Un progetto per la valutazione della qualità dell'aria nella città di Roma

Strumentazione SODAR
(Sound Detection and Ranging)
posta nella stazione di misura
di Ponte Malnome

PREMESSA

Il monitoraggio della qualità dell'aria viene effettuato in Italia, ormai da parecchi anni, mediante le ben note "centraline di rilevamento", dislocate in vari punti strategici delle principali città del Paese. Le centraline permettono di registrare in continuo la concentrazione di alcuni inquinanti atmosferici di particolare importanza (monossido di carbonio, biossido di azoto, ozono, biossido di zolfo, materiale particellare in sospensione) e, quindi, di rilevare i casi in cui vengono superati i valori indicati dalla legislazione come soglie di attenzione e di allarme (Decreto Ministeriale 12/11/1992). Sulla base di questi "superamenti" vengono, quindi, presi dalle Autorità preposte provvedimenti di riduzione o di blocco del traffico autoveicolare.

La semplice registrazione della concentrazione degli inquinanti e la constatazione dei superamenti consente di mettere in atto solo dei provvedimenti "a posteriori", ovvero presi quando il fenomeno di inquinamento è già innescato ed è in una fase avanzata; da ciò deriva la scarsa incidenza sul livello globale di inquinamento atmosferico cittadino, che da tali provvedimenti spesso risulta.

Indice Vettoriale Meteorologico Primario Novembre 1996

Indice giornaliero di modulazione

Indice Vettoriale Meteorologico Primario Novembre 1997

Indice giornaliero di modulazione

Ma che cosa differenzia una giornata in cui la qualità dell'aria è più che accettabile da una giornata, magari caratterizzata da un flusso emissivo del tutto simile (traffico, riscaldamento ecc.), in cui invece la concentrazione degli inquinanti è ben al di sopra dei limiti? Per rispondere a questa domanda, bisogna considerare che per gli inquinanti la grandezza misurata è la concentrazione a livello del suolo, ovvero la quantità di inquinante contenuta in un dato volume di aria; la quantità di inquinante dipende ovviamente dai flussi emissivi, ovvero dalla quantità di una data sostanza che viene emessa (o prodotta da reazioni chimiche) nell'unità di tempo, mentre il volume è rappresentato dal volume di aria disponibile per la sua diluizione. Ne consegue che per poter comprendere la genesi e lo sviluppo di un fenomeno di inquinamento atmosferico, nonché per effettuare delle previsioni di massima sulla sua evoluzione futura, è necessario non solo determinare la concentrazione degli inquinanti, ma anche avere informazioni sulla dinamica degli strati inferiori dell'atmosfera, ovvero sul volume d'aria disponibile per la dispersione degli inquinanti. Combinando queste informazioni di carattere meteorologico con la misura delle concentrazioni degli inquinanti e con la conoscenza dei principali processi di trasformazione chimico-fisica di queste specie, è possibile mettere a punto degli strumenti che consentono di interpretare, ed in parte di prevedere, i fenomeni di inquinamento atmosferico. È questo l'obiettivo che si è posto il progetto DISIA: "Sistema integrato di valutazione e previsione dell'inquinamento atmosferico nella città di Roma".

IL PROGETTO

Il progetto, che ha segnato l'inizio di una fattiva collaborazione tra il CNR ed il Comune di Roma, si è sviluppato nel corso del biennio 1996-1997, ed ha avuto come prodotto principale un metodo originale di interpretazione dei dati, che permette di semplificare notevolmente la descrizione dei processi di inquinamento atmosferico in un'area urbana; i risultati del progetto costituiscono un notevole passo avanti per la comprensione non solo dei processi di inquinamento dovuti a quelle specie che vengono direttamente emesse dalle sorgenti, quali ad esempio il monossido di carbonio o il benzene (inquinamento primario), ma anche di quei fenomeni, molto più complessi, che vengono raggruppati sotto il nome di inquinamento secondario e che nell'area di Roma si identificano essenzialmente con i fenomeni di smog fotochimico.

Monitor di stabilità dell'atmosfera

Affinché i risultati del progetto possano essere fruiti non solo dagli specialisti del settore ma anche dai cittadini interessati alla problematica del controllo della qualità dell'aria, è stato creato un sito Internet (indirizzo: http://www.iia.mlib.cnr.it/disia/disia.htm), ove sono ampiamente descritti le finalità, il metodo di lavoro ed i risultati ottenuti nell'ambito del progetto DISIA.

Oltre al CNR, che vi ha partecipato con l'Istituto per l'Inquinamento Atmosferico e l'Istituto di Fisica dell'Atmosfera, hanno aderito al progetto il Ministero della Sanità, l'Istituto Superiore per la Prevenzione e Sicurezza del Lavoro (ISPESL) e l'Aeronautica Militare con il 2° Rep. Servizio Meteorologico. Logisticamente il progetto si è sviluppato su sei stazioni, due poste nell'area urbana della città (parco di Villa Ada e via Urbana) e quattro poste nell'area suburbana lungo la direttrice prevalente dei venti di brezza (Montelibretti, posta a nord-est, Ponte Malnome, Castel Porziano e Pratica di Mare, poste a sud-ovest). Le stazioni di Ponte Malnome e Pratica di Mare sono state dedicate all'effettuazione di misure esclusivamente meteorologiche (mediante Monitor di stabilità dell'atmosfera, radiosonde e SODAR), mentre, presso le altre quattro stazioni, sono state effettuate misure della concentrazione di inquinanti primari e secondari (fra i principali: ossidi di azoto, ozono, acido nitroso, formaldeide, benzene, toluene, perossiacetilnitrato, idrocarburi policiclici aromatici), integrate con misure di altezza dello strato rimescolato, effettuate mediante Monitor di stabilità dell'atmosfera.

Il Monitor di stabilità dell'atmosfera è uno strumento di nuova concezione, basato sulla misura della concentrazione dei prodotti di decadimento a vita breve del Radon. Il Radon viene emesso dal sottosuolo in maniera stabile nel tempo ed omogenea nello spazio (almeno nella scala di tempi e distanze caratteristica dei fenomeni di inquinamento urbano) e, quindi, la sua concentrazione in atmosfera dipende solo dall'efficacia del processo di dispersione; intuitivamente, se gli strati inferiori dell'atmosfera sono ben rimescolati, i radionuclidi potranno diluirsi e la radioattività naturale si manterrà su valori costantemente bassi, mentre in caso di atmosfera stabile (scambi fra gli strati inferiori e quelli superiori limitati o assenti) i radionuclidi subiranno un fenomeno di accumulo e la radioattività naturale assumerà valori crescenti nel tempo. La radioattività naturale costituisce, quindi, un utilissimo parametro-spia che consente di individuare quelle variazioni nella concentrazione degli inquinanti che dipendono da variazioni dell'altezza dello strato rimescolato (ovvero dal volume di aria utilizzabile per la loro dispersione) e di distinguerle da quelle che dipendono invece da modifiche nei flussi di emissione o da reazioni chimiche. Questo parametro è stato, quindi, utilizzato come indice delle capacità dispersive della bassa atmosfera.

Villa Ada: Radioattività Naturale

Il grafico illustra l'andamento temporale della radioattività naturale nel corso del mese di novembre 1996. Risulta evidente come i primi dieci giorni del mese siano stati caratterizzati da stabilità, mentre durante il rimanente periodo è osservabile un buon rimescolamento verticale dell'atmosfera

Nel caso degli inquinanti primari, ovvero direttamente emessi dalle sorgenti e non soggetti a trasformazioni chimiche (ad esempio, il benzene), la variazione della concentrazione al livello del suolo dipende pressoché esclusivamente dai flussi emissivi e dalla capacità dispersiva della bassa atmosfera. Nel caso degli inquinanti secondari ad alta reattività, come l'ozono ed il biossido di azoto, invece, la conoscenza dei flussi di emissione e della dinamica degli strati inferiori dell'atmosfera non è sufficiente, ed è necessario individuare ulteriori variabili, in grado di tenere conto dei processi di trasformazione chimico-fisica.

Il metodo, messo a punto nell'ambito del progetto, consiste nell'individuazione di alcuni parametri in grado di consentire una caratterizzazione dello stato della qualità dell'aria, semplice ma scientificamente fondata. Mediante questi strumenti, il principale dei quali è appunto la radioattività naturale, è stato possibile comprendere e descrivere i processi di inquinamento atmosferico verificatisi nell'area urbana nel corso dei due anni presi in esame. Inoltre, il metodo messo a punto ha consentito di raggruppare gli eventi di inquinamento in gruppi omogenei, ovvero caratterizzati da situazioni simili dal punto di vista meteorologico; ciò ha reso possibile sia valutare correttamente le variazioni dello stato della qualità dell'aria nel corso degli anni, sia effettuare un corretto confronto fra situazioni registrate in periodi simili appartenenti ad anni diversi.

In pratica, ogni singolo giorno viene classificato sulla base di un indice che tiene conto dei fattori meteorologici (Indice Vettoriale Meteorologico) e di ulteriori indici descrittivi dell'inquinamento primario e secondario. I valori relativi ad ogni giorno vengono riportati, sotto forma di piccoli cerchi, su un grafico ove la distanza dall'origine ed il diametro del cerchio danno la misura visiva della probabilità che nel giorno in questione le condizioni siano state favorevoli al verificarsi di un evento di inquinamento atmosferico.

Nel mese di novembre 1996, ad esempio, la prima decade è stata un periodo decisamente favorevole al verificarsi di eventi di inquinamento primario: i cerchi relativi ai primi dieci giorni sono posti, infatti, più lontano dall'origine degli assi ed hanno diametro maggiore. Confrontando i mesi di novembre 1996 e 1997, inoltre, si nota come il primo dei due periodi sia stato caratterizzato con maggior frequenza da situazioni meteorologiche favorevoli al verificarsi di eventi di inquinamento primario; i valori della concentrazione di benzene sono, infatti, risultati in media sensibilmente più elevati. È facile immaginare che, in mancanza di un'analisi di questo tipo, l'apparente miglioramento della qualità dell'aria nel mese di novembre 1997, rispetto allo stesso mese dell'anno precedente, avrebbe assunto un significato più roseo e sarebbe stato attribuito ad altre cause piuttosto che, semplicemente, ad una più favorevole situazione meteorologica.

PROSPETTIVE

I risultati incoraggianti ottenuti nel corso di questo progetto e l'accoglienza positiva che tali risultati hanno ricevuto nell'ambito degli Uffici del Comune di Roma preposti al controllo dell'inquinamento atmosferico suggeriscono di rinnovare l'iniziativa, approfondendo la conoscenza dei processi chimico-fisici e meteorologici che influenzano la qualità dell'aria nelle aree urbane ed affinando ulteriormente gli strumenti messi a punto per la sua valutazione e previsione.