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Nelle pagine di analisi, validazione ed elaborazione ricorrono sigle e nomi che danno per scontato il significato. Questa pagina li spiega una volta sola: che cosa è ciascuna grandezza, in che unità si esprime, da dove viene il dato e perché la si guarda.

Prima di tutto: che cosa significa «concentrazione»

Quasi tutto ciò che segue è una concentrazione, cioè quanta sostanza c'è in un certo volume d'aria. L'unità abituale è il microgrammo per metro cubo (µg/m³): un milionesimo di grammo in mille litri d'aria. Sono quantità minuscole — il limite giornaliero per il PM₁₀ è 50 µg/m³, cioè cinquanta milionesimi di grammo per metro cubo — eppure a quei livelli gli effetti sulla salute sono misurabili.

Esistono altri due modi di esprimere la stessa cosa, e confonderli è l'errore più comune.

• Le parti per miliardo (ppb) contano molecole invece che massa. La conversione da ppb a µg/m³ dipende dalla temperatura, dalla pressione e dal peso molecolare: non è un fattore fisso. Le reti europee pubblicano in µg/m³, quelle americane spesso in ppb.
• La colonna (mol/m²) è quello che misura un satellite: non la concentrazione in un punto, ma il totale lungo tutta l'altezza dell'atmosfera. È una grandezza diversa, non una versione approssimata — vedi più avanti.

Il monossido di carbonio fa eccezione fra i gas: essendo molto più abbondante si esprime in milligrammi per metro cubo (mg/m³), cioè mille volte il microgrammo. La catena di elaborazione lo riporta a µg/m³ per uniformità.

Gli inquinanti gassosi

Ossidi di azoto: NO, NO₂, NO_x

Nascono da ogni combustione ad alta temperatura, perché il calore fa reagire l'azoto e l'ossigeno che compongono l'aria stessa. Il traffico è la sorgente dominante in città.

Quello che esce dai motori è in gran parte monossido (NO), che nell'atmosfera si ossida in biossido (NO₂) nel giro di minuti. Il biossido è quello sorvegliato per legge: irrita le vie respiratorie ed è un precursore sia dell'ozono sia del particolato secondario. La somma dei due si indica con NO_x e si usa quando interessa il totale emesso indipendentemente da quanto si è già trasformato.

Il biossido di azoto è la grandezza più adatta a studiare la scala urbana: ha vita breve — poche ore — quindi le sue variazioni raccontano quello che succede vicino, non quello che è arrivato da lontano.

Ozono (O₃)

È l'unico della lista che nessuno emette: si forma nell'atmosfera quando la luce solare fa reagire ossidi di azoto e composti organici volatili. Per questo si chiama inquinante secondario, e per questo il suo massimo è nel primo pomeriggio d'estate, non nell'ora di punta.

Ha un comportamento che sorprende chi lo incontra la prima volta: in centro città l'ozono è spesso più basso che in periferia o in collina, perché il monossido di azoto appena emesso dal traffico lo consuma. Sale invece dove l'aria ha avuto tempo di reagire allontanandosi dalle sorgenti. È il motivo per cui le centraline che lo misurano sono in genere di fondo, e sono meno numerose.

Biossido di zolfo (SO₂)

Viene dalla combustione di carburanti che contengono zolfo. In Europa è crollato negli ultimi decenni grazie alla desolforazione dei combustibili, e oggi in ambiente urbano si trova a livelli molto bassi; resta rilevante vicino a impianti industriali, porti e aree vulcaniche — ed è per questo che compare nei casi di studio sull'Etna.

Monossido di carbonio (CO)

Prodotto da combustioni incomplete. È il classico indicatore del traffico di vecchia generazione: con i catalizzatori è sceso molto, e oggi serve soprattutto come tracciante — dove sale il CO, sta bruciando qualcosa lì vicino.

Benzene (C₆H₆) e formaldeide (HCHO)

Due composti organici volatili. Il benzene è sorvegliato perché cancerogeno accertato, e viene da carburanti ed evaporazione. La formaldeide interessa soprattutto come indicatore dei processi fotochimici in corso: è un prodotto intermedio della degradazione di altri composti organici, e la si misura da satellite per stimare quanto intensamente sta lavorando la chimica dell'ozono in una certa area.

Il particolato: PM₁₀ e PM_2,5

Non è una sostanza ma una miscela: polveri, fuliggine, sali, composti organici, frammenti biologici. Si classifica per dimensione, non per composizione, perché è la dimensione a decidere fin dove una particella riesce a entrare nell'apparato respiratorio.

Il numero indica il diametro aerodinamico in micrometri: il PM₁₀ comprende le particelle fino a 10 µm, il PM_2,5 quelle fino a 2,5 µm. Il secondo è quindi un sottoinsieme del primo, non una cosa separata: dove si misurano entrambi, il PM_2,5 è sempre minore o uguale al PM₁₀.

Una parte del particolato è emessa direttamente (primario: usura di freni e pneumatici, combustione, cantieri, risospensione dalla strada); un'altra si forma in atmosfera a partire da gas come ossidi di azoto, ammoniaca e composti organici (secondario). La frazione secondaria è quella che viaggia lontano, e che rende gli episodi invernali di pianura un fenomeno di scala regionale più che locale.

Le grandezze meteorologiche

La meteorologia non è un contorno: a parità di emissioni decide quasi tutto quello che si misura al suolo. Tre grandezze entrano nei modelli di questo sito.

Vento: le componenti u e v a 10 metri

Il vento viene fornito come due componenti — u verso est, v verso nord, in metri al secondo — e non come velocità e direzione. La ragione è pratica e importante: le direzioni sono angoli, e mediarle non ha senso (la media fra 350° e 10° è 180°, cioè l'esatto contrario del vero). Le componenti invece si mediano e si interpolano come qualunque numero.

Da u e v si ricavano quando servono la velocità (la radice della somma dei quadrati) e la direzione. Il vento conta perché diluisce e trasporta: raddoppiarlo dimezza all'incirca la concentrazione sottovento a una sorgente.

Temperatura a 2 metri

Si misura a due metri dal suolo per convenzione internazionale. Entra nei modelli per tre motivi: governa la velocità delle reazioni fotochimiche, è legata al riscaldamento domestico d'inverno, e soprattutto è l'indizio della stabilità dell'atmosfera, cioè della grandezza che segue.

Altezza dello strato limite (BLH)

È lo spessore di atmosfera che, nell'arco di poche ore, si rimescola con il suolo. Sopra quella quota l'aria è in pratica un altro mondo: quello che si emette a terra non ci arriva. La BLH è quindi il volume in cui si diluisce ciò che viene emesso, e si misura in metri.

È la grandezza meno intuitiva e la più decisiva. Di notte, quando il suolo si raffredda, l'aria vicino a terra diventa stabile e lo strato può chiudersi a poche centinaia di metri; nel pomeriggio, con il sole che scalda il terreno, la convezione lo apre fino a uno o due chilometri. A parità di emissioni la concentrazione al suolo va grosso modo come l'inverso di questo spessore: fra notte e pomeriggio ci sono cinque-dieci volte di differenza.

Da qui viene una regola pratica utile per leggere qualunque serie: se la concentrazione sale mentre le emissioni non cambiano — un mattino d'inverno, una sera senza vento — quasi sempre è lo strato limite che si è chiuso, non qualcuno che ha emesso di più.

Le grandezze del territorio

Non cambiano nel tempo, e descrivono il luogo anziché l'aria. Servono ai modelli che stimano la concentrazione dove non c'è nessuna centralina: se si conosce che cosa rende un posto più esposto, quel posto lo si può valutare senza misurarlo.

• Quota (metri sul livello del mare): il terreno guida i venti locali e le inversioni termiche si formano nelle conche.
• Popolazione (abitanti per cella): indizio delle emissioni domestiche e, insieme, del numero di persone esposte.
• Superficie costruita (frazione di cella edificata): il costruito trattiene calore e ostacola il rimescolamento.
• Uso del suolo, come frazioni di cella: urbano, vegetazione, acqua. La vegetazione rimuove particolato, l'acqua modifica il bilancio termico.
• Densità stradale per classe (metri di strada per cella), distinguendo grandi assi, strade medie e minori: è il migliore indicatore disponibile delle emissioni da traffico dove non esiste un censimento dei flussi.

Le misure da satellite

Un satellite non misura la concentrazione al suolo. Guarda la luce che attraversa l'atmosfera e ne ricava quanta sostanza c'è in tutta la colonna d'aria sotto di sé, dal suolo allo spazio. Il risultato è una quantità per unità di superficie, in mol/m², e si chiama colonna troposferica quando ci si limita alla parte bassa dell'atmosfera.

Le due misure sono complementari, non alternative. La centralina è precisa e oraria ma esiste in pochi punti; il satellite copre tutto ma passa una volta al giorno, ha pixel di alcuni chilometri e non distingue a che quota si trovi la sostanza. Una colonna alta può voler dire aria sporca al suolo oppure uno strato limite profondo che diluisce molto su tutta l'altezza: per questo la colonna si usa come indizio aggiuntivo in un modello, non come sostituto della misura al suolo.

Ogni valore satellitare porta con sé un indice di qualità (qa_value, fra 0 e 1) che dice quanto la ricostruzione è affidabile in quel pixel: nuvole, neve e geometrie di osservazione sfavorevoli lo abbassano. Le raccomandazioni ufficiali chiedono di scartare i valori sotto 0,75 per il biossido di azoto e sotto 0,5 per le altre specie.

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