Ricerca di aree pozzo e sorgente di CO2
sull'Europa e l'Atlantico settentrionale
extratropicale
S. Ferrarese, A. Longhetto, C. Cassardo
L’effetto serra naturale
Se non ci fosse l’effetto serra, l’energia assorbita dalla Terra non sarebbe sufficiente a
permettere la vita. Si avrebbe Temissione= -18 °C
mentre la Tosservata= + 15 °C
La CO2 ed altri gas serra hanno la
caratteristica di lasciar penetrare la
radiazione solare ad onda corta e di
trattenere parte di quella ad onda lunga
riemessa dal suolo terrestre.
I gas-serra principali: H2O,
CO2, CH4,, N2O, O3
contribuiscono in differente
misura all’effetto serra
Serie storiche di
temperatura e
concentrazione di CO2
EPICA
Concentrazione di CO2 misurata in atmosfera:
Mauna loa (Hawaii)
La stazione di misura: Plateau Rosà
 Situata in Valle d’Aosta sulle pendici del Monte Cervino a 3480 m
s.l.m. (45°56’ N e 7°42’ E).
 Posta sopra lo strato di rimescolamento atmosferico, distante dai
grandi insediamenti umani, industriali e dalle vie di comunicazione.
 Vicino ad aree con quasi nulla attività vegetativa.
Idonea quindi per la misura delle concentrazioni atmosferiche di
fondo naturale (background).
 Dotata di strumentazione chimica, linee di prelievo per i campioni
d’aria,strumentazione meteorologica e di stazione informatica.
 Proprietà dell’ INAF- IFSI, gestita dal CESIRICERCA di Milano
 Fa parte del “Green – net”: la rete nazionale di monitoraggio dei
gas serra insieme a Monte Cimone e Lampedusa
 Partecipa ai progetti CarboEurope ed è inserita nella rete GAW
Rileva dati di CO2 in ppmv in automatico.
COLLABORAZIONI:
DFG
INAF-IFSI
ISTITUTO NAZIONALE DI ASTROFISICA
IFSI Torino - Istituto di Fisica
dello Spazio Interplanetario
CESI-RICERCA
RETE GREEN-NET
La stazione di misura: Plateau Rosà
La serie storica dei dati di Plateau Rosà
La serie storica di Plateau Rosà: tutti i dati
Analizzatore di CO2 a infrarosso non
dispersivo modello SIEMENS ULTRAMAT 5E
precisione: 0.05 ppm a 360 ppm;
IL MODELLO TRAIETN
• Sviluppato presso il Dipartimento di Fisica Generale dell’ Università di Torino
• Il modello calcola le traiettorie tridimensionali backwards
INPUT:
• Campi di vento tridimensionali forniti dall’ ECMWF (European Centre of
Medium-range Weather Forecast) di Reading:
– 4 analisi al giorno (00, 06, 12, 18 GMT)
– 11 livelli di pressione (1000, 925, 850, 700, 500, 400, 300, 250, 200, 150,
100 hPa)
– Passo griglia: 0.5° x 0.5°
– Area geografica: 5°N–70°N (latitudine), 60°W-45°E (longitudine)
OUTPUT:
• Dt = 36 min
• 4 traiettorie al giorno alle ore sinottiche (00, 06, 12, 18 GMT);
• Lunghezza massima della traiettoria: 200 punti (5 giorni)
CALCOLO DELLA POSIZIONE DELLA PARTICELLA D’ARIA:
1. Calcolo della nuova posizione
2.Calcolo di
3. Si ricalcola



 
U  X ' t  Dt , t  Dt 





 
1  
X (t  Dt )  X (t )  U ( X (t ), t )  U  X ' (t  Dt ), (t  Dt ) Dt
2


4. Se X (t  Dt )  X (t  Dt )   OK
5. Altrimenti X”  X’ e si riprende al punto 2
–
–
–



 
X (t  Dt )  X (t )  U X (t ), (t ) Dt
INTERPOLAZIONI:
Interpolazione verticale : lineare
Interpolazione orizzontale : bicubica
Interpolazione temporale : parabolica
Esempi di traiettorie: proiezione orizzontale
Grafico di tutte le traiettorie giunte nella primavera 1997 sui siti di
Plateau Rosà e Zugspitze
ISOGASP
A) Detrending
Rimozione del trend annuale e della variazioni stagionali
c è la concentrazione corretta per la variazione annuale,
c periodo l
c10 è la concentrazione misurata al sito all’arrivo della traiettoria
cl  cl 0
c21 c21 è la concentrazione media corrente su 21 giorni,
c period è la concentrazione media sull’intero periodo
B) Griglia
c 21 in studio è stata suddivisa in m x n celle
La regione
Ogni cella ha estensione spaziale di 1.5° x 1.5°
 t m nl Log (cl )
C) Calcolo del primo campo di concentrazione
l
Il campo di concentrazione è calcolato in ogni cella: C m n 
t

m nl
l
tmnl è il tempo di residenza nell’ elemento (m,n) della traiettoria ellesima
D) Calcolo del nuovo campo di concentrazione
M Nl
1
Cm n  M N
  Log cil t m nli
 t m nli
l
l 1 i 1
l 1 i 1
E) Iterazione dell’ intero algoritmo fino al raggiungimento dei massimi/minimi di
intensità
cl  2
MAPPE DI CONCENTRAZIONE: 1994
MAPPE DI CONCENTRAZIONE: 2002
MAPPE DI CONCENTRAZIONE: 2005
CONCLUSIONI PRINCIPALI:
-test di validità del modello
-importanza della SST e del de-gassamento dell’oceano
-influenza della circolazione atmosferica e indice NAO
PROGRAMMI ED IDEE:
-livelli verticali
-analisi di tutta la serie di misura
-influenza dell’orografia
-confronto con le emissioni
-analisi con misure campionate da altre stazioni:
rete italiana Lampedusa e Monte Cimone
rete europea
-aumento della risoluzione utilizzando campi di vento
calcolati da un modello regionale (ad esempio WRF)
D) Calcolo finale di concentrazione :
Il campo finale è calcolato con metodo iterativo
1) Suddivisione di ogni traiettoria in Nl punti
2) Calcolo della concentrazione associata ad ogni punto di
ogni traiettoria
C mn i 
X il  10
3) Calcolo della concentrazione media di ogni traiettoria
Nl
Xl 
 X jl
j 1
Nl
4) Ridistribuzione di tutte le concentrazioni
cil  cl
X il N l
Nl
 X jl
j 1
D) Final concentration calculation:
5) Calcolo del nuovo campo di concentrazione
Cm n 
1
M Nl
 t m nli
  Log cil t m nli
M Nl
l 1 i 1
l 1 i 1
6)
Filtraggio del campo Cmn con un filtro a 9 punti
7) Iterazione dell’ intero algoritmo fino al raggiungimento dei massimi/minimi di
intensità
cl  2