Panoramica
Cosa contiene questa sezione
La sezione Analisi dati raccoglie gli strumenti per l'esplorazione dei dati di qualità dell'aria della città di Catania: le misure delle centraline di monitoraggio e i campi di concentrazione calcolati dal modello sulla griglia urbana. L'obiettivo è osservare gli andamenti spazio-temporali degli inquinanti (NO2, O3, PM10, PM2.5, SO2), metterli in relazione con i processi che li governano (fotochimica, attività vulcanica dell'Etna) e fornire le basi teoriche e statistiche per interpretarli.
Accanto agli strumenti di esplorazione la sezione raccoglie due pagine di consultazione: il significato delle grandezze che ricorrono in tutto il sito, e i valori di riferimento normativi e sanitari con cui le concentrazioni si confrontano. Servono a leggere il resto: un numero senza la sua unità, il suo periodo di mediazione e il suo termine di paragone non dice ancora niente.
Strumenti disponibili e come usarli
WebGIS
Mappa interattiva del dominio: centraline e celle della griglia di calcolo. È il punto di partenza dell'analisi: si naviga la mappa, si seleziona una cella (o una centralina) e da lì si aprono gli andamenti temporali del punto scelto.
Andamento temporale
Concentrazioni medie e massime per la cella selezionata dal webGIS. Si sceglie la base temporale (annua, mensile o giornaliera) con gli appositi pulsanti; in fondo è possibile calcolare l'anticorrelazione fotochimica NO2/O3 su un intervallo di date, con coefficiente di Pearson per ora e mese.
Dati di monitoraggio
Le serie misurate dalle centraline di qualità dell'aria: copertura temporale, inquinanti misurati e qualità del dato. Sono i dati osservati di riferimento per il confronto con il modello.
Correlazione con l'attività vulcanica
Analisi dell'influenza del degassamento dell'Etna (in particolare SO2 e particolato) sulle concentrazioni misurate, con i riferimenti bibliografici e i collegamenti alle fonti dati (ARPA Sicilia).
Le grandezze in gioco
Che cos'è ciascuna grandezza che ricorre nel sito: inquinanti gassosi, particolato e la sua suddivisione per dimensione, variabili meteorologiche (compresa l'altezza dello strato limite), descrittori del territorio e misure da satellite, con le unità e il perché contano.
Valori di riferimento e limiti
I valori con cui si confrontano le concentrazioni: limiti europei, decreto italiano e linee guida dell'OMS, ciascuno con periodo di mediazione, superamenti ammessi e natura giuridica. Filtrabili per specie, riferimento e statistica; da qui nascono le scale di colore delle mappe.
Ciclo di Leighton
Le equazioni del sistema chimico NO–NO2–O3 (reazione di Leighton e fotolisi) che spiegano l'anticorrelazione osservata e attesa fra gli inquinanti fotochimici.
Basi statistiche
Il significato del coefficiente di correlazione di Pearson e del p-value, con un'animazione interattiva che mostra come variano al cambiare di r e della numerosità del campione.
Presentazione dei risultati
Sintesi e presentazione dei risultati dell'analisi.
Tecnologie per memorizzare, leggere ed elaborare i dati
- Memorizzazione. I dati risiedono in un database PostgreSQL/PostGIS: le uscite del modello sulla griglia urbana nella tabella delle concentrazioni orarie (array per cella), le misure orarie delle centraline, gli aggregati pre-calcolati giornalieri/mensili/annuali e la geometria delle celle della griglia.
- Lettura. Le pagine interrogano il database tramite endpoint PHP che restituiscono JSON; per le serie più voluminose il caricamento avviene in modo asincrono (AJAX) e a finestre temporali, per non scaricare in un colpo solo grandi quantità di dati.
- Elaborazione e visualizzazione. I grafici sono resi lato client con ECharts, ECharts-GL e Three.js (2D, 3D e WebGL); le formule sono composte con KaTeX. La componente cartografica è servita dallo stack webGIS (QGIS Server, Lizmap, MapProxy, Redis su nginx).
Bibliografia scientifica
- Aiuppa, A., Bellomo, S., D'Alessandro, W., Ferm, M. & Valenza, M. (2003). Influence of volcanic passive degassing on air quality in the Mt. Etna area. WIT Transactions on Ecology and the Environment, 66. witpress.com
- Queißer, M. et al. (2019). TROPOMI enables high resolution SO2 flux observations from Mt. Etna, Italy, and beyond. Scientific Reports, 9, 957. doi:10.1038/s41598-018-37807-w
- Wasserstein, R.L. & Lazar, N.A. (2016). The ASA Statement on p-Values: Context, Process, and Purpose. The American Statistician, 70(2), 129–133. doi:10.1080/00031305.2016.1154108
- Núñez-Alonso, D., Pérez-Arribas, L.V., Manzoor, S. & Cáceres, J.O. (2019). Statistical Tools for Air Pollution Assessment: Multivariate and Spatial Analysis Studies in the Madrid Region. Journal of Analytical Methods in Chemistry, 2019, 9753927. doi:10.1155/2019/9753927
Keywords: analisi, dati, qualità dell'aria, webGIS, Catania