m3 1.01.2010

Tabella 2.8 BENZENE - Normativa e limiti Periodo di

mediazione Valore limite

Data alla quale il valore limite deve essere raggiunto

Valore limite per la protezione della salute

umana

Anno civile 5 μg/m3 1.01.2010

Il decreto in esame prevede che la valutazione della qualità dell’aria ambiente sia effettuata previa zonizzazione dell’intero territorio nazionale. In base ad essa ciascuna zona o agglomerato e' classificata allo scopo di individuare le modalità di valutazione mediante misurazioni e mediante altre tecniche in conformità alle disposizioni del presente decreto. La valutazione della qualità dell’aria ambiente, che viene effettuata all’interno di ogni agglomerato/zona, spetta alle Regione e alle Province Autonome ed è fondata su una rete di misura e su un programma di valutazione in cui vengono indicate le stazioni di misurazione della rete di misura utilizzate per le misurazioni in siti fissi e per le misurazioni indicative, le tecniche di modellazione e le tecniche di stima obiettiva.

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La valutazione della qualità dell'aria ambiente è il presupposto per l'individuazione delle aree di superamento dei valori, dei livelli, delle soglie e degli obiettivi previsti dal Dlgs 155/10. In presenza di un superamento dei limiti normativi spetta alle Regione e alla Province Autonome predisporre i piani e le misure da adottare per assicurare il contenimento delle concentrazioni al di sotto delle prescrizioni normative.

2.4 Legge Regionale n. 9 del 11 febbraio 2010

Il Consiglio Regionale della Toscana ha approvato la Legge Regionale n. 9 del 11

febbraio 2010 [6] in materia di “Norme per la tutela della qualità dell’aria

ambiente” in conformità alla normativa comunitaria e nazionale vigente in materia con l’obiettivo di migliorare la qualità della vita e di salvaguardare l’ambiente e la salute pubblica.

Allo scopo di migliorare la qualità dell’aria ambiente, la Giunta Regionale ha competenza per le seguenti funzioni:

 l’individuazione e classificazione delle zone ed agglomerati per lo

svolgimento delle attività di valutazione e di gestione della qualità dell’aria;

 l’effettuazione della valutazione della qualità dell’aria ambiente nel

rispetto dei criteri, nonché delle modalità e delle tecniche di misurazione stabilite dalla normativa statale e comunitaria;

 l’individuazione delle zone del territorio regionale a cui si applicano i

valori limite per la protezione degli ecosistemi individuati dal decreto ministeriale di cui all’articolo 4 del d.lgs. 351/1999;

 l’individuazione delle postazioni facenti parte della rete regionale di

rilevamento della qualità dell’aria ambiente;

 l’approvazione di indirizzi per il coordinamento provinciale

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Inoltre, la presente legge Regionale individua le competenze a livello provinciale e comunale. Le provincie sostanzialmente hanno il compito di controllare le emissioni di impianti e attività che ricadono nelle competenze della Provincia, avvalendosi della collaborazione dell’ARPAT e coordinano i comuni, appartenenti al territorio di competenza, per l’elaborazione ed attuazione dei PAC (Piano di azione comunale).

La legge Regionale istituisce il Comitato regionale di coordinamento con funzioni consultive, di raccordo e coordinamento tra gli uffici regionali e provinciali per l’esercizio delle funzioni di rispettiva competenza, con particolare riferimento a quelle autorizzative e di controllo di competenza provinciale.

Di competenza regionale è la gestione della rete Regionale di rilevamento e l’individuazione, previa acquisizione del parere tecnico dell’ARPAT e delle province, delle postazioni nel rispetto dei criteri tecnici stabiliti dalla normativa nazionale e comunitaria. Sulla base dei dati registrati dalle postazioni della rete, la regione valuta la qualità dell’aria ambiente e provvede alla classificazione del territorio nelle zone e agglomerati, con riferimento ai valori limite, alle soglie di allarme e al margine di tolleranza stabiliti con il decreto ministeriale di cui all’articolo 4 del d.lgs. 351/1999. Inoltre la Giunta Regionale individua le zone e gli agglomerati ove sono necessarie misurazioni della qualità dell’aria ambiente in siti fissi, eventualmente da integrare con tecniche di modellazione.

Sulla base dei risultati derivata dall’elaborazione dei dati della rete di rilevamento, la regione approva il piano regionale per la qualità dell’aria ambiente, ovvero lo strumento di programmazione con il quale la Regione persegue una strategia regionale integrata sulla tutela della qualità dell’aria ambiente e sulla riduzione delle emissioni dei gas climalteranti. Il piano, nel rispetto di quanto previsto dalla normativa statale e comunitaria, definisce il quadro conoscitivo relativo allo stato della qualità dell’aria ambiente ed alle sorgenti di emissione e stabilisce obiettivi generali, finalità e detta indirizzi per l’individuazione e l’attuazione delle azioni e misure per il risanamento o il

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mantenimento della qualità dell’aria ambiente che si rendono necessarie in relazione alla classificazione del territorio.

Sulla base della valutazione della qualità dell’aria ambiente e della classificazione delle zone e agglomerati, la Giunta regionale individua i comuni tenuti all’elaborazione ed approvazione del PAC, il quale individua gli interventi di natura permanente finalizzati al miglioramento nonché al

mantenimento della qualità dell’aria ambiente attraverso la riduzione delle emissioni antropiche nell’atmosfera e gli interventi di natura transitoria che producono effetti nel breve periodo, finalizzati a limitare il rischio dei superamenti dei valori limite e delle soglie di allarme stabilite dalla normativa nazionale.

2.5 Piano Regionale di Risanamento e Mantenimento della Qualità dell’aria Allo scopo di perseguire una strategia regionale integrata sulla tutela della qualità dell’aria ambiente e sulla riduzione delle emissioni dei gas ad effetto serra, viene adottato dalla Regione Toscana il Piano Regionale di Risanamento e Mantenimento della qualità dell’aria ed è redatto sulla base di un quadro conoscitivo di riferimento che si esplicita fondamentalmente sulla conoscenza dello stato della qualità dell’aria ambiente. Lo stato della qualità dell’aria si valuta sulla base delle misurazioni ottenute dalle reti di rilevamento, in riferimento ai valori limite fissati per le varie sostanze inquinanti, e sulle informazioni sulle sorgenti di emissione (Fonti IRSE) che determinano, insieme alla meteorologia, i livelli di inquinamento misurati. Grazie a tali valutazioni è possibile procedere alla classificazione in zone del territorio regionale in funzione dei livelli di inquinamento e su queste insistere con gli interventi di mantenimento e risanamento individuati dal presente Piano.

La classificazione del territorio regionale individua i comuni che fanno parte delle zone di mantenimento e i comuni che fanno parte delle zone di risanamento

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dello stato di qualità dell’aria. Il Comune di Cascina è compreso nella zona di risanamento di Pisa – Livorno, che presenta superamenti di almeno un valore limite per una sostanza inquinante e pertanto sono stati classificati C; tale zona dovrà essere oggetto di piani o programmi di risanamento.

La finalità del Piano è quella di rispettare i valori limite fissati per gli inquinanti, migliorare la qualità dell’aria anche nelle zone dove già si rispettano i valori limite, tenere aggiornato il quadro conoscitivo, prevedere l’applicazione delle norme sul PM2.5 in anticipo rispetto alle previsioni della U.E e far adottare ai Comuni, in coerenza e continuità con gli Accordi, il PAC secondo linee guida regionali determinate, individuando anche le misure/interventi prioritarie e fattibili nei vari settori.

Gli interventi che il piano propone, oltre all’attuazione delle politiche europee, nazionali e a livello di programmazione regionale, dovranno anche essere finalizzati al miglioramento delle criticità in termini di qualità dell'aria che sono presenti in alcune aree urbane della regione, in particolare modo criticità dovute all’inquinamento da PM10 e da ossidi di azoto.

A rispetto di quanto il piano si propone, vengono individuati un insieme di settori per cui predisporre gli interventi necessari per il mantenimento e il risanamento della qualità dell’aria:

 Interventi nel settore della Mobilità pubblica e privata, che comprendono

Incentivi al rinnovo del parco veicolare privato, misure di contenimento delle emissioni di particolato dai mezzi adibiti al trasporto pubblico locale, regolamentazione per il minor impiego di combustibili nei porti da parte delle navi, promozione della rete di distribuzione dei carburanti metano e GPL e limitazione della velocità di percorrenza sui tratti autostradali;

 Interventi nel settore Riscaldamento domestico e nel terziario, che

comprendono incentivazione alla sostituzione di vecchie caldaie con quelle a maggior efficienza energetica, regolamentazione nell'utilizzo di

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combustibili vegetali nelle zone di risanamento e regolamentazione nell'utilizzo di combustibili liquidi ad uso riscaldamento su tutto il territorio regionale;

 Interventi nel settore delle Attività produttive che comprendono

definizione di valori limite di emissione per nuovi impianti e criteri per la loro localizzazione, definizione di standard di riferimento per le procedure di VIA e il miglioramento delle prestazioni ambientali delle centrali geotermoelettriche;

 Interventi per il miglioramento della conoscenza e dell’informazione al

pubblico che consistono nell'aggiornamento e miglioramento degli strumenti conoscitivi, reti di monitoraggio ed IRSE, nella prosecuzione dei progetti regionali PATOS, MODIVASET, Osservatorio Kyoto e nell'informazione al pubblico tramite le diverse forme di comunicazione;

 Interventi Generali di tipo Organizzativo Gestionale, che consistono

nell’aggiornamento delle linee guida per la predisposizione dei Piani di azione comunale (PAC) e nella gestione e nel monitoraggio degli interventi descritti.

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3 Inquadramento del territorio di studio: valutazione ed

elaborazione dei dati meteorologici e dei dati di qualità

dell’aria

In questo capitolo si vuole caratterizzare il territorio oggetto di studio sulla base dell’elaborazione dei dati meteo – climatici e sulla base del confronto dei parametri rilevati dalle stazioni di monitoraggio con la normativa vigente, al fine di valutare la qualità dell’aria del comune di Cascina.

3.1 Elaborazione dei dati meteo – climatici

Il territorio del Comune di Cascina è situato nella pianura alluvionale del fiume Arno, ad una distanza di circa 20 km da Pisa. Il clima è tipicamente mediterraneo, caratterizzato da inverni mediamente miti e piovosi, con temperature che scendono raramente sotto lo zero, ed estati calde ed asciutte, ma ventilate.

Questo paragrafo è dedicato alla rielaborazione dei dati meteorologici del comune di Cascina relativi alla temperatura, umidità relativa e pressione atmosferica, direzione e velocità dei venti dell’anno 2011.

3.1.1 Regime Anemologico

Il regime dei venti dell’area di studio è stato caratterizzato utilizzando i dati meteorologici dell’anno solare 2011 registrati dalla stazione meteo presa a riferimento. In questo paragrafo si riportano le elaborazioni grafiche e statistiche dei dati di velocità e di direzione del vento. Nelle figure 3.1, 3.2 (a e b) e 3.3 riportano rispettivamente la rosa dei venti annuale, le rose dei venti suddivise per trimestre, le quali mostrano la direzione del vento prevalente e la

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categorizzazione delle classi di velocità del vento, e la tabella insieme al grafico che descrive la percentuale di accadimento delle classi di vento.

Figura – 3.1 Rosa dei venti per l’anno 2011 ,Stazione di Cascina

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Figura 3.2.b – Rose dei venti corrispondenti rispettivamente al 3° e 4° Trimestre del 2011

Figura -3.3 Frequenza di accadimento delle classi di velocità del vento, anno 2011, Stazione di

Cascina Da Fino a Data Percent [m/s] [m/s] calma 0.0 1.0 1136 13.3% 1 1.0 2.0 2480 29.1% 2 2.0 3.0 1831 21.5% 3 3.0 4.0 1159 13.6% 4 4.0 5.0 810 9.5% 5 5.0 7.0 796 9.3% 6 > 7.0 308 3.6%

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Il sito in esame è caratterizzato da venti di modesta intensità che registrano come direzione primaria quella dal settore E-NE con frequenza di circa il 26% sul totale annuale, successivamente dal settore NE e O-SO con frequenze pari a circa il 12% e dal settore O con percentuali di circa il 10%. Le calme di vento, venti con velocità inferiore a 1m/s si registrano per circa il 13% dei dati annuali. In media la velocità annua si attesta attorno ai 2.8 m/s, mentre i venti più intensi circa pari a 4 m/s provengono dalla direzione NE-E. Le velocità con frequenza maggiore sono quelle comprese nell’intervallo di 1-2 m/s e costituiscono il 29% delle ore annue. Le figure 3.2.a e 3.2.b rappresentano le rose dei venti relative ai quattro trimestri dell’anno 2011, le quali mostrano le direzioni del vento in relazione alle classi di vento che occorrono in quel determinato periodo. Osservando le rose dei quattro trimestri, si deduce che nel periodo autunno – inverno prevalgono venti provenienti dal quadrante NE - E e nel periodo più caldo le direzioni prevalenti del vento sono comprese nel quadrante SO - O della rosa, anche se nella stagione estiva rimane abbastanza significativa la presenza di venti provenienti da NE - E.

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La tabella seguente mostra i valori percentuali e i valori delle velocità del vento relative ad una specifica direzione.

Tabella -3.1 Frequenza di accadimento delle direzioni e media della velocità del vento (quota 10

m sls) Settori Dir [°N] #Data %Data Velocità [m/s] 1 N 119 1.4 % 1.6 2 NNE 251 2.9 % 1.9 3 NE 1001 11.7 % 3.0 4 NEE 2210 25.9 % 4.0 5 E 527 6.2 % 2.7 6 EES 130 1.5 % 1.9 7 ES 102 1.2 % 1.6 8 ESS 79 0.9 % 1.7 9 S 112 1.3 % 2.0 10 SSO 178 2.1 % 2.3 11 SO 403 4.7 % 2.7 12 SOO 1021 12.0 % 3.1 13 O 867 10.2 % 3.1 14 OON 214 2.5 % 2.0 15 ON 100 1.2 % 1.6 16 ONN 70 0.8 % 1.8 calme - 1136 13.3 % < 1.0

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La tabella 3.2 riporta i valori medi, massimi e minimi di velocità registrati ogni mese dell’anno 2011, da cui si osserva che il mese con il valore più alto della velocità media del vento è il mese di marzo. Inoltre, si vede che il numero di dati validi, disponibili per l’elaborazione, è il 97.2%.

Tabella - 3.2 Valori mensili di velocità del vento-anno 2011

MESE Dati validi

[ore] Dati validi [%] Media [m/s] Min [m/s] Max [m/s] GEN 636 85.5% 3.2 0.0 10.5 FEB 636 94.6 % 2.7 0.0 7.7 MAR 744 100.0 % 3.3 0.1 10.5 APR 720 100.0 % 2.9 0.0 9.4 MAG 744 100.0 % 2.7 0.0 8.4 GIU 684 95.0 % 2.5 0.1 7.7 LUG 744 100.0 % 2.5 0.1 7.2 AGO 732 98.4 % 2.3 0.1 8.3 SET 708 98.3 % 2.4 0.1 8.4 OTT 732 98.4 % 3.2 0.1 11.0 NOV 696 96.7 % 2.9 0.5 8.0 DIC 744 100.0 % 2.5 0.1 11.8 ANNO 8520 97.2 % 2.8 0.0 11.8

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Il grafico seguente mostra la variazione dell’andamento della velocità nell’arco dell’anno 2011. 0 2 4 6 8 10 12 14 V el oc it à de l V ent o a 10 m s .l. s. (m /s ) anno 2011

Figura - 3.4 Serie temporale media oraria velocità del vento, anno 2011, Stazione di Cascina

I valori più alti di velocità del vento si osservano nel periodo invernale, raggiungendo il massimo nel mese di dicembre, in accordo a quanto riportato nella tabella 3.2.

25 3.1.2 Parametri meteorologici

In questo paragrafo, per completare la caratterizzazione meteorologica del territorio di Cascina, si è proceduto ad analizzare i dati di temperatura, di pressione e di umidità relativa dell’aria. Per ognuno dei parametri sopracitati si riporta sia tabelle con il calcolo statistico del numero di dati validi, del valor medio, del valor massimo e quello minimo sia i grafici con la serie temporale giornaliera.

Temperatura dell’aria

Nell’anno 2011 la temperatura dell’aria oscilla tra un valore minimo di -1.8° C registrato nel mese di marzo ad un massimo di 35.2° C nel mese di agosto; complessivamente le temperatura media annuale calcolata è di 15° C, come mostrato in tabella 3.3.

26

Tabella - 3.3 Valori mensili di temperatura -anno 2011

MESE Dati validi

[ore] Dati validi [%] Media [°C] Min [°C] Max [°C] GEN 636 85.5% 5.1 -1.1 12.7 FEB 636 94.6 % 6.8 -0.3 13.7 MAR 744 100.0 % 8.8 -1.8 19.2 APR 720 100.0 % 14.7 6.8 25.3 MAG 744 100.0 % 18.3 8.7 29.0 GIU 684 95.0 % 21.0 15.6 30.2 LUG 744 100.0 % 22.0 15.3 33.9 AGO 732 98.4 % 24.4 16.9 35.2 SET 708 98.3 % 22.1 15.3 31.1 OTT 732 98.4 % 15.4 6.1 28.0 NOV 696 96.7 % 10.9 3.8 19.5 DIC 744 100.0 % 8.8 1.2 16.3 ANNO 8520 97.2 % 15.0 -1.8 35.2

Dall’analisi dei dati disponibili si può notare che la temperatura media non scende mai al di sotto di 0°C con un alto tasso di umidità nella stagione invernale (come verrà mostrato in seguito nella tabella 3.5); mentre durante l’estate la temperatura media non supera mai i 30°C. In figura 3.5 è riportato l’andamento della temperatura massima, minima e la media delle due nel 2011.

27 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Anno 2011 T MIN T MEDIA T MAX

Figura - 3.5 Andamento delle temperature massime, minime e medie giornaliere.

Pressione

In tabella 3.4 vengono mostrati i valori di pressione media, massima e minima per ogni mese del 2011. La media di pressione più bassa è stata rilevata nel mese di luglio.

28

Tabella – 3.1 Valori mensili di pressione -anno 2011

MESE Dati validi

[ore] Dati validi [%] Media [hPa] Min [hPa] Max [hPa] GEN 636 85.5% 1003.1 993.8 1015.2 FEB 636 94.6 % 1001.5 979.9 1014.5 MAR 744 100.0 % 1005.4 988.8 1020.7 APR 720 100.0 % 1001.5 987.5 1013.7 MAG 744 100.0 % 1002.5 987.4 1011.8 GIU 684 95.0 % 1000.5 989.9 1007.9 LUG 744 100.0 % 997.1 988.6 1004.0 AGO 732 98.4 % 1000.3 995.4 1006.1 SET 708 98.3 % 1001.8 986.6 1010.8 OTT 732 98.4 % 1004.8 990.2 1011.7 NOV 696 96.7 % 1006.7 992.7 1017.2 DIC 744 100.0 % 1003.1 976.1 1021.7 ANNO 8520 97.2 % 1002.4 976.1 1021.7

Il grafico 3.6 riporta l’andamento dei valori di pressioni registrati nel 2011.

950 960 970 980 990 1000 1010 1020 1030 P re ss ione A tm os fe ri ca a 1 0 m s .l .s . (hP a) anno 2011

29

Umidità Relativa

In tabella 3.5 vengono mostrati i valori di umidità relativa media, massima e minima per ogni mese del 2011, da cui si osserva che i mesi invernali sono caratterizzati da livelli di umidità più alti rispetto ai mesi estivi.

Tabella - 3.2 Valori mensili di umidità relativa -anno 2011

MESE Dati validi

[ore] Dati validi [%] Media [%] Min [%] Max [%] GEN 636 85.5% 82 35 100 FEB 636 94.6 % 73 16 100 MAR 744 100.0 % 73 27 100 APR 720 100.0 % 67 24 100 MAG 744 100.0 % 63 26 95 GIU 684 95.0 % 74 31 100 LUG 744 100.0 % 72 25 99 AGO 732 98.4 % 67 21 99 SET 708 98.3 % 72 31 99 OTT 732 98.4 % 71 10 100 NOV 696 96.7 % 79 35 100 DIC 744 100.0 % 80 33 100 ANNO 8520 97.2 % 73 10 100

30

Il grafico 3.7 analizza l’andamento temporale dell’umidità relativa e valida le considerazioni fatte precedentemente, esaminando i dati della tabella 3.5.

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 U mi d it à r e la t iv a (% ) Anno 2011 Umidità relativa

31

3.2 Verifica degli standard di qualità dell’aria secondo il D. Lgs 155/2010

La verifica degli standard di qualità dell’aria imposti dal decreto 155/2010 [5] in

recepimento della direttiva europea è stata effettuata per gli inquinanti NO2, O3,

PM10, CO e SO2 monitorati dalle stazioni della rete regionale di rilevamento in

provincia di Pisa. La base di dati analizzata si riferisce al periodo compreso dal 2007 al 2011, dove presenti. Le stazioni di monitoraggio di cui sono stati elaborati i dati sono elencate e caratterizzate nella tabella 3.6:

Tabella 3.6 – tipologia delle stazioni considerate

STAZIONE TIPO

NAVACCHIO Urbana Traffico

CASCINA Urbana Traffico

PONTEDERA Urbana Traffico

FAZIO Urbana Traffico

BORGHETTO Urbana Traffico

ORATOIO Periferica Industriale

MONTECERBOLI Periferica Fondo

PASSI Urbana Fondo

S. CROCE COOP Periferica Fondo

S. CROCE CERRI Rurale Industriale

S. CROCE SERAO Periferica Fondo

32 3.2.1 Standard di qualità dell’aria: dati validi e valori limite.

Dalla tabella 3.7 seguente si osserva che la media annuale del PM10 non mostra una variazione significativa tra i cinque anni. Confrontando invece lo stesso parametro tra le diverse stazioni di monitoraggio. vediamo come questo assume i valori più bassi nella centralina di Montecerboli (periferica/fondo). i quali differiscono sostanzialmente rispetto ai valori raggiunti da Cascina (Urbana /traffico). Quest’ultima per tutti gli anni analizzati ha superato il numero limite di superamenti della media giornaliera in un annuo e il limite di 40 ug/m3 relativo al valore medio annuale del 2008.

Tabella 3.7 – PM10: Media annuale e numero di superamenti della media giornaliera PM10

Anno % dati validi Media giornaliera > 50 _{µg/m3 (L.V. 35) (L.V. 40 µg/m3)} Media annua

BORGHETTO 2007 96% 45 31.32 2008 96% 37 29.26 2009 98% 32 31.90 2010 98% 31 28.65 2011 98% 45 30.22 CASCINA 2007 98% 59 36.34 2008 96% 95 42.50 2009 98% 84 39.69 2010 93% 52 35.20 NAVACCHIO 2007 97% 71 39.77 2008 96% 73 38.74 2009 96% 53 35.83 2010 98% 32 29.68

33

PM10

Anno % dati validi Media giornaliera > 50 _{µg/m3 (L.V. 35) (L.V. 40 µg/m3)} Media annua

ORATOIO 2007 98% 48 35.33 2008 95% 41 33.72 2009 97% 46 36.06 2010 96% 29 31.66 PASSI 2010 92% 14 24.63 2011 98% 29 26.19 PONTEDERA 2007 95% 71 36.52 2008 93% 35 31.26 2009 98% 17 29.83 2010 96% 25 29.59 2011 93% 27 27.64 S. ROMANO 2007 99% 64 31.63 2008 97% 61 36.41 2009 97% 39 33.38 2010 98% 29 29.43 2011 43.6%* 20 30.18 S. CROCE COOP 2007 98% 42 30.37 2008 97% 35 29.27 2009 95% 32 28.63 2010 98% 33 29.75 2011 97% 49 30.75 MONTECERBLI 2007 98% 3 17.32 2008 96% 1 14.83 2009 96% 0 14.84 2010 96% 0 12.62 2011 97% 0 14.51 S. CROCE SERAO 2007 95% 19 26.13 2008 96% 21 25.18 2009 97.5% 7 25.52

34

PM10

Anno % dati validi Media giornaliera > 50 _{µg/m3 (L.V. 35) (L.V. 40 µg/m3)} Media annua

2010 92% 10 23.78 LARI 2007 99% 24 27.85 2008 98% 21 25.85 2009 96% 15 27.55 2010 96% 43 30.94

Per l’NO2 è sempre stato rispettato in tutte le stazioni il limite massimo di superamenti delle medie orarie. Dalla tabella seguente si osserva che nelle stazioni urbane di traffico di Borghetto. di Cascina e di Fazio si è verificato almeno un superamento del limite del valore medio annuale.

Tabella 3.8 – NO2: media annuale e numero di superamenti delle medie orarie BIOSSIDO DI AZOTO

Anno % Dai validi Medie orarie > 200 µg/m3

(L.V. 18) Media annuale (L.V. 40 µg/m3) BORGHETTO 2007 91% 0 39.88 2008 94% 0 36.22 2009 92% 0 39.15 2010 94% 0 38.98 2011 94% 0 42.60 CASCINA 2007 94% 0 39.13 2008 94% 0 41.45 2009 94% 0 43.26 2010 90% 0 39.60 FAZIO 2007 93% 0 42.54 2008 95.5% 0 38.52

35

BIOSSIDO DI AZOTO

Anno % Dai validi Medie orarie > 200 µg/m3

(L.V. 18) Media annuale (L.V. 40 µg/m3) 2009 96.6% 0 37.39 2010 96% 0 36.28 NAVACCHIO 2007 94% 0 27.68 2008 91% 0 25.83 2009 95% 0 26.80 2010 94.5% 0 27.26 ORATOIO 2007 94% 0 20.81 2008 93% 0 21.50 2009 94.6% 0 22.73 2010 94% 0 19.10 PASSI 2007 97% 0 22.20 2008 97% 0 20.55 2009 94.5% 0 20.28 2010 95% 0 18.69 2011 93% 0 20.76 PONTEDERA 2007 99% 0 38.30 2008 95% 0 38.40 2009 99% 0 34.83 2010 99% 0 35.15 2011 99% 0 33.50 S. CROCE COOP 2007 95.5% 0 29.36 2008 94% 0 24.77 2009 95% 0 28.66 2010 95% 0 28.87 2011 95% 0 25.39

36

Tutti i valori limite di biossido di zolfo per entrambe le stazioni sono rispettati; in particolare dalla tabella 3.8 vediamo come la media annuale sia inferiore di due ordini di grandezza alla soglia limite. La stazione di Montecerboli rispetto a S. Croce cerri registra i valori più bassi di SO2. specialmente nell’anno 2011. anche se quest’ultimo ha una percentuale di dati validi minore di quelli richiesti dalla normativa.

Tabella 3.9 – SO2: media annuale e numero di superamenti delle medie orarie e giornaliere BIOSSIDO DI ZOLFO

Anno % Dai validi

Medie orarie > 350 µg/m3 (L.V.20) Medie giornaliere >125 µg/m3 (L.V. 3) Media annuale (L.V. 20 µg/m3) MONTECERBOLI 2007 95% 0 0 0.54 2008 93.6% 0 0 0.80 2009 95% 0 0 0.67 2010 92.6% 0 0 0.63 2011 51%* 0 0 0.29 S. CROCE CERRI 2008 91% 0 0 2.22 2009 93% 0 0 2.08 2010 92% 0 0 0.89 2011 95% 0 0 0.48

37

Il benzene non mostra una rilevante variabilità dei valori di media annuale relativi a ciascuna stazione. I valori di concentrazione che rileva la centralina urbana di traffico di Borghetto sono il doppio di quelli di Santa Croce cerri. S. Romano mostra per il 2007 la media annuale più alta. ma non è possibile

considerarlo un dato significativo per la bassa percentuale di dati validi registrati.

Tabella 3.10 – C6H6: medie annuali BENZENE

Anno % Dati validi Media annuale

(L.V. 5 µg/m3) BORGHETTO 2007 87%* 2.92 2008 90% 2.48 2009 76%* 2.54 2010 87%* 2.20 2011 93% 2.28 S. ROMANO 2007 76%* 3.44 2008 - - 2009 - - 2010 - - 2011 - - S. CROCE CERRI 2007 94% 1.39 2008 93.6% 1.11 2009 93.6% 1.08 2010 93% 1.05

38

Anche per il monossido di carbonio. come per il benzene. non ci sono significative variazioni dei valori medi annuali e non si riscontrano apprezzabili differenze degli stessi valori tra le stazioni. Dalla tabella si osserva una generale diminuzione dal 2007 al 2011 della concentrazione media annuale di CO.

Tabella 3.11 – CO: media annuale e massima giornaliera su 8 ore MONOSSIDO DI CARBONIO

Anno % Dai validi Massima giornaliera su media di 8 ore

(L.V. 10 mg/m3 ) Media annuale (mg/m3 ) BORGHETTO 2007 94.5% 3.30 0.74 2008 97% 2.64 0.56 2009 92% 2.13 0.62 2010 95% 2.31 0.48 2011 96% 2.66 0.80 CASCINA 2007 93% 1.98 0.60 2008 97% 1.78 0.53 2009 96% 1.69 0.55 2010 91% 1.65 0.52 FAZIO 2007 92.5% 2.51 0.51 2008 95% 2.51 0.57 2009 95% 2.34 0.52 2010 96% 1.87 0.42 NAVACCHIO 2007 98% 2.58 0.56 2008 94% 1.89 0.39 2009 98% 1.91 0.42 2010 97% 1.66 0.39 PONTEDERA 2007 99% 1.83 0.63 2008 96% 1.68 0.64 2009 96% 1.86 0.66 2010 96% 1.74 0.53

39

MONOSSIDO DI CARBONIO

Anno % Dai validi Massima giornaliera su media di 8 ore

(L.V. 10 mg/m3 )

Media annuale (mg/m3 )

2011 98% 2.90 0.48

Nella tabella 3.12 è riportata la situazione che si presenta per l’ozono mediata nei tre anni.

Tabella 3.12 – OZONO: Massima giornaliera su 8 ore mediata in tre anni OZONO

Anno % Dai validi Massima giornaliera su media di 8 ore > 120 µg/m3

(L.V. 25)

MONTECERBOLI 2009-2011 94% 55

PASSI 2009-2011 93% 21

PONTEDERA 2009-2011 99% 17

S. CROCE SERAO 2008-2010 95% 35

Per la stazione di Montecerboli e per la stazione di S. Croce serao si registrano superamenti del valore di massima media giornaliera su 8 ore.

40

3.3 Studio degli andamenti relativi agli inquinanti di qualità dell’aria

In questo paragrafo è stata effettuata l’analisi degli andamenti dei parametri di qualità dell’aria e tale analisi grafica è utile per valutare le relazioni tra le concentrazioni di ogni inquinante e le stazioni di monitoraggio e tra gli inquinanti stessi. i quali. per la loro natura. sono indicatori utili per l’individuazione della possibile fonte di emissione/immissione.

3.3.1 Andamenti mensili

Per prima cosa si è valutato l’andamento tipico annuale. tenuto dal 2007 al 2011 in tutte le stazioni di monitoraggio della Provincia di Pisa. dei valori medi delle concentrazioni di PM10. di diossido di azoto. di ozono. di monossido di carbonio. di benzene e di biossido di zolfo.

41

Il grafico 3.8 mostra gli andamenti relativi alle stazioni che misurano le concentrazioni di PM10. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2007 2008 2009 2010 2011 PM 1 0 [ u g / m 3 ]

Media mensile

Grafico 3.8 – Medie mensili di PM10 registrate nelle stazioni di monitoraggio nella Provincia di

Pisa

Le concentrazioni medie mensili del PM10 mostrano andamenti tali che non è sempre così evidente osservare una variazione netta stagionale dell’inquinante. Questa considerazione è ragionevole soprattutto per la stazione di Montecerboli (periferica/fondo). che ha un andamento costante per tutti gli anni e registra i valori più bassi di tutte le altri stazioni. i quali possono essere considerati i valori di fondo del parametro. e per la stazione di Cascina (urbana/traffico). Invece Borghetto. Passi. Pontedera e S. Croce coop mostrano una variazione stagionale più chiara. dove i valori più alti si osservano nel periodo invernale.

42

Nel grafico 3.9 si analizzano le medie mensili del benzene. le quali seguono un chiaro andamento stagionale riportando nel periodo invernale concentrazioni due volte superiori rispetto a quelle del periodo estivo.

0 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2007 2008 2009 2010 2011 C 6 H6 [ u g / m 3 ]

Media mensile

Media di S.Romano C6H6

Media di S.Croce cerri C6H6

Grafico 3.9 – Medie mensili di benzene registrate nelle stazioni di monitoraggio nella Provincia

di Pisa

La stazione di Borghetto (urbana/traffico) registra valori più alti rispetto alla stazione di S. Croce cerri. ma il trend seguito dal benzene è congruente per entrambe. La stessa considerazione può essere fatta anche per la stazione di S. Romano. ma non può essere convalidata per tutto il periodo di analisi a causa della mancanza di dati validi.

43

L’andamento stagionale individuato per il benzene è possibile considerarlo anche per il monossido di carbonio.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2007 2008 2009 2010 2011 CO [ u g / m 3 ] Media mensile Media di Borghetto CO Media di Cascina CO Media di Fazio CO Media di Navacchio CO Media di Pontedera CO

Grafico 3.10 – Medie mensili di CO registrate nelle stazioni di monitoraggio nella Provincia di

Pisa

Il grafico 3.10 delle medie mensili di CO mostra una congruenza tra i valori di concentrazione e le tendenze seguite da tutte le stazioni analizzate. L’unico scostamento dal trend generale è osservabile per Pontedera nell’anno 2008. I picchi massimi di concentrazione delle medie mensili sono registrati durante il periodo invernale nella stazione di Borghetto.

44

Le variazioni descritte per il benzene e il CO sono ancora riscontrabili per il biossido di azoto. 0 10 20 30 40 50 60 70 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2007 2008 2009 2010 2011 N O 2 [ u g / m 3 ]

Media mensile

Media di Borghetto NO2 Media di Cascina NO2 Media di Fazio NO2 Media di Navacchio NO2 Media di Oratoio NO2 Media di Passi NO2 Media di S.Croce coop NO2

Media di Pontedera NO2

Grafico 3.11 – Medie mensili di NO2 registrate nelle stazioni di monitoraggio nella Provincia di

Pisa

L’andamento oscillatorio del biossido di azoto si mantiene costante tra le stazioni e influenza anche le concentrazioni. le quali raggiungono i valori massimi nel periodo invernale e i valori minimi nel periodo estivo. Al contrario. la tendenza stagionale di Cascina (urbana/traffico) non è così netta come quella vista per tutte le altre stazioni.

45 Il grafico 3.12 descrive il trend dell’ozono. il quale varia stagionalmente durante gli anni.

0 20 40 60 80 100 120 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2007 2008 2009 2010 2011 O 3 [ u g / m 3 ]

Media mensile

Grafico 3.12 – Medie mensili di O3 registrate nelle stazioni di monitoraggio nella Provincia di

Pisa

La formazione di elevate concentrazioni di O3 è un fatto prettamente estivo. legato al fenomeno delle reazioni fotochimiche; infatti i valori più alti sono registrati nei periodi più caldi dell’anno. Nel periodo invernale la rimozione

dell’O3 è legata principalmente alla formazione di NO2. Infatti. i valori di

concentrazione dell’O3 sono più alti in corrispondenza delle più basse

concentrazioni di NO2. Se confrontiamo i grafici di O3 e di NO2, tale relazione è

46

L’ultimo inquinante preso in esame è il biossido di zolfo. il quale è monitorato solamente in due stazioni. ovvero quella di Montecerboli e di S. Croce cerri.

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2007 2008 2009 2010 2011 S O 2 [ u g / m 3 ] Media mensile

Media di Montecerboli SO2

Media di S.Croce cerri SO2

Grafico 3.13 – Medie mensili di SO2 registrate nelle stazioni di monitoraggio nella Provincia di

Pisa

Gli andamenti che si osservano dal grafico dell’SO2 non sono confrontabili tra di loro e non hanno una significativa tendenza stagionale. I valori di concentrazione di S. Croce cerri sono più alti di quelli di Montecerboli soprattutto nel 2007 e nel 2008; nel successivo biennio le medie mensili variano mantenendosi all’interno di uno stesso intervallo di valori.

47 3.3.2 Andamenti settimanali

In questo paragrafo si sono calcolati. utilizzando i dati disponibili dal 2007 al 2011 ed analizzati i valori delle medie settimanali al fine di identificare le tendenze dei parametri inquinanti relative al giorno della settimana e di ricavare informazioni utili relativamente alle possibili sorgenti di emissione che potrebbero contribuire alle concentrazioni misurate.

Il grafico seguente mostra gli andamenti settimanali del PM10.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 2007 2008 2009 2010 2011 P M 1 0 [ u g / m 3 ] Media settimanale Media di Borghetto PM10 Media di Cascina PM10 Media di Lari PM10 Media di Montecerboli PM10 Media di Navacchio PM10 Media di Oratoio PM10 Media di Pontedera PM10 Media di S. Romano PM10 Media di S. Croce coop PM10 Media di S. Croce serao PM10 Media di Passi PM10

Grafico 3.14 – Medie del giorno settimanale di PM10 registrate nelle stazioni di monitoraggio

nella Provincia di Pisa

Dal grafico possiamo osservare che il PM10 mostra andamenti variabili tra le differenti stazioni di monitoraggio. anche se queste mostrano una certa corrispondenza per il fatto che registrano i valori minimi di concentrazione nei giorni festivi. Quanto appena detto non è apprezzabile per Montecerboli. che mantiene costante durante tutta la settimana la concentrazione di fondo del PM10.

48

Al contrario di quanto detto per il PM10, l’NO2 mostra andamenti ben definiti

nell’arco della settimana.

0 10 20 30 40 50 60 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 2007 2008 2009 2010 2011 N O 2 [ u g / m 3 ]

Media settimanale

Media di Borghetto NO2 Media di Cascina NO2 Media di Fazio NO2 Media di Navacchio NO2 Media di Oratoio NO2 Media di Passi NO2 Media di Pontedera NO2 Media di S.Croce coop NO2

Grafico 3.15 – Medie del giorno settimanale di NO2 registrate nelle stazioni di monitoraggio

nella Provincia di Pisa

Dal grafico 3.15 notiamo che la variazione nella settimana dei valori medi è tale

che si registra il valore minimo delle concentrazioni di NO2 nel giorno festivo

fino a raggiungere il massimo nei giorni di metà settimana. Il trend settimanale delle concentrazioni che si osserva nel grafico non subisce variazioni significative

durante gli anni. I valori più elevati di NO2 si registrano nelle stazioni di

Pontedera. Fazio. Borghetto e Cascina. le quali sono utilizzate per la misurazione dell’inquinamento da traffico. Quindi una delle fonti antropiche che

contribuiscono all’incremento delle concentrazioni di NO2 potrebbe essere il

49

Oltre al biossido di azoto. il traffico veicolare è una delle principali sorgenti di origine antropica di benzene. Il grafico corrispondente al benzene viene mostrato di seguito. 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 2007 2008 2009 2010 2011 C6 H6 [ u g / m 3 ]

Media settimanale

Media di S.Romano C6H6 Media di S.Croce cerri C6H6

Grafico 3.16 – Medie del giorno settimanale di C6H6 registrate nelle stazioni di monitoraggio

nella Provincia di Pisa

Possiamo osservare dal grafico 3.16 che per la stazione di Borghetto valgono le

considerazioni fatte per l’ NO2 ; ovvero il trend settimanale delle concentrazioni

di benzene corrisponde a quello analizzato per l’ossido di azoto. Inoltre. la tendenza generale delle concentrazioni medie settimanali di Borghetto è quella di diminuire dal 2007 al 2011. Per le stazioni di S. Romano e di S. Croce cerri non è possibile evidenziare un variazione settimanale significativa del benzene.

50

Il monossido di carbonio è un inquinante derivato dalla combustione incompleta dei combustibili organici, come i carburanti. Il grafico 3.17 mostra gli andamenti di CO corrispondente a tutte le centraline di che lo monitorano.

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 2007 2008 2009 2010 2011 CO [ u g / m 3 ] Media settimanale Media di Borghetto CO Media di Cascina CO Media di Fazio CO Media di Navacchio CO Media di Pontedera CO

Grafico 3.17 – Medie del giorno settimanale di CO registrate nelle stazioni di monitoraggio nella

Provincia di Pisa

Se confrontiamo l’andamento del CO. possiamo notare una certa variabilità tra le stazioni di monitoraggio. Per le stazioni di Borghetto. di Pontedera e di Fazio è maggiormente identificabile un trend settimanale. in cui i valori di concentrazione più alti si registrano nei giorni feriali della settimana. Inoltre. dal 2007 al 2011 si osserva una tendenza comune alla diminuzione dei valori delle concentrazioni medie settimanali di CO.

51

L’ozono è un inquinante di origine secondaria per il quale non sono evidenti variazioni di rilievo nell’andamento settimanale.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 2007 2008 2009 2010 2011 O 3 [ u g / m 3 ]

Media settimanale

Media di S.Croce coop O3

Media di S.roce serao O3

Grafico 3.18 – Medie del giorno settimanale di O3 registrate nelle stazioni di monitoraggio nella

Provincia di Pisa

Si evidenzia nella stazione urbana di traffico di Pontedera un moderato incremento sistematico dei valori medi delle concentrazioni in corrispondenze dei giorni festivi della settimana. La formazione dell’ozono è legata alla

distruzione delle molecole di NO2, il quale per Pontedera segue la tendenza

52

Terminiamo l’analisi degli andamenti settimanali descrivendo il trend del biossido di zolfo. 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 2007 2008 2009 2010 2011 SO 2 [ u g / m 3 ]

Media settimanale

Media di Montecerboli SO2 Media di S.Croce cerri SO2

Grafico 3.19 – Medie del giorno settimanale di SO2 registrate nelle stazioni di monitoraggio

nella Provincia di Pisa

Dal grafico si nota che la variabilità dei valori della stazione di Montecerboli non è significativa per trovare una relazione tra questo tipo di variazione e la possibile sorgente di emissione. I valori di concentrazione per Montecerboli si mantengono per tutto il periodo di analisi inferiori a 1 μg/m3. Invece, la stazione

di S. Croce cerri registra valori di concentrazioni di SO2 molto maggiori rispetto a

Montecerboli soprattutto negli anni 2007 e 2008; queste alte concentrazioni tendono a diminuire ed a portarsi fino a valori confrontabili con l’altra stazione. Per S. Croce cerri si può osservare un andamento settimanale. da cui si ricava che

53

Questa tendenza può essere spiegata dal fatto che le concentrazioni di SO2 di S.

Croce cerri (periferica /industriale) potrebbero essere dovute a sorgenti di inquinamento antropiche di natura industriale.

3.3.3 Andamenti giornalieri

L’esame degli andamenti relativi alla media giornaliera oraria su base annua possono rivelare informazioni importanti sulla correlazione tra inquinanti e sulla correlazione tra inquinante e sorgente di emissione.

Di seguito si vuole confrontare la serie temporale di NO2 , CO e benzene al fine di

identificare, attraverso l’esame degli andamenti, se esiste tra questi inquinanti una relazione specifica.

0 10 20 30 40 50 60 70 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 2007 2008 2009 2010 2011 N O 2 [ u g / m 3 ]

Media oraria

Media di Borghetto NO2 Media di Cascina NO2 Media di Fazio NO2 Media di Navacchio NO2 Media di Oratoio NO2 Media di Passi NO2 Media di Pontedera NO2 Media di S.Croce coop NO2

Grafico 3.20 – Medie del giornaliere di NO2 registrate nelle stazioni di monitoraggio nella

54 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 2007 2008 2009 2010 2011 C6 H 6 [ u g / m 3 ]

Media oraria

Media di S.Romano C6H6

Media di S.Croce cerri C6H6

Grafico 3.21 – Medie del giornaliere di C6H6 registrate nelle stazioni di monitoraggio nella

Provincia di Pisa 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 2007 2008 2009 2010 2011 CO [ u g / m 3 ]

Media oraria

Grafico 3.22 – Medie del giornaliere di CO registrate nelle stazioni di monitoraggio nella

55

I grafici di NO2, di benzene e di CO mostrano una variazione significativa e

sistematica delle concentrazioni medie orarie. Gli andamenti giornalieri sono simili sia tra le stazioni che misurano uno stesso inquinante sia tra i diversi inquinanti. Quindi. per questi tre inquinanti è possibile attribuire come fonte comune di inquinamento il traffico veicolare e il contributo antropico della fonte è significativo soprattutto nelle ore lavorative della giornata.

L’andamento giornaliero dell’ozono conferma le considerazioni fatte precedentemente per il trend annuale. ovvero che l’ozono è legato principalmente alle condizioni climatiche e meteorologiche del periodo.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 2007 2008 2009 2010 2011 O 3 [ u g / m3 ]

Media oraria

Grafico 3.23 – Medie del giornaliere di O3 registrate nelle stazioni di monitoraggio nella

56

I valori di concentrazione più alte si hanno in corrispondenza delle ore più calde della giornata. Questo andamento è regolato dalla concentrazione di NO2 . in modo tale che una quantità alta di emissioni di biossido di azoto determina il

deterioramento delle molecole di O3.

Il grafico 3.24 mostra l’andamento del biossido di zolfo per entrambe le stazioni di monitoraggio. 0 2 4 6 8 10 12 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 2007 2008 2009 2010 2011 SO 2 [ u g / m 3 ] Media oraria Media di Montecerboli SO2

Media di S.Croce cerri SO2

Grafico 3.24 – Medie del giornaliere di SO2 registrate nelle stazioni di monitoraggio nella

Provincia di Pisa

Analizzando il grafico. si osserva che l’andamento giornaliero di SO2 è diverso da

quello esaminato per NO2, benzene e CO; quindi è possibile supporre che il

57

3.4 Correlazioni statistiche dei dati di qualità dell’aria

In questo paragrafo si esaminano le relazioni supposte in precedenza per i parametri di qualità dell’aria utilizzando la correlazione statistica, che, attraverso gli indici di correlazione (che mi esprime il grado di correlazione), verifica se esiste o meno una relazione tra inquinanti della stessa stazione o tra inquinanti di monitorati in stazioni diverse.

Per studiare la correlazione è si usa il coefficiente di correlazione di Pearson definito come segue:

Dove x e y sono la serie temporale dei dati campione e X e Y rappresentano la media delle serie.

Gli indici di correlazione assumono valori compresi tra -1(quando le variabili considerate sono inversamente correlate) e +1 (quando vi sia correlazione assoluta cioè quando alla variazione di una variabile corrisponde una variazione rigidamente dipendente dall'altra). ovviamente un indice di correlazione pari a zero indica un'assenza di correlazione. Nella tabella 3.13 sono riportati gli intervalli tra gli indici di correlazione al fine di poter interpretare il risultato della correlazione.

58

Tabella 3.13 – Intervalli degli indici di correlazione

Correlazione Negativa Positiva Nessuna -0.3 a 0.0 0.0 a 0.3 Bassa -0.5 a -0.3 0.3 a 0.5 Media -0.7 a -0.5 0.5 a 0.7 Forte -1 a -0.7 0.7 a 1

La correlazione statistica è stata fatta per due differenti set di dati: uno con i valori orari per relazionare gli inquinanti di natura gassosa e l’altro con valori giornalieri che comprende anche il particolato. I dati validi sulla qualità dell’aria si riferiscono al periodo dal 2007 al 2011.