Il modello CALPUFF permette di utilizzare tre livelli innestati di dominio spaziale:
- Il dominio meteorologico: area spaziale sulla quale è ricostruito il campo meteorologico. Questo dominio rappresenta l’area di massima ampiezza sulla quale è possibile studiare la diffusione dell’inquinante
- Il dominio di calcolo: sottoinsieme del dominio meteorologico. Questo dominio deve contenere tutte le sorgenti che si vogliono considerare all’interno del calcolo diffusionale
- Il dominio di salvataggio: sottoinsieme del dominio di calcolo. E’ il dominio all’interno del quale vengono salvati i valori di concentrazione calcolati dal modello. Questo dominio deve contenere tutti i recettori (sia di griglia che discreti) nei quali si vogliono conoscere i valori di concentrazione oraria calcolati dal modello. Una caratteristica importante del dominio di salvataggio è la possibilità di definire su di esso una griglia innestata attraverso la definizione di un opportuno fattore di nesting in modo da aumentare infittire la griglia dei recettori per il calcolo delle concentrazioni
Nell’immagine seguente, estratta dall’interfaccia MMS Calpuff sono evidenziati i tre domini descritti:
Questa opportunità di gestione di domini innestati si può trasformare in un utile strumenti di ottimizzazione dei calcoli di diffusione specialmente quando si utilizzano dati meteorologici 3d come descritto di seguito.
Il campo meteorologico viene ricostruito sul dominio meteorologico in funzione alla scala geomorfologica dell’area in esame. La scala geomorfologica è un parametro che ha la funzione di definire una lunghezza tipica lungo la quale si ha la ragionevole certezza che il vento che vi fluisce non subisca variazioni di direzione ed intensità legate alla presenza di ostacoli orografici o alla variazione delle caratteristiche del suolo.
In base alla scala geomorfologica viene quindi definita la dimensione delle celle che compongono la griglia orizzontale del dominio di calcolo meteorologico; in aree pianeggianti le celle della griglia meteorologica hanno dimensioni tipiche di 1 o 2 km mentre in aree orograficamente complesse, come ad esempio alcune valli alpine o appenniniche, può essere necessario scendere a risoluzioni di griglia di 200 o 300 metri; in aree collinari viene in genere utilizzata una risoluzione di 500 metri.
Utilizzare una dimensione delle celle di griglia molto maggiore della scala geomorfologica comporta un eccessivo appiattimento delle caratteristiche orografiche e geomorfologiche dell’area determinando quindi una significativa perdita di dettaglio nella definizione del campo meteorologico che risulterà in questo caso poco realistico. Analogamente utilizzare una dimensione delle celle di griglia molto inferiore alla scala geomorfologica
non accresce il dettaglio del campo meteorologico finale in quanto non aggiunge dettagli significativi legati alle modifiche indotte dall’orografia e dalla conformazione del suolo sulla direzione e intensità del vento lungo tali distanze; l’effetto in questo caso è semplicemente un appesantimento delle dimensioni del file meteo generato e dei tempi di calcolo del modello diffusionale.
Dopo aver ottenuto un campo meteorologico 3d secondo i criteri sopra descritti è opportuno fare una prima simulazione dimensionale utilizzando un dominio di calcolo definito escludendo almeno la prima o le prime due file di celle perimetrali del dominio meteorologico per evitare eventuali effetti di discontinuità ai bordi. Lo scopo di questa prima simulazione è quello di determinare la dimensione dell’area effettivamente interessata al fenomeno diffusivo generato dalla tipologia e
dalla posizione delle sorgenti emissive considerate nel calcolo.
Il passo successivo sarà quello di definire un dominio di salvataggio che racchiuda la sola area interessata dal fenomeno diffusionale evitando in primo luogo di svolgere calcoli in aree dove l’inquinante non arriva e in secondo luogo di definire un fattore di nesting che permetta di ottenere una risoluzione ottimale della griglia di calcolo delle concentrazioni.
E’ importante sottolineare che la risoluzione della griglia di calcolo delle concentrazioni (cioè la dimensione delle celle di calcolo del dominio di salvataggio) non deve necessariamente essere la stessa del dominio meteorologico in quanto le due griglie di calcolo rispondo a esigenze decisamente diverse.
E’ opportuno infatti che il calcolo delle concentrazioni venga fatto con una risoluzione di griglia sufficientemente fitta in modo da poter descrivere con il massimo dettaglio la funzione di concentrazione che si sta ricostruendo in maniera discreta attraverso il calcolo diffusionale; una griglia diffusionale con dimensioni di cella troppo grandi non permette ad esempio la corretta definizione dei massimi di concentrazione risultando in una loro sottostima producendo quindi risultati irrealistici.
Per valutare il livello di nesting opportuno si può ad esempio procedere effettuando simulazioni con un rango di nesting crescente (ad es. 2, 3, 4 …) valutando ad ogni calcolo la variazione dei valori massimi di concentrazione ottenuti; il valore ottimale di nesting si ottiene quando queste variazioni tendono a stabilizzarsi.