Condizioni meteorologiche e
dispersione
Smog fotochimico sulla Pianura Padana, febbraio 2003
Reggio Calabria, 5-7 settembre 2006
Enrico Minguzzi ARPA SIM
“Trasferimento di conoscenze”
ARPA Emilia-Romagna e Calabria
fase 6.1
Sommario
Condizioni sinottiche favorevoli all’accumulo/dispersione degli inquinanti
Fenomeni locali che influenzano la dispersione
• Inversione termica
• Nubi del PBL
• Nebbia
• Brezza di valle
• Brezza di mare
Episodi d’inquinamento intenso
• Episodi “primari” (scala locale) e “secondari” (scala regionale)
• Episodi estivi (ozono) e invernali (PM): esempio ed esercitazione
Reggio Calabria, 5-7 settembre 2006
Enrico Minguzzi ARPA SIM
“Trasferimento di conoscenze”
ARPA Emilia-Romagna e Calabria
fase 6.1
Condizioni sinottiche e dispersione
Accumulo
Dispersione:
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Enrico Minguzzi ARPA SIM
“Trasferimento di conoscenze”
ARPA Emilia-Romagna e Calabria
fase 6.1
Condizioni sinottiche e dispersione
Accumulo
• Alta pressione (no precipitazioni + subsidenza)
• Poco vento
• Temperature massime elevate (O3 e secondari)
• Avvezione calda in quota (tipicamente SW): stabilizza
Dispersione:
• Tutto quanto è “maltempo” (fronti, precipitazioni...)
• Vento forte
• Instabilità (avvezione fredda in quota, con o senza temporali)
• Vento che proviene da una zona “pulita” (p.es. mare – escluso
regime di brezza persistente)
Nuvole:
• Sottraggono energia a PBL convettivo (⇒ accumulo)…
…ma ci sono anche situazioni in cui aumentano il rimescolamento
• D’estate la copertura nelle ore calde inibisce formazione O3 (e altri
secondari)
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“Trasferimento di conoscenze”
ARPA Emilia-Romagna e Calabria
fase 6.1
Nuvole del PBL
Se l’aria è sufficientemente umida e il rimescolamento sufficientemente
intenso, nella parte più alta del PBL il vapore condensa formando nubi
stratificate (statocumuli)
Frequenti d’inverno o sul mare; d’estate sulla terra predominano le
termiche ⇒ nubi cumuliformi (discontinue)
Nota a latere: nubi di questo tipo coprono grandi estensioni di oceani
tropicali e probabilmente hanno un grande impatto sul clima (influenzano
l’albedo complessivo della terra)
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“Trasferimento di conoscenze”
ARPA Emilia-Romagna e Calabria
fase 6.1
Nuvole del PBL: bilancio radiativo
Nel visibile la nube è semi-trasparente
• assorbe ⇒ si scalda
(prevalentemente in alto)
• albedo elevato e trasparenza
riducono il riscaldamento
Nell’infrarosso la nube è opaca (si
comporta come un corpo nero).
• la superficie inferiore si riscalda
(assorbe irraggiamento terrestre),
• quella superiore si raffredda
L’ultimo meccanismo è decisamente il
più efficiente
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ARPA Emilia-Romagna e Calabria
fase 6.1
Nuvole del PBL: effetti sul rimescolamento
Esempi di situazioni in cui la presenza delle nubi aumenta il
mescolamento dello strato sottostante, nonostante la nube
sottragga energia al rimescolamento convettivo:
• “Convezione inversa” per raffreddamento radiativo al cloud top
• Richiamo di aria secca dall’atmosfera libera e conseguente
raffreddamento per evaporazione della nube.
Possono esserci nubi stratificate alla cima del PBL anche quando il
riscaldamento diurno della superficie non è molto importante:
• Turbolenza meccanica
• Avvezione fredda nella parte alta del PBL o calda nella parte bassa
(sufficienti piccole differenze di T)
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Le inversioni termiche
Strato di atmosfera molto stabile
• T cresce con la quota (o cala poco)
• Intrappola gli inquinanti
• Disaccoppiamento tra circolazione
sopra e sotto
Al suolo:
• raffreddamento radiativo della
superficie
In quota:
• sopra PBL convettivo
• per avvezione calda in quota
(possibili inversioni multiple)
• sopra nubi stratificate (la cima
delle nubi si raffredda per
irraggiamento)
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“Trasferimento di conoscenze”
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La nebbia (1)
Che cos’è:
• Definizione WMO: “nube al suolo con visibilità ridotta a meno di 1
km”
• Contenuto d’acqua (liquida): variabile, da 0.01 a 1 g/m3
per confronto: densità dell’aria ≈ 1200 g/m3
densità vapor d’acqua saturo: ≈ 5g/m3 a 0°C e 18g/m3 a 20°C
Quando si forma?
• Come tutte le nubi, quando una massa d’aria umida si raffredda al
di sotto della temperatura di rugiada
• Situazione di calma sinottica (no vento, no pioggia)
• Grande stabilità atmosferica, inversione al suolo
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La nebbia (2)
Due meccanismi principali:
• nebbia di radiazione: di notte la
superficie si raffredda per
irraggiamento (IR)
• nebbia di avvezione: aria calda
e umida trasportata su una
superficie più fredda
(tipicamente: da mare a terra in
autunno…)
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fase 6.1
La nebbia (3)
Interazione tra nebbia e aerosol
• meccanismi complessi, con numerosi feed-back
• la composizione chimica e le dimensioni dell’aerosol influenzano la
formazione delle gocce e la loro dimensione
• la deposizione al suolo delle gocce di nebbia è un meccanismo
molto efficiente per la rimozione dell’aerosol
• Le reazioni eterogenee possono essere importanti sorgenti di
aerosol secondari
Nebbia e inquinamento
• Le condizioni in cui si forma sono le
stesse che favoriscono l’accumulo degli
inquinanti
• d’altra parte, un paio di giorni di nebbia
persistente possono abbassare
significativamente il PM10…
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Yuskiewicz et al, 1998
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fase 6.1
La brezza di mare (1)
• La capacità termica del mare è
molto più alta di quella della terra
⇒ la Tsup del mare rimane ≈ costante
durante il giorno, mentre quella
della terra cambia notevolmente
• Al mattino, dopo il dissolvimento
dell’inversione notturna, l’aria sulla
terra comincia a salire, e richiama
aria più fredda dal mare
Brezza di mare (giorno)
• Il fronte della brezza è associato a
cambiamenti in T, vento, umidità e
a una maggiore turbolenza.
• Grandezze tipiche:
spessore brezza 100-500 m
controbrezza: 1000-2000 m
penetrazione orizz.: decine di km
velocità fronte: qualche m/s
velocità brezza: 5 m/s
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Brezza di terra (notte)
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La brezza di mare (2)
Esempio: campagna di misure
nella bassa valle del Garigliano
(al confine tra Lazio e Campania)
• Situazione geografica: piana
costiera di ≈ 10x15 km2,
circondata da montagne
relativamente alte
• Radiosondaggi ogni 6 ore in
un sito al centro della piana a
≈ 7 km dal mare
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La brezza di mare (3)
Giorno medio estivo, in condizioni di calma sinottica e cielo sereno.
T (isolinee) e vento (1 barra = 2 nodi); le aree
grigie evidenziano le inversioni termiche
Andamento del vento: direzione (frecce) e
modulo (numeri e isolinee).
• Venti più intensi nei primi 300 m di atmosfera
• Brezza di mare (giorno) più forte di quella di terra (notte)
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La brezza di valle (1)
Di notte l’aria a contatto con la superficie si raffredda; siccome i
versanti sono inclinati, non rimane ferma ma “scivola” lungo il
pendio. Di giorno avviene l’inverso.
Questo meccanismo può essere intensificato dal fatto che i pendii
più alti (prato e roccia) si riscaldano più rapidamente del fondovalle
(boschi).
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La brezza di valle (2)
Schema tridimensionale della brezza di valle
Notte
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Mattino
Pomeriggio
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fase 6.1
Brezze e inquinamento
Circolazioni locali, importanti nelle situazioni di calma sinottica
Brezza di monte:
grande influenza sulle condizioni d’inquinamento di fondovalle; in
presenza di emissioni locali (autostrade, industrie…) la persistenza
dell’inversione può portare a concentrazioni molto elevate
difficile da modellare, necessarie informazioni meteo molto locali
Brezza di mare:
meccanismo significativo negli episodi di ozono nelle regioni costiere
• Di notte la brezza di terra trasporta ozono (e precursori) verso il
mare
• In questo modo una parte dell’ozono “sopravvive” alla
distruzione notturna
• Il giorno dopo, la brezza di mare lo riporta sulla terra, dove si
somma a quello che si sta formando
⇒ in condizioni di calma sinottica, accumulo progressivo
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Episodi di inquinamento intenso
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Episodi “primari”
• Helsinki, marzo 1998; condizioni di calma sinottica
• picchi di PM molto elevati e localizzati (nel tempo e nello spazio)
• Episodio dominato da emissioni locali e dalla stabilità (doppia
inversione termica)
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Episodi “di trasporto”
Alcuni episodi di inquinamento
sono legati al trasporto a lunga
distanza
• Eruzioni vulcaniche o emissioni
accidentali (Chernobyl…) possono
interessare un intero emisfero in
tempi relativamente brevi
(trasporto ad alta quota)
• Sabbia e spray marino possono
portare alte concentrazioni diPM
(trasporto a bassa quota).
NB: probabilmente non tutto il
PM è dannoso allo stesso modo…
Sabbia dal Sahara verso l’Italia
meridionale; ottobre 2004
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Episodi “secondari”
Quasi tutti gli episodi d’inquinamento (in pianura padana)
appartengono a questo gruppo
• PM10 in inverno, O3 in estate
• Interessano una vasta area (scala regionale/nazionale)
• Guidati da meteorologia a scala sinottica
Note varie (dall’esperienza padana):
• La persistenza di condizioni meteo sfavorevoli genera accumulo
progressivo.
• Hmix diurna elevata insufficiente se non c’è ricambio della massa
d’aria (possibile anche richiamo d’inquinanti da strati più alti)
• Per raggiungere i picchi d’inquinamento più elevati bisogna che
l’alta pressione sia ben consolidata anche in quota.
• Andamento tipico: aumento graduale quasi lineare (valori tipici: 30
ppb al giorno per O3, 30 µg/m3 al giorno per PM10), calo più veloce
associato a cambiamento delle condizioni meteo.
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fase 6.1
References
Yuskiewicz B. A., D. Orsini, F. Stratmann, M. Wendisch, A. Wiedensohler, W. Wobrock and D. Schell, 1998: Changes
in submicrometer particle distributions and light scattering during haze and fog events in a highly polluted
environment. Beitr. zur Phys. der Atmos., 71, 33-45
Reggio Calabria, 5-7 settembre 2006
Enrico Minguzzi ARPA SIM
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