Progetto PRRIITT/LaRIA
ENEA
Modellistica e Calcolo
M.Mazzeo
ENEA/LaRIA
Sommario
ENEA EXPERTISE:
• Modellistica
• Calcolo
IL CONTRIBUTO ENEA
Opportunità, prospettive…..
ENEA/LaRIA
EXPERTISE: MODELLISTICA
Gabriele Zanini
ENEA - Expertise: Modellistica
Alcune esperienze di sviluppo e applicazione di modelli svolte da ENEA:
•
Progetto SUPREME - sviluppo del modello AERBOX per la valutazione dei flussi di
deposizione superficiale di inquinanti su Monumenti (committente: MIUR);
•
Modellistica urbana: sviluppo e applicazione di suite modellistiche traffico-emissione
dispersione per la valutazione dei piani urbani di traffico (committente: Comune di
Bologna);
•
Progetto MINNI - Modello Integrato Nazionale a supporto della Negoziazione
Internazionale sui temi dell’inquinamento atmosferico (committente: MinAmb)
•
PLPM – Modello Lagrangiano a particelle per lo studio della dispersione degli
inquinanti (fotochimici) (committente iniziale: MinAmb – progetto benzene)
•
Applicazioni modellistiche su aree industriali – applicazione di modelli emissivi e
dispersivi sull’area del distretto industriale bresciano per valutazioni di impatto
(committente: Associazione Industriale Bresciana)
Il Modello Integrato Nazionale
(MINNI)
Uno strumento per simulare
l’efficacia delle politiche di riduzione
delle emissioni ed i costi associati.
MINNI – Sistema Modellistico
Emissioni
CampiECMWF
Dati locali
Rif. inventario
Meteo
RAMS
Info spaziale,
temporale
Emission
Manager
SURFPRO
Meteo - 1999
Emissioni
scenario
EMEP B.C.
FARM
Conc & dep.
Matrici di
trasferimento
RAINS
Italia
Dispersione e Chimica
Valutazione Scenari
PM2.5 Medie annuali (1999) - MINNI
Concentrazione Media Annuale
Contributi
Primario
Importanza del particolato secondario
Secondario
Origine del particolato secondario (inorganico)
Nitrato
Solfato
Contributi medi alle concentrazioni di PM2.5
Ammonio
Misure di controllo – analisi di scenario
Riduzione percentuale della concentrazione media annua di PM2.5 (a sinistra) e di ammonio (a
destra) ottenuta mediante la riduzione del 30% delle emissioni di ammoniaca del settore agricolo
delle regioni del nord Italia.
Confronto con dati sperimentali
Indicatori O3 – Salute pubblica – SOMO35
MINNI
somo35EMEP-FARM
EMEP
6000
5000
4000
3000
2000
1000
500
0
PLPM
Photochemical Lagrangian Particle Model
Modelli a particelle
• emissione suddivisa in particelle
• vento medio + turbolenza
• ricostruzione del campo di concentrazione
Data set di Kincaid
FB 
CO  C P
0.5 (C O  C P )
fractional bias
MG  exp (ln C O  ln C P )
geometric mean bias
(C O  C P ) 2
NMSE 
CO C P
normalized mean square error
VG  exp [ (ln C O  ln C P ) 2 ] geometric mean variance
R
(C O  C O )(C P  C P )
C C
P
FS 
O
C C
O
correlatio n coefficient
P
0.5 ( CO   CP )
fractional variance
FAC 2  fraction of data which 0.5 
CP
2
CO
Model
Average
Sigma
NMSE
R
FAC2
FB
FS
ADMS 3
51.7
34.7
0.6
0.45
0.67
0.05
0.15
NAME
38.7
47.2
1.45
0.27
0.56
0.34
-0.16
AERMOD
21.8
21.8
2.1
0.40
0.29
0.86
0.59
ISCST3
30.0
60.0
2.8
0.26
0.28
0.58
-0.39
Kernel RL3
56.76
50.29
0.91
0.331 0.577 -0.044 -0.222
Kernel PG
58.50
50.24
0.64
0.522 0.604 -0.074 -0.221
Kernel PL1
78.08
88.08
1.71
0.377 0.512 -0.359 -0.745
Kernel PL3
59.54
49.57
0.80
0.377 0.577 -0.091 -0.208
Associazione Industriale
Bresciana
APPLICAZIONE DEI MODELLI PER LO
STUDIO DELL’INQUINAMENTO
ATMOSFERICO IN CAMPO INDUSTRIALE
• Utilizzo Modelli
• Elaborazione dati
• Analisi orografia
MODELLO WINDIMULA 2.0
WinDimula è un software gaussiano multisorgente per
valutare le concentrazioni in aria, a livello del suolo, degli
inquinanti gassosi emessi da sorgenti industriali singole e
multiple.
Il modello ha i requisiti per la valutazione delle dispersioni degli inquinanti
in atmosfera a piccola scala dell’ordine di qualche decina di chilometri, in
condizioni atmosferiche sufficientemente omogenee e stazionarie, e
orografia non particolarmente complessa.
Il calcolo del Plume Rise e dei coefficienti di dispersione avviene attraverso
la Formulazione di Briggs.
Il modello può utilizzare dati meteo misurati o simulati (Ex. CALMET).
SENSIBILITA’ DEL MODELLO ALL’OROGRAFIA
Sono state eseguite diverse analisi di sensibilità del modello al variare delle
impostazioni dei diversi parametri (termodinamici, fisiografici, etc.).
Uno degli aspetti più interessanti è stata la sensibilità all’orografia
Esempio di analisi grafica
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
CON
SENZA
Esempio di elaborazione dati
O
R
A
O 1
R
A
O 2
R
A
O 3
R
A
O 4
R
A
O 5
R
A
O 6
R
A
O 7
R
A
O 8
R
O A9
R
A
O 10
R
A
O 11
R
A
O 12
R
A
O 13
R
A
O 14
R
A
O 15
R
A
O 16
R
A
O 17
R
A
O 18
R
A
O 19
R
A
O 20
R
A
O 21
R
A
O 22
R
A
O 23
R
A
24
microgr/m3
CONFRONTO MEDIA GIORNO TIPO ANNO 1999
ORA
OROGRAFIA
Con l’utilizzo di SURFER 6.0 è stata effettuata un’analisi dei dati del
file di orografia:
La superficie presenta un
dislivello è di 50m in una
distanza di 10 Km. Zone di
avvallamento sono anche
presenti nell’intorno della
sorgente.
PERCENTUALE MEDIA ANNO
25
15
5
-5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
%
Il modello WinDimula risulta essere sensibile ad un’orografia
di questo tipo, come riportato in questo studio.
Confrontando le concentrazioni in uscita ottenute attivando o
no il modulo per il calcolo degli effetti dell’orografia, si è
ottenuto uno scarto massimo tra i risultati del  20%.
-15
-25
GIORNO TIPO
STUDIO FUTURO – MODELLO IMPACT 1.4
ARIA Impact è un modello gaussiano per il calcolo
dell’impatto delle emissioni dai siti industriali e
traffico veicolare.
IMPACT permette il confronto delle concentrazioni
calcolate con i valori di normativa (media annuale,
percentili).
E’ inoltre possibile effettuare un’analisi statistica dei
dati meteorologici (rosa dei venti, serie temporali)
Lo studio delle emissioni veicolari consente di
confrontare il contributo del settore traffico con
quello industriale.
ENEA/LaRIA – Modellistica e Calcolo
EXPERTISE: CALCOLO
Michele Mazzeo
ENEA – Expertise Calcolo
ENEA – Expertise Calcolo
8
622 Mbps
25 Gflops
Cray 39 Gflops
Cluster Linux 50 Gflops
ENEA – Expertise Calcolo
Brindisi
ENEA – Expertise Calcolo
ENEA – Expertise Calcolo
WEB access
“ Direct to the applications ”
ENEA – Expertise Calcolo
Expertise CM/KM
• Autonomy
• Biblioteca d’Alessandria
BDA VS Autonomy: conclusioni !
Biblioteca d'Alessandria è:
• strumento specifico per la creazione di archivi scientifici, ed
implementa tutti i più moderni standard e concetti in materia,
come: il protocollo OAI-PMH, il decentramento dello sforzo
amministrativo (che restituisce un controllo costante della
conoscenza condivisa all'autore stesso), il DRM ed il Lavoro
Collaborativo;
• Implementa il modello di rete P2P;
• fatto non trascurabile, lo staff BdA è direttamente disponibile per
interventi in loco;
• È stato adottato da ASTER per la costruzione di un sistema di
Content Management per la Rete dell’Alta Tecnologica della
Regione E-R <<<<<<<<
BDA VS Autonomy: conclusioni !
AUTONOMY:
• è un prodotto specifico per il file retrival su materiale non
strutturato. E' indicato per reperire materiale scientifico nella rete
via Web. OGGI è SUPERATO da GOOGLE Retrieval.
• la focalizzazione sul file retrieval piuttosto che sulle meccaniche della
condivisione e creazione di archivi emerge soprattutto nella fase di
"esposizione" dell'archivio, lasciata alla sola presenza di un sito
web (a carico dell'utente), con dubbie caratteristiche di indicizzazione
sui motori di ricerca, e quindi soggetto a perdersi nel mare
d'informazioni della rete, come una qualunque altra informazione
presente in rete.
• nella creazione e gestione di archivi risulta essere un sistema
rigido, complesso, eccessivamente centralizzato, molto "distante"
da chi la conoscenza la produce;
Sottoprogetto Calcolo e Modellistica
Obiettivi:
• Sviluppo e Validazione di modelli per la simulazione
dell'inquinamento atmosferico, caratterizzazione fisico-chimica
del particolato, modellistica della deposizione polmonare;
• Sviluppo di modelli matematici a simulazione di processo e di
sistemi informativi tecnico-territoriali a supporto delle
decisioni;
• Sviluppo INFostruttura avanzata per il calcolo scientifico, la
modellistica, lo sviluppo e trasferimento delle Conoscenze
(content/knowledge management, formazione).
ENEA/LaRIA – Modellistica e Calcolo
IL CONTRIBUTO ENEA
CONTRIBUTO: Modellistica
1.
Studio e Applicazioni di Modelli;
2.
Validazione - Certificazione
Es.: sviluppo di criteri e metodi per l’uso in garanzia di qualità di modelli
computazionali nella simulazione degli inquinanti, per la sostenibilità
degli investimenti (ROI) nel campo delle politiche di mitigazioni degli
inquinanti atmosferici su scala locale;
3.
Monitoraggio;
4.
Formazione;
- scuole/stage di formazione
- Condivisione in rete di contenuti formativi e informativi;
…..
5.
Diffusione e Marketing del “prodotto” LaRIA
CONTRIBUTO: Calcolo
• LaRIA InfoNet
INFOstruttura per il Calcolo Scientifico e lo sviluppo
del Sistema di Conoscenze dei Laboratori LaRIA
CONTRIBUTO: Calcolo
• LaRIA InfoNet
… per il Content & Knowledge Management e la
formazione
LaRIA InfoNet
Struttura dell'archivio
Archivio
PRRIITT
Commissione
scientifica
Direzione
Amministr.
HI-MECH
LARER
MISTER
MECTRON
MUSP
...
Agroalim.
ECATE
CEREALAB
LAV
SIQUAL
NANOF.
SIQUALCA
...
PROATTIVO
Ambiente
CM
LARA
LITCAR
ERG
Edilizia
CECERBENCH
LARIA
ICOS
SPIMAC
Innovazione
CNA
CROSS
Salute
ER
GEBBALAB
LARCO
INNOVAMI
IPL
ASCLAB
STARTER
NEREA
ALMAWEB
I.C.
PRAI
TEFARCO
ICT
GEA
INSEBALA
I-CARE
LAICA
KAMER
DIMOTER
SUMMIT
SWIMM
ALMA-TWO
MARCONI
PARTN1
PARTN2
...
OITOS
LaRIA InfoNET VS ENEA
LaRIA InfoNet
Labs
Sensoristica
Labs
Remote Sensing
Modellistica e Calcolo
Labs
•-
Grazie per l’attenzione !