Sistema di previsione

Il sistema modellistico per la previsione della qualità dell'aria utilizza le tecniche più aggiornate per la descrizione delle emissioni, del trasporto e della trasformazione chimica degli inquinanti in atmosfera. Il sistema si pone l'obiettivo di prevedere l’inquinamento sulla Regione Campania e sull'area metropolitana di Napoli (con risoluzione spaziale massima di 1 km), a partire dagli inventari delle emissioni nazionale e locale e dalle previsioni meteorologiche e di qualità dell'aria disponibili a scala sinottica e nazionale. Utilizzando tecniche modellistiche di nesting delle griglie di calcolo, l'insieme delle simulazioni è realizzato limitando i tempi di esecuzione dei codici numerici, in modo da poter disporre in tempo utile delle previsioni per il giorno in corso ed i due giorni seguenti.

Il sistema modellistico implementato nasce a seguito dell'esperienza maturata da ARIANET S.r.l. ed ARPA Piemonte attraverso la partecipazione al progetto FUMAPEX, finanziato dalla Commissione Europea nell'ambito del 5° Programma Quadro per la ricerca, all'interno del quale è stato sviluppato un prototipo per la previsione della qualità dell'aria sull'area urbana di Torino. Il sistema modellistico è stato ulteriormente sviluppato all'interno della Azione COST ES0602 “Towards a European Network on ChemicalWeatherForecasting and Information Systems”ed è attualmente implementato nei servizi di previsione della Qualità dell’Aria di Torino e Roma.

Il sistema modellistico utilizzato dal CNR-ISAFoM per l'Osservatorio AriaSaNa è costituito dai seguenti moduli:

  • modello meteorologico prognostico WRF (Weather Research and Forecast) per il downscaling delle previsioni meteorologiche dalla scala sinottica alla scala locale;
  • modulo di interfaccia per l'adattamento dei campi meteorologici prodotti da WRF ai domini di calcolo innestati di FARM (GAP);
  • processore meteorologico per la descrizione della turbolenza atmosferica e per la definizione dei parametri dispersivi (SURFPRO);
  • processore per il trattamento delle emissioni (EMMA) da fornire come input al modello euleriano, a partire dai dati dell'inventario nazionale delle emissioni CORINAIR (ISPRA2010) e dell'inventario europeo EMEP;
  • modello euleriano per la dispersione e le reazioni chimiche degli inquinanti in atmosfera (FARM Flexible Air quality Regional Model);
  • modulo di post-processing per il calcolo dei parametri necessari alla verifica del rispetto dei limiti di legge (medie giornaliere, medie su 8 ore,...).

Il modello meteo

Il WRF è progettato per soddisfare sia le esigenze di ricerca scientifica sia per realizzare sistemi previsione meteorologica operativa. È dotato di due nuclei dinamici, un sistema di assimilazione dati e un'architettura software che consente di utilizzare le più recenti architetture per il calcolo ad alte prestazioni (HPC). Il modello propone una vasta gamma di applicazioni meteorologiche su diverse scale di risoluzione spaziale che vanno da griglie nell'ordine dei metri fino a migliaia di chilometri.

I dati WRF vengono prodotti a partire dai dati NOAA/NCEP che descrivono la dinamica e la termodinamica dell'atmosfera con una risoluzione spaziale orizzontale di 1 grado e con risoluzione temporale di 3 ore. Il CNR-ISAFoM provvede ad utilizzare il modello meteorologico WRF, utilizzando le proprie risorse computazionali, per ottenere le previsioni meteo su scala nazionale e locale. I dati meteo sono a loro volta utilizzati come dati di input per il modello FARM (Flexible Air quality Regional Model) di trasporto e diffusione degli inquinanti in atmosfera.

Gestione delle fonti emissive

Le emissioni sono elaborate a partire da fonti di dati differenti, utilizzando come base emissiva di partenza l’inventario nazionale italiano CORINAIR elaborato da ISPRA. Le emissioni orarie sono calcolate per mezzo di un processore (EMMA) che consente la disaggregazione spaziale, la modulazione temporale e la speciazione dei VOC (Composti Organici Volatili) per i dati degli inventari relativi a sorgenti puntuali, areali e lineari utilizzando come informazioni di supporto la descrizione dell'uso del suolo fornita dal CORINE LandCover e dalla cartografia numerica nazionale.

Il modello di Qualità dell'Aria

I campi meteorologici previsti dal WRF sono portati sui domini di calcolo del modello di qualità dell'aria, attraverso l'applicazione del modulo di interfaccia GAP (interpolazione spaziale e calcolo della componente verticale della velocità del vento). Successivamente, il processore meteorologico SURFPRO è utilizzato per determinare i coefficienti di dispersione e le velocità di deposizione degli inquinanti. 

Il modello utilizzato per la simulazione della dispersione e delle reazioni chimiche degli inquinanti è il FARM, un modello Euleriano tridimensionale di trasporto e chimica atmosferica multifase, configurabile con diversi schemi chimici ed in grado di trattare la chimica del particolato. Nel modello sono state implementate tecniche di one-way e two-way nesting. Per la realizzazione delle previsioni di inquinamento atmosferico sulla regione Campania e sulla provincia di Napoli abbiamo configurato il modello FARM in modalità two-way nesting utilizzando due griglie aventi risoluzioni spaziali di 4 e 1 km rispettivamente.

E' possibile ottenere la versione open source mediante il portale del CINECA: https://hpc-forge.cineca.it/ 

campania campania campania campania Mercury

Le condizioni al contorno sono ricostruite a partire dalle previsioni a scala nazionale fornite da www.qualearia.it

Riferimenti: