Modelli di dispersione atmosferica

I modelli di dispersione atmosferica sono programmi informatici in grado di risolvere le equazioni matematiche che simulano il movimento e la dispersione degli inquinanti nell'atmosfera. I modelli di dispersione sono utilizzati per prevedere le concentrazione al livello del suolo derivanti dalle emissioni di impianti industriali, traffico veicolare o rilasci chimici accidentali.

L'utilizzo della modellistica di dispersione ha preso campo nelle analisi di qualità dell'aria principalmente perché:

  • consente di ottenere una immagine completa della situazione nell'area di studio, a differenza delle misurazioni dirette di concentrazione che hanno in genere una copertura spaziale limitata;
  • consente di stabilire una relazione esplicita di causa-effetto tra le singole sorgenti emissive e le concentrazioni di inquinante in aria;
  • rende possibile la stima di impatti futuri e il confronto tra diversi scenari emissivi alternativi

Esistono svariati modelli di dispersione atmosferica, a pagamento o a libero accesso. Questi modelli vengono generalmente classificati in base alla loro formulazione fisico-matematica sulla base dello schema riportato in Fig.1.

classificazione modelli

 Fig.1 - Schema di classificazione dei modelli matematici per la valutazione della dispersione atmosferica
(Fonte: elaborazione personale)


Un modello di dispersione cerca di ricostruire attraverso equazioni matematiche il movimento della massa di inquinante all'interno del fluido atmosferico. Nei modelli gaussiani a plume, per esempio, viene assunta una distribuzione di tipo gaussiano delle concentrazioni lungo i due assi perpendicolari alla direzione del vento, che si allarga a mano a mano che il vento trasporta gli inquinanti lontano dalla sorgente (Fig.2).

modello gauss

 Fig.2 - Rappresentazione schematica di come un modello di dispersione ricostruisce il moto dei fumi emessi da una sorgente. (Fonte: elaborazione personale)

 

I principali aspetti che vanno tenuti in considerazione nella scelta del modello di dispersione sono (ANPA 2001, Finzi et al. 2001):

  • la scala spaziale di interesse: si distinguono microscala (100m – 1 km), scala locale (10-100 km), mesoscala (100-1000km), scala regionale (1000-5000km) e scala globale (l'intero globo terrestre);
  • la scala temporale: si distinguono applicazioni di breve periodo (short term – di ore, giorni o un anno) o di lungo periodo (climatologiche – di più anni)
  • le caratteristiche del dominio di calcolo: può essere una zona ti tipo rurale o urbano, a terreno piano, terreno con un singolo rilievo, terreno complesso;
  • la tipologia inquinanti di interesse: possono presentarsi in forma di gas, di particolato, essere inerti o reattivi in atmosfera, soggetti a deposizione secca e/o umida;
  • la meteorologia della zona: generalmente il moto degli inquinanti in atmosfera è ricondotta a due componenti, una legata al trasporto da parte del campo di vento e l'altra alla diffusione turbolenta. Le caratteristiche morfologiche del territorio, i bilanci radiativi, la circolazione locale dell'atmosfera, influenzano le modalità del trasporto;
  • la tipologia delle sorgenti emissive: possono esser considerate come puntiformi (camini di impianti industriali), lineari (strade) o areali (distribuite sul territorio, come le caldaie domestiche);
  • la stazionarietà o meno del regime emissivo.

 

In linea generale, i dati minimi richiesti da un modello sono:

  • Caratteristiche fisiche della sorgente (altezza camino, diametro, portata, concentrazione inquinanti, temperatura fumi,...)
  • Velocità e direzione del vento
  • Parametrizzazione della turbolenza e capacità dispersiva dell'atmosfera (es. classe di stabilità, lunghezza Monin Obukhov, radiazione solare, altezza di rimescolamento,...) 

 

I risultati principali ottenibili dall'applicazione dei modelli di qualità dell'aria sono:

  • mappe che rappresentano le concentrazioni (o deposizioni) massime, medie, ecc. sull'intero dominio di calcolo (Fig.3-sinistra)
  • andamenti temporali delle concentrazioni presso uno o più punti specifici del dominio di calcolo (Fig.3-destra)

 dispersione atmosfericaFig.3 - Esempio di risultati ottenibili con un modello di dispersione atmosferica (Fonte: elaborazione personale)