I modelli matematici utilizzati per il calcolo della diffusione degli inquinanti in atmosfera utilizzano delle particolari funzioni , dette funzioni SIGMA [σ(y) e σ(z)]
per descrivere l’allargamento/deformazione subita dai puff o plume emessi dalla sorgenti emissive perpendicolarmente al loro percorso di allontanamento dalla sorgente; queste
funzioni rivestono un ruolo particolarmente importante nella descrizione del fenomeno diffusivo in quanto influenzano direttamente i valoro di concentrazione che varranno
calcolati nei recettori
Le funzioni più note e comunemente utilizzate sono le funzioni sigma diffusive di Briggs (1973) ottenute combinando una larga serie di dati sperimentali (meteorologici,
diffusivi e di ricaduta al suolo) relativi a emissioni da sorgenti principalmente puntiformi che hanno permesso di definire le parametrizzazione dei coefficienti numerici
presentati in figura.
Le funzioni riportate in figura sono quindi particolarmente indicate nella trattazione di sorgenti puntiformi nel senso che parametrizzano accuratamente il comportamento medio
sia termodinamico che turbolento delle emissioni da queste sorgenti sia in base alle caratteristiche meteorologiche che anche delle loro caratteristiche strutturali e geometriche.
L’emissione di inquinanti da traffico veicolare presenta caratteristiche piuttosto diverse dalle emissioni da sorgenti puntiformi, a parte la evidente differenza geometrica tra
le due sorgenti emissive, è stato verificato da studi effettuati dal CALTRANS su dati emissivi sperimentali forniti da General Motors relativi
ad emissioni specifiche da traffico autoveicolare, ad esempio che la turbolenza atmosferica complessiva su strade ad alta percorrenza rimane sostanzialmente costante a livello
strada dove avviene l’emissione, negli intervalli [4000 – 8000] veicoli/ora con velocità [ 30 – 60] mph.
In questi intervalli di percorrenza infatti la turbolenza meccanica legata alla velocità dei veicoli e la turbolenza termica legata al surriscaldamento dei motori risultano in
buona approssimazione in rapporto complementare tra di loro. L’emissione inoltre coinvolge un’area ben determinata di spazio intorno alla strada (Mixing zone) e la diffusione
è strettamente legata all’orientamento geometrico relativo tra la direzione del vento ed il tratto stradale.
Da queste brevi considerazione si può capire come i due fenomeni diffusionali (da camini e da strade) non siano propriamente equivalenti; per tener conto di queste ed altre
peculiarità legate all’emissione da traffico autoveicolare CALTRANS ha sviluppato il modello gaussiano CALINE espressamente rivolta al calcolo
della diffusione di inquinanti emessi da traffico autoveicolare.
Il modello CALINE è attualmente considerato il modello di riferimento US-EPA per questo tipo di studi modellistici. MAIND distribuisce il sofwtare MMS Caline che implementa il modello CALINE
Utilizzando MMS CALPUFF per considerare le emissioni da traffico veicolare all’interno di un caso studio diffusionale caratterizzato da diverse tipologie di sorgenti emissive (puntiformi, areali, strade … ) sono possibili due alternative:
- Effettuare una simulazione MMS CALPUFF usando le sole sorgenti puntiformi, areali e volumetriche;
Effettuare sullo stesso dominio spaziale e temporale di calcolo, una simulazione con MMS CALINE considerando quindi soltanto le emissioni da rete stradal;
Utilizzare MMS Run Analyzer per unire, il principio di additività delle concentrazioni della stessa specie chimica, gli output delle due simulazioni effettuando quindi sul file unione così ottenuto la valutazione regolatoria richiesta.
Questa soluzione richiede l’uso di due modelli distinti ma permette di usare le opportune sigma diffusive per ognuna delle sorgenti emissive considerate conservando quindi la specificità dei due fenomeni diffusivi.
- Definire all’interno di MMS CALPUFF le sorgenti lineari (strade) utilizzando le sorgenti messe a disposizione dal modello; sorgenti areali o sorgenti volumetriche.
Sono reperibili sia articoli scientifici che soluzioni modellistiche che avvalorano ed implementano entrambe queste soluzioni secondo le quali un tratto stradale può essere
simulato sia come una sorgente areale allungata che come distribuzione di sorgenti volumetriche.
L’uso di sorgenti areali allungate risulta geometricamente più preciso rispetto alle volumetriche ma richiede in genere una implementazione più complessa e tempi di calcolo più lunghi soprattutto per reti stradali complesse.
L’uso di sorgenti volumetriche è una tecnica relativamente più recente, risulta più rapida sia nell’implementazione che nell’esecuzione dei calcoli
Questa soluzione ha il vantaggio di utilizzare un solo modello di calcolo ma utilizza le stesse sigma diffusive per trattare tutte le emissioni che, come sottolineato nei commenti precedenti, può risultare in una non corretta valutazione della diffusione autoveicolare.