Monitoraggio dell’aria: le reti ARPA e del futuro

La legislazione italiana, costruita sulla base della direttiva europea (Direttiva 08/50/CE recepita dal D.Lgs. 155/10) definisce che le Regioni sono l’autorità competente nel campo della misura della qualità dell’aria, e prevede la suddivisione del territorio in zone e agglomerati sui quali valutare il rispetto dei valori obiettivo e dei valori limite. La zonizzazione deve essere rivista almeno ogni 5 anni.

Per valutare se la qualità dell’aria soddisfi o superi gli standard di salute pubblica, le Regioni fanno affidamento su una rete di “centraline” fisse delle Agenzie Regionali per la Protezione dell’Ambiente (ARPA), collocate in aree urbane, che tramite analizzatori automatici solitamente misurano e rendono pubblici i dati relativi almeno a polveri sottili (PM10 e PM2,5), biossido di azoto (NO2), biossido di zolfo (SO2), ozono (O3), monossido di carbonio (CO) e benzene (C6H6).

Pertanto, la rete italiana di rilevamento della qualità dell’aria è in realtà composta da una serie di reti regionali. Del resto, il complesso sistema italiano delle agenzie ambientali conta la presenza di ben 21 fra Agenzie Regionali (ARPA) e Provinciali (APPA). La rete di rilevamento della qualità dell’aria di ARPA Lombardia, ad esempio, è costituita da circa 150 stazioni (o “centraline”) fisse, ma altre Regioni ne hanno la metà o anche meno: ad esempio, già il confinante Piemonte ne ha 68.

Le stazioni della rete locale del “Sistema Regionale di Rilevamento della Qualità dell’Aria” (SRRQA) del Piemonte (fonte: ARPA Piemonte)

Dato che la Lombardia ha una superficie di 23.844 kmq, ciò significa che anche nella Regione all’apparenza più “coperta” si ha, teoricamente, una centralina ogni 159 kmq. Ma questa è solo la classica “media del pollo”, poiché in realtà la maggior parte delle centraline si trovano in centri urbani, per cui i paesi e paesini e le aree rurali sono “scoperti”, cioè non monitorati direttamente. Pertanto, al di fuori delle aree urbane della Lombardia, la densità di centraline è inferiore, almeno, a 1 ogni 300 kmq!

Nelle zone e negli agglomerati urbani, la valutazione della qualità dell’aria viene condotta in modo integrato, mediante le stazioni fisse con campionamento in continuo o discontinuo, misure “indicative” e modelli matematici di dispersione. I dati forniti dalle stazioni fisse vengono integrati con quelli “indicativi” rilevati durante campagne temporanee di misura mediante laboratori mobili.

Secondo le ARPA, “le postazioni regionali sono distribuite su tutto il territorio regionale in funzione della densità abitativa e della tipologia di territorio, rispettando i criteri di definiti dal citato D.Lgs. 155/2010”. Tuttavia, a seconda del contesto ambientale (urbano, industriale, da traffico, rurale, etc.) nel quale è attivo il monitoraggio, diversa è la tipologia di inquinanti che è necessario rilevare. Pertanto, non tutte le stazioni delle ARPA sono dotate della medesima strumentazione analitica.

In questo modo vengono prodotte, di solito: le mappe relative alla concentrazione degli inquinanti riferite alle giornate precedenti (a differenza delle reti non ufficiali “emergenti”, che invece forniscono dati in tempo reale) e quelle di previsione per la giornata odierna (Indice di Qualità dell’Aria e alcuni inquinanti specifici), e per le due giornate successive. Le ARPA ricordano che “nessuno di questi risultati corrisponde ad un dato effettivamente misurato sul territorio, ma sono valutazioni di tipo modellistico”.

Il complesso sistema modellistico usato per la qualità dell’aria. (fonte: ARPA Piemonte)

La rete di monitoraggio, di conseguenza, non fornisce un quadro dettagliato dell’inquinamento atmosferico reale in una zona rurale o in un’area priva di centraline – o su scala iperlocale – ma solo un valore di fondo “sintetico” che, oltre ad essere sfasato di un giorno in un’epoca in cui le informazioni sono ottenibili sempre più in tempo reale, può discostarsi di parecchio da quello effettivo ad es. in paesini lontani dalle centraline ma vicini a fonti inquinanti (ad es. impianti industriali, centrali elettriche, etc.).

Inoltre, nelle mappe pubbliche di inquinamento delle ARPA frutto di modelli – comprese quelle di previsione – di solito non è riportata, sovrapposta, l’ubicazione delle centraline fisse. Ovviamente, ciò sarebbe invece molto utile al lettore per capire se il valore di qualità dell’aria o di un inquinante espresso in un punto della mappa può essere più o meno vicino al suo valore reale. E aggiungere questa preziosa informazione con dei puntini sulla mappa non costa nulla.

Una mappa di previsione del PM2,5. Non sono riportate le ubicazioni delle stazioni fisse usate per l’elaborazione del modello. (fonte: ARPA Lombardia)

 

Le reti emergenti basate su sensori mobili

Se un Paese ha evidenti problemi di inquinamento dell’aria come l’Italia, per cui necessita di un monitoraggio capillare – o si sta rapidamente urbanizzando, sviluppando e cambiando, come ad esempio, la Cina o l’India – allora le reti tradizionali fisse e basate su poche centraline da migliaia di euro e con necessità di manutenzione frequente costituiscono un modo molto costoso per monitorare l’aria.

Inoltre, una rete fissa pubblica di centraline tradizionali, evidentemente, non può monitorare i luoghi la cui qualità dell’aria sta cambiando più rapidamente e che potrebbero avere la maggiore esposizione all’aumento ed al peggioramento dell’inquinamento atmosferico, con potenziali rischi per la salute delle persone. E nemmeno monitora la qualità dell’aria dei paesini vicini a sorgenti inquinanti.

Ecco perché le reti di rilevamento basate su sensori mobili – sia che si tratti di piattaforme di sensori di alto livello progettate ad hoc, come quelle che stanno per essere montate su tutte le Google car di Street View, sia che si tratti di sensori basati su smartphone ed usati dai cittadini per creare mappe collaborative dell’inquinamento dell’aria – potrebbero rivelarsi fondamentali per cambiare le cose.

Una Google car equipaggiata con sensori mobili hi-tech per la misura dell’inquinamento.

Le griglie delle reti di misurazione esistenti si rivelano terribilmente inadeguate per fornire dati dettagliati su piccola scala, o su scala iperlocale, anche nelle grandi città. Le reti basate su sensori mobili sono le uniche a poter fornire un’immagine accurata e ad alta risoluzione dell’inquinamento da polveri sottili e gas tossici nelle aree urbane, rurali e suburbane di tutto il mondo, Italia compresa.

Può essere ovvio che i livelli di inquinamento sono dannosi in città come Pechino o Milano, dove lo smog è spesso visibile e “percebile” in vari modi durante il giorno, ma altrove la dimensione e l’intensità dei punti “caldi” e dei picchi temporanei di inquinanti potrebbero non essere così chiari, ed i livelli di esposizione possono variare ampiamente anche in differenti strade dello stesso isolato.

Nonostante l’impatto reale che l’inquinamento atmosferico ha sulla vita e sulla salute delle persone, oggi il monitoraggio della qualità dell’aria e la trasmissione delle informazioni al pubblico sono – in molti Paesi – di scarso livello, perché le reti di monitoraggio gestite dai Governi sono insufficienti e non possiedono un sistema di comunicazione adeguato per fornire le informazioni raccolte al pubblico.

Le reti emergenti basate sui sensori mobili – e le mappe a trama fine che permetteranno di creare e di diffondere tramite smartphone – possono risolvere tutti questi problemi, costringendo i Governi ad una transizione verso questa nuova realtà, come ad es. in Germania, dove sono gli stessi Ministeri a favorire la crescita di una rete collaborativa mobile per integrare quella fissa, o negli USA, dove l’EPA prevede di includere “dati raccolti dai cittadini” per integrare le stazioni di monitoraggio esistenti.

Una rete di misurazione della qualità dell’aria (e magari, in parallelo, della salute) su scala iperlocale – sia essa pubblica o privata, poco importa – introduce un nuovo corpo di conoscenze sulla qualità dell’aria, in molti casi addirittura a livello di singole strade. Le Google car, ad esempio, negli USA sono state in grado di mappare l’inquinamento a scale di 30 metri, una risoluzione senza precedenti.

La mappatura strada per strada effettuata dalle Google car in California.

In effetti, 30 metri rappresentano una risoluzione spaziale di circa 100.000 volte più alta rispetto a quella delle reti di monitoraggio pubbliche ufficiali. In pratica, la maggior parte delle misurazioni di inquinamento atmosferico svolte di routine nelle città vengono raccolte in un piccolo numero di siti di monitoraggio “ambientali” che forniscono informazioni solo sulle concentrazioni di fondo urbane.

 

La rivoluzione delle “tre reti” di monitoraggio

Grazie alle prime misure effettuate dalle auto di Street View in California, si è scoperto che l’inquinamento atmosferico è sorprendentemente variabile all’interno dei quartieri; che le concentrazioni degli inquinanti possono variare costantemente di 5-8 volte all’interno di un singolo isolato; che vi sono hotspot e tendenze coerenti a lungo termine della qualità dell’aria durante il giorno e nei giorni feriali.

Ciò spiega molte cose. Ad esempio, diversi anni fa l’ambasciata statunitense a Pechino ha suscitato scalpore twittando le letture della qualità dell’aria prese dal suo sensore sul tetto che era in conflitto con le misurazioni ufficiali fornite dal governo di Pechino. Questi numeri differivano, in parte, perché misuravano aria diversa. I sensori fissi, dunque, non possono rappresentare un’intera città od oltre.

I ricercatori di molti Paesi hanno inoltre scoperto, negli ultimi anni, che, utilizzando un gran numero di sensori collegati ad altrettanti smartphone di comuni cittadini, i requisiti dei dati per la realizzazione di mappe di inquinamento stabili e ad alta risoluzione sono sorprendentemente modesti. Questa semplice tecnica di misurazione può dunque essere implementata dalle città in tutto il mondo.

La rete “a trama fine” SmartAQnet di sensori mobili, finanziata da ben 2 Ministeri in Germania per integrare quella fissa. E’ sviluppata da ricercatori delle locali Università.

Infine, mentre le reti fisse permettono di misurare solo il livello di fondo dell’inquinamento dell’aria, i sensori mobili permettono di misurare le esposizioni personali e, volendo, anche i parametri fisiologici personali, per la correlazione dell’inquinamento ad i suoi effetti a scopo di prevenzione personale, oltre che di ricerca. Ogni persona può così sapere che aria respira andando al lavoro od a scuola.

Insomma, i veicoli pubblici e privati possono venire usati per scattare istantanee su scala media, piccola e piccolissima dell’inquinamento dell’aria e dei gas serra; e gli smartphone per rivelare anche la salute ed i rischi delle comunità urbane e rurali. Così, potrà esserci una comprensione su scala umana di ciò che sta accadendo nel nostro ambiente e di come questo ci stia influenzando direttamente.

Le persone stanno già mappando il loro inquinamento atmosferico di quartiere in varie città del Nord America. Come i telefoni cellulari hanno scavalcato le linee fisse terrestri in gran parte del mondo, i sensori di qualità dell’aria economici e portatili potranno fare altrettanto nei Paesi che non hanno i soldi, le risorse umane o la volontà di sviluppare a livello iperlocale la rete pubblica tradizionale.

Ciò senza dimenticare l’aspetto dell’inquinamento indoor – cioè dell’aria all’interno delle nostre case o, più in generale, degli edifici – che può già oggi essere misurato con sensori fissi, non necessariamente connessi a Internet per scopi di mappatura, ma più verosimilmente a PC od a reti domestiche, giacché anche a livello di una casa l’inquinamento, ad esempio, della cucina è diverso da quello di altre stanze.

Pertanto, con questa rivoluzione che in realtà è già iniziata, avremo quattro reti di sensori, per lo più connessi a Internet, che si aggiungeranno alla rete fissa ufficiale delle ARPA: i sensori outdoor fissi, ad esempio posti all’esterno delle nostre case; i sensori sui veicoli, pubblici o privati che siano; i sensori basati su smartphone o indossabili, connessi a reti collaborative; i sensori indoor, collocati all’interno degli edifici.

La mappa collaborativa di “Che Aria Tira?” fornisce dati in tempo reale sulle polveri sottili grazie a una rete collaborativa con sensori fissi a cui chiunque si può unire.

In effetti, per capire meglio come operano le città, è necessario raccogliere dati in tempo reale dalle strade e dagli edifici interni. Non a caso, Aclima ha già iniziato tale processo collocando un totale di 6.000 sensori in 500 nodi in 21 edifici Google in tutto il mondo L’unione dei dati indoor e outdoor dipingerà un’immagine in precedenza sconosciuta di come ad es. il design urbano influenzi la qualità della vita.

 

Riferimenti bibliografici

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