Dinamiche di formazione dell’ozono troposferico in funzione delle emissioni di precursori da sorgenti multiple ed eterogenee

Air quality monitoring stations placed in Marche Region, over the last decade, measured high concentrations of tropospheric ozone. The aim of this thesis is to analyze the formation of this pollutant, particularly in the Area at High Risk of Environmental Crisis (AERCA). Network of air monitoring stations, emission inventories and dispersion models are useful tools and they should be used together. The monitoring stations collect data at fixed points. Emission inventories and environmental models are closely related: a detailed inventory is required by each model; at the same time, the use of models is recommended to update and validate an inventory. The implementation of the modelling system RAMS-EPS3-CAMx-OSAT was required to evaluate the chemical ozone formation and destruction, and corrective factors can be applied to the emissions inventory in order to harmonize the results with data obtained by monitoring stations. The photochemical model, like CAMx (Comprehensive Air quality Model with eXtensions), considers secondary pollutants arising from chemical reactions in the atmosphere; CAMx is an Eulerian photochemical dispersion model that allows the assessment of gaseous and particulate air pollution over many scales ranging from sub-urban to continental. The OSAT tool (Ozone Source Apportionment Technology) allows CAMx to track source-region and source-category contributions to the predicted ozone concentrations. Thus, for any selected receptor and for any selected period, the model gives information about the likely distribution of ozone and ozone precursors by source category and by source region. Similarly, it assesses whether the ozone at the selected time and location would more likely respond to upwind NOX or VOC controls. In addition, it was possible to analyse the ozone behaviour in diverse areas referring to land use (e.g. Road, Country, Industrial Area, Etc.). Information about the contribution of the different types of source emission and sectors allowed us to develop a tentative best ozone-control strategy to lower ozone peaks and to avoid ozone episodes.

Nel corso degli anni le stazioni di monitoraggio della qualità dell’aria posizionate nella Regione Marche hanno registrato episodi acuti di ozono troposferico. Scopo del presente elaborato è quello di analizzare i meccanismi di formazione di questo inquinante, in particolare nell’Area ad Elevato Rischio di Crisi Ambientale (AERCA). Le reti di monitoraggio, i modelli e gli inventari delle emissioni sono i principali strumenti per il controllo della qualità dell’aria. Le centraline di monitoraggio misurano gli inquinanti in punti fissi. Inventari delle emissioni e modelli ambientali sono strettamente legati tra loro: tra i dati necessari per l’esecuzione di un sistema modellistico è richiesto un inventario dettagliato; allo stesso tempo, per l’aggiornamento e la validazione di un inventario è consigliato l’uso della modellistica. Data la complessità delle dinamiche di formazione e distruzione dell’ozono troposferico è stato necessario implementare il sistema modellistico RAMS-EPS3-CAMx-OSAT e applicare fattori correttivi alle emissioni riportate sugli inventari, al fine di armonizzare i risultati con i dati provenienti dalle centraline di monitoraggio e comprenderne così il meccanismo di formazione. Il modello per il calcolo dei campi di concentrazione degli inquinanti primari e secondari è CAMx (Comprensive Air quality Model with extensions); è un modello euleriano di trasporto, dispersione e trasformazione di inquinanti atmosferici. È fotochimico in quanto implementa meccanismi semplificati di fotochimica atmosferica, centrati sul ciclo NOX - O3 con intervento di composti organici volatili e radicali liberi. All’interno del codice è presente un modulo per lo studio delle variabili emissive che contribuiscono alla formazione dell’ozono: gruppi emissivi, area geografica di provenienza, data rilascio inquinante, condizione di formazione. Questo approccio prende il nome di Ozone Source Apportionment Technology, OSAT, e permette di stimare la frazione di ozono derivante da ciascuna variabile. In questo modo possono essere previste strategie di controllo delle emissioni dei precursori dell’ozono, al fine di minimizzare il superamento dei limiti di legge e delle soglie di informazione per la protezione della salute umana e della vegetazione.