Emergenza CoViD-19 e andamento di alcuni inquinanti nell’area fiorentina

Analisi degli andamenti di alcuni inquinanti nell’agglomerato di Firenze in seguito alla riduzione delle attività antropiche per l’emergenza Covid-19

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Il Centro regionale tutela qualità dell’aria di ARPAT fornisce prime indicazioni sull’andamento della qualità dell’aria nell’agglomerato fiorentino tramite una postazione di traffico (FI-Gramsci) e una urbana fondo (FI-Bassi). Le variazioni dei livelli di concentrazione di alcuni inquinanti relative al mese di marzo 2020 risultano evidenti per il sito di traffico urbano, in particolare per il biossido di azoto, benzene e in misura minore per il materiale particolato PM10 per i quali si assiste ad un decremento dei valori. Non si rilevano al momento invece discontinuità analogamente significative per il sito di fondo.


Il periodo di tempo trascorso dall’inizio dell’attuazione di azioni per fronteggiare la propagazione del coronavirus SARS-CoV-2 è molto ridotto per effettuare valutazioni rigorose sugli effetti di alcuni interventi sulla qualità dell’aria. Si riporta tuttavia una descrizione delle variazioni osservate per alcuni inquinanti nell’agglomerato fiorentino.

Questo primo approfondimento analizza gli andamenti delle medie orarie o giornaliere di Particolato PM10 e PM2,5, Biossido di azoto (NO2) e benzene nell’agglomerato di Firenze dal 19 febbraio al 22 marzo. Per ciascun inquinante vengono inoltre confrontate le distribuzioni mensili dei dati 2020 con quelle del triennio 2017-2019; per queste ultime elaborazioni, presentate in forma di box plot, sono state prese a riferimento due stazioni ritenute significative rispettivamente per il traffico (FI-Gramsci) e per il fondo urbano (FI-Bassi).


Particolato PM10

Di seguito sono riportati gli andamenti delle concentrazioni di PM 10 nelle stazioni dell’agglomerato dal 19 febbraio al 22 marzo.

Figura 1 – Agglomerato di Firenze- medie giornaliere di PM10 dal 19 febbraio al 22 marzo

In tutto il periodo non si sono verificati superamenti della media giornaliera di 50 µg/m3 e gli andamenti delle diverse stazioni sono coerenti tra loro. Nel periodo esaminato i valori sono contenuti e non risultano evidenti diminuzioni tali da poter essere certamente attribuite alla drastica diminuzione del traffico; come previsto in questo periodo è normalmente in atto il cambiamento della circolazione atmosferica da invernale a primaverile che ha una influenza fondamentale sulle concentrazioni degli inquinanti. Inoltre il particolato deriva da componenti primarie e secondarie per cui è molto più complessa la valutazione degli effetti delle attuali azioni intraprese per l’emergenza Covid 19.

Di seguito è riportata la distribuzione dei dati mensili sotto forma di boxplot. La distribuzione del 2020 è confrontata con i dati del triennio precedente (2017-2019) preso a riferimento come valore mediato. Questo periodo 2017-2019 è abbastanza recente da non essere troppo influenzato da eventuali trend di diminuzione (tipici delle serie decennali sul territorio toscano) ma nello stesso tempo è comprensivo di varie possibili condizioni meteorologiche. Per ciascun mese la distribuzione 2017-2019 fornisce in prima approssimazione i valori dei parametri che caratterizzano la postazione, in particolare la mediana, che è un indicatore di posizione robusto. L’analisi dei mesi di gennaio e febbraio, mesi in cui ancora non erano in vigore le restrizioni, è utile per caratterizzare il 2020 rispetto al triennio precedente.

Le distribuzioni del triennio sono formate, a seconda del mese, da un minimo di 84 ad un massimo di 93 dati giornalieri mentre le distribuzioni del 2020 sono relative ai dati giornalieri del mese e vanno dai 22 giorni di marzo ai 31 di gennaio. Urge ribadire che queste sono prime valutazioni che necessitano di un tempo di osservazione più lungo.

Figura 2 – distribuzione mensile delle medie giornaliere di PM10 tramite box plot. Ciascuna distribuzione si estende dal valore massimo al valore minimo (estremi dei baffi) ed ha la metà dei valori compresi all’interno della scatola (25°-75° percentile). Il valore della mediana divide in 2 parti la scatola.

Per quanto riguarda il PM10 si possono osservare alcuni elementi generali e altri di interesse per l’argomento in questione:

  • si notano le attese differenze tra la distribuzione della stazione di traffico e quella di fondo che si attenuano ma non si annullano da gennaio verso marzo;
  • per il mese di gennaio si osserva che l’anno 2020 ha una distribuzione simile a quella calcolata su tutto il triennio (2017-19) ma con valori mediamente più alti sia per la stazione di traffico (mediana 45 µg/m3 nel 2020 e 41 µg/m3 nel triennio) che in quella di fondo (con mediana 34 µg/m3 nel 2020 rispetto ad una mediana di 24 µg/m3 nel triennio).
  • nel mese di febbraio la distribuzione del 2020 risulta “contenuta” all’interno dei valori misurati nel triennio e questo di nuovo vale sia per il fondo che per il traffico
  • a marzo si registrano per la stazione di traffico concentrazioni significativamente più basse per il 2020 rispetto al triennio (il valore della mediana 2020 corrisponde al valore relativo al 25° percentile del triennio), mentre la stazione di fondo ha una distribuzione simile a quella del triennio.

È interessante notare come la riduzione, causata da una maggiore circolazione atmosferica, determinata dall’instaurarsi delle condizioni primaverili, in combinazione con la riduzione delle attività antropiche, riguardi in misura molto maggiore la stazione di traffico rispetto a quella di fondo.

In Tabella 1 sono riportati i valori degli indicatori di marzo utilizzati per il grafico di Figura 2. Media e mediana sono evidenziate in giallo.

Tabella 1. PM 10 concentrazioni in µg/m3 mese di marzo

La valutazione di possibili variazioni dei livelli di fondo è sicuramente più complessa. Le condizioni attuali, nella loro anomalia, costituiscono un banco sperimentale del tutto inedito per fornire informazioni sugli eventuali effetti della riduzione delle attività antropiche anche in postazioni in cui non è presente una fonte prevalente.


Particolato PM2,5

Il PM2,5 è misurato nella stazioni di FI-Bassi e Fi-Gramsci. Anche in questo caso gli andamenti risultano spazialmente coerenti e non si individuano drastiche diminuzioni sui livelli già contenuti nell’ultimo mese, come riportato in Figura 3.

Figura 3 – medie giornaliere di PM2,5 dal 19 febbraio al 22 marzo 2020

Di seguito il grafico boxplot del PM2,5 (Figura 4). Nel mese di gennaio si notano differenze tra la stazione di traffico e quella di fondo, sebbene meno rilevanti rispetto al PM10. Il 2020 ha una distribuzione centrata su livelli più alti rispetto al triennio. Già a partire da febbraio le distribuzioni delle stazioni di fondo e traffico del triennio sono molto più simili e non sembrano differire in maniera sostanziale tra febbraio e marzo (il valore mediano della stazione FI-Gramsci nel triennio diminuisce da 19 µg/m3 a 14 µg/m3 e quello della stazione di FI-Bassi da 13 µg/m3 a 10 µg/m3). L’anno 2020 risulta essere in linea con le distribuzioni del triennio, anche se si abbassa il valore massimo. In generale però una minore dispersione dei dati si può imputare anche alla maggiore omogeneità dei dati di un singolo anno rispetto alla popolazione costruita con 3 anni combinati insieme. Sostanzialmente al momento non è possibile trarre alcuna conclusione per il PM 2,5.

Figura 4 – distribuzione mensile delle medie giornaliere di PM2,5 tramite box plot. Ciascuna distribuzione si estende dal valore massimo al valore minimo (estremi dei baffi) ed ha la metà dei valori compresi all’interno della scatola (25°-75° percentile). Il valore della mediana divide in 2 parti la scatola.


In Tabella 2 sono riportati i valori degli indicatori di marzo utilizzati per la Figura 4. Media e mediana sono evidenziate in giallo.

Tabella 2. PM 2,5 concentrazioni in µg/m3 mese di marzo


Biossido di azoto NO2


Gli andamenti orari di biossido di azoto nell’agglomerato dal 19 febbraio al 22 marzo 2020 sono riportati in Figura 5.

Figura 5 – medie orarie di NO2 dal 19 febbraio al 22 marzo 2020

Nell’andamento delle medie orarie di NO2 dell’ultimo mese si nota un abbassamento drastico e repentino dei valori in corrispondenza del fine settimana del 14-15 marzo. Dal lunedì 16 marzo c’è una ripresa dei valori ma su livelli inferiori.

Anche in questo caso è stato effettuato un confronto con gli anni 2017-2019 per evidenziare eventuali differenze al netto della stagionalità degli inquinanti. Di seguito il grafico della distribuzioni di NO2 in cui sono utilizzate le medie orarie. La distribuzione del triennio è quindi in questo caso formata da un numero di dati che va da 2017 a 2223 dati mentre quella del 2020 ha un massimo di 744 dati orari per gennaio a un minimo di 536 a marzo.

Sia a gennaio che a febbraio le distribuzioni di biossido di azoto del 2020 di FI-Bassi e FI-Gramsci sono compatibili con quelle del triennio. A marzo mentre per la stazione di Fi-Bassi non si osservano differenze, per la stazione di FI-Gramsci la diminuzione è rilevante: la mediana è appena al di sotto del 25° percentile della distribuzione del triennio (FI-Gramsci mediana marzo 2020 -36 µg/m3 e 25° perc. triennio 43 µg/m3). Da notare, di nuovo, che la stazione di fondo, rispetto a quella di traffico, ha valori più “stazionari” sia nell’andamento mensile che nel rapporto tra anni diversi.

Figura 6 – distribuzione mensile delle medie orarie di NO2 tramite box plot. Ciascuna distribuzione si estende dal valore massimo al valore minimo (estremi dei baffi) ed ha la metà dei valori compresi all’interno della scatola (25°-75° percentile). Il valore della mediana divide in 2 parti la scatola.


In Tabella 3 sono riportati i valori degli indicatori di marzo 2020 utilizzati per Figura 6. Media e mediana sono evidenziate in giallo.

Tabella 3. Biossido di azoto- concentrazioni in µg/m3 mese di marzo

Di seguito sono riportati per ulteriori dettagli i grafici con il giorno tipo calcolato per il triennio, per i 3 anni presi singolarmente e per il 2020 per la stazione di FI-Gramsci allo scopo di evidenziare eventuali effetti negli orari di picco tipicamente legati al traffico. Mentre a Gennaio e Febbraio l’andamento del giorno tipo 2020 è in linea con quello del triennio precedente, a marzo le concentrazioni negli orari di picco si attestano su valori leggermente più bassi. Questo dato sarebbe probabilmente più significativo con la popolazione completa dei dati di marzo.

 
Benzene

Anche per il benzene, come per NO2 si nota una diminuzione nel fine settimana del 14-15 marzo ed una ripresa dal lunedì 16 su valori più bassi e più vicini tra stazione di traffico e stazione di fondo. Il benzene è ancora più del biossido di azoto un inquinante collegato al traffico stradale soprattutto in un contesto urbano ed in una stazione orientata al monitoraggio di questo tipo di sorgente come FI-Gramsci. La discontinuità dei dati nell’ultima settimana è abbastanza evidente ma occorre sempre effettuare un confronto con gli altri anni per poter fare una valutazione al netto del comportamento stagionale degli inquinanti.

Figura 8 – medie orarie di benzene dal 19 febbraio al 22 marzo 2020


Il grafico a box plot che segue presenta alcune caratteristiche simili a quello del biossido di azoto di seguito riassunte:

  • Differenza tra le distribuzioni della stazione di fondo e quella di traffico che si attenua con il cambiare della stagione ma resta evidente anche a marzo, almeno per il triennio;
  • Compatibilità delle distribuzioni del 2020 con quelle del triennio con l’eccezione della distribuzione di FI-Gramsci di marzo. A marzo 2020 infatti si registra un abbassamento dei livelli che rispetto agli altri mesi rendono la distribuzione di FI-Gramsci più simile alla distribuzione di FI-Bassi (mediana FI-Gramsci triennio => 2,1 µg/m3 | mediana FI-Bassi triennio => 1,2 µg/m3 | mediana FI-Gramsci 2020 => 1,3 µg/m3);
Figura 9 – distribuzione mensile delle medie orarie di benzene tramite box plot. Ciascuna distribuzione si estende dal valore massimo al valore minimo (estremi dei baffi) ed ha la metà dei valori compresi all’interno della scatola (25°-75° percentile). Il valore della mediana divide in 2 parti la scatola.

In Tabella 4 sono riportati i valori degli indicatori di marzo utilizzati per la Figura 8. Media e mediana sono evidenziate in giallo.

Tabella 4. Benzene- concentrazioni in µg/m3 mese di marzo


Conclusioni

Una prima valutazione dei dati di qualità dell’aria è stata concentrata sulle stazioni dell’agglomerato di Firenze, in particolare sulla stazione di traffico di FI-Gramsci e su quella di fondo di FI-Bassi. Le variazioni dei livelli di concentrazione di alcuni inquinanti relative al mese di marzo 2020 risultano evidenti per il sito di traffico urbano, in particolare per il biossido di azoto, benzene e in misura minore per il materiale particolato PM10 per i quali si assiste ad un decremento dei valori.

Al momento le discontinuità non sono chiare ed evidenti per il sito di fondo, il quale non è influenzato direttamente dalle emissioni di traffico veicolare, ma piuttosto dall’insieme delle sorgenti emissive dell’area.

Tale contesto, evidenzierebbe che gli effetti di limitazione delle attività antropiche connesse all’emergenza sanitaria COVID19 siano rilevabili prevalentemente nella postazione urbana traffico. Una popolazione maggiore di dati, valutazioni sulle condizioni meteorologiche e approfondimenti sulle fonti emissive permetteranno di rendere più solide queste prime valutazioni.

A cura del Centro regionale tutela qualità dell’aria ARPAT

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