Modellazione della dispersione atmosferica

La modellazione della dispersione atmosferica è una simulazione dei pennacchi di dispersione dell'inquinamento in un dato contesto e temporalità, realizzata utilizzando strumenti matematici e software informatici e cartografici. I modelli cercano di tenere conto delle conseguenze dirette e indirette, nello spazio e nel tempo, dei rilasci (accidentali e non) di sostanze indesiderabili, pericolose o tossiche (gas, particelle, aerosol, radionuclidi, ecc.).

Applicazione

Viene utilizzato per meglio valutare, prevedere e prevenire le conseguenze dell'inquinamento atmosferico su edifici, salute ed ecosistemi, ad esempio nel caso di inquinanti emessi da fonti fisse o mobili, o in caso di rischi indotti da incendi (rischio di asfissia , esplosioni, contaminazione o inquinamento secondario del suolo, delle acque sotterranee o del mare), da incidenti, fuoriuscite deliberate di inquinanti volatili, ecc.

La modellizzazione è anche ampiamente utilizzata per studiare gli effetti della fuoriuscita di prodotti radiotossici o gli effetti di incidenti nucleari , anche in radioecologia . Lo stesso vale per i rischi indotti dalla diffusione di organismi infettivi, ecc.

La modellazione della dispersione atmosferica è una simulazione tridimensionale dei flussi atmosferici che va quindi ben oltre il semplice quadro delle previsioni meteorologiche . L'interpretazione dei risultati dei calcoli richiede la combinazione di competenze in tossicologia , ecotossicologia e chimica dell'atmosfera

Nell'immagine a lato, il fumo emesso sotto un soffitto di inversione atmosferica dal camino più basso può causare effetti suolo significativi a valle mentre quello emesso più in alto si disperde in quota. L'inquinamento così intrappolato negli strati inferiori può talvolta circolare anche in direzione opposta a quella del vento prevalente o del vento che prevale nello strato atmosferico superiore. I modelli devono quindi tenere conto delle variazioni del comportamento dell'aria a tutte le altezze della colonna d'aria.

I principi

Il principio di base è che, teoricamente, la dispersione atmosferica degli inquinanti è un fenomeno modellabile e simulabile , in base alla teoria della meccanica dei fluidi .

Dati in ingresso

Un modello di successo deve essere basato su dati di input adeguati:

• Dati meteorologici ;
• Dati di campo (o topografici );
• Tipi di fonti di emissione;
• I tipi di parametrizzazione delle fonti di emissione;
• La natura dei contaminanti;
• I meccanismi di emissione.

La modellazione diventa più difficile e deve essere configurata quando l'ambiente è più complesso a causa di:

• geomorfologia (montagne, valli, coste frastagliate, estuari, canyon);
• i colori (colori dominanti o localmente molto chiari o molto scuri, che giocano un ruolo in termini di albedo);
• costruzioni (architettoniche urbane, zone di attività, ecc.):
• flora (foreste con chioma più o meno fitta e variabile a seconda della stagione), prati o arature, prima o dopo il raccolto, ecc. che stagionalmente modificano le asperità del paesaggio, la sua albedo e le sue caratteristiche termo-igrometriche, in particolare legate all'evapotraspirazione);
• condizioni meteorologiche complesse ( inversione atmosferica , foschia , turbolenza, ecc.);
• una scarsa conoscenza dell'inquinante (in particolare per quanto riguarda i nanoinquinanti, molti inquinanti emergenti e i complessi inquinanti che possono agire sinergicamente tra loro).

Le moderne tecniche, derivate da modelli esistenti, una volta implementate, consentono tuttavia di prevedere in modo sempre più affidabile il modo in cui gli inquinanti si disperderanno nell'atmosfera, vale a dire stimare o prevedere la direzione del vento e la concentrazione degli inquinanti atmosferici o tossine provenienti da fonti inquinanti.

Modellazione inversa

A volte è necessario stabilire delle retrotraiettorie; è poi necessario, sulla base delle ricadute, dei dati di esposizione e degli archivi meteorologici, ricostituire la fonte di inquinamento mediante “  modellazione inversa  ” ).

Dagli anni '90, questo tipo di modellazione è progredita molto, sfruttando i miglioramenti nell'informatica e nei modelli meteorologici, che sono stati in grado di utilizzare i computer più potenti per decenni.

La modellazione retrospettiva dei pennacchi di inquinamento atmosferico (o acquatico) non è perfetta, ma sta progredendo. Questo tipo di modellizzazione è stata, ad esempio, utilizzata per ricostruire le emissioni significative (record storico) di Xenon 133 ( radioattivo ) apparse dopo il terremoto di Tohoku nel 2011 , e prima e dopo lo tsunami che ne è seguito .

Utilizzo e limiti

La modellazione della dispersione atmosferica ha molti usi:

• adempiere agli obblighi normativi di informazione e protezione della popolazione e al monitoraggio obbligatorio di taluni inquinanti a varie scale. Queste scale possono essere globali (es. monitoraggio degli inquinanti che degradano lo strato di ozono ), sovranazionali (es. per il monitoraggio transfrontaliero di mercurio , piombo e cadmio , tre principali inquinanti il ​​cui monitoraggio è obbligatorio in Europa), nazionali o locali.
• gli architetti o gli urbanisti o le autorità amministrative preposte alla pianificazione urbanistica e territoriale lo utilizzano per meglio prevedere e prevenire l'accumulo di inquinanti, e limitare gli effetti delle bolle di calore urbano , oppure evitare l'"effetto canyon" legato alle morfologie di strade ed edifici. Anche gli organismi specializzati responsabili della protezione dell'aria come gli standard nazionali di qualità dell'aria negli Stati Uniti o l' Agenzia francese per la sicurezza ambientale e della salute sul lavoro possono utilizzare questi strumenti in modo preventivo, per autorizzare o meno la creazione di un sito industriale. Consentono inoltre di definire in anticipo efficaci piani di sicurezza ottimizzando la gestione del personale di emergenza in caso di incidente industriale o di trovare mezzi efficaci per combattere gli inquinanti atmosferici nocivi.
• Durante lo sviluppo portuale, stradale, aeroportuale, industriale o potenzialmente fonte di inquinamento (inceneritore, ecc.), la modellazione consente di evitare l'esposizione di future abitazioni, scuole, ospedali o animali, colture, ecc. a rischio di contaminazione da un pennacchio di inquinamento cronico o accidentale.
• gli specialisti del rischio sanitario o dell'eco-epidemiologia legata ai biocontaminanti aerei possono utilizzarlo per studiare o anticipare determinate epidemie;
• autorità amministrative ad hoc utilizzano talvolta modelli di dispersione atmosferica per regolare il traffico automobilistico al fine di limitarne gli effetti nell'aria quando le condizioni meteorologiche sono favorevoli a un inquinamento stagnante.
• Alcuni specialisti della sicurezza civile lo utilizzano come parte della gestione della crisi dell'inquinamento atmosferico (o della preparazione per un possibile attacco), anche per monitorare l'inquinamento transfrontaliero o il raggiungimento delle traiettorie posteriori dei pennacchi di inquinamento. Questi modelli vengono utilizzati durante incidenti industriali o incidenti che causano il rilascio accidentale di contaminanti dell'aria ( biocontaminanti , prodotti chimici , radionuclidi, ecc.). Modellare la dispersione di gas e fumi può anche aiutare a prevenire alcuni effetti di fenomeni naturali come quello dovuto all'eruzione vulcanica . La dispersione della nube di Chernobyl è stata oggetto di numerosi modelli.
• la modellizzazione della dispersione del polline nell'aria è di interesse ecologico, agronomico e sanitario (cfr. allergie ai pollini) ed è stata utilizzata anche per prevenire, se possibile, l'impollinazione incrociata attorno alle colture di piante OGM .

Queste simulazioni sono sempre molto complesse. Impongono quindi tempi e risorse di calcolo significativi. Ma i loro progressi consentono di fornire, ad esempio, una stima dell'ubicazione delle aree più colpite dall'inquinamento, dei livelli di inquinanti che gli abitanti oi servizi di emergenza dovranno affrontare. Le organizzazioni di soccorso o di gestione delle crisi possono così adattare meglio le proprie risorse in base alla situazione (attuale e futura) e attuare misure di protezione adeguate (ad esempio per evitare di riaprire un'area evacuata dove i venti potrebbero nuovamente portare Inquinamento).

I progressi dell'informatica e della modellistica hanno migliorato l'accuratezza dei modelli, soprattutto in contesti di inquinamento a bassa quota e strati di inversione in paesaggi eterogenei e in particolare nel contesto di una complessa "chiusura urbana" (ovvero in presenza di una grandissima numero di edifici complessi).

Un modello di dispersione, anche semi- empirico , può essere consolidato mediante misurazioni in galleria del vento (dove è possibile ricostruire i gradienti termici), ma può essere validato solo mediante confronto con misurazioni effettuate nel mondo reale, nel campo modellato e in diverse condizioni meteorologiche .

Alcuni modelli esistenti

• ADMS 4.2
• AERMOD
• ASTEP
• CALPUFF
• DISPERSIONE21
• ISC3
• NOME
• MERCURIO
• MOCAGE-Incidente
• PENNACCHIO
• PERLA
• RIMPUFF
• SIRANE
• ARIA SICURA
• PUFF-PIUMA

Vedi anche

Articoli Correlati

• Laboratorio delle risorse aeree
• Inquinamento dell'aria
• Gestione della crisi
• Cindynics
• Meccanica dei fluidi
• anemometria
• Modellazione
• Modello digitale del terreno (DTM)
• Strato limite atmosferico
• Kriging

link esterno

• (ven)

Bibliografia

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