Assessment of the impacts of trees on pollutants dispersion in urban canopy by means of a wind tunnel study

The objective of the present work has been to assess the impacts on pollutant dispersion induced by lines of trees placed in a street canyon, located in an urban canopy reproduced by means of wood and polystyrene blocks in the wind tunnel of the “Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique”, at the École Centrale de Lyon. In the street canyon a linear source 40 cm long emitting ethane has been installed. The model scale of the urban canopy was 1:200, and the size of the street canyon was 50 cm x 20 cm x 10 cm (length x width x height). Concentration measurements (carried out with a Flame Ionisation Detector (FID)) have been performed varying two parameters, tree density and wind direction. Regarding tree density, three different configurations have been considered: no trees inside the street canyon, two lines of 5 trees and two lines of 8 trees, in order to evaluate the impact of further adding of trees. Concerning wind direction, instead, inclinations of 90◦ and 60◦ with respect to longitudinal street canyon axis have been assessed, exploiting a turning platform where the street canyon and surrounding parts of urban canopy were located. Before executing concentration measurements, preliminary analyses have been accomplished, including a verification of the homogeneity of the source emitting ethane, a characterization of tree properties (optical, aerodynamic porosity and drag coefficient), and the estimation of the wind profile inside the wind tunnel, intended to reproduce an Atmospheric Boundary Layer (ABL), by means of Hot-Wire Anemometry measurements. Concentration measurements have been employed to estimate vertical mass transfer velocity between street canyon and external flow and advective velocity inside the street canyon, for all the configurations considered.

L’obiettivo del presente lavoro è stato valutare gli impatti sulla dispersione degli inquinanti indotti da filari di alberi posizionati all’interno di un canyon urbano, situato in un distretto urbano riprodotto attraverso blocchi in legno e polistirene nella galleria del vento del “Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique” dell’École Centrale de Lyon. Nel canyon urbano è stata posizionata una sorgente lineare lunga 40 cm emettente etano. La scala di modellazione del tessuto urbano applicata è stata 1:200, e le dimensioni del canyon urbano erano 50 cm x 20 cm x 10 cm (lunghezza x larghezza x altezza). Le misure di concentrazione (condotte con un rivelatore a ionizzazione di fiamma (FID, dall’inglese)) sono state realizzate variando due parametri, la densità degli alberi e la direzione del vento. Riguardo alla densità degli alberi, sono state considerate tre differenti configurazioni: canyon urbano senza alberi presenti, due filari da 5 alberi nel canyon e due filari da 8 alberi, in maniera tale da poter valutare l’impatto dell’ulteriore aggiunta di alberi nel canyon. In merito alla direzione del vento, invece, sono state valutate inclinazioni di 90◦ e 60◦ rispetto all’asse longitudinale del canyon urbano, attraverso una piattaforma rotante sulla quale sono stati posizionati il canyon urbano e le porzioni circostanti del tessuto urbano. Prima di eseguire le misure di concentrazione, sono state condotte delle analisi preliminari, tra cui una verifica dell’omogeneità della sorgente lineare emettente etano, una caratterizzazione delle proprietà degli alberi (ossia porosità ottica e aerodinamica, e coefficiente di resistenza aerodinamica), e la stima del profilo di velocità del vento all’interno della galleria, inteso a riprodurre uno strato limite atmosferico (ABL, dall’inglese) attraverso misure con un anemometro a filo caldo. Le misure di concentrazione sono state impiegate per stimare la velocità verticale di trasferimento di massa tra il canyon urbano e il flusso esterno, e la velocità di avvezione all’interno del canyon urbano, per tutte le configurazioni considerate.