Development of a multi-scale modeling system for urban air quality assessment: case study over the Milan area

In the last decades, air pollution become one of the main issues that affected modern society. Despite a progressive reduction of pollutant emissions, the state of air quality in some countries, including Italy, overcome limit thresholds, even though the constant growth of the world population and the related needs (transport, electricity and food). Air quality alteration is mainly due to emissions and meteorology. Emissions can be both natural (sea salt, saharian dust and resuspension) and anthropogenic (transport, residential heating and agriculture), while the local anemological regime (wind speed and direction) and the atmospheric stability conditions are the most important meteorological variables that can significantly influence atmospheric dispersion and therefore modify the air quality. The World Health Organization and a large number of medical studies confirmed that air pollution exposure is one of the causes of premature death in both adults and children. The ever-increasing attention to the problem led to an ever-increasing development of the chemical-physical processes knowledge that involve both primary and secondary pollutants and, consequently, the technologies to evaluate and mitigate it. Particularly, Po Valley has always been affected by continuous exceeding of the thresholds, especially during winter time, for particulate matter (PM10 and PM2.5), determining a harmful situation for public health over the whole territory. Exceedances are mainly due to two factors: 1) high concentration of dust emission sources over an area strongly disadvantaged in terms of atmospheric dispersion, due to the weak exchange of air masses caused by Alps 2) very low wind speeds and frequent thermal inversions that favor the atmospheric stagnation of pollutants for shorter or longer periods. Atmospheric modelling is one of the most suitable tools for studying the state of air quality and, above all, for estimating the energy scenarios and/or environmental policies impacts. The models that are usually used are: a) meteorological models b) chemistry and transport models; both run on different spatial scales, starting from the global one up to the local one, with a higher spatial resolution. The main goal of this PhD, developed at the Research on the Energy System center (RSE), was to develop a new modeling tool able to estimate air pollution levels in a complex urban areas, considering local scale features (determined, for example, by the presence of roads with different traffic levels) as the larger-scale phenomena whose contributions are equally detectable. The modelling chain is composed by the meteorological model Weather and Forecast Research (WRF), the eulerian model of chemistry and transport at the regional scale Comprehensive Air Quality Model with Extensions (CAMx) and the Lagrangian model at local scale AUSTAL2000. The coupling of regional and local models derives from the inability of the former to work with high resolutions (typically greater than 1 km) and the lack in the second one, both of a chemical treatment of pollutions and contributions of sources located outside the local domain. Both regional and local phenomena (chemical and physical) are treated appropriately in order to obtain reliable estimates of concentrations over urban areas. The hybrid modelling system was run over the whole Po Valley and in particular, over the city of Milan, the northern Italy metropolis with a daily people flow over 2 millions. The first work of the three-year PhD program was focused on estimating the NOx concentration levels over a 1.6x1.6 km2 domain with a spatial resolution of 20 m, centered on Piazza del Duomo, for the whole year of 2010, both through the hybrid modelling system and the CAMx stand-alone apllication. The contribution generated by sources located outside the domain was estimated through a simulation over the metropolitan area of Milan, with a resolution of 1.7 km, nested into a domain covering the Po valley domain with 5 km grid step size. By means of hybrid system, the double counting of emissions on the local domain was avoided thanks to the PSAT algorithm implemented within the CAMx code. PSAT allowed determining two distinct emissive areas: 1) the innermost one ("local") corresponding to the simulation domain 2) the whole area outside the local domain ("background"). Taking into account emissions over local domain by AUSTAL2000 and only background emissions for CAMx, the total concentrations was properly estimated. The most important result achieved by the application of the hybrid modelling system was a more accurate reproducion of the concentration levels distribution over the local domain, with higher values on busiest road sections, also taking into account the presence of buildings. The overall performance of the hybrid modelling system did not see significant improvements compared to the CAMx stand-alone approach during comparison with the observations at the two air quality stations located within local domain. Despite bias decreased of 6 and 8 ppb (12% and 13% of the observed annual average) respectively, at Senato and Verziere AQ stations, the correlation between the concentrations time series decreased about 2% at both stations. This worsening could be ascribed to the concentration peaks produced by AUSTAL2000 during atmospheric stability conditions occurred during the night. Results showed a lack of efficiency in considering some local scale features (e.g: urban canyon), indicating that both the temporal modulation and the spatial distribution of emissions should be improved. The second work focused on source apportionment analysis, estimating the source categories and emissive areas contributions at an urban receptor located in Piazza del Duomo in Milan, by CAMx regional scale model. The analysis considered four pollutants: fine particulate matter (PM2.5), whose annual limit exceeded frequently during last years over the whole Po Valley, one of its primary components, the elemental carbon (EC), and a secondary one, the nitrate ion, (NO3-), and a gas, with a specific air quality threshold, the nitrogen dioxide (NO2), never evalutated before by this approach. The 11 emission categories represented the typical sources over the domain, including vehicular traffic (divided into 4 sub-categories: cars, light and heavy commercial vehicles and motorcycles), agriculture and residential heating (powered by biomass and with other fuels). The source apportionment analysis relied on 5 emissive regions: starting from a local domain, centered over Piazza del Duomo, we moved to the municipality of Milan, to the metropolitan area of Milan (Province), to the Lombardy region and finally to the whole Po Valley. PM2.5 results showed a dishomogeneity in the spatial distribution of contributions, where more than 50% of the contributions was generated far away from the receptor of Piazza del Duomo (Lombardy region and the Po Valley area). Focusing on the emission sources, the most impactful were transports, which contributed for 28% to the PM2.5 annual average, and the biomass burning in residential heating, with a percentage contribution of 24%. The simulations for PM2.5 components highlighted completely opposite situation. Its primary component, elemental carbon, derives mainly from the local area and from sources near the receptor; the local and urban background sources generated 73% of the final concentration (60% due to the city and its metropolitan area). The combination of transport and biomass burning contributions were again predominant, resulting in more than 80% of the final concentration. Conversely, about the secondary component, nitrate ion, the large part of contributions (more than 80%) were caused by emissive areas far away from receptor (Lombardy and the Po Valley areas) and only transports provided the most important contribution (43% of the total concentration) with almost the half part generated by heavy duty vehicles. The results obtained for nitrogen dioxide showed the main role of emissions from metropolitan area of Milan (including the city itself), that contributed for about 60%. However, the local area effects (almost 10% of total concentration) were relevant even tough the number of sources were negligible if compared to the sources located over the metropolitan area of Milan. Transport sector was the main source, generating more than 70% of the total concentration over the whole year. These results could be useful for supporting the evaluation of environmental scenarios both at local and regional level. However, since a validation of this tool was necessary, PM2.5 results were compared to the measures at Torre Sarca, in Milan, in 2013 in the framework of the AIRUSE project, led by Fulvio Amato, both at chemical speciation level and impact of the different sources, reconstructed by receptor models. Similarly to previous work, the source apportionment analysis was also performed by the hybrid modelling system, considering only fine particulate matter and elemental carbon. The evaluation involved 3 urban receptors (high traffic exposure, urban park and residential area) in order to highlight the hybrid modelling system capabilities, and in particular AUSTAL2000, to capture some key features of the urban context. As expected, the analysis of CAMx stand-alone results at 3 urban receptors did not showed relevant variations about concentration levels nor in their emission sources distribution. CAMx model was not able to evaluate the variability of an urban environment and generated similar results over the local domain. Conversely, hybrid modelling system led to a clear difference of both concentration levels and emission sources distribution. To better understand differences between hybrid modelling system and CAMx, only the contributions of local sources were analyzed. High traffic exposure receptor showed concentration levels 3 and 4 times higher respectively, at the residential and urban park site, both for PM2.5 and EC, regardless the period. Also the ratio between estimated concentrations for the residential and urban park sites was close to 2 throughout the year and for both pollutants. Relevant discrepancies were also found between emission sources distributions: transport sector was the main source at the traffic site (if compared to residential heating), while at urban park site biomass burning reached an equal weight. Adding the contributions generated by other sources (located outside the local domain), these differences were appreciable but dampened, especially at the traffic receptor. During the last period of the PhD and parallely to the model development, an experimental campaign was performed in order to study the particulate matter resuspension from road traffic. This experimental work, originally not contemplated in the research activity, relied on constant PM underestimation by the models and the lack of a deep characterization of the resuspension emission factors. These issues suggested two distinct experimental campaigns: 1) estimating the dust recharge rate on the road after a rainy event 2) estimating the impact of vehicle fleet composition and speed on resuspension emission factor. This experience was made possible thanks to the the instrumentation, specially developed in previous campaigns, and scientific support by Dr. Fulvio Amato and the his research group of the IDEA (Instituto Diagnostico Ambiental y Estudios del Agua) of Barcelona, and the precious collaboration by Marco Bedogni of the environmental and mobility agency of Milan (AMAT). The first campaign took place between October 2016 and March 2017 with a sampler able to detect the silt load deposited over the road surface with a flow rate of 30 l/min on a quartz filter. Operationally, the filters were left in the climatic chamber for about 2 weeks in order to remove the residual moisture and weighed on a 5 precision digits balance. In order to better characterize the recharge rate, it was necessary to intensify the sampling frequency since the end of the rainy event, 8 samplings during the first day, to arrive at a 1 sampling on the fifth day. Despite the numerous problems occurred during the campaign, only two suitable events for the gravimetric determination phase were captured. However, measures showed a logarithmic trend representin the phenomenon, with a rapid growth during the first hours after the rainy event reaching the maximum value after about 48 hours. To make the analysis and results more robust, it would be necessary to complete the database with other suitable rainy events. The second campaign, carried out during the last months of PhD, focused on the estimation of a PM emission factor due to road traffic relied on vehicles types travelling on the road arch and their speed. The measurement campaign was divided into two parts, both with an exposure time of two weeks, considering the speed variation due to the installation of speed cameras. In order to obtain information on the effect of the different vehicle classes on resuspension, the experimental campaigns were conducted simultaneously along three different Milan roads (Via Parri, Via dei Missaglia and Via Ferrari). The resuspended mass was captured by passive samplers installed on light poles positioned between the two carriageways or on the side of the road. For each road an array of three passive samplers were installed at different heights capturing lighter particles (higher samplers) and heavier ones (lower samplers). After the exposure period, passive samplers were collected and taken to the laboratory for a first phase of washing and collection of the PM mass on quartz filters and a second drying phase in the climatic chamber and final weighing. The results obtained on Via dei Missaglia and Via Ferrari showed a reduction of the resuspended mass, correlated with a reduction of travelling speed, in the lower samplers, while on the higher ones the mass was similar. Data analyzed on Via Parri showed a substantial increase in the resuspended mass probably due by an incorrect position of passive samplers, too close to a guardrail. However, a construction site not foreseen during the second campaign made the experiment invalid.

Negli ultimi decenni l’inquinamento atmosferico è diventato uno dei principali problemi con il quale la società moderna si è dovuta confrontare. Nonostante una progressiva diminuzione delle emissioni in atmosfera degli inquinanti, contrapposta ad una crescita costante della popolazione mondiale e delle relative necessità (trasporto, energia elettrica e alimentazione), lo stato attuale di qualità dell’aria in alcuni paesi, tra cui l’Italia, non riesce a soddisfare i limiti normativi. Le cause che concorrono all’alterazione della qualità dell’aria sono sia di tipo emissivo che meteorologico. Le emissioni che insistono su un territorio possono essere sia di tipo naturale (sale marino, dust sahariano e risospensione) che antropogenico (trasporti, riscaldamento e agricoltura), mentre le caratteristiche del regime anemologico locale (velocità e direzione del vento) e le condizioni di stabilità dell’atmosfera sono tra le più importanti variabili meteorologiche in grado di influenzare sensibilmente la dispersione atmosferica e quindi di modificare lo stato di qualità dell’aria. L’organizzazione Mondiale della Sanità e un gran numero di studi medici hanno confermato che l’esposizione all’inquinamento atmosferico è una delle cause di morte prematura sia negli adulti che nei bambini. L’attenzione sempre crescente verso il problema ha perciò portato ad uno sviluppo sempre maggiore della conoscenza dei processi chimico-fisici che coinvolgono gli inquinanti sia di tipo primario che di tipo secondario e, conseguentemente, delle tecnologie per valutarlo e arginarlo. In particolare, il bacino padano è da sempre interessato da continui superamenti dei limiti normativi, soprattutto nel periodo invernale, per il particolato atmosferico (PM10 e PM2.5) determinando una situazione particolarmente dannosa per la salute pubblica di tutto il territorio. Le cause di questi superamenti risiedono principalmente in due fattori: 1) un’elevata concentrazione delle sorgenti di emissione di polveri in un’area fortemente svantaggiata dal punto di vista della dispersione atmosferica per il debole ricambio delle masse d’aria determinato dalla cortina montuosa delle Alpi 2) velocità del vento molto basse e frequenti inversioni termiche, non aiutano la dispersione e, al contrario, favoriscono la stagnazione atmosferica degli inquinanti per periodi più o meno lunghi La modellistica atmosferica rappresenta uno degli strumenti più adatti a studiare lo stato di fatto della qualità dell’aria e, soprattutto, per stimare gli impatti di possibili scenari di sviluppo energetico e/o di politiche di controllo dell’inquinamento atmosferico. I modelli che vengono solitamente utilizzati sono: a) modelli meteorologici b) modelli di chimica e trasporto; entrambi agiscono su scale spaziali diverse, a partire da quella globale fino ad arrivare a quella locale, con una risoluzione spaziale e un dettaglio sempre maggiori. L’obiettivo di questo dottorato di ricerca, sviluppato presso il centro di Ricerca sul Sistema Energetico (RSE), è stato quello di sviluppare un nuovo strumento modellistico in grado di stimare i livelli di inquinamento in ambito urbano considerando, tanto le caratteristiche di un ambiente così eterogeneo dal punto di vista emissivo (determinato, ad esempio, dalla presenza strade con diverse intensità di traffico) quanto i fenomeni a più larga scala i cui effetti ricadono, anche con una certa intensità, a distanza di chilometri dal punto di emissione. La catena dello strumento modellistico è composta dal modello meteorologico Weather and Forecast Research (WRF), dal modello euleriano di chimica e trasporto a scala regionale Comprehensive Air Quality Model with Extensions (CAMx) e dal modello lagrangiano di diffusione a scala locale AUSTAL2000. L’esigenza di un accoppiamento del modello a scala regionale con quello a scala locale deriva dall’incapacità del primo di poter lavorare con risoluzioni elevate (tipicamente è opportuno operare con risoluzioni maggiori di 1 km) e dall’assenza nel secondo, sia di un modulo chimico che tenga conto delle reazioni in atmosfera che di informazioni sui contributi delle sorgenti poste al di fuori del dominio locale. In questo modo, ogni aspetto legato sia ai fenomeni regionali che locali di chimica e trasporto degli inquinanti viene trattato adeguatamente al fine di ottenere stime di concentrazioni in ambito urbano sempre più affidabili. Il sistema modellistico ibrido è stato applicato sull’intero bacino padano e in particolare sulla città di Milano, metropoli del nord Italia con un flusso medio giornaliero di persone superiore a 2 milioni. Il primo lavoro del percorso triennale di dottorato ha visto la stima dei livelli di concentrazioni di NOx su un dominio di 1.6x1.6 km2 con una risoluzione spaziale di 20 m, centrato su Piazza del Duomo, per l’intero anno del 2010, sia attraverso il sistema modellistico ibrido sia tramite l’applicazione del solo modello CAMx. Il contributo delle sorgenti localizzate al di fuori del dominio è stato calcolato attraverso una simulazione sull’area metropolitana di Milano, con una risoluzione di 1.7 km, innestata in un dominio che ha ricoperto l’intera pianura padana, in cui la simulazione ha una risoluzione di 5 km. Utilizzando il sistema ibrido, il doppio conteggio delle emissioni sul dominio di simulazione è stato evitato grazie all’algoritmo PSAT implementato all’interno del codice di CAMx, con il quale è stato possibile determinare due aree emissive distinte: 1) una più interna (“locale”) corrispondente al dominio di simulazione 2) tutta l’area esterna al dominio di simulazione (“di fondo”). Considerando la parte emissiva locale stimata per AUSTAL2000 e solo quella dell’area più esterna stimata per CAMx, il contributo delle sorgenti locali non è stato conteggiato due volte. Il risultato più importante raggiunto dall’applicazione del sistema ibrido è stato quello di ottenere una rappresentazione più accurata della distribuzione dei livelli di concentrazione sul dominio locale, con valori più elevati in corrispondenza dei tratti stradali più trafficati, anche tenendo conto inoltre degli effetti determinati dalla presenza degli edifici. In ogni caso, le prestazioni generali del sistema ibrido non hanno visto notevoli miglioramenti rispetto al semplice utilizzo del modello a scala regionale CAMx quando si sono confrontati i risultati modellistici con i valori di concentrazione rilevati nelle due stazioni di misura della qualità dell’aria presenti nel dominio locale. Nonostante lo scarto per la media annuale sia diminuito di 6 e 8 ppb (12% e 13% della media annuale osservata) rispettivamente nella stazione di Senato e Verziere, la correlazione tra le serie temporali delle concentrazioni è diminuita di circa il 2% in entrambe le stazioni. Questo peggioramento è stato causato dai picchi di concentrazione prodotti da AUSTAL2000 durante la notte, in condizioni di stabilità atmosferica. I risultati hanno mostrato inoltre una scarsa efficienza nel considerare alcune caratteristiche della scala locale (come le strutture a canyon urbano), indicando che tanto la modulazione temporale quanto la distribuzione spaziale delle emissioni devono essere oggetto di miglioramento. Nel secondo lavoro si è affrontato il tema del ruolo delle sorgenti, stimando i contributi delle diverse categorie ed aree emissive ad un recettore urbano localizzato in Piazza del Duomo a Milano, attraverso l’utilizzo del modello a scala regionale CAMx. L’analisi si è focalizzata su quattro inquinanti: il particolato fine (PM2.5), il cui limite annuale è stato superato frequentemente negli ultimi anni su tutto il territorio del bacino padano, una sua componente primaria, il carbonio elementare (EC), e una secondaria, lo ione nitrato, (NO3-), ed infine su un gas oggetto di uno specifico limite di qualità dell’aria, il biossido di azoto (NO2), mai studiato prima d’ora con questo tipo di approccio. Le 11 categorie emissive prese in esame rappresentano tutte le possibili sorgenti che insistono sul territorio, tra cui il traffico veicolare (diviso nelle 4 sottocategorie: autovetture, veicoli commerciali leggeri e pesanti e moto), l’agricoltura e il riscaldamento residenziale (alimentato con biomassa e con altri combustibili). L’analisi dei contributi è stata condotta anche su base areale, ed in particolare facendo riferimento a 5 regioni emissive: partendo da un dominio locale, centrato su Piazza del Duomo, si è passati al comune di Milano, all’area che corrisponde alla città metropolitana di Milano, all’intera regione Lombardia ed infine a tutto il bacino padano. I risultati ottenuti per il PM2.5 hanno mostrato una disomogeneità nella distribuzione spaziale dei contributi, attribuendo più del 50% dei contributi alle sorgenti poste più lontano dal recettore di Piazza del Duomo, ovvero alle aree emissive della regione Lombardia ed al restante territorio della pianura padana. Concentrandosi sulle sorgenti emissive, le più impattanti sono risultate i trasporti, che contribuiscono per il 28% alla media annua di PM2.5, e la combustione della biomassa nel riscaldamento residenziale, con un contributo percentuale del 24%. Le simulazioni condotte per le due componenti del PM2.5 hanno evidenziato situazioni del tutto opposte. La sua componente primaria, il carbonio elementare, deriva principalmente dall’area locale e dalle sorgenti prossime al recettore; infatti la somma dei contributi di queste sorgenti arriva fino al 73% sulla concentrazione finale (il 60% causato dall’area della città metropolitana di Milano e dalla città stessa). La combinazione dei contributi dei trasporti e della combustione della biomassa si è rivelata ancora quella preponderante, arrivando a determinare più dell’80% della concentrazione finale. Al contrario, per la componente secondaria, il nitrato, si nota che la maggior parte dei contributi (più dell’80%) proviene dalle aree emissive più lontane dal recettore (regione Lombardia e bacino padano) e che il settore dei trasporti, da solo fornisce il contributo più importante, determinando il 43% della concentrazione totale con in particolare, circa il 20% del nitrato totale stimato al recettore di Piazza del Duomo determinato dai veicoli commerciali pesanti. I risultati ottenuti per il biossido di azoto mostrano il ruolo principale delle emissioni dall’intera città metropolitana di Milano, compresa la città stessa, che complessivamente contribuiscono per circa il 60%. Tuttavia, particolarmente rilevante è anche l’effetto dell’area locale, che genera circa il 10% della concentrazione totale, nonostante il numero di sorgenti sia nettamente inferiore rispetto a quelle che si può trovare nelle aree emissive del comune e della città metropolitana di Milano. I trasporti risultano essere la sorgente principale, generando più del 70% della concentrazione totale sull’intero anno. I risultati di questa applicazione potrebbe essere di grande interesse e di supporto per la valutazione di ipotetici scenari ambientale sia a livello locale che regionale. In ogni caso, una validazione di questo strumento è necessaria e per questo motivo i risultati del PM2.5 sono stati confrontati con i dati osservati a Torre Sarca, a Milano, nel 2013 nel contesto del progetto AIRUSE, condotto da Fulvio Amato, sia a livello di speciazione chimica che di impatto delle diverse sorgenti, ricostruite attraverso l’utilizzo di modelli a recettore. Analogamente a quanto svolto nel precedente lavoro, lo studio del ruolo delle sorgenti è stato condotto anche tramite l’applicazione del sistema modellistico ibrido, sviluppando la valutazione caso per il particolato fine e per il carbonio elementare. La valutazione ha interessato 3 tipologie di recettori urbani (elevata esposizione al traffico, parco urbano e zona residenziale) per evidenziare le capacità del sistema ibrido, ed in particolare della sua componente modellistica alla scala locale AUSTAL2000, di catturare alcune delle caratteristiche di un ambito eterogeneo come quello urbano. Infatti, l’analisi dei risultati dell’applicazione di CAMx per la valutazione del ruolo delle sorgenti nei 3 recettori urbani non sono state evidenziate particolari variazioni nei livelli di concentrazione né tantomeno nella loro distribuzione, in termini di sorgenti emissivi. Il modello a scala regionale CAMx, non potendo lavorare a scale spaziali inferiori ad 1 km, non è stato in grado di valutare la variabilità di un ambito urbano ed ha generato un risultato in simile in tutti i recettori. L’applicazione del sistema ibrido ha portato invece ad una netta diversificazione sia dei livelli di concentrazione che dei singoli contributi. Per meglio comprendere le differenze fra il sistema ibrido e CAMx, sono stati analizzati solo i contributi delle sorgenti localizzate nel dominio locale. Il recettore posizionato in corrispondenza di un incrocio trafficato ha presentato livelli di concentrazione in media 3 e 4 volte più alti rispettivamente al sito residenziale e a quello localizzato nel parco, sia per il PM2.5 che per il EC, indipendentemente dal periodo. Anche il rapporto fra le concentrazioni stimate per il sito residenziale per quello urbano è prossimo a 2 durante tutto l’anno e per entrambi gli inquinanti. Importanti differenze sono state riscontrate anche fra i contributi delle diverse sorgenti, molto più elevati quello dei trasporti nel sito da traffico rispetto al riscaldamento, fino ad arrivare ad un sostanziale equilibrio nella zona del parco urbano. Aggiungendo i contributi derivanti da tutte le altri sorgenti poste al di fuori del dominio locale, tali differenze sono state smorzate rimanendo tuttavia apprezzabili, soprattutto in corrispondenza del recettore da traffico. Parallelamente alla parte di sviluppo modellistico, è stato possibile condurre durante l’ultimo periodo del dottorato, un lavoro sperimentale sul campo per lo studio del fenomeno di risospensione di polveri da traffico stradale. Tale lavoro sperimentale, originariamente non contemplato nell’attività di ricerca, ha trovato motivazione nella costante sottostima del particolato atmosferico da parte dei modelli e nella mancanza di una precisa caratterizzazione dei fattori di emissione di risospensione. Queste lacune hanno suggerito di condurre due campagne sperimentali distinte aventi come obiettivo: 1) la stima del rateo di ricarica delle polveri sul manto stradale dopo un evento piovoso 2) la stima del fattore di emissione delle polveri da risospensione dipendente dal tipo di flotta veicolare e al variare della velocità di percorrenza. Questa esperienza è stata possibile grazie al supporto scientifico ed alla strumentazione, appositamente sviluppata in precedenti campagne, messa a disposizione dal Dottor Fulvio Amato e dal gruppo di ricerca dell’IDAEA (Instituto Diagnostico Ambiental y Estudios del Agua) di Barcellona, e dalla preziosa collaborazione di Marco Bedogni dell’Agenzia Mobilità Ambiente Territorio di Milano. La prima campagna di misura si è svolta tra ottobre 2016 e marzo 2017 con un campionatore in grado di aspirare lo strato di polvere creatosi sul manto stradale con una portata di 30 L/min e farlo depositare su un filtro posto al termine del campionatore. Operativamente, i filtri sono stati lasciati in camera climatica per circa 2 settimane per eliminare l’umidità residua e successivamente pesati su una bilancia con 5 cifre di precisione. Al fine di caratterizzare al meglio il fenomeno di ricarica stradale, è stato necessario intensificare la frequenza dei campionamenti sin dal termine dell’evento piovoso, circa 8 durante il primo giorno, per arrivare ad effettuare un solo campionamento al quinto giorno. Nonostante le numerose problematiche sopraggiunte durante l’intera campagna, è stato possibile catturare solo due eventi idonei alla fase di determinazione gravimetrica dei filtri. In entrambi i casi però si è potuto notare il medesimo andamento logaritmico a saturazione del fenomeno, con una rapida crescita durante le prime ore dopo l’evento piovoso per arrivare al massimo valore dopo circa 48 ore. Per rendere più robusta l’analisi e i risultati sarebbe necessario completare la base di dati con altri eventi piovosi idonei per il campionamento. La seconda attività sperimentale, condotta proprio nei mesi conclusivi del dottorato, si è concentrata sulla stima di un fattore di emissione del particolato risospeso dal traffico stradale che dipendesse sia dalla tipologia di traffico veicolare transitante sull’arco stradale che dalla sua velocità di percorrenza. La campagna di misura è stata divisa in due parti, ognuna con un tempo di esposizione di circa due settimane, per considerare la variazione di velocità causata dall’installazione di limitatori di velocità (autovelox). Al fine di ottenere indicazioni sull’effetto delle diverse classi veicolari sulla risospensione, le due campagne di misura sono state condotte contemporaneamente lungo 3 strade di Milano diverse fra loro (Via Parri, Via dei Missaglia e Via Ferrari) sia per velocità di percorrenza che per composizione del traffico. La massa risospesa è stata catturata da campionatori passivi installati su pali della luce posizionati al centro strada, fra le due carreggiate, o a bordo strada. Per ogni strada sono stati installati tre campionatori passivi a diverse altezze per catturare sia le particelle più leggere (campionatori più alti) sia quelle più pesanti (campionatori più bassi). Dopo il periodo di esposizione, i campionatori passivi sono stati raccolti e portati in laboratorio per una prima fase di lavaggio e raccolta del materiale depositatosi sui piattelli attraverso dei filtri in fibra di quarzo e una seconda fase di asciugatura in camera climatica dei filtri e pesatura finale della massa risospesa. I risultati ottenuti sui tratti stradali di Via dei Missaglia e Via Ferrari hanno mostrato una riduzione della massa risospesa, correlata ad una riduzione della velocità di percorrenza, nei campionatori posizionati più in basso mentre su quelli più in alto la massa misurata è stata la stessa se non maggiore. I dati analizzati su Via Parri hanno mostrato un sostanziale aumento della massa risospesa, in controtendenza rispetto alle altre due strade, probabilmente causato da una scorretta posizione dei campionatori passivi, troppo prossimi ad un guardrail che ha impedito il corretto svolgimento dell’esperimento ma soprattutto all’inizio di un cantiere non previsto durante la campagna di misura post-autovelox che ha di fatto reso non valido l’esperimento.