Appendice III
(articolo 5, comma 1 e art. 22 commi 5 e 7)
Criteri per l'utilizzo dei metodi di valutazione
diversi dalle misurazioni in siti fissi
1. Tecniche di modellizzazione
1.1 Introduzione.
In generale, i modelli sono un utile strumento per:
- ottenere campi di concentrazione anche nelle aree all'interno delle
zone ove non esistano stazioni di misurazione o estendere la
rappresentativita' spaziale delle misure stesse;
- comprendere le relazioni tra emissioni e immissioni, discriminare i
contributi delle diverse sorgenti alle concentrazioni in una
determinata area (source apportionment), e determinare i contributi
transfrontalieri e quelli derivanti da fenomeni di trasporto su larga
scala (per esempio, le polveri sahariane);
- integrare e combinare le misurazioni effettuate tramite le stazioni
di misurazione in siti fissi, in modo tale da ridurne il numero, nel
rispetto dei criteri individuati nel presente decreto;
- valutare la qualita' dell'aria nelle zone in cui non sono presenti
stazioni di misurazione, nel rispetto dei criteri individuati nel
presente decreto;
- prevedere la qualita' dell'aria sulla base di scenari ipotetici di
emissione o in funzione di variazioni delle condizioni
meteorologiche;
- valutare l'efficacia delle misure di contenimento delle emissioni
in atmosfera. Una corretta applicazione modellistica necessita sempre
di una procedura rigorosa di confronto con i dati ottenuti dalle
misurazioni.
Tale confronto presuppone che la rete di misura sia strutturata in
modo conforme al presente decreto e che sia disponibile una buona
conoscenza delle emissioni delle sostanze inquinanti che influenzano
la qualita' dell'aria, sia in termini quantitativi che di
distribuzione spaziale e temporale.
Un utilizzo efficace della modellistica ai fini dell'applicazione del
presente decreto richiede che gli operatori siano in possesso di una
specifica esperienza.
1.2 Selezione del modello
Il risultato della simulazione modellistica e' caratterizzato da un
certo grado di approssimazione derivante dalle seguenti componenti:
- incertezza nella descrizione della dinamica e della chimica
atmosferica,
- qualita' dei dati di ingresso, con particolare riferimento alle
emissioni e ai parametri meteoclimatici,
- incertezza inerente al modello dovuta alla natura stocastica di
fenomeni atmosferici quali, ad esempio, la turbolenza.
Il processo di valutazione della capacita' di un modello di
descrivere il problema a cui viene applicato e l'analisi dei vantaggi
e degli svantaggi del relativo utilizzo e' effettuato utilizzando, a
seconda delle circostanze, uno o piu' dei seguenti metodi:
- l'analisi Monte Carlo, ovvero molteplici simulazioni effettuate con
variazioni casuali e simultanee nell'insieme delle variabili di input
al modello seguite dall'analisi statistica dei risultati;
- l'analisi di sensibilita', ossia lo studio delle variazioni del
risultato in funzione di piccole variazioni dell'input;
- la simulazione d'insieme, ovvero la simulazione di uno stesso
fenomeno effettuata con diversi modelli, seguita dall'analisi
statistica delle concentrazioni simulate e dal confronto dei valori
ottenuti (mediana ed altri percentili della distribuzione dei
risultati) con i dati ottenuti dalle stazioni di misurazione;
- il confronto fra modelli o fra insiemi di modelli;
- l'analisi statistica, ovvero il confronto dei risultati della
simulazione con i dati ottenuti dalle stazioni di misurazione al fine
di ricavare una serie di indicatori (indicatori di qualita') che
descrivono la capacita' del modello di avvicinarsi alle misure.
Gli indicatori di qualita' sono molteplici e possono avere natura
quantitativa o qualitativa. Ciascuno di tali indicatori svolge un
ruolo particolare nella valutazione del modello.
La selezione dell'indicatore piu' appropriato dipende dallo scopo
dell'applicazione modellistica e dalla disponibilita' dei dati
ottenuti dalle stazioni di misurazione per il confronto.
Nella selezione degli indicatori per le concentrazioni si deve tener
conto del fatto che questi sono specifici per ciascun inquinante e
per la scala dei fenomeni sia in termini spaziali sia in termini
temporali.
Gli indicatori quantitativi basilari sono:
- coefficiente di correlazione R
- fractional bias (FB)
- Root Mean Square Error (RMSE)
- Normalized mean square error (NMSE).
Gli indicatori qualitativi sono soprattutto di tipo grafico:
- diagrammi di dispersione
- grafici quantile-quantile
- grafico dei residui
- diagramma di Taylor.
La valutazione di un modello mediante gli indicatori e' necessaria ma
non sufficiente a comprendere le ragioni per le quali i risultati
delle simulazioni sono vicini o lontani dai dati ottenuti dalle
stazioni di misurazione. Per tale motivo la valutazione deve sempre
essere accompagnata dallo studio dei processi descritti nel modello.
1.3 Caratteristiche generali dei modelli.
La scelta del modello o dei modelli da applicare deve essere
effettuata in funzione di:
- risoluzione spaziale e temporale della valutazione
- caratteristiche delle sorgenti di emissione
- caratteristiche degli inquinanti da considerare
Il modello deve essere di documentabile qualita' scientifica ed esser
stato sottoposto ad uno o piu' tra i metodi di valutazione previsti
dal paragrafo 1.2 in condizioni analoghe o confrontabili con i casi
in cui si intende applicarlo (in riferimento al tipo di inquinante ed
alla risoluzione spaziale e temporale ed al tipo di orografia).
La tabella 1 indica le caratteristiche dei modelli da utilizzare in
funzione della scala spaziale della valutazione e del tipo di
inquinante.
La tabella 2 indica la scala spaziale e temporale della valutazione
da effettuare con il modello in funzione del tipo di inquinante e del
periodo di mediazione del valore limite o obiettivo ed in funzione di
una serie esemplificativa di tipologie di stazioni e di siti fissi.
Tabella 1
---------------------------------------------------------------------
Scala spaziale della valutazione
---------------------------------------------------------------------
Descrizione | Locale/hot spot |Urbana/agglomerato| Regionale
| (1-1000 m) | (1-300 Km) | (25- 10.000 Km)
---------------------------------------------------------------------
Tipo di |Modelli parame- |Modelli parame- |Modelli chimici di
modello |trizzati gaus- |trizzati gaussiani|trasporto Euleria-
|siani e non |e non gaussiani |no
|gaussiani |Modelli chimici di|Modelli chimici
|Modelli statisti-|trasporto Eule- |Lagrangiani
|ci |riano |
|Modelli fluido |Modelli Lagrangia-|
|dinamici con |ni |
|trattazione degli| |
|ostacoli | |
|Modelli Lagran- | |
|giani | |
---------------------------------------------------------------------
Meteorologia |Misure meteoro- |Modelli meteoro- |Modelli meteoro-
|logiche locali |logici a mesoscala|logici sinottici/
|Modelli fluido |Misure meteorolo- |mesoscala
|dinamici con |giche localizzate |
|trattazione degli|Modelli diagnosti-|
|ostacoli |ci per i campi di |
|Modelli meteoro- |vento |
|logici a mesosca-| |
|la | |
|Modelli diagno- | |
|stici per i campi| |
|di vento | |
---------------------------------------------------------------------
Chimica |Limitata o nes- |Da nessuna a in- |Inclusa
|suna |clusa a seconda |
| |dei casi |
---------------------------------------------------------------------
Inquinanti | Locale/hot spot |Urbana/agglomerato| Regionale
---------------------------------------------------------------------
PM10 |No processi |Deposizioni |Deposizioni
|chimici |Formazione di |Formazione di
| |particolato secon-|particolato secon-
| |dario inorganico |dario
| | |inorganico ed
| | |organico
| | |Polveri sospese
| | |Sale marino
---------------------------------------------------------------------
PM2,5 |No processi |Deposizioni |Deposizioni
|chimici |Formazione di |Formazione di
| |particolato secon-|particolato secon-
| |dario inorganico |dario inorganico
| | |ed organico
---------------------------------------------------------------------
NO2 |Chimica foto- |Chimica foto- |Deposizioni
|ossidazione di |ossidazione |Chimica foto-
|base |limitata |ossidazione
|Relazioni |Schemi foto- |completa
|statistiche/ |stazionari |
|empiriche |Relazioni |
| |statistiche/ |
| |empiriche |
---------------------------------------------------------------------
NOx |No processi |No processi |Chimica foto-
|chimici |chimici |ossidazione
| | |completa
---------------------------------------------------------------------
O3 |Come per NO2 |Come per NO2 |Come per NO2
---------------------------------------------------------------------
SO2 |No processi |Deposizioni |Deposizioni
|chimici |Formazione di |Formazione di
| |particolato |particolato secon-
| |secondario |dario inorganico
| |inorganico |Chimica foto-
| | |ossidazione
| | |completa
---------------------------------------------------------------------
Pb |No processi |Deposizioni |Deposizioni
|chimici |No processi |Schemi chimici
| |chimici |specialistici
---------------------------------------------------------------------
Benzene |No processi |Deposizioni |Chimica foto-
|chimici | |ossidazione
| | |completa
---------------------------------------------------------------------
CO |No processi |No processi |Chimica foto-
|chimici |chimici |ossidazione
| | |completa
---------------------------------------------------------------------
Metalli |No processi |Deposizioni |Deposizioni
pesanti |chimici |Schemi chimici |Schemi chimici
| |dedicati |dedicati
---------------------------------------------------------------------
Tabella 2
---------------------------------------------------------------------
Inquinante |Scala spaziale e temporale della valutazione modellistica
| in funzione del tipo di inquinante considerato, del
|periodo di mediazione del valore e del tipo di stazione e
| di tipo di sito fisso
|---------------------------------------------------------
| Periodo di |Tipo di stazione|Risoluzione|Risoluzione
| mediazione |e di sito fisso |temporale |spaziale del
| | |del modello|modello
---------------------------------------------------------------------
PM10 |Media annua |Traffico |oraria |< 1 km
|Media |Fondo urbano | |1-5 Km
|giornaliera |Fondo regionale | |10-50 km
---------------------------------------------------------------------
PM2,5 |Media annua |Fondo urbano |oraria |1-5 Km
| |Fondo regionale | |10-50 Km
---------------------------------------------------------------------
Speciazione|- |Rurale |Oraria -|10-50 Km
PM | | |Giornaliera|
---------------------------------------------------------------------
NO2 |Media oraria|Traffico |oraria |< 1 km
|Media annua |Fondo urbano | |1-5 Km
---------------------------------------------------------------------
NOx |Media | |oraria |
|annuale | | |
---------------------------------------------------------------------
O3 |Media 8 ore |Suburbano |oraria |10-50 Km
| |Rurale | |
---------------------------------------------------------------------
SO2 |Media oraria|Tutti |oraria |Tutti
|Media | | |
|giornaliera | | |
|Media annua | | |
|Media | | |
|invernale | | |
---------------------------------------------------------------------
Pb |Media annua |Traffico |Annuale |< 1 km
| |Fondo urbano | |1-5 Km
---------------------------------------------------------------------
Benzene |Media annua |Traffico |Annuale |< 1 km
| |Fondo urbano | |1-5 Km
---------------------------------------------------------------------
CO |Media 8 ore |Traffico |Oraria |< 1 km
---------------------------------------------------------------------
Metalli |Media annua |Traffico |Annuale |< 1 km
| |Fondo urbano | |1-5 Km
---------------------------------------------------------------------
1.4 Misura dell'incertezza delle tecniche di modellizzazione
Gli obiettivi di qualita' per i modelli sono descritti all'allegato I
del presente decreto e l'incertezza ivi prevista e' calcolata come di
seguito illustrato.
Per ciascun punto in relazione al quale si confrontino dati ottenuti
dalle stazioni di misurazione con quelli ottenuti dalle simulazioni,
si definisce l'errore relativo (ER) come
(Ovl - Mvl )
ER = -----------,
VL
dove Ovl e' la concentrazione misurata piu' vicina al valore limite
(o al valore obiettivo) e Mvl e' la corrispondente concentrazione
fornita dal modello nella distribuzione quantile-quantile
(distribuzione in cui valore misurato e valore simulato sono abbinati
ordinando tutte le concentrazioni misurate e simulate in ordine
crescente).
Il massimo valore di ER trovato utilizzando il 90% delle stazioni di
misurazione presenti nel dominio di calcolo del modello e' il Massimo
Errore Relativo (MER) e corrisponde all'incertezza della tecnica di
modellizzazione definita al paragrafo 1, punto 6, dell'allegato I.
La possibilita' di escludere, per il calcolo dell'incertezza, il 10%
delle stazioni di misurazione presenti nel dominio di calcolo del
modello deve essere valutata in funzione del numero complessivo di
tali stazioni e della loro rappresentativita' spaziale.
Se il dominio di calcolo del modello comprende un numero di stazioni
di misurazione inferiore a 10, nessuna di queste puo' essere esclusa
dal calcolo dell'incertezza. I migliori risultati di confronto tra le
concentrazioni simulate e quelle misurate si ottengono quando le
stazioni di misurazione sono rappresentative di una porzione di
territorio all'incirca pari alla risoluzione del modello. Ad esempio,
un modello con risoluzione 5x5 km non e' in grado di fornire
risultati adeguati a scale inferiori. Ne consegue che la stazione di
misurazione con cui confrontare le concentrazioni simulate deve
essere rappresentativa di una porzione di territorio di almeno 25 km2
.
Per determinare l'incertezza del modello e', pertanto, necessario
operare, per quanto possibile, il confronto delle concentrazioni
simulate con i dati ottenuti da un set di stazioni di misurazione
aventi rappresentativita' spaziale congruente con la risoluzione
spaziale del modello.
Dato che la rappresentativita' spaziale dei modelli e' nota
(risoluzione spaziale del modello), e' opportuno che anche l'area di
rappresentativita' delle stazioni sia individuata. Per tale motivo,
e' opportuno che, nell'individuare ciascuna stazione, le
denominazioni "traffico", "industriale", "fondo urbano" siano
accompagnate da una valutazione quantitativa in termini di superficie
rappresentata.