Variabilita spazio-temporale del particolato ultrafine in Pianura Padana

The following study provides an analysis of ultrafine particles concentrations in the Po Valley, comparing different types of sites (Bologna, Milan and Padua are urban sites, while San Pietro Capofiume and Ispra are rural site). Data came from a measurement campaign in February 2014, which it collected concentration data in hourly time resolution and in the dimensional range 20 – 600/800/10000 nm, depending on the site, divided in 6 classes. Data have been processed and analyzed, first in average daily terms and then in hourly terms. From daily averages analysis, it was possible to compare concentration trends of different stations and look for any correlations through the calculation of correlation matrices, both for the total particles number and for the different dimensional ranges. Then, we proceeded to the representation of the dimensional distribution in each site. Through a cluster analysis with k-means, days were grouped by the same size distribution, by same level of pollutants and by same values of meteorological variables. The comparison between the three cluster analysis allowed to highlight possible similarities between groups. Subsequently, it has carried out a correlation analysis between particles number concentrations and some atmospheric pollutants (NOx, PM10, PM2.5, SO2 e CO) and meteorological parameters (wind speed, temperature, relative humidity, solar radiation and rain). At hourly level, it has studied the trend of particles number, in weekdays and week-end (Sunday), and the contribution of different dimensional classes to the total number of particles. Results show February daily average concentration vary from 1.1∙104 particles/cm3 (Milan) to 5∙103 particles/cm3 (San Pietro). All dimensional distributions have a mode between 60 and 100 nm. From cluster analysis results it was noted that there is a greater relationship between clusters of number of particles and of pollutants concentrations than between clusters of number of particles and of meteorological parameters. The particles number concentration is correlated strongly with the concentrations of NOx and CO, suggesting that motor vehicle emissions constituted the principal source of ultrafine particles. The correlation between particle mass (PM10 and PM2.5) and number concentration is moderate, but very variable depending on the station considered. For meteorological variables, only a slight indirect correlation with wind speed was found. No correlation of particles number with rain. The hourly temporal variation of the particle number concentration was seen to follow the traffic trend: one mode between 7 am and 9 am and another mode between 7 pm and 10 pm. Analysis of dimensional classes suggests that, during the daily modes, the contribution of particles, with dimensions in the range of 20-50 nm, greatly increases.

Il seguente lavoro fornisce un’analisi delle concentrazioni di particolato ultrafine presenti in Pianura Padana, mettendo a confronto varie tipologie di siti (Bologna, Milano e Padova sono siti urbani, mentre San Pietro Capofiume e Ispra sono siti rurali). I dati provengono da una campagna di misura condotta nel febbraio 2014, in cui sono stati raccolti dati di concentrazione con risoluzione oraria nell’intervallo dimensionale da 20 nm a 600/800/10000 nm, a seconda del sito, suddiviso in 6 classi dimensionali. I dati sono stati elaborati e analizzati, prima in termini medi giornalieri e poi in termini orari. Dall’analisi delle medie giornaliere è stato possibile effettuare un confronto tra gli andamenti temporali delle concentrazioni nelle diverse stazioni e valutarne le analogie tramite il calcolo delle matrici di correlazione, tanto per il numero totale di particelle quanto con riferimento ai singoli intervalli dimensionali. Si è proceduto poi alla rappresentazione della distribuzione dimensionale della concentrazione numerica nei diversi siti. Con un’analisi cluster si sono raggruppati i giorni per medesima distribuzione dimensionale, per stesso livello di inquinanti e per simile valore delle variabili meteo. Il confronto tra le 3 clusterizzazioni ha permesso di evidenziare eventuali similitudini tra i gruppi. Successivamente è stata effettuata l’analisi di correlazione tra concentrazione numerica di particelle e quella di alcuni inquinanti atmosferici (NOx, PM10, PM2.5, SO2 e CO) e fra la concentrazione numerica di particolato e i principali parametri meteorologici (velocità del vento, temperatura, umidità relativa, radiazione solare e precipitazione). Per quanto riguarda l’analisi oraria, è stato studiato l’andamento orario, sia nei giorni feriali che in quelli festivi e il contributo orario delle varie classi dimensionali al numero totale di particelle. I risultati mostrano che le concentrazioni medie del periodo variano da 1.1∙104 particelle/cm3 (Milano) a 5∙103 particelle/cm3 (San Pietro). Milano e Bologna hanno andamenti medi giornalieri simili, confermati anche dalle matrici di correlazione. Tutte le distribuzioni dimensionali mostrano un picco tra i 60 e i 100 nm. L’analisi cluster ha portato a dire che c’è una maggior similitudine tra i cluster del numero di particelle e delle concentrazioni d’inquinanti che tra i cluster del numero di particelle e dei parametri meteorologici. Le concentrazioni numeriche sono ben correlabili con i parametri caratteristici di fonti primarie (traffico), quali ossidi di azoto e monossido di carbonio. Le concentrazioni in massa di PM10 e PM2.5 e in numero di particolato risultano avere una correlazione mediamente positiva, ma molto variabile a seconda della stazione presa in considerazione. Per i parametri meteorologici, l’analisi ha messo in evidenza una discreta correlazione indiretta con la velocità del vento. La precipitazione non è per nulla correlata con il numero delle particelle, in quanto il valore dei coefficienti varia intorno allo zero. L’andamento orario delle concentrazioni numeriche ha evidenziato la presenza di due picchi, uno mattutino dalle ore 7 alle ore 9 e uno serale dalle ore 10 alle ore 21, dovuti essenzialmente ai contestuali picchi del traffico. Analisi sull’evoluzione oraria del diametro delle particelle ha portato alla conclusione che, durante i picchi dovuti al traffico veicolare, il contributo numerico delle particelle di dimensione tra i 20 e i 50 nm aumenta notevolmente.