Modello di trasporto e dispersione di idrocarburi in mare
per previsioni a breve termine nel Mar Mediterraneo
M. De Dominicis1, N. Pinardi1,2, G. Coppini1, G. Zodiatis3, R. Lardner3, L. Santoleri4
(1) INGV - Bologna
(2) UNIBO
(3) Oceanographic Centre, University of Cyprus
(4) CNR-ISAC
INGV –Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia(National Institute for Geophysics and Volcanology)
MAPPA DEL TRASPORTO DI PETROLIO NEI MARI EUROPEI PER IL 2001
(Fonte: LMIU, 2001)
PRINCIPALI SVERSAMENTI DI PETROLIO IN MARE IN EUROPA
DATA
LOCALITA'
NAVE
TONNELLATE
Aprile 1991
Italia
Haven
144.000
Dicembre 1992
Spagna
Aegeum Sea
80.000
Gennaio 1993
Gran Bretagna
Braer
85.000
Febbraio 1996
Gran Bretagna
Sea Empress
60.000
Dicembre 1999
Francia
Erika
31.000
Dicembre 2002
Spagna
Prestige
77.000
Modello di dispersione e trasporto di idrocarburi in mare: MEDSLIKII
MEDSLIK-II è basato su un modello già esistente MEDSLIK
(Lardner et al. 2006).
MEDSLIK-II è un modello lagrangiano, ovvero a particelle.
MEDSLIK-II simula il trasporto della macchia d’olio dovuta alle
correnti marine, al vento e al moto ondoso
MEDSLIK-II simula i processi di trasformazione chimico-fisica
della macchia d’olio
AVVEZIONE
Equazione della traiettoria per ogni singola particella
xi (t   )  xi (t )  u ( xi , yi , zi , t )  us ( xi , yi , zi , t )   (Wx ( xi , yi , t ) cos   Wy ( xi , yi , t ) sin  )  xi
(d )
yi (t   )  yi (t )  v( xi , yi , zi , t )  vs ( xi , yi , zi , t )   (Wx ( xi , yi , t ) sin   Wy ( xi , yi , t ) cos  )  yi
zi (t   )  zi (t )  zi
(d )
Processi di avvezione (deterministici) : Correnti Marine + Onde+ Venti
u e v sono le componenti della velocità delle correnti marine;
• u e v sono le componenti della velocità di Stokes drift;
s
s
• Wx e Wy sono le componenti della velocità del vento;
•  e  sono il “drift factor” e il “drift angle”.
•
(d )
DIFFUSIONE
xi
(d )
 [2rand (0,1)  1] 6 K h
yi
(d )
 [2rand (0,1)  1] 6 K h
zi
(d )
 [2rand (0,1)  1] 6 K v
Processo di diffusione (stocastico): modello “random walk”
Kh e Kv sono i valori della diffusività orizzontale e verticale (Kh= 2
m2/s and Kv = 0.01 m2/s)
•rand(0,1) è un numero random tra 0 e 1.
•
AVVEZIONE: i campi di corrente
CAMPI DI CORRENTE E TEMPERATURA:
Il modello di dispersione e trasporto di idrocarburi (MEDSLIK-II) utilizza i
campi di corrente e temperatura ad alta risoluzione spaziale (medie
orarie) prodotti da:
 Mediterranean Forecasting System – 1/16°- (MFS)
 Adriatic Forecasting System – 1/45°- (AFS)
 Sicily Channel Regional Model – 1/32°- (SCRM)
 Thyrrenian regional model – 1/48° Relocatable model (3 km - 1 km)
CAMPI DI VENTO:
MEDSLIK-II utilizza i campi di vento prodotti dall’ECMWF e risoluzione
spaziale di 0.25°.
STOKES’ DRIFT
Lo Stokes’ drift è lo spostamento netto di una
particella dovuto al moto ondoso: si ha una
velocità media perchè le traiettorie non sono
chiuse.
•
Wikipedia
Per acque profonde (mare aperto):
u s  a ke
2
2 kz
a è l’ampiezza d’onda
k è il numeto d’onda
ω è la frequenza angolare
STOKES’ DRIFT
•
The Stokes’ drift formula
2
1  Hs 
2k z
us  
 k z z e z
2 2 
(Hasselmann, K., et al, 1973, Young, I., 1999)
•
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•
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Hs: altezza significativa d’onda;
W: intensità del vento ;
z: profondità particella;
S: fetch;
Tpeak: periodo di picco;
Tz: “zero crossing” periodo;
g: accelerazione di gravity.
kz 
z
g
2
z 
Tz
W2
H s  0.0016 S
g
Tz  0.7775T peak
T peak
W
 0.2857
g
1/ 3
 Sg 
 2
W 
Il fetch può essere determinato come la distanza tra il centro della macchia e la costa
della direzione opposra alla direzione del vento( assumento un valore massimo pari a 20
km).
TRASFORMAZIONE DELLA MACCHIA DI PETROLIO
ESPANSIONE
DISPERSIONE
EVAPORAZIONE
EMULSIFICAZIONE
ASSORBIMENTO SULLA COSTA
(fonte: ITOPF, www.itopf.com)
VALIDAZIONE con utilizzo di dati satellitari: il caso dell’ALGERIA
Macchie d’olio
osservate da satellite
Le macchie d’olio sono rilevate da
satellite che fornisce informazioni
circa la posizione della macchia, il
contorno, l’area, il tempo, tipo
d’olio e spessore.
Le immagini da satellite sono
forniti da REMPEC (Regional
Marine Pollution Emergency
Response Centre for the
Mediterranean Sea).
ALGERIA
OLIO
Wind stress mean field
Current surface mean field
VALIDAZIONE con utilizzo di dati satellitari: il caso dell’ALGERIA
Input data
Data
osservazione
06/08/2008
Densità
(ipotizzata)
0.934 tons/m3
Tempo
osservazione
09:51
Spessore
(ipotizzata)
0.0001 mm
Latitudine
38° 17.39’
Età
della
(ipotizzata)
Longitudine
5° 23.53’
Correnti marine
Analisi MFS (1 ora)
75712496 m2
Vento
Analisi ECMWF (6 ore)
Area
7 Agosto 10:50
macchia
24 hrs
VALIDAZIONE : il caso del LIBANO (luglio-agosto 2006)
La centrale elettrica Jiyyeh in Libano (30 km a sud di Beirut) è stata bombardata
il 13 luglio 2006. Sono stati dispersi in mare circa 20000 tonnellate di olio.
SERBATOI
(from Google Earth)
(from http://globalatlas.jrc.it/)
VALIDAZIONE : il caso del LIBANO (luglio-agosto 2006)
Input data
Zoom of MODISACQUA image,
July 23: (08:35): oil
(green) is already
in Tripoli.
The position of the oil slicks and
oil concentration predicted by
MFS-MEDSLIK, corresponding
to July 23 8:00 GMT compared
with the slick observed by
MODIS (green)
Spill Date
13/07/2006
Observation Time
08:00
Latitude
35° 10’ E
Longitude
33° 41’ N
Volume
18770 tons
Spill Duration
144 hrs
Current velocities
MFS 1 hourly Analysis
Wind forcing
ECMWF 6 hourly
Analysis
Validazione del modello di oil spill con dati di drifters
RED:
Traiettorie reali dei drifters
BLUE:
MEDSLIK + campi di corrente
orari del modello Rilocabile (3
km)
GREEN:
MEDSLIK + campi di corrente
orari di MFS
BLACK:
MEDSLIK + campi di corrente
giornalieri di MFS
Area di studio il Mar Ligure.
Esperimento (MREA07) dal 14/05/2007 al 24/05/2007
Il sistema PRIMI
Il Progetto Pilota PRIMI (PRogetto pilota Inquinamento Marino da Idrocarburi) ha
come obiettivo lo sviluppo di un sistema operativo modulare per la sorveglianza
continua dell’inquinamento marino da idrocarburi e per la previsione della
dispersione di tali inquinanti.
Il sistema PRIMI
PRIMI: Interfaccia web
Conclusioni
o Il modello è stato attentamente validato tramite il confronto con traiettorie di
boe derivanti e con dati satellitari in diverse regioni del Mediterraneo.
o É stata dimostrata la necessità di utilizzare campi di corrente ad alta
risoluzione spaziale e temporale
o MEDSLIK-Il è parte del primo sistema italiano operativo di monitoraggio
continuo da satellite e di previsione dello sversamento di idrocarburi in mare.