NOx e particolato nelle “stazioni di traffico” della rete toscana nei primi mesi del 2020

Il blocco delle attività in relazione all’emergenza COVID-19 ha prodotto effetti misurabili sugli inquinanti PM10 e ossidi di azoto (NOx e NO2) nelle dieci stazioni di traffico urbano della rete regionale della Toscana. I dati nel primi tre mesi del 2020.

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Dal momento che il traffico è uno dei fattori di pressione che ha avuto un’importante riduzione a seguito delle misure di limitazione per il Covid-19, sono di seguito analizzati gli andamenti di alcuni inquinanti nelle “stazioni traffico” della rete regionale toscana gestita da ARPAT. I dati degli ossidi di azoto (NOx) e del particolato PM10 delle stazioni di traffico, 10 in tutto, sono stati esaminati da gennaio a marzo 2020. 

L’approccio è il medesimo utilizzato per l’Agglomerato di Firenze, per il quale sono stati analizzati gli effetti del blocco delle attività nel mese di marzo in due stazioni urbane, una di traffico e una di fondo. Come atteso i maggiori effetti sono stati riscontrati nel sito di traffico dell’Agglomerato e per questo motivo vengono ora presi in esame tutti i dati di traffico disponibili in rete regionale. 

La prima valutazione è stata effettuata sulle distribuzioni mensili dei dati. Si effettua un confronto tra la distribuzione del triennio precedente (2017-2019) con la distribuzione del 2020 per i mesi di gennaio, febbraio e marzo. Come già ampiamente riportato il blocco della attività ha coinciso con il cambiamento della stagione, fattore di cui gli andamenti degli inquinanti tipici urbani risentono in maniera significativa. Per mettere in evidenza variazioni al netto di questi effetti è necessario fare un confronto con gli anni precedenti. La scelta di prendere i 3 anni precedenti anziché uno solo è dettata dalle seguenti considerazioni:

  • A parità di stagione, le condizioni meteorologiche che si verificano nell’arco di un mese, e che hanno influenza sui livelli degli inquinanti, possono essere diverse da un anno all’altro; prendendo una finestra di 3 anni si ottiene una mediazione tra le possibili condizioni ricorrenti in un dato mese;
  • La possibilità che l’inquinante considerato sia soggetto ad un trend negli anni che dipende dalla variazione del quadro emissivo. In questo caso l’esame di un numero superiore a 3 anni potrebbe portare a un valore di riferimento alterato e si potrebbe stimare una variazione influenzata dal trend e non solo dall’obiettivo oggetto di osservazione. Questa possibilità esiste in effetti anche prendendo in considerazione un triennio e, per questo motivo, vengono esaminati i mesi di gennaio e febbraio, non ancora influenzati dai provvedimenti Covid-19 che danno quindi immediato riscontro della coerenza attesa tra il 2020 e gli anni precedenti anche per il mese di marzo. 

L’analisi si concentra su NOx e PM10 sia perché questi sono gli inquinanti monitorati in tutte le stazioni di traffico sia perché sono quelli che presentano ancora problematiche di carattere locale in Toscana. Le osservazioni più estese riguardano gli ossidi di azoto; per questo inquinante è disponibile il dato orario che consente di applicare valutazioni statistiche su insiemi più numerosi, anche considerando i dati mensili. 

Ossidi di azoto

In fig. 1 sono riportati in maniera sintetica gli andamenti delle concentrazioni orarie di NO2 nelle 10 stazioni dal 01.01.2017 al 31.03.2020 con la distribuzione complessiva dei dati su tutto il periodo (istogramma verde). Si può notare chiaramente la stagionalità dell’andamento annuale ed il fatto che le concentrazioni di marzo 2020, per quanto in alcune stazioni si possa notare una brusca discesa, sarebbero comunque state in diminuzione. Per alcune stazioni, inoltre, è visibile una tendenza alla diminuzione nei tre anni seppur contenuta e da verificare su periodi più lunghi. 

In grafico (Figura1) sono riportate le concentrazioni orarie in µg/m3 di tutte le stazioni. La griglia verticale rappresenta un semestre. Per ogni annualità sono riportate le percentuali di copertura e la barra colorata sull’asse x rappresenta in amaranto i periodi in cui mancano i dati, evidenziando se ci sono periodi continuativi scoperti in qualche momento dell’anno. Per il 2020 , poiché i dati presi in esame sono soltanto quelli fino al 31 marzo, la percentuale risulta variabile tra il 23,2 e il 23,6%. Nella finestra relativa a ciascun andamento vengono riportati alcuni indicatori statistici relativi alla serie, ovvero: dati mancanti sul totale dei dati attesi, valore minimo, valore massimo, media, mediana e 95° percentile. A destra di ciascuna serie è riportata la distribuzione dei valori per classe di frequenza.

Figura 1 – Andamenti di NO2 nelle stazioni di traffico dal 01.01.2017 al 31.03.2020

In fig.2 sono riportate in forma di boxplot le distribuzioni rispettivamente del triennio e del 2020 per il biossido di azoto nei mesi di gennaio, febbraio e marzo. 

Si può osservare che nei mesi di gennaio e febbraio la distribuzione del 2020 non si differenzia in maniera sostanziale dal triennio precedente. Le mediane del 2020 sono quasi tutte all’interno del range interquartile del triennio. A gennaio in particolare non si registrano differenze rilevanti e alcune stazioni come PI-Borghetto e PO-Ferrucci hanno registrato livelli della mediana superiori a quelli del triennio. A febbraio si registra una diminuzione per Ms-Marina Vecchia, AR-Repubblica, LU-Micheletto e, in misura minore, per FI-Gramsci. Il resto delle distribuzioni sono pressochè equivalenti a quelle del triennio con LI-Carducci in crescita. Questo quadro dei mesi di gennaio e febbraio permette di osservare abbastanza chiaramente un effetto delle restrizioni sul mese di marzo in cui è visibile una diminuzione netta di tutti i valori delle mediane rispetto al triennio.

Nella seguente tabella sono riportati gli intervalli interquartile del triennio e le mediane del 2020 per tutte le stazioni. In giallo sono evidenziate le mediane inferiori al 25° percentile del triennio assunto a riferimento, ovvero quelle che escono dal range interquartile (scatola del grafico a boxplot). Come si può osservare a marzo 2020 sei mediane su dieci sono inferiori al 25°p del triennio, altre due sono uguali e le restanti sono superiori, rispettivamente MS-Marina Vecchia (mediana 2020 = 13 µg/m3 e 25°p (triennio) = 11 µg/m3) e PO-Ferrucci (mediana 2020=20 µg/m3 e 25°p (triennio) = 14 µg/m3). 

Tabella riassuntiva di alcuni indicatori statistici riportati in figura 2. Sono riportati: 25mo percentile e 75mo percentile del triennio 2017-2019 e mediana del 2020 di NO2. I dati sono in µg/m3 di NO2.

In figura 3 è riportato lo sviluppo giornaliero delle concentrazioni di NO2 in forma di giorno tipo per il triennio e per il 2020. Anche in questa rappresentazione dei dati è possibile visualizzare chiaramente una diminuzione netta per tutte le stazioni nel mese di marzo mentre negli altri mesi la forma della curva presenta variazioni di entità minore. Una nota a margine merita la stazione di FI-Gramsci dell’Agglomerato fiorentino che per la Toscana è la stazione in assoluto più rappresentativa di un traffico ad alta densità e che si distingue da tutte per i livelli mediamente più elevati. Nel giorno tipo di marzo 2020 l’andamento giornaliero delle concentrazioni di FI-Gramsci, pur presentando una curva con valori più elevati rispetto alle altre, si è avvicinato alle altre stazioni riducendo lo scarto che la caratterizzava in precedenza.

Le stesse elaborazioni sono state effettuate per l’NO e sono riportate di seguito nelle fig. 4 e 5. Pur non essendo normato il monossido può risultare interessante in quanto la sua relazione con il traffico è più diretta rispetto all’NO2, essendo quest’ultimo un inquinante di natura secondaria. 

Anche nelle figure 4 e 5 la variazione dei livelli medi tra il triennio e il 2020 risulta molto più evidente a marzo rispetto agli altri mesi. La variazione di marzo 2020 è inoltre, come nel caso dell’NO2, generalizzata poichè tutte le stazioni registrano una diminuzione dei valori.

Il rapporto tra NO e NO2 è molto variabile in relazione al sito e alle sorgenti che lo influenzano, ma è anche determinato dalla reattività in atmosfera e quindi dalla stagione, dall’ora del giorno e dalla radiazione solare disponibile. Inoltre i fattori di emissione di entrambi questi inquinanti cambiano con il tipo di motore e quindi variazioni stagionali del parco auto – si pensi ad esempio al maggiore utilizzo dei ciclomotori nella stagione primaverile ed estiva – possono anch’esse incidere in maniera significativa.

Nel mese di marzo 2020 per i diversi siti osservati il rapporto medio tra NO e NO2 non sembra variare in maniera univoca e soprattutto significativa rispetto alle possibili variazioni tra un anno e un altro e tra un giorno e l’altro. In fig. 6 sono riportati il giorno tipo del rapporto tra NO e NO2 calcolato sul triennio, su ciascuno degli anni del triennio (linee tratteggiate) e sul 2020. Come si può notare le differenze non sono in questo caso univoche ma variano da sito a sito. In generale per ogni sito, anche quando la media del triennio è superiore a quella del 2020, c’è sempre almeno uno dei 3 anni (in genere il 2019) con valori molto simili a quelli del 2020. L’unica eccezione è FI-Gramsci che mostra una diminuzione netta del rapporto NO/NO2 a marzo 2020 mentre negli altri 3 anni si riscotrano valori simili tra loro. 

Per questo motivo in prima approssimazione non si traggono informazioni aggiuntive dall’analisi del rapporto tra i livelli di NO e NO2 pur meritando quest’ultima ulteriori approfondimenti.

Particolato PM10

Anche per quanto riguarda il PM10 l’analisi effettuata riguarda le distribuzioni mensili dei dati nel 2020 e nel triennio precedente. In questo caso, trattandosi di medie giornaliere sono disponibili un numero inferiore di dati per il periodo osservato. Inoltre per quanto riguarda il PM10 sono state escluse le giornate del 28 e 29 marzo in cui si sono registrati valori molto elevati di PM in tutte le stazioni per un fenomeno di avvezione di polveri dall’area asiatica (come documentato nella notizia pubblicata ad inizio aprile).

Come si può notare dalla figura 7 nel mese di gennaio 2020 le distribuzioni hanno valori più alti della mediana per tutte le stazioni con l’unica eccezione di GR-Sonnino per cui comunque la mediana è confrontabile con quella del triennio. A febbraio le distribuzioni sono mediamente simili a quelle del triennio, pur essendo più strette, probabilmente per effetto del minor numero di dati presenti nella distribuzione del 2020 rispetto a quella del triennio. 

Queste considerazioni sui mesi di gennaio e febbraio mettono in risalto la generalizzata diminuzione dei valori che si osserva nel mese di marzo; infatti con l’unica eccezione della stazione di LU-Micheletto i valori delle mediane diminuiscono. Le stazioni di FI-Gramsci e GR-Sonnino sono quelle per cui la diminuzione è più accentuata e il valore della mediana nel 2020 scende sotto il 25° percentile del triennio. Si hanno rispettivamente per FI-Gramsci un 25° percentile nel triennio pari a 21 µg/m3 e una mediana nel 2020 di 20 µg/m3 e per GR-Sonnino un 25° percentile nel triennio pari a 20 µg/m3 e una mediana nel 2020 di 18 µg/m3. Anche le stazioni di LI-Carducci e PI-Borghetto mostrano una sensibile diminuzione con un calo della mediana rispettivamente da 25 µg/m3 a 20 µg/m3 e da 27 µg/m3 a 22 µg/m3. Per le altre stazioni, essendo i valori delle mediane già molto contenuti per il mese di marzo nel triennio, la diminuzione è meno accentuata, in genere di 1 o 2 µg/m3. In questi casi una diminuzione più significativa della distribuzione si osserva sui valori del 75mo percentile. 

Considerazioni riassuntive e finali

Il blocco delle attività in relazione all’emergenza COVID-19 ha prodotto effetti misurabili sugli inquinanti PM10 e ossidi di azoto (NO e NO2) nelle dieci stazioni di traffico urbano della rete regionale Toscana. Non è possibile effettuare una correlazione diretta tra blocco delle attività ed effetti in quanto in questo periodo dell’anno è molto complesso identificare il contributo dovuto rispettivamente alla riduzione delle emissioni, alla variazione delle condizioni meteoclimatiche e alle reazioni chimico-fisiche in atmosfera in cui sono coinvolti gli inquinanti. 

Tuttavia proprio per le caratteristiche di ubicazione delle stazioni esaminate gli effetti sugli inquinanti sono in prima analisi riconducibili alla riduzione dei volumi di traffico. La valutazione è effettuata sulle distribuzioni mensili dei dati. E’ stato effettuato un confronto tra la distribuzione del triennio precedente (2017-2019) con la distribuzione del 2020 per i mesi di gennaio, febbraio e marzo. Il blocco della attività infatti è coinciso con il cambiamento della stagione, fattore di cui gli andamenti degli inquinanti tipici urbani risentono in maniera decisa. Per mettere in evidenza variazioni al netto di questi effetti è stato quindi necessario fare un confronto con gli anni precedenti.

Dal confronto con i tre anni precedenti la diminuzione più evidente si riscontra su NO e NO2 mentre niente si può concludere sul rapporto tra i due inquinanti che presenta caratteristiche variabili da un sito all’altro e solo per la stazione di FI-Gramsci sembra presentare una riduzione sensibile rispetto alla media di ciascuno dei tre anni del triennio 2017-2019. In maniera meno netta rispetto agli ossidi di azoto, anche il PM10 mostra una riduzione diffusa a marzo 2020. Per le stazioni per cui a marzo i valori sono normalmente molto contenuti per effetto della stagione questa riduzione risulta meno significativa e ciò è evidente tramite una valutazione del quadro di insieme. 

Come per l’analisi già effettuata nell’Agglomerato fiorentino una valutazione più completa sarà possibile però solo al termine di questo periodo tramite anche un’analisi dettagliata della variazione delle sorgenti di emissione e delle condizioni meteorologiche del periodo.

Testo a cura del Centro Regionale per la Qualità dell’Aria di Arpa Toscana (CRTQA)

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