Air quality and pollutant modelling in the mediterranean regionDocumenti elettronici

Abstract

L'inquinamento atmosferico viene de nito come la presenza di sostanze che possono avere e etti dannosi sulla salute umana o sull'intero sistema ambientale (EC, 2008), causando e etti misurabili sugli animali, sulla vegetazione e sui diversi materiali. Queste sostanze, dette inquinanti, usualmente non sono presenti nella normale composizione atmosferica o lo sono ma a concentrazioni estremamente basse. Tra i pi u pericolosi inquinanti presenti in atmosfera c' e il mercurio (Hg), un inquinante globale sotto controllo soprattutto negli ultimi anni (UNEP, 2013b; Mason et al., 2012; Driscoll et al., 2013) in quanto provoca gravi e etti nocivi sulla salute umana. Elevate concentrazioni di mercurio negli ecosistemi sono causate dalle emissioni dirette, ma anche da reazioni chimiche che avvengono in atmosfera e dalle condizioni meteorologiche che, governate dalla sica dell'atmosfera, regolano la distribuzione, il trasporto e la deposizione del mercurio. Per individuare le cause delle elevate concentrazioni di inquinanti in atmosfera e necessaria un adeguata rete di monitoraggio, ma e molto complicato coprire vaste aree geogra che con stazioni di misura. Diviene dunque necessario ricorrere a modelli matematici che simulano le condizioni atmosferiche dal punto di vista sia meteorologico che chimico, in modo da ottenere i fattori sui quali e possibile intervenire per migliorare la qualit a dell'aria. Questo lavoro di tesi mostra lo sviluppo di un modello regionale online che simula il ciclo atmosferico del mercurio, in modo da valutare ed identi care le relazioni tra sorgenti e recettori a scala regionale e gli andamenti temporali degli scenari di emissione di mercurio attuali e futuri. Il risultato e una versione ampliata del modello numerico per la chimica ed il trasporto atmosferico WRF/Chem (modello Weather Research and Forecasting per la meteorologia integrato con la chimica atmosferica, Grell et al. (2005)), che pu o simulare il ciclo atmosferico del mercurio online. Questa versione del modello e in grado di riprodurre i campi di concentrazione ed i ussi di deposizione del mercurio a scala regionale, includendo le emissioni da sorgenti sia antropogeniche che naturali e simulando le interazioni e le reazioni chimiche che avvengono in atmosfera, nonch e i processi di deposizione. Per lo sviluppo di questo modello e stato necessario indagare i diversi aspetti della chimica del mercurio, analizzando ed implementando le interazioni con gli altri gas presenti in atmosfera, con la radiazione solare, con il vapore acqueo e con la pioggia; queste interazioni regolano i processi di ossidazione, riduzione e deposizione del mercurio. Inoltre sono stati implementati nel modello i processi di emissione da parte di sorgenti antropiche e naturali, parametrizzando le emissioni di mercurio dovute agli incendi boschivi e l'evasione di mercurio nell'interfaccia atmosfera - super ce del mare. Oltre alle deposizioni di mercurio da parte delle piogge (deposizione wet) sono stati implementati i meccanismi per deposizione al suolo dovuta alla forza gravitazionale ed ai moti atmosferici (deposizione dry). Il modello e in grado di riprodurre la variazione stagionale delle concentrazioni di mercurio, rappresentando adeguatamente anche gli andamenti di HgII e HgP nello strato atmosferico al limite con la super ce del Mar Mediterraneo (Mediterranean MBL). La medie annuali delle deposizioni di mercurio wet e dry modellate sono simili, ma con di erente distribuzione spaziale: la deposizione wet domina nelle zone umide mentre la deposizione dry e maggiore vicino alle sorgenti di emissione. Comparando le deposizioni con l'evasione di mercurio dalla super ce del mare risulta che il Mar Mediterraneo e una sorgente di mercurio per tutta l'area, con circa 70Mg di mercurio emessi in un anno. I risultati suggeriscono inoltre che nel MBL Mediterraneo il Bromo e un importante ossidante del mercurio. Il modello WRF/Chem e stato inizialmente usato per investigare la produzione fotochimica di un importante costituente atmosferico che in uenza il ciclo del mercurio nell'area del Mar Mediterraneo, l'ozono troposferico (O3). Oltre ad in uenzare il ciclo del mercurio, l'ozono e anche un pericoloso inquinante: elevate concentrazioni di ozono in prossimit a del suolo sono infatti dannose sia per la salute umana che per la produzione agricola. L'analisi modellistica dell'inquinamento da ozono troposferico mostra una forte in-

uenza delle emissioni prodotte dalle navi che transitano nel Mar Mediterraneo, stimando il loro contributo in circa il 10{20% delle concentrazioni di ozono nelle aree continentali.