Scenario 3: Emissioni da un insieme di sorgenti su aree estese

Questo scenario è quello di portata più generale e considera l'insieme di sorgenti inquinanti localizzate su scale spaziali che vanno da realtà urbane estese, come le grandi aree metropolitane fino a bacini aerologici che interessano più regioni (come nel caso della pianura padana). I domini trattati possono quindi essere dell'ordine da 50x50km² fino a 500x500km² e considerano sia inquinanti primari che secondari.

Nel loro insieme i modelli indicati in tabella permettono la stima delle concentrazioni sia di inquinanti considerati inerti che di inquinanti reattivi.

Nel primo caso siamo di fronte a una situazione sostanzialmente analoga a quella dello scenario 2 ma relativa a un ambito spaziale maggiore, nel secondo caso devono essere simulate le trasformazioni chimiche che gli inquinanti subiscono in atmosfera il cui caso tipico è lo scenario di inquinamento fotochimico, caratterizzato da una variabilità spaziale relativamente bassa e da un marcato ciclo diurno e stagionale.

Per quanto riguarda inquinanti non reattivi (o la cui reattività è considerata trascurabile in relazione agli obiettivi dello studio), valgono in generale le stesse osservazioni fatte per lo scenario 2, ma con un livello di criticità molto maggiore legato all'elevato numero di sorgenti di varia tipologia che devono essere prese in considerazione, alla disponibilità di dati di input meteorologico su più vasta scala e alla presenza, nella maggior parte dei casi, di situazioni territoriali ad orografia complessa e/o caratterizzate da una elevata frequenza di calme di vento. Di conseguenza, la tipologia di modelli più adatta ad affrontare questo tipo di scenario in territorio italiano risulta quella dei modelli tridimensionali; la scelta poi tra modelli Euleriani a griglia o Lagrangiani a particelle dipende dalle caratteristiche dello studio che si deve eseguire e dalle limitazioni di risorse a disposizione: si fanno preferire i modelli a particelle in siti complessi e per distinguere facilmente i contributi tra le diverse sorgenti, mentre si può ricorrere ai modelli a griglia qualora il numero di sorgenti da simulare sia troppo elevato o non interessi discriminare tutti i singoli contributi inquinanti.

Per quanto riguarda invece l'inquinamento fotochimico, i modelli più idonei sono di tipo Euleriano a griglia, per la miglior efficienza nel trattamento delle reazioni chimiche coinvolte nella produzione dello smog fotochimico. In una rassegna dettagliata curata dal CTN-ACE emerge che il numero di modelli concretamente utilizzati in studi con un certo grado di sistematicità è stato finora relativamente limitato.

Nonostante il livello ancora notevole di incertezza dei risultati, allo stato attuale si può ritenere che l'utilizzo dei modelli Euleriani fotochimici 3D, opportunamente verificati tramite il confronto diretto con le misure sperimentali effettuate in campagne intensive o anche attraverso opportuni indicatori fenomenologici costruiti a partire dalle misure stesse, possa fornire un contributo importante nelle valutazioni comparative tra diversi scenari emissivi, utili per la definizione di piani di risanamento. Esperienze internazionali nell'applicazione di questi strumenti modellistici sono documentate da circa un ventennio negli Stati Uniti, e da circa un decennio in Europa. I risultati più significativi si ottengono limitatamente alla simulazione di episodi di inquinamento da ozono, in condizioni di alta pressione e cielo sereno, limitata influenza degli aerosol e di fenomeni di trasporto esterno di ossidanti rilevanti rispetto alla produzione locale.

Come riportato all'inizio, il dominio di applicazione copre generalmente un'estensione orizzontale tra cento e duecento chilometri con una risoluzione orizzontale di griglia da uno a cinque chilometri e un'estensione verticale di 3000-4000 metri (+almeno il doppio del massimo rilievo orografico presente nel dominio di calcolo) e con 10 - 20 strati verticali di spessore variabile da poche decine di metri vicino al suolo, ad alcune centinaia di metri al top del dominio. La verifica dei modelli utilizzati per la valutazione dovrebbe essere condotta considerando la capacità del modello di riprodurre in modo adeguato la distribuzione spaziale e la corrispondente evoluzione temporale delle concentrazioni delle seguenti specie chimiche: monossido di carbonio, monossido di azoto, biossido di azoto, biossido di zolfo, ozono. La verifica dovrebbe essere condotta preferibilmente a partire da una situazione di aria "pulita", dopo un periodo di inizializzazione del modello di almeno 24 ore.

Non dovrebbe essere considerata sufficiente la riproduzione dei soli picchi di concentrazione, ma anche la corretta riproduzione della localizzazione spaziale e temporale dei picchi. La verifica dovrebbe essere eseguita per almeno tre diversi episodi in aree campione, sufficientemente estese. Nelle aree di verifica dovrebbero essere presenti dati sufficientemente rappresentativi della distribuzione spaziale degli inquinanti.

• l'integrazione delle informazioni meteorologiche tra i dati a scala locale e quelli a scala sinottica;
• la definizione di inventari delle emissioni completi e disaggregati nello spazio (risoluzione pari alla griglia di calcolo) e nel tempo (risoluzione oraria);
• la speciazione dei VOC emessi dai diversi comparti e la scelta tra diversi processori chimici per la simulazione delle reazioni tra i vari inquinanti;
• l'introduzione delle reazioni chimiche in fase eterogenea (aerosol e liquida).

Per ogni singolo modello la tabella riporta la possibilità di utilizzo a livello di inquinanti reattivi e/o non reattivi

(*) Il codice, nella sua vecchia versione è gratuito, ma per l'utilizzo è necessaria assistenza esterna

Esempi di esperienze italiane:

• Inquinanti non reattivi Valle d'Aosta
• Inquainanti non reattivi Torino
• Inquinamento Fotochimico Emilia Romagna