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Stato Avanzamento Attività
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Attività di monitoraggio dell'atmosfera mediante misure in stazioni di remote sensing attivo e passivo da terra e a terra, da aereo e da satellite e procedure di calibrazione, confronto, validazione, integrazione e assimilazione


  anni:  2005   2006   2007   2008   2009 

Stato di Avanzamento attività anno 2009

Previsione attività per l'anno 2009
Attività svolta:
Il progetto QUITSAT è un progetto pilota finanziato dall'ASI nell'ambito del Programma sui Rischi Naturali e Rischi indotti dalle attività umane. Questo progetto, il cui titolo esteso è "QUalità dell'aria mediante l'Integrazione di misure da Terra, da SAtellite e di modellistica chimica multifase e di Trasporto" mira a migliorare le tecniche di valutazione, previsione e pianificazione della Qualità dell'Aria, in analogia con quanto sviluppato nel progetto TEMIS e con finalità simili a quelle di PROMOTE (ESA). Infatti, esso intende realizzare un sistema dedicato al controllo della Qualità dell'Aria (QA) attraverso l'integrazione di (1) stime dei parametri QA derivate da osservazioni EO effettuate da sensori satellitari polari e geostazionari, (2) misure di parametri QA ottenute direttamente o attraverso procedure di analisi delle informazioni raccolte a terra sia con metodologie tradizionali attualmente in uso (campionamenti in situ) sia con tecnologie di tipo innovativo, quali la spettrometria DOAS, la radiometria solare multispettrale e le tecniche Lidar, e (3) valutazioni basate sull'impiego di strumenti modellistici degli effetti prodotti sui parametri QA (i) dalle variazioni del quadro meteorologico, (ii) dai processi di trasporto transfrontaliero di inquinanti gassosi e PM, (iii) dai processi di trasporto sulle scale più piccole e (iv) dai processi chimici di trasformazione degli inquinanti (valutati mediante modellistica multifase CTM). Il sistema QUITSAT si articola nelle seguenti tre funzionalità: (A) Monitoraggio dei PM e degli inquinanti gassosi, attraverso il lavoro di validazione, confronto e integrazione dei dati satellitari e delle misure di remote sensing a terra e da terra con le informazioni fornite dalla modellistica (meteo e chimica); (2) Previsione dei parametri di concentrazione e distribuzione degli inquinanti che caratterizzano la QA, impiegando un sistema modellistico integrato con dati provenienti da strumenti di remote sensing e da satellite; e (3) Pianificazione, mirata a definire per mezzo di simulazioni modellistiche un Sistema di Supporto alle Decisioni (SSD) in grado di suggerire possibili azioni che le autorità preposte al controllo della QA potranno attuare al momento dell'emergenza ambientale. Le attività sperimentali previste dal progetto sono state svolte nel corso di due campagne di misura (estate 2007 ed inverno 2008) presso le stazioni urbane di Bologna (ISAC) e Milano (Torre Sarca), le stazioni rurali di San Pietro Capofiume e Oasi Bine nella pianura padana e le stazioni montane di Monte Cimone e San Colombano (Bormio). Le quattro UU. OO. di ISAC-CNR hanno operato essenzialmente a Bologna, San Pietro Capofiume e Monte Cimone (radiometria solare, DOAS, nefelometri e PSAP, campionamento di particolato PM10) e a Milano (misure lidar). Le successive attività di analisi dei dati hanno riguardato i seguenti temi: 1.- Analisi dati AERONET delle stazioni di Ispra, Venezia Acqua Alta, Venezia CNR e Modena per la valutazione delle serie spettrali dello spessore ottico degli aerosol (AOD), del parametro a di Ångström sul range spettrale da 440 a 870 nm e del parametro eta di O' Neill et al. (2001) per la definizione della fine particle fraction. 2.- Effettuazione di misure di fotometria solare multispettrale e loro analisi per la valutazione delle serie spettrali di AOD e degli altri parametri a ed eta e dei flussi di radiazione solare globale e diffusa (e diretta per differenza) in cinque diversi canali spettrali del visibile e vicino IR. 3.- Effettuazione di misure con radiometri PREDE ed analisi dei dati per la valutazione delle serie spettrali di AOD, dei parametri a ed eta e degli altri parametri radiativi dell'aerosol colonnare (indice complesso di rifrazione, funzione di fase, fattore di asimmetria, albedo di singolo scattering (SSA)). 4.- Effettuazione di misure al suolo con nefelometri e PSAP a San Pietro Capofiume per la determinazione dei coefficienti di scattering e assorbimento per il calcolo di SSA. 5.- Sviluppo della modellistica delle caratteristiche di riflettanza superficiale nel dominio QUITSAT (area della pianura padana) attraverso l'uso combinato di misure satellitari MISR con misure di AOD e dei parametri radiativi dell'aerosol colonnare. 6.- Modellistica delle proprietà ottiche dell'aerosol. 7.- Confronto tra dati AERONET e validazione dei dati MODIS. 8.- Definizione delle altezze di scala (ottiche, lidar e climatologiche) e loro confronto con le altezze dello strato rimescolato dell'atmosfera (PBL). 9.- Confronto di misure in situ di concentrazioni gassose con misure DOAS. 10.- Analisi delle misure DOAS dei contenuti colonnari di gas. 11.- Validazione di stime di concentrazione al suolo di NO2, O3, HCHO e SO2 da misure satellitari e loro integrazione nel sistema modellistico CTM. 12.- Attività di implementazione della tecnica di Data Assimilation per alcune specie gassose.
Risultati conseguiti:
Dall'analisi dei dati ottenuti nel corso delle due campagne si sono ottenuti i seguenti risultati: 1.- Definizione dell'algoritmo di correlazione del parametro eta in funzione di a nei siti di Ispra e Venezia Acqua Alta, per diversi periodi stagionali. 2.- Definizione dell'algoritmo di correlazione del parametro eta in funzione di a nel sito di Bologna, per diverse condizioni di torbidità atmosferica (clean air, foschie invernali, trasporto di polveri dal Sahara, inquinamento urbano). 3.- Definizione dell'algoritmo di correlazione del parametro eta in funzione di a nel sito di San Pietro Capofiume per diverse condizioni di torbidità atmosferica (clean air, foschie invernali, trasporto di polveri dal Sahara). 4.- Studio della correlazione tra SSA al suolo ed SSA colonnare derivata dalle misure PREDE, per diversi contenuti di PM10 al suolo e differenti concentrazioni di massa di black carbon e organic carbon. 5.- Valutazione dell'altezza di scala dell'aerosol come rapporto tra AOD(550 nm) e il coefficiente di estinzione al suolo alla lunghezza d'onda di 550 nm. 6.- Messa a punto di modelli di riflettanza superficiale BRDF in aree diverse della pianura padana. 7. – Definizione degli algoritmi di correlazione tra altezza di scala ottica e altezza dello strato rimescolato Hmix e tra altezza di scala lidar e Hmix. 8.- Ricostruzione del valore al suolo della concentrazione di NO2 a partire dal dato satellitare di radianza spettrale o di spessore ottico di NO2, utilizzando dati provenienti dal modello TCAM dell'Università di Brescia (DEA). 9.- Confronto e validazione di concentrazioni di gas al suolo ottenute da (a) analizzatori in situ tradizionali, (b) spettrometri DOAS in campo, (c) modelli fotochimici di trasporto (CTM) e (d) osservazioni satellitari. 10.- Validazione della colonna troposferica di NO2 ricavata da dati satellitari tramite l'algoritmo di Richter and Burrows (2002) con quella ottenuta da misure simultanee effettuate con una copia di spettrometri posti a quote differenti (Monte Cimone, 2165 m slm) e Bologna (42 m slm).












 
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