Rivista tecnico-scientifica ambientale dell'Arma dei Carabinieri                                                            ISSN 2532-7828

TECNOLOGIA 
LA “VISIBILITÀ” COME MISURA DELLA QUALITÀ DELL’ARIA NEI PARCHI NATURALI ITALIANI: IL PRIMO PROGETTO PILOTA DI CARABINIERI FORESTALI ED ENEA
24/02/2023
di Ettore PETRALIA 1,
Cristiana COCCIUFA 2,
Giancarlo PAPITTO 2,
Antonio PIERSANTI 1 


La "Visibilità", come la massima distanza alla quale un osservatore può vedere un oggetto distante in contrasto con l'orizzonte, dipende anche dalla presenza di inquinanti gassosi o particolati che contribuiscono a generare foschia che ostacola la visione nitida. La visibilità, quindi, può diventare un utile indicatore della qualità dell'aria in aree naturali a forte vocazione fruizionale quali, nel caso del progetto “Visibilità”, i Parchi Nazionali italiani. L'obiettivo del progetto è testare il protocollo americano I.M.PRO.V.E. (Interagency Monitoring of PROtected Visual Environment), basato sull'algoritmo sviluppato da Malm et al. (1994, Spatial and Seasonal Trends in Particle Concentration and Optical Extintion in the United States. J. Geophys. Res. 99: 1347–1370), per la quantificazione di un coefficiente che descrive l'estinzione della luce (Bext) in funzione di differenti parametri chimico-fisici associati alle molecole disperse nell'aria.
Per l'azione “pilota”, che rappresenta il primo caso di monitoraggio della visibilità in Europa, è stato selezionato il Parco Nazionale del Circeo (LT), con il posizionamento degli strumenti di misura per la valutazione dell'inquinamento atmosferico presso il sito del Lago dei Monaci. Durante la primavera-estate 2021 e l'inverno 2021/2022 sono stati raccolti campioni di 24 ore (con una frequenza di uno ogni tre giorni) per misurare e caratterizzare diversi composti di particolato e gas, mentre la rilevazione visiva del grado di trasparenza dell'aria è stata effettuata con una telecamera panoramica puntata in direzione del “landmark” Monte Circeo, preso come riferimento per la definizione della visibilità a lunga distanza.
È stato quindi calcolato un primo indice di estinzione luminosa (Bext) e i risultati preliminari mostrano che i parametri che sembrano contribuire maggiormente all'aumento di Bext e quindi alla riduzione della visibilità sono i Secondari Inorganici (Solfato di ammonio e Nitrato di ammonio). Il buon accordo tra la valutazione qualitativa della visibilità (tramite immagini della telecamera) e la stima quantitativa di Bext sembra incoraggiare ulteriori test su diversi siti.

"Visibility", as the greatest distance at which an observer can see a distant object in contrast with the horizon, depends also on the presence of gaseous or particulate pollutants that contribute to generating haze that obstructs clear vision. Therefore, visibility can become a useful indicator of air quality in natural areas with a significant fruition vocation such as, in the case of the "Visibility" project, the Italian National Parks. The project’s goal is to test the American protocol I.M.PRO.V.E. (Interagency Monitoring of PROtected Visual Environment), based on the algorithm developed by Malm et al. (1994, Spatial and seasonal trends in particle concentration and optical extinction in the United States. J. Geophys. Res. 99: 1347–1370), for the quantification of a coefficient that describes the light extinction (Bext) as a function of different chemical-physical parameters associated with molecules dispersed in the air.
For the "pilot" action, representing the first case of visibility monitoring in Europe, the Circeo National Park (LT) was selected, with the positioning of the measuring instruments for atmospheric pollution evaluation at the Lago dei Monaci site. During spring-summer 2021 and winter 2021/2022, 24-hours samples were collected (with a frequency of one every three days) to measure and characterise different compounds of particulate matter and gases, while the visual detection of the degree of air transparency was performed by a panoramic camera pointed in the direction of the "landmark" Monte Circeo, taken as a reference for the definition of long-distance visibility.
A first extinction index (Bext) was therefore calculated and preliminary results show that the parameters that seem to contribute most to the increase of Bext and hence to reducing visibility are the Inorganic Secondaries (Ammonium Sulphate and Ammonium Nitrate). The good agreement between qualitative assessment of visibility (by camera images) and the quantitative estimation of Bext seems to encourage further tests on different sites. 

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La “visibilità” è intesa come la massima distanza a cui un osservatore può distinguere un oggetto lontano nel contrasto con l’orizzonte. In relazione al paesaggio, il grado di visibilità così definito è conseguenza di fattori quali l’umidità relativa dell’aria, l’incidenza della luce solare, la copertura nuvolosa e le caratteristiche ottiche dell’atmosfera, legate a loro volta anche alla presenza di inquinanti gassosi o particolati che contribuiscono a generare foschie, ostacolando la visione nitida dell’orizzonte. Il paesaggio è di fatto una risorsa comune e condivisa, ove la possibilità di godere di un nitido panorama, immersi in un ambiente naturale, rappresenta un prezioso valore ricreativo, ma anche un vero e proprio servizio ecosistemico. In questo contesto, la visibilità rappresenta un parametro utile alla valutazione dello stato dell’ambiente, specialmente in aree naturali a significativa vocazione fruizionale. La visibilità di un paesaggio è dunque un concetto strettamente connesso alla qualità dell’aria e alla sua trasparenza: quanto più un oggetto lontano risulti visibile e nitido, tanto più potrebbe essere ridotta la concentrazione di particolato e gas inquinanti in atmosfera. 
Il problema di legare la visibilità spaziale alla presenza di inquinanti in atmosfera è già da tempo oggetto di studio negli Stati Uniti d’America. Ogni anno oltre 280 milioni di persone visitano i parchi e le aree selvagge statunitensi e può a volte accadere che i visitatori non siano in grado di vedere chiaramente gli spettacolari panorami che si aspettano, a causa di foschie e nebbie che offuscano la visuale: è frequente che una quota significativa di tali fenomeni sia attribuibile ad inquinanti atmosferici trasportati dal vento, inquinamento spesso generato a centinaia di chilometri dal sito di influenza. Negli U.S.A. la visibilità è stimata mediante applicazione della metodologia I.M.PRO.V.E. (Interagency Monitoring of PROtected Visual Environment), basata sull’algoritmo sviluppato da Malm et al. (1994): ormai dal 1988 un consorzio di enti scientifici (tra cui Environmental Protection Agency, National Park Service, USDA Forest Service) misura il parametro della visibilità nei parchi naturali americani, associando eventuali riduzioni di questo parametro all’inquinamento da particolato atmosferico e seguendo gli obiettivi del Clean Air Act (CAA). Il CAA è la principale legge federale sulla qualità dell'aria, intesa a ridurre e controllare l'inquinamento atmosferico a livello nazionale. Inizialmente promulgata nel 1963 e modificata più volte da allora, è una delle prime e più influenti leggi ambientali moderne degli Stati Uniti.
Anche in Italia a livello normativo sì è ritenuto fondamentale considerare il paesaggio come bene comune, di cui è necessario preservare l’integrità naturalistica. Già la Costituzione Italiana, con l’articolo 9, sancisce che “La Repubblica promuove lo sviluppo della cultura e la ricerca scientifica e tecnica. Tutela il paesaggio e il patrimonio storico e artistico della Nazione”. 
Inoltre, diverse leggi nazionali e decreti legislativi, oltre al Codice penale, tutelano a vario titolo le bellezze paesaggistiche e panoramiche; in particolare poi, il DL n. 177 del 2016 attribuisce ai Carabinieri Forestali il compito della “Tutela del paesaggio e dell’ecosistema” (box 1 - Compendio delle principali norme che tutelano il paesaggio ed i beni panoramici in Italia).
Nel quadro della cooperazione internazionale tra Italia e U.S.A., tra il 2019 e il 2020 si sono succedute due missioni negli Stati Uniti da parte di personale del Comando Unità Forestali, Ambientali e Agroalimentari (CUFA) dell’Arma dei Carabinieri con l’opportunità di conoscere il protocollo I.M.PRO.V.E.; da qui, l’idea del CUFA di attuare nel 2021 una collaborazione tecnica e scientifica con l’Agenzia Nazionale per le Nuove tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo economico sostenibile (ENEA), con l’obiettivo di testare l’utilizzo della metodologia I.M.PRO.V.E. e verificarne l’applicabilità nei Parchi italiani. Nasce così l’iniziativa Visibility Italia che vede coinvolto l’Ufficio Progetti, Convenzioni, Educazione ambientale del CUFA e il Laboratorio di Inquinamento Atmosferico di ENEA. Per l’azione “pilota” è stato selezionato il Parco Nazionale del Circeo, con il posizionamento degli strumenti di misura (con la collaborazione del Reparto Carabinieri Biodiversità di Fogliano – Distaccamento di Sabaudia e del Reparto Carabinieri Parco Nazionale del Circeo) presso il Lago dei Monaci (Sabaudia, LT), che quindi attualmente rappresenta l’unico sito di monitoraggio della “visibility” in Europa
Fig. 1La campagna di misura sperimentale presso il Parco Nazionale del Circeo ha avuto una durata di un anno, dalla primavera del 2021 alla primavera del 2022 e ha consentito di effettuare un test preliminare sulla applicabilità della metodologia originale I.M.PRO.V.E. in ambienti diversi da quelli di sviluppo, con la quantificazione della visibilità del paesaggio naturalistico e la relativa correlazione con la presenza in atmosfera di particelle inquinanti di origine sia antropica sia naturale. Un secondo sito di campionamento è già stato recentemente installato, ed attualmente in fase di avvio, nella Riserva Naturale di Vincheto di Celarda (Feltre, BL), un'area naturale protetta nei pressi del Parco Nazionale delle Dolomiti Bellunesi, dove verrà effettuato un nuovo ciclo di rilevamenti delle componenti inquinanti e della visuale ottica alla grande distanza.


In dettaglio, la metodologia I.M.PRO.V.E. si basa sulla quantificazione di un coefficiente che descrive l’estinzione della luce in funzione di diversi parametri chimico-fisici associati a molecole e particelle disperse nell’aria, in questo caso legate all’inquinamento atmosferico. Il progetto prevede campionamenti della durata di 24h (con una frequenza di uno ogni tre giorni), per la misura della concentrazione del particolato PM2.5 (particelle con diametro aerodinamico minore o uguale a 2.5 µm) e PM10 (particelle con diametro aerodinamico minore o uguale a 10 µm), di altre specie chimiche particolate quali solfati e nitrati, carbonio elementare e carbonio organico, metalli ed elementi in traccia (Ti, Si, Ca utilizzati per calcolare la concentrazione in massa delle particelle associate alla componente mineralogica), Cl (necessario per calcolare la concentrazione delle particelle di spray marino) e della specie gassosa biossido di azoto (NO2). Il rilevamento visivo del grado di trasparenza dell’aria è assicurato, invece, da una telecamera panoramica che punta in direzione di un landmark (nel caso dell’azione pilota è il Monte Circeo), preso a riferimento per la definizione della visuale ottica a lunga distanza

Fig. 2La fotocamera è programmata per attivarsi in modo autonomo ogni 3 giorni in contemporaneità con i campionamenti di particolato atmosferico e la programmazione prevede uno scatto ogni 5 minuti nel corso del dì. La stazione di misura è provvista, inoltre, di una centralina meteo comprendente un anemometro (per la misurazione della velocità e direzione del vento), un pirometro (per la misurazione della radiazione solare), un termoigrometro (per la misurazione della temperatura e dell’umidità dell’aria), un pluviometro (per la misurazione della quantità di pioggia), un barometro (per la misurazione della pressione atmosferica). I dati meteo vengono raccolti in continuo ogni 5 secondi ed aggregati in medie orarie e minimi / massimi giornalieri.


Per quanto riguarda le attività, i Carabinieri forestali si occupano del coordinamento generale dell’iniziativa, della raccolta dei dati meteo, della gestione della telecamera e del supporto tecnico e di manutenzione sugli strumenti in situ; inoltre, è affidata a loro la sorveglianza del sito di misura, classificato come “obiettivo sensibile” per le potenziali e significative ricadute dell’inquinamento atmosferico sulla salute umana. Ruolo dei ricercatori ENEA è di eseguire in laboratorio le analisi chimico-fisiche dei campioni raccolti e di elaborare l’indice di visibilità atmosferica, mettendo in relazione le variazioni della visibilità all’orizzonte catturate dalla telecamera fotografica con i dati di composizione degli inquinanti atmosferici. I dati preliminari al momento disponibili sembrano sostenere che la metodologia I.M.PRO.V.E. è applicabile al sito del Parco Nazionale del Circeo, con correlazioni dirette tra concentrazione delle specie inquinanti e grado di visibilità ottica.





immagine tabellaIn un quadro più generale, lo studio della visibilità atmosferica potrebbe concorrere anche a rispondere agli adempimenti richiesti dalla Direttiva Europea 2016/2284 NEC (National Emission Ceiling), che stabilisce gli impegni di riduzione delle emissioni atmosferiche di inquinanti associate ad attività umane negli Stati membri e prevede specificatamente lo studio degli impatti dell’inquinamento atmosferico sugli ecosistemi.

La Direttiva richiede l’individuazione di nuovi siti di monitoraggio dell’inquinamento atmosferico in ambiente naturale (in particolare in area Mediterranea) e la creazione di nuovi indicatori per lo studio di tali impatti. Il progetto Visibility e la visibilità atmosferica in quanto indicatore della qualità dell’aria si legano così al progetto a finanziamento europeo LIFE MODERn(NEC) LIFE20GIE/IT/000091 (Nuovo sistema di Monitoraggio per rilevare gli effetti della riduzione delle emissioni inquinanti derivanti dalla adozione della Direttiva NEC), coordinato dal CUFA e partito a fine 2021. Il progetto (www.lifemodernec.eu ) si propone di migliorare il sistema di valutazione degli impatti dell’inquinamento atmosferico e dei cambiamenti climatici sugli ecosistemi forestali e d’acqua dolce in Italia, migliorando ed integrando la struttura della Rete NEC Italia esistente.

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1 ENEA – Agenzia Nazionale per le Nuove tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo economico sostenibile, Laboratorio Inquinamento Atmosferico. Via Martiri di Monte Sole, 4 - Bologna

2 Comando Unità Forestali, Ambientali e Agroalimentari dell’Arma dei Carabinieri – SM - Ufficio Progetti, Convenzioni, Educazione Ambientale. Via G. Carducci, 5 - Roma

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Riferimenti bibliografici
Malm W.C., Sisler J.F., Huffman D., Eldred R.A. and Cahill T.A., 1994. Spatial and seasonal trends in particle concentration and optical extinction in the United States. J. Geophys. Res. 99: 1347–1370.