Misura delle polveri sottili nell'aria: sperimentazione di un lidar-telemetrico presso l'Arpat di Firenze


Mercoledì 29 novembre 2006- Con la crescente ‘popolarità’ delle “polveri sottili” sta contemporaneamente crescendo l’esigenza di metodi di misura complementari alle tradizionali tecniche basate sul filtraggio di grandi masse di aria.
Le tecniche tradizionali di monitoraggio presentano infatti l’inconveniente di una bassissima risoluzione temporale: occorrono da alcune ore all’intera giornata per ottenere risultati attendibili.
Si perde così una delle principali peculiarità dei fenomeni di inquinamento urbano, e cioè l’elevata variabilità delle concentrazioni nelle diverse ore del giorno.
Nasce quindi l’esigenza di strumentazione complementare, atta a seguire a livello semiquantitativo, ma completamente automatico, la concentrazione delle polveri sospese.
A questo scopo le tecniche ottiche rappresentano una soluzione a basso costo, consolidata ed affidabile.
Tra queste tecniche il LIDAR (LIght Detection And Ranging), che si può considerare l’equivalente ottico del RADAR, invia in atmosfera un fascio laser impulsato e misura la luce retrodiffusa dalle poveri sospese alle diverse quote con elevata risoluzione verticale e temporale. Il tutto senza pompe e filtri.
A titolo di esempio, nella pagina è riportato il grafico del ciclo diurno di concentrazione di polveri misurato a 30 metri di quota con un LIDAR presso IFAC (Via Panciatichi, Firenze) su un periodo di 20 giorni, in estate.
E’ evidente l’elevata variabilità della concentrazione, con picchi nelle ore di punta di dieci volte superiori ai valori notturni, una situazione che necessariamente passa inosservata con le tecniche convenzionali.
Tra i difetti della tecnica LIDAR, che ne minano l’accuratezza dei risultati, uno dei principali sta nel fatto che, misurando a distanza la luce diffusa dal pulviscolo, il LIDAR non consente la distinzione tra PM10 e PM2.5.
Inoltre il LIDAR misura la massa sospesa umida, e quindi in condizioni di elevata umidità atmosferica (oltre 95%) i risultati sono inattendibili in termini di PM a causa della formazione di nebbie.
Un difetto ancora maggiore del LIDAR nella sua forma convenzionale e completa risiede negli elevati costi di acquisto e mantenimento, che lo rendono inadatto all’impiego in reti stabili di monitoraggio delle polveri.
Con un occhio di riguardo per le problematiche concrete del monitoraggio, presso l’istituto IFAC del CNR è stato sviluppato un surrogato a basso costo del LIDAR, denominato “LIDAR telemetrico” che consente la misura continua delle polveri a distanze prefissate (10, 20, 50 e 100 metri).
Lo strumento è stato sperimentato nel 2006 sulla nave oceanografica ITALICA, nel Mare di Ross, per la misura continua dell’aerosol marino (le concentrazioni locali di aerosol in condizioni di mare calmo sono bassissime, tanto da determinare visibilità dell’ordine delle centinaia di chilometri).
Lo stesso strumento è stato utilizzato presso l’ARPAT Prato (progetto RT DOCUP OLIMPO) per un primo test di correlazione con misure convenzionali di PM10.
Attualmente, grazie ad un amichevole accordo con ARPAT Firenze, lo strumento è installato da Luglio 2006 presso la centralina ARPAT di Via Ponte alle Mosse, con l’intento di produrre misure continue di polveri ogni cinque minuti, per la durata di molti mesi.
I dati saranno correlati statisticamente coi dati convenzionali di PM2.5, PM10 e traffico veicolare raccolti dalla centralina.

Massimo Del Guasta
Istituto Fisica Applicata IFAC CNR
m.del guasta@ifac.cnr.it

Redazione Nove da Firenze