CyberItaly: Digital Twin per la qualità dell’aria

Il progetto #CyberItaly, guidato da #ESA nell’ambito del programma spaziale europeo di Osservazione della Terra #IRIDE, ha l’ambizioso obiettivo di realizzare un #DigitalTwin del territorio italiano. Questo gemello digitale consentirà di analizzare il rischio idrogeologico, lo stato del verde urbano e, naturalmente, la qualità dell’aria.

Nel contesto della costruzione del gemello digitale, ARIANET fornisce la modellistica per la dispersione degli inquinanti, operando sia a scala locale che a microscala. In collaborazione con #NAIS, il primo PoC del progetto ha sperimentato la decomposizione dei campi di concentrazione a scala locale in #kernel di dispersione per valutare l’impatto delle emissioni da #traffico sulla città di #Genova.

Il sistema è progettato per ricostruire con precisione l’impatto in atmosfera di uno specifico scenario emissivo, consentendo di effettuare simulazioni annuali su scala locale in pochi minuti. Grazie all’elevata efficienza computazionale, è possibile ottenere rapidamente mappe di concentrazione degli inquinanti, permettendo un’analisi dettagliata dell’evoluzione della qualità dell’aria in un contesto urbano nel tempo e nello spazio.

Il cuore del sistema è il modello lagrangiano a particelle #Spray, con cui viene calcolata la dispersione degli inquinanti. Questo modello è utilizzato per costruire un database di simulazioni di dispersione stazionarie e normalizzate, basato su un set di condizioni meteorologiche classificate. I #kernel di cui è composto il database sono campi di concentrazione al suolo tipici pre-calcolati per ogni elemento emissivo, immediatamente disponibili per analisi di scenari “what-if” dai tempi di calcolo significativamente ridotti.

L’elemento chiave dell’approccio computazionale adottato è la convoluzione dei kernel di dispersione, che permette di ottenere mappe di concentrazione media annua su scala locale in pochi minuti. I kernel vengono selezionati dinamicamente in base a velocità del vento e stabilità atmosferica, in accordo con l’orografia sottostante. Vengono quindi ruotati dall’algoritmo per allinearsi alla direzione del vento in ogni nodo del grigliato meteorologico, e opportunamente riscalati in funzione delle emissioni specifiche di ciascun tratto stradale. Questo approccio consente di integrare rapidamente le variazioni emissive nei modelli di dispersione, garantendo una rappresentazione accurata della distribuzione degli inquinanti atmosferici.

Un aspetto fondamentale dello strumento è il #frontend intuitivo sviluppato da NAIS srl, che offre ai #DecisionMakers un’interfaccia semplice ed efficace per testare diversi scenari di emissione. Gli utenti possono modificare parametri chiave relativi alle sorgenti di inquinamento stradale, come il parco veicolare e la presenza di zone a traffico limitato. In questo modo, è possibile valutare in tempo reale gli effetti di strategie di mitigazione, come la riduzione del traffico o l’introduzione di veicoli a basse emissioni, sulla qualità dell’aria a scala urbana.

Oltre a mappe di concentrazione annuali, il tool supporta una modalità forecast, per fornire una previsione dettagliata dell’inquinamento atmosferico su scala locale e su tutta la città. Queste informazioni risultano fondamentali per supportare la pianificazione urbana e lo sviluppo di politiche ambientali efficaci, consentendo di individuare le aree più critiche e di valutare l’efficacia delle misure adottate per il miglioramento della qualità dell’aria.