Pre-defined terms:
· air toxics
· urban air quality
· industrial pollutants
· nuclear emergencies
· chemical emergencies
2. Application type (area in which the model results will be used for decision making or information)
· air quality assessment (model studies to determine exposure to air pollution and the resulting impact on human health, ecosystems, materials and other environmental compartments)
· regulatory purposes and compliance[1] (modelling as part of legal or regulatory obligations; for example, the calculation of a minimum stack height for new installations)
· emergency planning
· public information (model studies to inform the general public
· e.g. on-line information on the possible occurrence of smog episodes)
· scientific research (model studies aiming at a better
· understanding of physical/ chemical processes involving air pollution)
3. Model output
· concentration
4. Air pollution source
· stack / multiple
· array of line sources
· area / general
· volume
5. Release type
· continuous
· intermittent
· accidental
6. Spatial scale
· local (up to 30 km)
· local-to-regional (30- 300 km)
7. Simulation character (indication of the kind of analysis envisaged by the potential user)
· episodic (analysis of short-term AQ indicators: maximum
· concentrations: exceedances of threshold values etc.)
· real time (on-line analysis of AQ indicators during episodes)
8. Pollutants modelled
· passive / generic
· buoyant / generic
· SO2, CO, NOx, VOCs, benzene, NH3
9. Processes considered
· complex meteorology
· vertical structure
· complex terrain
· chemical transformation (linear decay)
10. Computer platform
· PC
· workstation
1. Basic information
· Full model name: PDM
· Model versions and status: last update July 2000
· Institute: ENVIROWARE SRL
· Contact person: Roberto Bianconi
· Contact address: ENVIROWARE SRL, Centro Direzionale Colleoni - Andromeda
1, I-20041 Agrate Brianza (MI), tel. 039/6890073, fax 039/6881459, info@enviroware.com,
http://www.enviroware.com
· Contact address for technical support: as above
2. Intended field of application
Simulazione della dispersione su terreno complesso di inquinanti passivi emessi da differenti tipologie di sorgente.
3. Model type and dimension
Modello lagrangiano a particelle
4. Model description summary
Il modello lagrangiano a particelle PDM consente di simulare la dispersione
in atmosfera di sostanze inquinanti inerti o soggette ad un decadimento chimico-fisico
lineare. Trattandosi di un modello Lagrangiano a particelle, le emissioni sono
descritte mediante particelle computazionali mosse da un vento medio a cui si
somma una fluttuazione turbolenta rispetto al valore medio.
Il modello puo' essere applicato in presenza di terreno complesso, dove trae
vantaggio dall'uso di campi meteorologici tridimensionali generati dai modelli
di circolazione RAMS (prognostico) o CALMET (diagnostico).
Alcune variabili quali la deviazione standard della velocità del vento
ed i tempi lagrangiani sono parametrizzate a partire da grandezze caratteristiche
di scala dello strato limite, acquisite dai citati modelli meteorologici insieme
alle componenti medie del campo tridimensionale di velocita' del vento. Il moto
verticale delle particelle in condizioni convettive e' descritto da un modello
quasi-omogeneo che tiene conto della skewness della distribuzione delle fluttuazioni
della velocita' verticale del vento. Nelle altre condizioni di stabilita', e
in ogni caso per le componenti orizzontali, viene utilizzato, nella soluzione
dell'equazione di Langevin, uno schema di turbolenza gaussiana.
Il modello e' multisorgente, potendo trattare contemporaneamente un numero arbitrario
di sorgenti di diversa forma (puntuali, lineari, areali, volumetriche).
Il campo di concentrazione puo' essere determinato sia mediante la classica
tecnica del conteggio del numero di particelle in un volume dato, oppure mediante
un "kernel", vale a dire una funzione di smoothing, che risulta indipendente
da qualsivoglia volume di conteggio. Il dettaglio spaziale che PDM puo' raggiungere
e' limitato soltanto dalla risoluzione dei campi meteorologici calcolati dai
modelli cui e' accoppiato (RAMS e CALMET).
5. Model limitations
Il modello puo' essere applicato solo a sostanze inerti, non incorporando gli algoritmi per la trattazione delle trasformazioni fotochimiche degli inquinanti. Il modello attualmente non tratta la deposizione degli inquinanti e la dispersione di gas più pesanti dell'aria, importante per alcune tipologie di rilasci accidentali.
6. Resolution
La risoluzione spaziale e' determinata dal modello meteorologico usato in accoppiamento. La risoluzione temporale e' dell'ordine del minuto per le condizioni di turbolenza che richiedono i passi temporali piu' brevi. L'utente puo' comunque scegliere un dettaglio maggiore rispetto a quello minimo richiesto dalla risoluzione delle equazioni del moto delle particelle.
7. Schemes
Il modello risolve l'equazione stocastica differenziale di Langevin (non lineare
nella direzione verticale e lineare in quella orizzontale) separatamente nelle
tre direzioni.
I descrittori della turbolenza (deviazioni standard della velocita' del vento
e tempi lagrangiani) sono ottenuti da parametrizzazioni di letteratura.
8. Solution technique
9. Input requirements
Le variabili in input possono essere distinte in parametri di sorgente (tipologia, posizione, quota, dimensioni, temperatura e velocita' di uscita dei fumi, rateo di emissione dipendente dal tempo), parametri meteorologici (campi tridimensionali di velocita' media del vento e temperatura, campi bidimensionali di lunghezza di Monin-Obukhov, altezza dello strato limite planetario, velocita' di frizione), topografia (dominio coincidente con quello del modello di circolazione).
10. Output quantities
Il modello fornisce in output la posizione delle particelle, la loro massa e il codice di identificazione della sorgente di appartenenza. Tali informazioni sono memorizzate in files prodotti con frequenza scelta arbitrariamente dall'utente. I files sono quindi postprocessati per il calcolo delle concentrazioni, mediante le diverse tecniche del conteggio o del kernel.
11. User interface availability
Postprocessori grafici in linguaggio IDL.
12. User community
· Enviroware srl
· Istituto dell'Ambiente - European Commission Joint Research Centre, Ispra (VA)
· CNR - CSGSDA, Pisa
· CNRv- GNV, Roma
13. Previous applications
Il modello e' stato applicato in diversi contesti, dal calcolo di concentrazione di gas traccianti in territorio altamente complesso (Alpi svizzere) al calcolo della dispersione di biossido di carbonio dalle fumarole dell'Etna e ai gas di origine vulcanica dell'isola di Vulcano. Il modello e' stato applicato per la simulazione della dispersione di traccianti a scala regionale (esperimento ETEX). E' stato inoltre applicato per valutazioni di impatto ambientale in zone costiere della Sicilia, in presenza di fenomeni di brezza marina.
14. Documentation status
Manuale d'uso e di riferimento.
15. Validation and evaluation
Il modello e' stato validato con gli esperimenti di Karlsruhe in condizioni convettive, con gli esperimenti di Copenhagen. E' stato inoltre oggetto di un confronto con misure sperimentali in terreno complesso (campagna Transalp), in parallelo con un altro modello Lagrangiano a particelle, SPRAY. PDM e' stato inoltre confrontato con il modello CALPUFF nella simulazione della prima fase di dispersione del secondo esperimento ETEX.
18. Availability
Il modello non e' di pubblico dominio. E' possibile definire delle collaborazioni con eventuale installazione del codice presso il cliente, per specifici progetti o per attivita' di ricerca.
19. References
- Bianconi R., S. Mosca e G. Graziani (1999) PDM: A Lagrangian Particle Model
forAtmospheric dispersion. European Commission, EUR Report 17721 EN.
- Bellasio R., Bianconi R., Girardi F., Graziani G:, Klug W., and Mosca S. (1998)
Simulation of the second ETEX release in the proximity of the source.. Preprints
of the 5th International Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion
Modelling for Regulatory Purposes, 18-21 May 1998, Rhodes, Greece, pp. 281-288
- Grossi P., G. Graziani e C. Cerutti (1997) Mesoscale flow and pollutant transport
modelling in Northeast Sicily, Acts of 22nd NATO/CCMS International Technical
Meeting on Air Pollution Modelling and its Applications, I, 25-35.
- Pareschi M.T., M. Ranci e M. Valenza (1996) Il rischio legato ad emissioni
di CO2 a Vulcano. Progetto Vulcano 1993-1995, CNR-GNV, Felici Editore, 238-246.
- Martilli A., G. Graziani, M.T: Pareschi e M. Ranci (1995) La dispersione dei
gas vulcanici: il caso dell'Etna. Problemi e prospettive. Progetto Etna 1993-1995,
Giardini Editore, 109-113.