Attivit

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Qualità dellaria modelli
Modellistica e Gestione dei Sistemi
Ambientali a.a. 2007-2008 Dispense del
Corso Laurea in Ingegneria Gestionale Laurea
Specialistica in Ingegneria delle
Telecomunicazioni (ind. Sistemi di
Telerilevamento) Laurea Specialistica in
Ingegneria Informatica (ind. Gestione e
Automazione dei Servizi) Chiara Mocenni
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I processi fisici diffusione e trasporto

• Dispersione della massa si assume che in un
  volumetto infinitesimo dxdydz nellintervallo
  temporale dt lincremento della massa inquinante
  e quindi la sua concentrazione media C(x,y,z,t)
  eguagli lapporto netto derivante dagli ingressi
  esterni e dalleventuale contributo di una
  sorgente inquinante S o di un fattore di
  rimozione R.

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Equazione della diffusione
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• A causa delle turbolenze e dei fenomeni vorticosi
  il moto è sempre vario, ma se facciamo
  riferimento alla media in un periodo di tempo T
  di durata maggiore della scala temporale delle
  fluttuazioni turbolente e minore della scala
  delle variazioni di velocità medie del vento, si
  può distinguere una componente media v ed una
  componente fluttuante v sovrapposta al moto e a
  media nulla.

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• Essendo C influenzata dalla velocità del vento
  risulta che anche C è composta da una componente
  media C e da una fluttuante C.
• La prima componente rappresenta il trasporto e la
  seconda la diffusione.

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I modelli di dispersione

• Data una emissione di una certa sostanza in
  atmosfera (boundary layer) il modello di
  dispersione calcola le concentrazioni di questa
  sostanza nei punti dello spazio circostante.
• Lo scopo di una simulazione modellistica può
  essere quello di un confronto delle
  concentrazioni calcolate con quelle di
  riferimento della normativa di legge oppure di
  verificare limpatto di una variazione dello
  scenario emissivo (ad es. modifiche di un
  impianto di generazione o flussi di traffico).

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Criteri per la scelta del modello

• Scala spaziale
• Scala temporale
• Dominio
• Inquinante
• Meteorologia
• Sorgenti emissive
• Regime

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Modelli deterministici

• Modelli euleriani (STEM, CAMX) di chimica e
  trasporto, sorgenti puntuali o diffuse,
  risoluzione orizzontale max ? 1 Km in orizzontale
  
• Sistema di coordinate fisse
• Si basano sulla risoluzione di una equazione
  differenziale di diffusione ricavata dal bilancio
  di massa

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• Si distinguono
• Modelli analitici (andamento al suolo della
  concentrazione sottovento ad una sorgente
  continua puntiforme)

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(No Transcript)
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• Modelli a box (il dominio è suddiviso in una o
  più celle allinterno delle quali linquinante è
  considerato perfettamente miscelato)
• Modelli a griglia (il dominio è suddiviso in un
  grigliato tridimensionale, metodo risolutivo
  differenze finite).

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• Modelli fotochimici (modelli a griglia) oltre a
  simulare fenomeni di trasporto e diffusione
  tengono conto di reazioni chimiche in fase
  gassosa e delle deposizioni secche.
• Finalizzati alla ricostruzione dellinquinamento
  secondario
• Ozono troposferico, Particolato, deposizioni
  acide
• Modelli euleriani tridimensionali a griglia
• Sono in grado di ricostruire i seguenti processi
• Emissioni da sorgenti areali e puntuali
• Trasporto e diffusione turbolenta
• Trasformazioni chimiche (fase gas e fase aerosol)
• deposizione secca e umida
• Inquinanti considerati
• NOX, O3, VOC, HNO3, SO2, H2SO4, NH3, PPM

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• Input dei modelli fotochimici
• Parametri meteorologici
• Parametri geofisici
• Parametri emissivi
• Parametri chimici
• Parametri sperimentali.

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CALGRID (CALifornia GRIDded model)

• Sistema di riferimento mobile che segue gli
  spostamenti delle masse daria di cui si vuole
  riprodurre il comportamento.

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• Il box si muove in accordo con il vento presente
  nel bacino di studio. Ciò permette di simulare il
  movimento di una colonna daria allinterno del
  dominio la cui concentrazione di specie
  inquinanti è dovuta alle emissioni incontrate
  lungo il percorso, a processi di trasformazione
  chimica e di deposizione.

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• Modelli lagrangiani a particelle (SPRAY),
  sorgenti puntuali o diffuse dominio di calcolo ?
  25x25 Km2, risoluzione orizzontale max ? 100 m
• Modello lagrangiano a particelle per terreno
  complesso
• La dispersione degli inquinanti viene ricostruita
  schematizzando l'emissione attraverso un insieme
  di unità piccolissime di dimensioni di massa nota
• Ogni particella segue una diversa realizzazione
  (evoluzione) del flusso turbolento

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Modelli a traiettorie

• Servono per modellare fenomeni che avvengono su
  scale spaziali dellordine delle centinaia di
  migliaia di chilometri. Esempi sono
  lacidificazione e leutrofizzazione di ambienti
  naturali, il trasporto di metalli pesanti.

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Modelli stocastici

• Controllo in tempo reale e previsione dei livelli
  di attenzione e di allarme.
• Non prevedono le concentrazioni degli inquinanti
  in base a leggi fisiche e a relazioni
  causa-effetto, ma sulla base dei dati misurati
  nel passato. Sono quindi in grado di prevedere le
  concentrazioni nei soli punti in cui si sono
  misurati i dati.

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Esempi

• APC-2 Atmosferic Pollution Control
• WINAST identificazione di modelli ARX

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• CALPUFF riproduce il trasporto, la
  trasformazione e la deposizione di inquinanti in
  condizioni meteorologiche variabili non omogenee
  e non stazionarie. Può simulare e missioni
  puntuali e areali.
• CALMET (integra CALPUFF e CALGRID)

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• CALMET permette di ricostruire il campo di vento
  e il campo di temperatura.
• Permette inoltre di calcolare i parametri di
  turbolenza.

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• CALGRID applicazione per la riproduzione di un
  fenomeno di inquinamento fotochimico nel 1998 in
  Lombardia.