Osservazioni in tempo reale e modelli previsionali sulla qualità dell'aria seguendo la spedizione storico-alpinistica di Ta Pum.

L’Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima, che è parte del Dipartimento Scienze del Sistema della Terra e Tecnologie per l'Ambiente del Consiglio Nazionale delle Ricerche, contribuisce al “Cammino della Memoria” con la messa a punto ed a disposizione di una “centralina” per misure di composti atmosferici. Il sistema, affidato agli alpinisti Nicola Cozzio e Giacomo Bornancini, è in grado di fornire in tempo reale informazioni su alcuni parametri atmosferici e meteorologici dei territori via via attraversati. Il prototipo di “centralina” portatile è in grado di monitorare concentrazione e dimensioni di particolato atmosferico (0.3 - 20 µm) e black carbon, fornendo inoltre informazioni su temperatura, pressione e umidità relativa. In aree rappresentative delle condizioni di fondo atmosferico, come gran parte del percorso alpinistico, questo tipo di misure permette di caratterizzare l’atmosfera ed eventuali episodi in grado di perturbarne le normali condizioni.

In questo ‘Cammino della Memoria’ oltre a raccogliere informazioni sulla composizione dell’atmosfera, sulla qualità dell’aria e sul funzionamento dei diversi strumenti, sensori e componenti che formano il prototipo di “centralina” impiegata, si vuole richiamare l’attenzione sul problema dell’inquinamento atmosferico e delle vittime che esso produce in Italia, in Europa ed in tutto il mondo.

Vogliamo ricordare che la Grande Guerra, negli anni 1914-18, aveva lasciato sul terreno oltre 15 milioni di morti, mentre l’Organizzazione Mondiale della Sanità ha indicato in circa 7 milioni le persone decedute nel solo 2012 per l’esposizione all’inquinamento atmosferico, in grado di sviluppare disturbi respiratori, cardiocircolatori e tumori. Ci preme richiamare l’attenzione su questo fatto: l’inquinamento atmosferico uccide ogni anno al mondo un numero di persone che è circa la metà di tutti i caduti della Grande Guerra, con la differenza che i 7 milioni di morti  sono riferiti ad un solo anno. Per capire il significato di questo numero legato ai luoghi della Grande Guerra, esso corrisponde all’insieme della popolazione residente al 1° Gennaio 2014, in Veneto, Trentino-Alto Adige e Friuli-Venezia Giulia. Un dato che vuole fare riflettere, anche considerando che qualità dell’aria e clima sono due facce di una stessa medaglia, di un comune problema che dovremmo tutti impegnarci a risolvere.

Osservazioni near-real-time

Nei grafici sottostanti si presentano i valori acquisiti da una centralina strumentata appositamente progettata e realizzata dal CNR-ISAC. Le misure eseguite da strumenti e sensori sono trasmesse in near-real-time ad un server remoto, tuttavia la copertura del segnale o le condizioni meteo avverse possono impedire la corretta trasmissione di dati ed informazioni. L'utilizzo in questa spedizione della "centralina-prototipo" rappresenta un importante test per campagne di misura previste sulla catena dell’Himalaya.

Sono mostrati i principali parametri meteorologici e alcune caratteristiche della qualità dell’aria incontrata dalla spedizione alpinistica di TAPUM, in particolare la concentrazione di particolato, selezionate in base al loro diametro (da 0.3 a 20 micron)  e la concentrazione della frazione di particolato chiamata “black carbon” (BC), ovvero la frazione di particolato carbonioso che assorbe la radiazione solare e che tende quindi a riscaldare gli strati di atmosfera particolarmente ricchi di questo composto.

T (°C) /RH (%)

Temperatura e umidità relativa descrivono fisicamente la massa d’aria, la temperatura è principalmente soggetta a variazioni che dipendono dalla quota a cui si muove la “spedizione”, ma anche dalla circolazione atmosferica del periodo. L’umidità è influenzata dall’origine della massa d’aria (aria continentale o marina) e dai processi a cui è sottoposta.

P (mb)

Le maggiori variazioni di pressione atmosferica lungo il percorso sono principalmente dovute ai dislivelli affrontati dagli alpinisti, senza escludere tuttavia variazioni anche imputabili alla circolazione sinottica.

Numero di particelle FINI e COARSE (#/cm-3)

Il contatore ottico di particelle fornisce il numero di particelle per ognuno dei 15 canali osservati. Queste concentrazioni possono essere aggregate in due classi: le particelle fini (D<1 μm) e le grossolane o “coarse” (1μm<D<20μm), dove le fini sono prevalentemente originate da attività antropiche (traffico veicolare, riscaldamento, processi industriali…), mentre le coarse sono originate meccanicamente, per lo più da processi naturali, come l’erosione del suolo. Nelle Alpi concentrazioni elevate di coarse particles sono prevalentemente dovuti a fenomeni di trasporto di masse d’aria dal nord Africa, ricche di polveri minerali desertiche. Concentrazioni elevate di particelle fini indicano invece trasporti di masse d’aria inquinata, per lo più dalla pianura padana, ma anche dall’Europa centrale.

BC (μg/m-3)

Il black carbon (BC) è una frazione del particolato primario derivante da processi di combustione incompleta. Le principali sorgenti sono le attività umane e la combustione di biomassa (sia naturale che antropica). Il black carbon è la frazione del particolato che assorbe più efficacemente la radiazione solare, e per questo è uno dei fattori riconosciuti come forzanti nel riscaldamento climatico (è uno dei principali Short Lived Climate Forcers). Inoltre, una volta depositato su ghiacciai e manto nevoso (come la sabbia sahariana) ne riduce l'albedo, ed assorbendo la radiazione solare ne può accelerare la fusione.

Numero di particelle FINI e COARSE (#/cm-3) in funzione della quota

Si può notare che la distribuzione verticale delle concentrazioni atmosferiche è influenzata dalla quota, ad essa però si sovrappone una variabilità dovuta ai processi di formazione e trasporto del particolato.

BC  (μg/m-3) in funzione della quota

Si può notare che la distribuzione verticale delle concentrazioni atmosferiche è influenzata dalla quota, ad essa però si sovrappone una variabilità dovuta ai processi di formazione e trasporto del particolato.

Modelli previsionali

Per il progetto TAPUM, CNR-ISAC ha implemento la catena modellistica WRF\CHIMERE\AODEM, (sviluppata nell’ambito del PON IAMICA) che ha fornito quotidianamente le previsioni meteorologiche e di qualità dell'aria con scadenza di 48 ore durante il cammino programmato della spedizione alpinistica. Le impostazioni usate per la versione operativa sono state basate su una configurazione a 3 domini “innestati”: il primo a 27 km su tutta l'Europa, il secondo a 9 km su l'Italia ed il terzo a 3 km sul nord Italia.

Tuttavia l’implementazione della catena modellistica ad alta risoluzione spaziale è stata necessaria per una più affidabile simulazione in un dominio – i.e. arco alpino orientale – caratterizzato da orografia complessa. Un esempio di tale applicazione è riportato in figura 1:

Figura 1. Nei 3 pannelli in alto sono riportate le mappe di concentrazioni [µg/m3] al suolo – da sinistra – PM10, black carbon e polvere crostale proveniente dall'esterno del dominio di interesse. Nei due pannelli in basso sono riportate le serie temporali di temperatura dell'aria di PM10 e di black carbon in corrispondenza del punto di partenza (a sinistra) e di arrivo (a destra) del percorso alpinistico. Le curve sono riferite alle successive 48 ore e I tre diversi colori indicano le tre diverse stime modellistiche ottenute con tre risoluzioni spaziali diverse, i.e. 27km (rossa), 9km (blu) e 3km (nera).

Durante la spedizione:

Nella animazioni sottostanti è riportata l’evoluzione temporale calcolata dal sistema modellistico WRF/CHIMERE con risoluzione spaziale di 3x3km² per le prossime 72 ore delle concentrazioni al suolo di PM₁₀ (particolato atmosferico con diametro inferiore a 10 μm), Black Carbon (frazione carboniosa del paticolato atmosferico prodotta principalmente da attivita' antropiche, e.g. attività industriali e traffico veicolare) e pDUSTout (particolato di tipo crostale di origine naturale, e.g. polveri desertiche).

Previsioni lungo tutto il percorso alpinistico di Ta Pum: dallo Stelvio al mare.

Previsioni per il punto di partenza (sx) e di arrivo (dx) degli alpinisti nella tappa odierna.