La stazione di monitoraggio del Plateau Rosa
La stazione
La stazione RSE di monitoraggio dei gas serra del Plateau Rosa è operativa sin dagli anni ’90 ed è ospitata nel laboratorio del CNR “Testa Grigia” gestito dal Dipartimento Scienze del sistema Terra e Tecnologie per l’Ambiente (Direttore: Dott. Fabio Trincardi).
Finalità
Il monitoraggio dei gas serra ha principalmente lo scopo di tenere sotto controllo le concentrazioni di quei gas che assumono un ruolo determinante nell’equilibrio radiativo del nostro pianeta provocando il cosiddetto effetto serra. L’effetto serra è un fenomeno naturale prodotto dai processi combinati di assorbimento ed emissione della radiazione infrarossa emessa dalla superficie terrestre e dall’atmosfera. Questi processi sono principalmente dovuti ai gas atmosferici che presentano forti bande di assorbimento per le lunghezze d’onda poste nella finestra da 5 a 20 µm. I gas responsabili dell’effetto serra sono: il vapore acqueo (H2O), l’anidride carbonica (CO2), il metano (CH4), il protossido di azoto (N2O), l’ozono (O3), i clorofluorocarburi (CFC) e i loro sostituti (idroclorofluorocarburi HCFC e idrofluorocarburi HFC), i perfluorocarburi (PFC) e l’esafluoruro di zolfo (SF6). Questi gas serra possiedono, infatti, bande di assorbimento di tipo vibro-rotazionale che permettono di assorbire, e successivamente emettere, la radiazione infrarossa creando una sorta di filtro alla fuoriuscita della radiazione emessa dalla Terra e dalla sua atmosfera. Questo fenomeno naturale di intrappolamento della radiazione infrarossa prende il nome di “effetto serra”.
E’, pertanto, risaputo quali sono i gas responsabili dell’effetto serra ed è altrettanto noto che la loro concentrazione in atmosfera, soprattutto di quelli antropogenici, risulta in lento ma continuo aumento a partire dall’epoca preindustriale. A tal riguardo basti pensare alle emissioni di CO2 ascrivibili al Sistema Elettrico che rappresentano circa un quarto dell’emissioni nazionali. Tra le stazioni operative nella rete internazionale vi sono le tre stazioni italiane di Plateau Rosa RSE; Lampedusa (ENEA) e Monte Cimone (A.M., CNR-ISAC, Università di Urbino). La stazione del Plateau Rosa è in funzione sin dagli anni ’90, ospitata nel laboratorio Testa Grigia del CNR. Anche la stazione del RSE, riscontra un lento e sistematico aumento dei valori di concentrazione di questo importante gas serra. Il trend di aumento delle misure in continuo 1994 – 2021 è pari a 2.11 ppmv/anno grafico.
La stagionalità che si evince è dovuta ai processi di fotosintesi, particolarmente attivi a partire dall’inizio della primavera sino alla fine dell’estate, che producono una modulazione tipica con valori minimi in estate e massimi all’inizio della primavera. L’ampiezza del ciclo aumenta al crescere della latitudine, soprattutto nell’emisfero boreale, mentre assume valori minimi nell’emisfero australe a causa della minor presenza di sorgenti antropiche e della presenza degli oceani. A seguito di misure fatte sulle piccole quantità d’aria intrappolate nei ghiacciai Antartici si è stabilito che gli attuali livelli di concentrazione sono i più elevati degli ultimi 800.000 anni.
In sostanza il clima è il risultato dello stato di equilibrio radiativo tra il flusso totale di energia entrante nel nostro pianeta, che è quasi totalmente rappresentato dall’energia solare (soprattutto radiazione visibile), ed il flusso totale di energia uscente dal nostro pianeta, rappresentato dalla radiazione solare riflessa verso lo spazio esterno e dalla radiazione emessa dalla superficie terrestre e dall’atmosfera (soprattutto radiazione infrarossa). La variazione della composizione dell’atmosfera, con l’aumento dei gas serra, produce una maggiore capacità di intrappolare la radiazione (infrarossa) emessa dalla superficie terrestre e dall’atmosfera, con un aumento, dunque, dell’effetto serra.
Il monitoraggio regolare o continuo dei gas serra ha il doppio scopo di fornire dati per lo studio del ciclo atmosferico, e del bilancio complessivo, cui sono soggetti questi gas sia a livello stagionale che annuale e di documentare il loro graduale aumento determinato dalle attività umane. Dalla conoscenza dei cicli di trasformazione e delle attuali concentrazioni in aria è possibile fare previsioni sulle future concentrazioni atmosferiche di questi gas in funzione di vari scenari di emissione antropica e naturale. Pertanto lo scopo finale del monitoraggio è anche quello di rendere possibile una valutazione delle conseguenze ambientali a larga scala e a lungo termine prodotte dall’attività antropica.
La previsione delle concentrazioni future di un gas serra viene fatta mediante dei modelli che simulano i vari processi di emissione e rimozione a cui è soggetto. Il principale test dell’accuratezza di un tale modello è rappresentato dalla sua capacità di riprodurre le caratteristiche della distribuzione atmosferica del gas (variazioni latitudinali della concentrazione media, dipendenza latitudinale delle variazioni stagionali, se queste esistono, l’incremento globale annuo, e anche la dipendenza temporale della concentrazione in una particolare località) che sono state osservate attraverso il monitoraggio. Da queste considerazioni risulta evidente l’importanza di un sistema di monitoraggio globale che possa fornire informazioni precise ed accurate sulla distribuzione delle concentrazioni atmosferiche dei vari gas serra con una sempre maggiore risoluzione spaziale e continuità temporale.
Un sistema di monitoraggio di tali dimensioni può essere ottenuto soltanto grazie alla collaborazione internazionale di diverse organizzazioni di ricerca. Attualmente, infatti, sono sempre più i laboratori nel mondo che si occupano di monitorare i diversi gas serra, dedicando molta attenzione alla metodologia delle misure e alle procedure di taratura della strumentazione. L’obiettivo è quello di raccogliere quante più misure possibili provenienti da differenti laboratori per costituire un database globale disponibile ed affidabile per la comunità scientifica, ponendo parecchia attenzione in merito alla comparabilità dei dati eseguendo diversi test di interconfronto tra i vari laboratori della rete di misura internazionale.
Caratteristiche della stazione
Il Plateau Rosa è una piattaforma a 3480 m sul livello del mare (45° 56’ 7.3” N e 7° 42’ 31.8” E) situata sulle Alpi italiane della Valle d’Aosta
Visita virtuale al laboratorio per il monitoraggio dei gas serra del Plateau Rosa di fronte al monte Cervino, cima tra le più alte delle Alpi occidentali.
La cima della Testa Grigia è una sommità di sfasciumi situata sulla larga cresta a S del colle del Teodulo. Essa è costituita da scisti grigiastri, da cui il nome Testa Grigia. Vi si trova il rifugio Guide del Cervino oltre al posto di polizia di frontiera e doganale italiano e svizzero, la stazione meteorologica dell’Aeronautica Militare e il Laboratorio, denominato per analogia, Testa Grigia del CNR in cui RSE, ha installato la strumentazione per il monitoraggio dei gas serra e delle variabili meteorologiche.
La scelta del Plateau Rosa per l’insediamento di una stazione di monitoraggio atmosferico dei gas serra è legata al fatto che questo sito è generalmente posto al di sopra dello strato di rimescolamento atmosferico, risulta distante dai grandi insediamenti umani, industriali e dalle grandi vie di comunicazione, e, con particolare riferimento alla CO2, nelle aree prossime ad esso è quasi nulla l’attività vegetativa.
Si precisa che una stazione è definita idonea per la misura delle concentrazioni atmosferiche di fondo naturale (background) quando sono poco frequenti e ben rilevabili le situazioni che non rappresentano le condizioni di fondo. Queste ultime sono sostanzialmente ascrivibili al trasporto di masse d’aria contaminata da aree lontane dalla stazione di misura oppure legate alla presenza di sorgenti occasionali di origine locale.
Adeguamento della stazione di misura alle linee guida di ICOS
Elementi importanti ai fini del favorevole inserimento della stazione di Plateau Rosa nella rete di misura ICOS (Integrated Carbon Observation System) sono costituiti dal fatto che la stazione è già operativa con misure ultradecennali, riconosciuta a livello mondiale e inserita nella rete di monitoraggio internazionale del Global Atmosphere Watch.
Una stazione di monitoraggio di classe 2, qual è quella del Plateau Rosa in ICOS, deve garantire la misura in piena continuità delle seguenti grandezze:
- concentrazione atmosferica dell’anidride carbonica (CO2),del metano (CH4) e del vapore acqueo (H2O);
- temperatura, umidità relativa e pressione atmosferica nonché la velocità e la direzione del vento.
Gli analizzatori utilizzati devono garantire prestazioni e robustezza idonee per il monitoraggio di lungo termine (in sostanza per svariati anni). Tali requisiti devono essere soddisfatti e garantiti per tutto il periodo di misura con test eseguiti, sia dai laboratori dell’Atmospheric Thematic Center (ATC), sia da laboratori associati. Qualsiasi analizzatore di gas viene preventivamente valutato dal laboratorio metrologico dell’ATC prima dell’impiego in campo al fine di certificarne la conformità con le linee guida di ICOS. Lo strumento scelto per il monitoraggio dei gas serra al Plateau Rosa, idoneo alla classe 2 delle specifiche tecniche imposte da ICOS, è il PICARRO G2301 mostrato in Figura 1. Quest’analizzatore è uno strumento di nuova generazione che si basa sui recenti progressi ottenuti nell’ambito delle tecniche di misura ottica (Cavity Ring-Down Spectroscopy) che hanno portato allo sviluppo di analizzatori in grado di effettuare simultaneamente misure di anidride carbonica (CO2), metano (CH4) e vapore acqueo (H2O). Lo strumento permette accurate e precise misure che possono raggiungere gli obiettivi di compatibilità inter-laboratorio stabiliti dal WMO/GAW (in particolare: ± 0.1 ppm per la CO2 e ± 2 ppb per il CH4). Tale obiettivo può essere conseguito anche senza essiccare il campione d’aria qualora si applichino opportuni fattori di correzione (in funzione della concentrazione del vapore acqueo misurata e ricavati empiricamente dal produttore o dal Laboratorio metrologico ATC) alla misura effettuata per esprimerla nella condizione di aria secca.
Il principio di funzionamento del PICARRO si basa su una tecnica spettroscopica altamente sensibile denominata CRDS (Cavity Ring-Down Spectroscopy) che permette di misurare l’estinzione ottica assoluta di campioni che rifrangono e assorbono la luce (Figura 2 e Figura 3). La tecnica è anche conosciuta come CRLAS (Cavity Ring-down Laser Absorption Spectroscopy). Uno strumento CRDS è, in sostanza, costituito da un laser che illumina una stretta cavità ottica generalmente costituita da due specchi altamente riflettenti. Quando il laser all’interno della cavità è in risonanza si crea un’interferenza costruttiva che fa aumentare l’intensità del segnale. Allorché il laser viene spento è possibile realizzare la misura del decadimento esponenziale dell’intensità luminosa. Nella fase di decadimento il raggio di luce risulta riflesso dai due specchi della cavità per centinaia di volte compiendo un cammino ottico di alcuni chilometri fino alla sua estinzione completa. Se delle molecole di gas in grado di assorbire la radiazione prodotta dal laser sono poste nella cavità, l’estinzione del fascio laser avviene più velocemente effettuando meno oscillazioni. In conclusione, uno strumento CRDS misura in quanto tempo la luce decade a “1/e” della sua intensità iniziale.
L’analizzatore PICARRO G2301 è stato collegato a un pannello di distribuzione mostrato in Figura 4, realizzato da RSE, per eseguire misure di verifica della taratura con i diversi standard PRIMARI in situ di riferimento prodotti da ICOS.
Pertanto, la verifica di taratura dell’analizzatore avviene secondo una sequenza specifica delle misure dei suddetti primari e gestita da uno specifico sistema di distribuzione (rotary valve) opportunamente gestito dal PICARRO secondo un programma di misura e di verifica di taratura, stabilito da RSE in accordo con ATC.
Le specifiche ICOS suggeriscono di effettuare la taratura con almeno 3 standard ICOS prodotti dal CAL (Central Analytical Laboratory) oppure, scelta ideale e fortemente consigliata, utilizzandone 4. In aggiunta a questi 4 standard di riferimento vi sono 2 target gas denominati short-term target gas e long-term target gas. Il primo è utilizzato giornalmente ai fini del controllo di qualità (QC) e per la stima dell’incertezza di misura e della eventuale deriva a breve termine e il secondo utilizzato anch’esso per QC e al fine di valutare la stabilità su lungo periodo.
Le concentrazioni di ciascuna miscela standard di riferimento (primari e target gas) con cui effettuare le verifiche di taratura sono riportate, in Tabella 1. Tutte le miscele gassose succitate sono state preparate dal ICOS CAL (Central Analytical Laboratory) e realizzate in aria naturale.
Ciascun standard utilizzato dovrà essere sostituito allorché la pressione della bombola raggiungerà il valore di 30 bar al fine di consentire l’esecuzione di un’ultima verifica di misura al CAL prima che si raggiunga il valore di pressione critico stimato essere, dal WMO (GAW Report N° 213), pari a 20 bar. La procedura per la sostituzione della bombola dovrà essere attivata da parte del responsabile della stazione che dovrà contattare il CAL con un anticipo di almeno tre mesi.
Tenendo conto di queste tempistiche e in particolare dell’uso frequente del target gas a breve termine, è fortemente consigliato l’approvvigionamento presso la stazione di misura di una adeguata riserva di miscele per la verifica di calibrazione dello strumento. Per quanto riguarda la sostituzione dei quattro standard di taratura, si dovrà garantire al massimo una sostituzione parziale (l’ideale sarebbe una sostituzione di uno standard per volta lasciando passare un congruo periodo di tempo fra l’innesto di un nuovo standard e il successivo). Per questo tipo di standard è necessario effettuare una richiesta di sostituzione al CAL con un anticipo di circa sei mesi. Per la strumentazione che utilizza la tecnica di misura CRDS (Cavity Ring-Down Spectroscopy), quindi anche per il Plateau Rosa, le verifiche di taratura sono eseguite nella seguente maniera:
Verifica di taratura con 4 standard:
- durata dell’iniezione di gas (prelievo): 30 minuti;
- numero di cicli durante una verifica di calibrazione: 4;
- frequenza di calibrazione: circa ogni 15 giorni;
- frequenza di misura del short- term target gas: 20 ore (per 30 minuti)
- frequenza di misura del long-term target gas: circa ogni 15 giorni (per 30 minuti)
In Figura 5 e Figura 6 si mostrano, come esempio, i cicli di verifica della taratura del PICARRO così come avvenuti il giorno 31 maggio del 2022. Le medesime figure mostrano anche i valori acquisiti relativi alla concentrazione in aria del CO2 e del CH4.
All’avvio dell’operatività dello strumento fu applicata la procedura di taratura: con la medesima procedura prevista per le verifiche di taratura automatiche (durata dell’iniezione di ciascun standard di 30 minuti e numero di cicli pari a 4) costruendo una retta di taratura con i quattro standard primari. Calcolati i coefficienti della retta di taratura (coefficiente angolare e intercetta), questi sono forniti quali dati di input nello strumento. La taratura manuale dello strumento è raccomandata soltanto se si manifestano delle discordanze significative e qualora la stabilità delle misure dovesse risultare molto stabile, requisito peculiare dello strumento in questione, è anche possibile procedere alla correzione a posteriori delle misure.
Il CAL è quindi responsabile del riempimento delle bombole dei gas di calibrazione in uso in tutte le stazioni di misura della rete di monitoraggio ICOS.
Nella progettazione delle linee di prelievo dei campioni d’aria da monitorare ICOS non impone alcuna architettura standardizzata anche se consiglia, comunque, che il responsabile della stazione si ponga in contatto con ATC per una realizzazione ottimale delle stesse. In Figura 7 è mostrato lo schema realizzato da RSE per il sistema di prelievo/distribuzione gas del laboratorio del Plateau Rosa.
La valvola rotativa mostrata nella Figura 8 relativa alla progettazione dell’impianto idraulico è una Valco e il numero di porte (pari a dieci) è adatto alle necessità della stazione di misura (linee di campionamento e bombole di gas di riferimento). Per il controllo della qualità dei dati e della validazione, ICOS richiede la gestione automatizzata delle seguenti ulteriori misure: flussi delle misure di ogni gas di verifica della calibrazione, flusso della linea di prelievo dell’aria esterna e temperatura ambiente del locale in cui è posto il PICARRO. Le misure dei flussi sono effettuate con due mass flow meter come indicative e per registrare eventuali sbalzi e anomalie.
Sistemi di misura prima dell'adesione a ICOS
La stazione è attrezzata con strumentazione chimica (analizzatori per la misura dei gas serra), con pannelli di gestione delle tarature automatiche e linee di prelievo per la raccolta di campioni d’aria, e strumentazione meteorologica (stazione meteorologica completa ad eccezione del pluviometro). L’acquisizione dei dati di monitoraggio, la gestione dei pannelli di taratura automatica e la registrazione dei segnali di allarme viene effettuata mediante un sistema di acquisizione dei dati che trasmette, con frequenza giornaliera, tutti i dati presso la sede centrale di RSE. L’attività di monitoraggio è consistita inizialmente nella misurazione per evento, mediante il prelievo in fiasche (flask) pretrattate di campioni d’aria che venivano poi analizzati in laboratorio, ed in seguito , sino ad oggi, in continuo mediante analizzatori specifici. A corredo delle misure dei gas serra sono tuttora eseguite misurazioni delle principali variabili meteorologiche. In passato, allo scopo di facilitare l’identificazione delle condizioni attribuibili al fondo naturale, venivano effettuate anche misure di composti gassosi inquinanti tradizionali (SO2, NOx, e THC – idrocarburi totali) che sono state, oramai, sospese da alcuni anni.
- Il sistema di campionamento e deumidificazione criogenico
L’aria ambiente aspirata tramite la prima delle 2 pompe installate nel laboratorio, viene deumidificata con l’ausilio di un sistema criogenico tenuto a circa -60 °C.
Questa temperatura riduce sostanzialmente, oppure elimina del tutto, la presenza di vapore acqueo nel campione d’aria da analizzare eliminando il pericolo di una sua possibile interferenza sulle misure, in particolare, della CO2.
Il circuito criogenico è costituito da tre stadi identici. Non essendo però dotato di un circuito di sbrinamento automatico, con l’andare del tempo, l’umidità intrappolata finisce con l’ostruire il primo stadio interessato.
Un sensore di flusso rileva tale anomalia e genera un segnale logico che viene utilizzato per azionare le valvole per selezionare lo stadio successivo.
Ciascuno stadio è caratterizzato da un tempo medio di utilizzo di circa una settimana, per cui l’operatività massima del sistema risulta essere di circa tre settimane.
Tale stima è ovviamente approssimativa in quanto la “durata” reale dipende dalla temperatura e dall’umidità atmosferica presente nei campioni d’aria analizzati in continuo. In inverno è possibile intervenire per ripristinare le trappole criogeniche anche una volta al mese, in estate, se le temperature superano lo zero, è possibile il blocco dei tre stadi anche dopo soli 10/15 giorni.
La misura della CO2
La misura della CO2 viene svolta utilizzando due strumenti ad infrarosso non dispersivo a cella compensata, un SIEMENS Ultramat 5E e Ultramat 6E con campo di misura tra 360 e 420 ppm, entrambi visualizzati nella figura 2.
Una valvola a 3 vie (EV7) seleziona il gas da mandare allo strumento di misura scegliendo tra quello proveniente dal sistema criogenico o quello che arriva da un manifold di valvole cui sono collegate le varie miscele di taratura utilizzate.
Il gas selezionato viene poi mandato ad un mass flow controller (MKS) con fondo scala di 1000 sccm e, quindi, allo strumento.
L’utilizzo del mass flow controller serve sia per compensare le variazioni di pressione del campione conservando il flusso di prova scelto, sia per fornire la relativa misura, che viene acquisita dal sistema di gestione e di acquisizione dei dati.
Anche il gas detto di “riferimento”, che viene addotto agli strumenti di misura della CO2 è monitorato mediante l’utilizzo di un mass flow controller per stabilizzare il flusso ed acquisirne il valore.
La misura del CH4
Il circuito pneumatico per la misura del CH4 è composto da una valvola a 3 vie che collega il mass flow controller utilizzato per regolare il flusso di gas alla linea di prelievo esterna ad un manifold di valvole cui sono collegati gli standard utilizzati per le tarature.
Lo strumento per la misura del metano è un gas-cromatografo con rivelatore a ionizzazione di fiamma (FID) modello Venus della NIRA con campo di misura: 0 – 5 ppm (figura 3).
La misura dell’O3
La misura di Ozono viene eseguita mediante un analizzatore ad assorbimento UV modello THERMO 49i con calibratore interno, campo di misura 0 – 500 ppb.
L’analizzatore ad assorbimento UV mod. 49i basa il suo funzionamento sull’assorbimento da parte delle molecole di Ozono, di radiazioni UV di lunghezza d’onda pari a 254 nm.
La conseguente attenuazione della intensità della radiazione UV generata da una lampada all’interno dell’analizzatore permette, sulla base della legge di Lambert – Beer, di calcolare la concentrazione di Ozono presente nel campione.
Il fenomeno di attenuazione del fascio UV viene monitorato all’interno di una cella a percorso ottico fisso.
Tale principio di funzionamento richiede una condizione di riferimento, l’analizzatore mod. 49i incorpora infatti uno “scrubber” capace di rimuovere tutto l’O3 presente nel campione d’aria e fornire, quindi, tale riferimento grazie ad una seconda cella di misura in cui è monitorata l’intensità UV di riferimento.
Infine, un filtro adattivo di segnali consente di ottenere sia una veloce risposta in caso di improvvise e significative fluttuazioni delle concentrazioni di Ozono, sia valori stabili in situazioni di concentrazioni poco variabili.
In Laboratorio è presente anche un altro strumento per la misura dell’Ozono, un analizzatore ad assorbimento UV modello O3 41M Environnement, campo di misura 0 – 500 ppb.
Questo strumento è comunque mantenuto in funzione (anche se obsoleto) per affiancarlo all’altro analizzatore col solo fine di “strumento di riferimento qualitativo” in modo da poter individuare eventuali anomalie di funzionamento.
Strumentazione meteorologica
La strumentazione attualmente installata al Plateau Rosa e che soddisfa i requisiti ICOS (Integrated Carbon Observation System) è la seguente:
Anemometro GILL WINDOBSERVER75, con riscaldamento aumentato (a partire dal 01/09/2017).
Misuratore di umidità relativa e temperatura atmosferica ROTRONICS con sensore MP102H + elemento trasmettitore Cat. HCS-S3 con schermo a ventilazione naturale (a partire dal 05/12/2017).
Misuratore di pressione atmosferica YOUNG 61302 con schermo antivento per il posizionamento all’esterno (a partire dal 01/09/2017).
Per questa strumentazione è in atto la sovrapposizione delle misure con i sensori in uso in precedenza.
Misure di taratura
La necessità di fornire dati da poter mettere a confronto con quelli rilevati nelle altre stazioni di monitoraggio della rete di monitoraggio internazionale e di poter valutare, con accuratezza e precisione, le variazioni della concentrazione del fondo naturale richiede una gestione particolarmente attenta delle procedure di taratura degli analizzatori.
L’analizzatore della CO2 esegue una misura ogni 5” ed il programma di acquisizione effettua e registra il valore medio orario (sino al 2007 i valori medi erano acquisiti su base semioraria), le deviazione standard associata alla media ed il numero di misure eseguite nell’ora.
Ogni sei ore il monitoraggio in continuo è interrotto al fine di eseguire le misure delle due miscele di gas a concentrazione nota (standard terziari o di lavoro denominati A e B), i cui valori sono scelti appositamente esterni a quelli misurati al Plateau Rosa (in particolare: lo standard A è posto al valore inferiore e lo standard B al valore superiore delle concentrazioni misurate) che usualmente sono rappresentativi delle concentrazioni del fondo naturale.
Queste misure di miscele a titolo noto, denominate “tarature terziarie”, servono sia per correggere le derive strumentali (il cosiddetto “drift”), sia per riferire i valori delle concentrazioni acquisite alla scala internazionale della NOAA
Ogni 72 ore, sono anche misurate le miscele secondarie (denominate standard C, D, E, F) che permettono di verificare la stabilità degli standard terziari e riferire, con sistematicità, alla scala NOAA tutte le miscele terziarie di volta in volta utilizzate.
In sostanza le quattro miscele standard secondarie permettono di riferire le miscele di gas terziarie A e B su una retta di regressione lineare costruita sui quattro valori degli standard secondari (C, D, E, F).
L’analisi avviene con una procedura la cui affidabilità è stata provata nei vari anni di attività della stazione e che si ispirò, sostanzialmente, a quanto riportato in Khomir et al. (1987). La procedura prevede la misura degli standard a partire dal valore più basso al più alto e poi a scendere fino a tornare al più basso, quindi la sequenza di misura operativa tipo è la seguente: C, D, A, E, B, F, B, E, A, D, C.
Gli standard primari rappresentano la scala di misura internazionale di riferimento che attualmente, per i laboratori e stazioni di monitoraggio aggiornati agli ultimi confronti effettuati, è denominata WMO X2007. Data la loro importanza e peculiarità, al fine anche di evitarne il consumo e l’eventuale degrado, il loro uso è limitato soltanto alle misure di riferibilità delle restanti miscele di taratura (secondarie e terziarie) eseguite, in genere, ogni 6 mesi circa.
Le misure di interconfronto eseguite in passato per la CO2 ed il CH4 nell’ambito dei WMO Round Robin Test della rete mondiale del GAW (Global Atmospheric Watch) e dei progetti europei AEROCARB e CARBOEUROPE, a cui RSE ha partecipato con le proprie misure, hanno confermato la qualità delle misure eseguite e la bontà delle procedure di calibrazione ad oggi adottate. Il monitoraggio del CH4 viene effettuato riferendo le misure, ogni 6 ore, a due standard di lavoro a sua volta riferiti alla scala di misura internazionale della NOAA, attualmente denominata NOAA04. La riferibilità degli standard di lavoro ai primari viene eseguita, una tantum, direttamente in situ.
La misura dell’O3 viene riferita, dagli operatori in situ, al calibratore ENVIRONICS SERIES 100 preventivamente sottoposto a verifica impiegando un analizzatore di ozono mod. ENVIRONNEMENT 41 M, tarato nel campo 20-500 ppb mediante il calibratore primario mod. THERMO ELECTRON 49 PS riferibile al campione nazionale dell’INRIM di Torino.
Elaborazione dati
Sebbene l’operatività della stazione di misura sia del tutto automatizzata generando un archivio completo di tutte le misure e dei vari segnali di verifica del corretto funzionamento degli apparati di misura, resta comunque una parte di lavoro off-line, eseguito nella sede di Milano, per la creazione degli archivi di lavoro. Un primo archivio di lavoro riguarda tutti i dati validati a seguito dei controlli di qualità e, in particolare, riferiti e corretti per la scala di taratura internazionale (scala di riferimento WMO X2007 per la CO2 e NOAA2004 per il CH4 ). Un secondo archivio, generato dal primo, riguarda i dati selezionati quali rappresentativi del fondo naturale. A scopo esemplificativo si riportano, di seguito, tre figure allo scopo di chiarire il significato delle diverse fasi della procedura applicata per costruire il primo archivio di dati.
L’esempio si riferisce ai dati di misura della CO2 raccolti nel corso del 2007.
In particolare, in alto a sinistra è mostrato l’andamento delle misure grezze (in cui facilmente si evincono i periodi in cui la trappola criogenica per l’essiccazione del campione d’aria non funziona correttamente facendo produrre all’analizzatore misure errate che si identificano nel grafico nei valori in caduta), in alto a destra è osservabile l’andamento delle misure preselezionate (che rappresentano i dati depurati da tutte le anomalie riscontrate sull’intero sistema di misura), e infine, nel grafico in basso è mostrato l’andamento delle misure validate e riferite alla scala di misura della rete internazionale.
Nella successiva figura si mostrano, invece, i dati identificati come rappresentativi del fondo naturale (in blu) e quelli ascrivibili a situazioni di inquinamento locale o da trasporto a scala regionale (in ciano). I dati si riferiscono alle misure semiorarie della CO2 eseguite nel corso del 2007.
Quest’ultimo è un esempio di applicazione dello schema di selezione dei dati di fondo a seguito dell’applicazione del criterio denominato BaDS (Background Data Selection). Nel riquadro in basso a sinistra è invece riportato l’andamento dei valori mensili di fondo ottenuti utilizzando anche i precedenti metodi di selezione adottati in passato. L’applicazione del criterio BaDS ai dati del passato (1997) ha permesso, pertanto, di confrontare le diverse metodologie di selezione dei dati realizzate nel corso dei vari anni di attività della stazione di monitoraggio del Plateau Rosa. Le differenze sulle medie mensili di fondo sono, in genere, minime. La maggiore qualità ed efficienza della procedura BaDS nella selezione dei dati rappresentativi del fondo naturale si riscontra, soprattutto, nei valori semiorari.
Trasmissione dei dati
I dati acquisiti presso la stazione vengono scaricati automaticamente ogni notte presso la sala server di RSE, inoltre, allo scopo di mantenere sotto osservazione il regolare ed il corretto funzionamento della stazione, è stato sviluppato da RSE, attraverso messaggistica SMS, un programma di trasmissione delle misure. Tramite un modem GSM, il sistema invia ad una lista di numeri telefonici predefinita, un messaggio dove vengono riportati (a scelta) alcuni dei valori misurati. Gli orari di trasmissione sono personalizzabili. In caso di mancanza dell’energia elettrica, evento purtroppo frequente soprattutto nel periodo estivo, il programma registra tale evento e lo notifica ai destinatari non appena la stazione riprende il normale funzionamento.