Matrici di trasferimento per GAINS-Italia Analisi delle risposte alle variazioni delle emissioni Giuseppe Calori – ARIANET Gino Briganti – ENEA Andrea Cappelletti – ENEA Pietro Marri - ENEA Progetto MINNI Riunione plenaria 4-5 marzo 2010 Introduzione • Il modello di valutazione integrata di impatto RAINS/GAINS usa l’approccio delle “matrici di trasferimento atmosferiche” (ATM) per la stima degli effetti sulle concentrazioni e deposizioni dei diversi scenari emissivi. • Le ATM rappresentano l’approssimazione lineare della risposta del sistema al variare del quadro emissivo, rispetto ad uno scenario di riferimento. Introduzione - ATM D t i Ei D S0 iI i, k = aggregati territoriali (regioni) α = recettori sul reticolo I Ei = emissione totale annuale sulla regione i Cα = concentrazione media annuale sul rec. α Dα = deposizione totale annuale sul rec. α tiα = matrice di trasferimento lineare S0 = scenario di riferimento x= fattore di riduzione delle emissioni D D0 D t i Ei Ei0 x ti Ei i , kI 2 D Ei Ek O (E 3 ) Ei Ek Introduzione - ATM D t i Ei D D D0 D t i Ei Ei0 x S0 ti Ei iI i, k = aggregati territoriali (regioni) α = recettori sul reticolo I Ei = emissione totale annuale sulla regione i Cα = concentrazione media annuale sul rec. α Dα = deposizione totale annuale sul rec. α tiα = matrice di trasferimento lineare i , kI 2 D Ei Ek O (E 3 ) Ei Ek linearizzazione D ti Ei iI S0 = scenario di riferimento x= fattore di riduzione delle emissioni C iI t 'i Ei Introduzione • Sono state condotte simulazioni test, per individuare le dipendenze primarie tra precursori ed indicatori utilizzati in GAINS e la linearità o meno di tali dipendenze negli intervalli di variazioni considerati. • Gli esiti forniscono informazioni per la costruzione delle ATM e verranno utilizzate nella pianificazione dei run di produzione delle stesse. Metodologia • Dominio nazionale: risoluzione 20 km x 20 km, 67x75 celle, SO corner (150, 3900) km rif. UTM 32. • BC/IC: EMEP. • Aggregati territoriali considerati: Lombardia e Lazio, diverse dal punto di vista geografico, meteorologico ed emissivo. • Anno di riferimento (meteo): 2005. • Inventari emissivi anno 2005: ISPRA (Italia), EMEP (Europa). Metodologia • Precursori: SO2, NOx, NH3, NMVOC e PM10. • Percentuale riduzione emissioni: -25% e -50%. • Indicatori GAINS: deposizioni totali annuali di S, N, NH; PM10; Ozono: SOMO35 ed AOT40. Metodologia • Emissioni totali [Mg y-1] dei precursori di interesse per le regioni considerate nei test run Lombardia Lazio SO2 28663 11718 NOx 143998 72736 NH3 101692 17685 VOC 203120 100120 PM10 23902 9432 Metodologia /PFS/por/briganti/minnifarm/… Conclusioni precursori specie calcolate S SO2 NOX PM10 NH3 NMVOC lineare trascurabile trascurabile trascurabile trascurabile trascurabile N trascurabile lineare trascurabile anticorrelata, incide per 30%, moderatamente non lineare NH trascurabile trascurabile trascurabile lineare trascurabile O3 (SOMO35/AOT40) no quasi lineare (regime NOX limited) no no lineare (regime VOC limited) PM10 lineare, secondaria rispetto a PM10 quasi lineare, secondaria lineare, dominante quasi lineare, secondaria lineare, secondaria Conclusioni • Dai test si sono ottenute indicazioni utili per affinare la formulazione attuale RAINS/GAINS. • Le variazioni nelle concentrazioni e nelle deposizioni, indotte dalla riduzione delle emissioni negli aggregati territoriali, appaiono spazialmente localizzate nelle stesse regioni. • In diversi casi si osserva una dipendenza lineare conc./dep.-precursori e ciò costituisce la condizione ottimale per l’uso delle matrici di trasferimento lineari. Conclusioni • Deposizioni N anticorrelate con NH3 in misura significativa (30% circa), con dipendenza moderatamente non lineare: da valutare se definire una relazione adeguata. • Non linearità nelle correlazioni tra ozono (SOMO35/AOT40) e precursore NOX, probabilmente dovuta anche alla presenza della soglia: da valutare se sia il caso di introdurre termini del 2° ordine nelle ATM. Conclusioni • Da definire test aggiuntivi sulla dipendenza (2° ordine) dell’ozono rispetto alle variazioni contemporanee di NOX e VOC. • Da fare: calcolo completo di tutti i termini. • Ai fini della produzione in serie delle ATM si tenderà ad accorpare le specie che non interagiscono tra loro (SO2, NOX, ma anche PM10), tramite run con abbattimenti simultanei, al fine di ottimizzare i tempi di CPU (riduzione prevista di circa il 40%). Conclusioni • Tempistiche run: attualmente (SAPRC90, no TUV), serve 1 mese CPU/matrice; considerando i due anni meteo (1999 e 2005), servono 2 mesi CPU/matrice. • L’implementazione di SAPRC99 + TUV comporta una maggiorazione del tempo di CPU del 50%, aumento che può essere compensato con l’accorgimento di accorpare i precursori (-40%). Deposizioni di S Lombardia -50% [mg m-2 y-1] Lazio Deposizioni di S Lombardia -50% [mg m-2 y-1] Lazio Deposizioni di S Lombardia SO2 [mg m-2 y-1] Lazio Deposizioni di N Lombardia -50% [mg m-2 y-1] Lazio Deposizioni di N Lombardia -50% [mg m-2 y-1] Lazio Deposizioni di N Lombardia NOX [mg m-2 y-1] Lazio Deposizioni di NH Lombardia -50% [mg m-2 y-1] Lazio Deposizioni di NH Lombardia -50% [mg m-2 y-1] Lazio Deposizioni di NH Lombardia NH3 [mg m-2 y-1] Lazio Ozono: SOMO35 Lombardia VOC limitato NOx limitato -50% [ppb day] Lazio Ozono: SOMO35 Lombardia NOX [mg m-2 y-1] Lazio Ozono: SOMO35 Lombardia NMVOC [mg m-2 y-1] Lazio Ozono: SOMO35 -50% [ppb day] Ozono: SOMO35 -50% [ppb day] Concentrazione PM10 Lombardia -50% [g m-3] Lazio Concentrazione PM10 Lombardia -50% [g m-3] Lazio Concentrazione PM10 Lombardia SO2 [g m-3] Lazio Concentrazione PM10 Lombardia PM10 [g m-3] Lazio Concentrazione PM10 Lombardia NOX [g m-3] Lazio Concentrazione PM10 Lombardia NH3 [g m-3] Lazio