Lecce – Osservatorio Climatico Ambientale

Lecce

Regione: Puglia

Posizione: Lat: 40°3’N Long: 18°1’E

Regione: Puglia, Posizione: Lat: 40°20’10.8’’N Long: 18°07’21’’E

Descrizione del sito di misura

La stazione di Lecce del CNR-ISAC è ubicata a circa 4 km (in direzione SW) dall’area urbana e può essere classificata come un sito “urban background’. Il sito si trova a 30 km ed 80 km dai più importanti centri industriali della Regione Puglia (Taranto e Brindisi). Come evidenziato da Mangia et al. (2004), oltre alla forzante a scala sinottica (qui descritta attraverso l’uso di un modello per il calcolo di retrotraiettorie tridimensionali di masse d’aria, si veda la Figura LE-1), il contrasto termico fra la superficie terrestre e quella marina ha un ruolo non trascurabile nel determinare la circolazione atmosferica nella regione del sito di potenziamento. Ciò attraverso lo sviluppo di un complesso sistema di brezze mare-terra che si estendono sino all’interno della penisola Salentina.

Figura LE-1: Campo di frequenza delle retro-traiettorie a 120 ore delle masse d’aria calcolate per le ore 12 UTC nel periodo 2006 – 2011 attraverso il modello HYSPLIT a partire da dati meteorologici NCEP-GADS. La scala di colore indica i valori di frequenza (%) dell’occorrenza di traiettorie su una griglia 1°×1°.

 Descrizione dell’Osservatorio Climatico-Ambientale

L’osservatorio è ospitato in uno shelter posizionato sul tetto dell’Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima (Unità Organizzativa di Supporto di Lecce) a circa 12 m dal livello strada all’interno del Campus Universitario di Lecce (Figura LE-2). L’osservatorio è utilizzato per la raccolta di dati ambientali in continuo riguardanti la meteorologia locale, le concentrazioni di diversi inquinanti gassosi e di diverse frazioni del particolato atmosferico. Il controllo strumentale, l’acquisizione e l’analisi dati sono gestiti in modalità remota via internet. 

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Figura LE-2: Fotografie dell’esterno e dell’interno dell’Osservatorio.

Il tetto dello Shelter è predisposto per misure meteorologiche in Real Time grazie alla presenza di un Radiometro Solare (Kipp & Zonen, mod. CNR4) per la misura della radiazione solare e termica, e di una stazione meteorologica automatica (Vaisala, mod. WXT520) per l’acquisizione dei principali parametri meteorologici (Figura Le-2 b). Il tetto dell’Osservatorio ospita le sonde di prelievo per gas e aerosol connesse alla strumentazione di misura collocata all’interno dello shelter.

All’esterno dell’Osservatorio è presente un gabbiotto (Figura LE-02 d), che ospita le miscele di gas puri necessari alla calibrazione periodica dei rilevatori delle concentrazioni di gas, ed un palo telescopico predisposto ad ospitare strumenti di misura dedicati a misure di concentrazione e di flussi verticali turbolenti di particelle in numero ad alta risoluzione temporale mediante tecnica Eddy-Covariance (Figura LE-02 a) utilizzando un Contatore di Particelle Ultrafini a Condensazione-UCPC (TSI, mod. 3776) ed un anemometro ultrasonico Gill R3.

L’interno dello Shelter è equipaggiato con diversi strumenti per studi atmosferici e ambientali (Figura Le-2 e):

  • Sonda di campionamento gas (General Impianti srl) riscaldata per il controllo dell’umidità relativa, collegata ad un manifold a 11 vie.

  • Sonda di campionamento aerosol, cut-off a PM10, con manifold a 10 vie dotata di pompa ad alto volume (Mega System srl, mod. X1-Hornet).

  • Strumenti per la distribuzione dimensionale di particelle con range compreso nei seguenti intervalli:

  • tra 8 nm e 800 nm: Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS prodotto presso l’Istituto Tropos- Leibniz Institute for Tropospheric Research, in conformità alle specifiche Actris).

  • tra 0.28 µm e 10 µm: Optical Particle Counter (OPC FAI instruments, mod. Multichannel).

  • Campionatore di particolato (FAI Instruments, mod. SWAM5a Dual Channel) che misura le concentrazioni in massa di PM2.5 e PM10 utilizzando il principio di misura basato sull’attenuazione di raggi β.

  • Misura delle concentrazioni di Black Carbon in atmosfera attraverso un Multi Angle Absorption Photometer (Thermoscientific, mod. 5012).

  • Misura del coefficiente di back scattering dell’aerosol atmosferico attraverso un Nefelometro (TSI, mod. 3560).

  • Misura delle concentrazioni di gas, CO, CO2, CH4 e vapor d’acqua, attraverso un rilevatore PICARRO (mod. G2401).

  • Misura della concentrazione atmosferica di gas attraverso analizzatori automatici di Ozono (Thermoscientific, mod. 49i) e ossidi di Azoto (Thermoscientific, mod. 42i-TL).

  • Misura del contenuto colonnare degli inquinanti gassosi per mezzo di uno spettrofotometro DOAS provvisto di una testa esterna di misura localizzata sul tetto dell’osservatorio e collegata allo spettrofotometro tramite fibre ottiche.

  • Sistemi di calibrazione per i rilevatori di gas montati a rack: calibratore multipoint (Thermoscientific, mod. 146i) utilizzato per la calibrazione dell’analizzatore di ossidi di azoto, generatore di ozono (Thermoscientific, mod. 49i-PS) per la calibrazione periodica dell’analizzatore di concentrazione di ozono e generatore di aria di zero (Thermoscientific, mod. 146i).

  • Un server di stazione con monitor che comunica con i diversi strumenti ed archivia i relativi dati. Il server di stazione opera come tramite per la visualizzazione ed il trasferimento remoto dei dati ed è collegato ad un datalogger Campbell Scientific CR1000 con batteria tampone.

 Ulteriori approfondimenti sulla strumentazione installata presso l’osservatorio climatico-ambientale sono disponibili al seguente indirizzo: http://vulcano.le.isac.cnr.it/poster/Conte_Workshop_IAMICA_2015A.pdf.

Principali Risultati Scientifici Recenti

I principali risultati scientifici ottenuti negli ultimi anni presso il sito di potenziamento di Lecce riguardano lo studio della variabilità della composizione dell’atmosfera (e.g. Contini et al., 2010), della micrometeorologia (e.g. Cava et al., 2008) e della meteorologia (e.g. Mangia et al., 2004).

Uno studio inerente la caratterizzazione chimica del PM10 nel periodo gennaio 2007 – gennaio 2008 (valore medio: 26 mg m-3) ha permesso di identificare le principali componenti che ne modulano la variabilità: materiale crostale (49.5%), aerosol secondario inorganico (24.1%), aerosol marino (6.3%), traffico (16.5%), attività industriali (2.1%). Tali analisi hanno evidenziato come la stagionalità del PM10 nell’area della stazione ISAC di Lecce sia caratterizzata da un andamento, opposto a quello evidenziato in siti di misura del Nord Italia, con valori più elevati in primavera-estate e valori più bassi durante l’inverno. Ciò come conseguenza del maggiore apporto durante l’estate del trasporto di aerosol minerale dal Nord Africa (Contini et al., 2014a).

Nell’area dell’Osservatorio è stato svolto uno studio (Contini et al., 2014b) di caratterizzazione delle componenti solubili in acqua del particolato atmosferico campionato in modalità size-segregated con un impattore a cascata multistadio (MOUDI-II). I risultati hanno mostrato la presenza di carbonati di calcio e magnesio nella frazione coarse (particelle con diametro > 1 µm), solfato di ammonio nella frazione fine (diametro < 1 µm) e nitrato di sodio nella frazione coarse.

E’ stata sviluppata una metodologia (Donateo et al., 2006) per valutare i flussi verticali di PM2.5 accoppiando misure ottiche di aerosol con anemometri ultrasonici. Tale metodologia è risultata utile nell’identificazione del contributo delle sorgenti locali di aerosol (emissioni da industrie o dal livello del suolo) rispetto a sorgenti distanti dal sito di misura.

Sono inoltre stati condotti studi finalizzati alla valutazione della variabilità dell’altezza dello strato limite atmosferico. In particolare, il confronto fra diverse metodologie di valutazione ha permesso di definire che l’uso di metodi spettrali applicati a misure da anemometri sonici possono rappresentare una risorsa preziosa per applicazioni operative inerenti la stima della quota dello strato limite atmosferico.

Riferimenti bibliografici:

Cava, D., Contini, D., Donateo, A., Martano, P.: Analysis of short-term closure of the surface energy balance above short vegetation, Agricultural and forest meteorology 14 8, 82-93, 2008.

Contini, D., Cava, D., Martano, P., Donateo, A., Grasso, F. M.: Comparison of indirect methods for the estimation of Boundary Layer height over flat-terrain in a coastal site, Meteorologische Zeitschrift, 18- 3, 309-320 (12), 2009.

Contini, D., Genga, A., Cesari, D., Siciliano, M., Donateo, A., Bove, M.C., Guascito, M.R.: Characterisation and source apportionment of PM10 in an urban background site in Lecce, Atmospheric Research, 95, 1, 40-54, 2010.

Contini, D., Cesari, D., Donateo, A., Chirizzi, D., Belosi, F.: Characterization of PM10 and PM2.5 and Their Metals Content in Different Typologies of Sites in South-Eastern Italy, Atmosphere, 5, 435-453, 2014a.

Contini, D., Cesari, D., Genga, A., Siciliano, M., Ielpo, P., Guascito, M.R., Conte, M.: Source apportionment of size-segregated atmospheric particles based on the major water-soluble components in Lecce (Italy), Science of the Total Environment, 472, 248–261, 2014b.

Donateo, A., Contini, D., Belosi, F.: Real time measurements of PM2.5 concentrations and vertical turbulent fluxes using an optical detector, Atmospheric Environment, 40, 7, 1346-1360, 2006.

Mangia, C., Martano, P., Miglietta, M. M., Morabito A., and Tanzarella, A.: Modelling local winds over the Salento peninsula. Meteorological Applications, 11, 231-244, 2004.

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