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Osservazione composizione atmosferica

Chi siamo

L’area di ricerca in osservazione della composizione atmosferica nasce nel CETEMPS e con la realizzazione di un sistema a fluorescenza indotta da laser(TD-LIF) per misure, a bordo di aerei strumentati, di ossidi di azoto e nitrati organici. Nel corso degli anni, a questa attività si è affiancato il monitoraggio dell’atmosfera in alta montagna attraverso la realizzazione dell’Osservatorio Portella del Gran Sasso a 2401 m di quota, l’osservazione a bordo di droni, con lo sviluppo di strumentazione ultra-compatta e le analisi dei dati osservati con box-model con chimica dettagliata, modelli regressivi e modelli neurali, quest’ultima attività in collaborazione con il gruppo di modellistica idrologica sempre del CETEMPS.

Coordinatore: Dr. Piero Di Carlo

Staff: Eleonora Aruffo, Alfonso D’Altorio

Il sistema TD-LIF

Il sistema TD-LIF utilizza la fluorescenza indotta per le misure delle concentrazioni di biossido di azoto (NO2), i perossinitrati totali (∑PNs), alchil nitrati totali (∑ANs) e acido nitrico (HNO3). Il nostro sistema ha un’alta sensibilità (3,6 pptv) ed effettua misure a 10Hz, e permette di determinare i flussi delle specie osservate ,con la tecnica Eddy Covariance. Il TD-LIF utilizza, come sorgente, un laser pulsato YAG che emette a 532 nm per eccitare le molecole di NO2 e loro fluorescenza viene rilevata con fotomoltiplicatore (PMT). Usiamo quattro celle per fare osservazioni simultanee dei quattro composti sopra. Ogni cella è mantenuta a bassa pressione (pochi Torr) per ridurre il quenching e aumentare la durata della fluorescenza. Il sfondo viene ridotto usando filtri ottici, un filtro temporale che attiva il PMT appena dopo l’impulso laser. Mentre NO2, viene misurato direttamente, ∑PNs, ∑ANs ed HNO3, vengono rilevati dopo la conversione termica. L’aria ambiente viene riscaldato a 180 ° C, 400 ° C e 550 ° C per convertire PNs, ∑ANs ed HNO3in NO2. Il TD-LIF è certificato per il volo dal BAE system inglese  ed è stato installato sul velivolo FAAM BAe146 e utilizzato in diverse campagne intensive di osservazione dell’atmosfera. Il TD-LIF viene usato anche in campagne a terra su torri osservative.

Il sistema Portella del Gran Sasso

A partire dal luglio 2012, è stato realizzato un Osservatorio Climatico installato sulla cresta del Monte Portella, a 2401 m. Questo Osservatorio, il più in alta quota degli Appennini, è nato dalla collaborazione tra il CETEMPS-Università dell’Aquila ed il Comitato Ev-K2- CNR, che gestisce, tra le altre, la stazione Piramide alle pendici dell’Himalaya. L’Osservatorio è situato a circa 150 m dal Rifugio Duca degli Abruzzi dove sono state effettuate, precedentemente, per circa 3 anni di misure esplorative. L’Osservatorio Portella è inserito nel network di osservatori di alta montagna SHARE e le misure vengono effettuate in sinergia con gli osservatori di Mt. Cimone e dello Stelvio, così da formare una dorsale per il monitoraggio atmosferico di notevole interesse per l’Italia e l’Europa.

Generalmente le reti osservative della composizione atmosferica, sono addensate in zone urbane, sub-urbane ed industriali, mentre i siti remoti e le montagne in particolare, che comunque rappresentano il 50 per cento del territorio italiano, continuano ad essere scarsamente monitorati. L’Osservatorio Portella del Gran Sasso contribuisce a colmare queste lacuna e permette di acquisire informazioni sulle condizioni di fondo, cioè in situazioni non influenzate dalle attività umane, dell’atmosfera, contribuendo alla comprensione di diversi fenomeni, quali l’effetto degli incendi sulla formazione di inquinati atmosferici, l’effetto del trasporto transfrontaliero su lunghe distanze di particolato biologico aerodiffuso; monitorare il trasporto e la deposizione di aerosol minerale come la sabbia Sahariana e la sua influenza sui livelli di PM10 e PM2.5 nella aree urbane; valutare l’influenza degli aerosol (mineral dust e black carbon) sulla riduzione dei ghiacciai; supportare la verifica di modelli climatici e atmosferici; validare le misurazioni da satellite dei parametri atmosferici.

L’Osservatorio è attivo 24 ore su 24, effettua misure dei parametri meteorologici (pressione, temperatura, umidità, direzione e velocità del vento) e la composizione chimica (O3 ed NO) e fisica (distribuzione dimensionale del particolato) dell’atmosfera. L’installazione di un ponte radio permette di pubblicare i dati in tempo reale su una pagina web di Ateneo che oltre a garantire la diffusione dei dati nella comunità di ricercatori e del soccorso alpino, è un riferimento per tutti gli appassionati della montagna e sportivi che si dedicano al parapendio.

 

Pubblicazioni

43   Di Carlo P., Aruffo E., Biancofiore F., Busilacchio M., Pitari G., Dari-Salisburgo C., Tuccella P., Kajii Y., Wildfires impact on surface nitrogen oxides and ozone in Central Italy, Atmospheric Pollution Research, 6, 29?35, 2015.

42   Biancofiore F., M. Verdecchia, P. Di Carlo, B. Tomassetti, E. Aruffo, M. Busilacchio, S. Bianco, S. Di Tommaso, C. Colangeli, Analysis of surface ozone using a recurrent neural network, Science of the Total Environment, 514, 379–387, 2015.

41  Morgan W:T., B. Ouyang, J. D. Allan, E. Aruffo, P. Di Carlo, O. J. Kennedy, D. Lowe, M. J. Flynn, P. D. Rosenberg, P. I. Williams, R. Jones, G. B. McFiggans, and H. Coe, Influence of aerosol chemical composition on N2O5 uptake: airborne regional measurements in North-Western Europe, Atmos. Chem. Phys., 15, 973-990, doi:10.5194/acp-15-973-2015, 2015.

40   Jolleys M. D., H. Coe, G. McFiggans, J. W. Taylor, S. J. O’Shea, M. Le Breton, S. J.-B. Bauguitte, S. Moller, P. Di Carlo, E. Aruffo, P. I. Palmer, J. D. Lee, C. J. Percival, and M. W. Gallagher, Properties and evolution of biomass burning organic aerosol from Canadian boreal forest fires, Atmos. Chem. Phys., 15, 3077–3095, 2015.

39   Pitari G., G. Di Genova, E. Coppari, N. De Luca, P. Di Carlo, M. Iarlori, V. Rizi, Desert dust transported over Europe: Lidar observations and model evaluation of the radiative impact, J. Geophys. Res., 120, 2881–2898, 2015.

 

 

 

38  Lowe D., S. Archer-Nicholls, W. Morgan, J. Allan, S. Utembe, B. Ouyang, E. Aruffo, M. Le Breton, R. A. Zaveri, P. Di Carlo, C. Percival, H. Coe, R. Jones, and G. McFiggans, WRF-chem model predictions of the regional impacts of N2O5 heterogeneous processes on nighttime chemistry over north-western Europe, Atmos. Chem. Phys., 15, 1385-1409, 2015.

37  Pitari G., De Luca N., Coppari E., Di Carlo P., Di Genova G., Seasonal variation of night-time accumulated Rn-222 in central Italy, Environ. Earth Sci., DOI 10.1007/s12665-015-4023-5, 2015.

36  GalassiDMP, P. Lombardo, B. Fiasca, A. Di Cioccio, T. Di Lorenzo, M. Petitta, P. Di Carlo, Earthquakes trigger the loss of groundwater biodiversity, Scientific Reports, 4, 6273 doi:10.1038/srep06273, 2014.

35  Aruffo, E., Di Carlo, P., Dari-Salisburgo, C., Biancofiore, F., Giammaria, F., Busilacchio, M., Lee, J., Moller, S., Hopkins, J., Punjabi, S., Bauguitte, S., O’Sullivan, D., Parcival, C., Le Breton, M., Muller, J., Jones, R., Forster, G., Reeves, C., Heard, D., Walker, H., Ingham, T., Vaughan, S., Stone, D., Aircraft observations of the lower troposphere above a megacity: alkyl nitrate and ozone chemistry, Atmospheric Environment, 94, 479–488, 2014.

34   Pitari G., Coppari E., De Luca N., Di Carlo P., Pace L., Aerosol Measurements in the Atmospheric Surface Layer at L’Aquila, Italy: Focus on Biogenic Primary Particles, Pure Appl. Geophys. DOI 10.1007/s00024-014-0832-9, 2014.

33  Pacioni G., M. Leonardi, P. Di Carlo, D. Ranalli, A. Zinni, G. De Laurentiis, Instrumental monitoring of the birth and development of truffles in a Tuber melanosporum orchard, Mycorrhiza, 24, 65-72, 2014.

32  Stone D., M. J. Evans, H. Walker, T. Ingham, S. Vaughan, B. Ouyang, O. J. Kennedy, M.W. McLeod, R. L. Jones, J. Hopkins, S. Punjabi, R. Lidster, J. F. Hamilton, J. D. Lee, A. C. Lewis, L. J. Carpenter, G. Forster, D. E. Oram, C. E. Reeves, S. Bauguitte, W. Morgan, H. Coe, E. Aruffo, C. Dari-Salisburgo, F. Giammaria, P. Di Carlo, and D. E. Heard, Radical chemistry at night: comparisons between observed and modelled HOx, NO3 and N2O5 during the RONOCO project, Atmos. Chem. Phys., 14, 1299–1321, 2014.

31  Pitari , G., Coppari E., De Luca N., P. Di Carlo, Observations and box model analysis of radon-222 in the atmospheric surface layer at L’Aquila, Italy: March 2009 case study, Environ Earth Sci, DOI 10.1007/s12665-013-2635-1, 2013.

30   Parrington, M., P. I. Palmer, A. C. Lewis, J. D. Lee, A. R. Rickard, P. Di Carlo, J. W. Taylor, J. R. Hopkins, S. Punjabi, D. E. Oram, G. Forster, E. Aruffo, S. J. Moller, S. J.-B. Bauguitte, J. D. Allan, H. Coe, and R. J. Leigh, Ozone photochemistry in boreal biomass burning plumes, Atmos. Chem. Phys., 13, 7321-7341, 2013

29   Palmer P. I., M. Parrington, J. D. Lee, A. C. Lewis, A. R. Rickard, P. F. Bernath, T. J. Duck, D. L. Waugh, D. W. Tarasick, S. Andrews, E. Aruffo, L. J. Bailey, E. Barrett, S. J.-B. Bauguitte, K. R. Curry, P. Di Carlo, et al., Quantifying the impact of BOReal forest fires on Tropospheric oxidants over the Atlantic using Aircraft and Satellites (BORTAS) experiment: design, execution and science overview, Atmos. Chem. Phys., 13, 6239-6261, 2013.

28  Di Carlo P., E. Aruffo, M. Busilacchio, F. Giammaria, C. Dari-Salisburgo, F. Biancofiore, G. Visconti, J. Lee, S. Moller, C. E. Reeves, S. Bauguitte, G. Forster, R. L. Jones, and B. Ouyang, Aircraft based four-channel thermal dissociation laser induced fluorescence instrument for sim-ultaneousmeasurements of NO2, total peroxy nitrate, total alkyl nitrate, and HNO3, Atmos. Meas. Tech., 6, 971–980, 2013.

27 Cristofanelli P., P. Di Carlo, A. D’ Altorio, C. Dari Salisburgo, P. Tuccella, F. Biancofiore, P. Stocchi, G. P. Verza, T. C. Landi, A. Marinoni, F. Calzolari, R. Duchi, P. Bonasoni, Analysis of SummerOzoneObservationsat a High Mountain Site in Central Italy (Campo Imperatore, 2388 m a.s.l.), Pure Appl. Geophys , DOI 10.1007/s00024-012-0630-1, 2013.

26  Pitari G., P. Di Carlo, E. Coppari, N. DeLuca, G. Di Genova, M. Iarlori, E. Pietropaolo, V. Ri-zi, P. Tuccella, Aerosol measurements at L’Aquila EARLINET station in central Italy: Impact of local sources and large scale transport resolved by LIDAR, Journal of Atmospheric and So-lar-Terrestrial Physics, 92, 116–123, 2013.

25  Ave M., M. Bohacova, E. Curry, P. Di Carlo, C. Di Giulio, P. Facal San Luis, D. Gonzales, C. Hojvat, J. Hörandel, M. Hrabovsky, M. Iarlori, B. Keilhauer, H. Klages, M. Kleifges, F. Kuehn, S. Li, M. Monasor, L. Nozka, M. Palatka, S. Petrera, P. Privitera, J. Ridky, V. Rizi, B. RouilleD’Orfeuil, F. Salamida, P. Schovanek, R. Smida, H. Spinka, A. Ulrich, V. Verzi, C. Williams, Precise measurement of the absolute fluorescence yield of the 337 nm band in atmospheric ga-ses, Astroparticle Physics, 42, 90–102, 2013.

24   Fowler, D., E. Nemitz, P. Misztal, C. Di Marco, U. Skiba, J. Ryder, C. Helfter, J. N. Cape, S. Owen, J. Dorsey, M. W. Gallagher, M. Coyle, G. Phillips, B. Davison, B. Langford, R. MacKenzie, J. Muller, J. Siong, C. Dari-Salisburgo, P. Di Carlo, E. Aruffo, F. Giammaria, J. A. Pyle, C. N. Hewitt, Effects of land use on surface–atmosphere exchanges of trace gases and energy in Borneo: comparing fluxes over oil palm plantations and a rainforest Phil. Trans. Royal Soc. B366:3196-3209, 2011

23   Ave M., M. Bohacova, K. Daumillera, P. Di Carlo, C. Di Giulio, Pedro Facal San Luis, D. Gonzales, C. Hojvat, J. R. Horandel, M. Hrabovsky, M. Iarlori, B. Keilhauer, H. Klages, M. Kleifges, F. Kuehn, M. Monasor, L. Nozka, M. Palatka, S. Petrera, P. Privitera, J. Ridky, V. Rizi, B. Rouilled’Orfeuil, F. Salamida, P. Schovanek, R. Smida, H. Spinka, A. Ulrich, V. Verzi, C. Williams, Precise measurement of the absolute yield of fluorescence photons in atmospheric gas, Nuclear Physics B (Proc. Suppl.) 212–213, 356–361, 2011.

22  Hewitt C. N., Lee J., M.  P. Barkley, N. Carslaw, Chappell N.A., Coe H., Collier C., Commane R., Davies F., Di Carlo P., et al., Oxidant and particle photochemical processes above a south-east Asian tropical rain forest (the OP3 project): introduction, rationale, location characteristics and tools,Atmos. Chem. Phys ., 10, 169-199, 2010.

21  Hewitt C.N., A.R. MacKenzie, P. Di Carlo et al., Nitrogen management is essential to prevent tropical oil palm plantations from causing ground level ozone pollution, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 106, 44, 18447-18451, 2009.

20  Di Carlo P., Barone M., D’Altorio A., Dari-Salisburgo C., Pietropaolo E., High-resolution spectrometer for atmospheric studies, J. of Atmo. andSolar-Terrestrial Phy., 71, 1383–1388,2009.

19   Di Carlo P., G. Pitari, N. De Luca, D. Battisti, Observations of surface radon in Central Italy, Environmental Geology, 58, 431-436,2009.

18  Dari-Salisburgo C., P. Di Carlo, F. Giammaria, Y. Kajii, A. D’Altorio, Laser Induced fluorescence instrument for NO2 measurements: observations at a central Italy background site, Atmospheric Environment, 43, 970-977, 2009.

17  Ave M., Bohacova M., Buonomo B., Busca N., Cazon L., Chemerisov S.D., Conde M.E., Crowell R.A., Di Carlo P.,et al.., Spectrally resolved pressure dependence measurements of air fluorescence emission with AIRFLY, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 597, 1, 41-45, 2008.

16  Ave M., Bohacova M., Buonomo B., Busca N., Cazon L., Chemerisov S.D., Conde M.E., Crowell R.A., Di Carlo P., et al., Energy dependence of air fluorescence yield measured by AIRFLY, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 597, 1, 46-49, 2008.

15  Ave M., Bohacova M., Buonomo B., Busca N., Cazon L., Chemerisov S.D., Conde M.E., Crowell R.A., Di Carlo P., et al., Temperature and humidity dependence of air fluorescence yield measured by AIRFLY, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 597, 1, 50-54, 2008.

14   Ave M., Bohacova M., Buonomo B., Busca N., Cazon L., Chemerisov S.D., Conde M.E., Crowell R.A., Di Carlo P., et al., A novel method for the absolute fluorescence yield measurement by AIRFLY, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 597, 1, 55-60, 2008 .

  1. M. Ave , M. Bohacova, B. Buonomo, N. Busca, L. Cazon, S.D. Chemerisov, M.E. Conde, R.A. Crowell, P. Di Carlo, et al., Measurement of the pressure dependence of air fluorescence emission induced by electrons, Astroparticle Physics, 28, 41-57, 2007.
  2. Di Carlo, P., G. Pitari, E. Mancini, S. Gentile, E. Pichelli, and G. Visconti, Evolution of surface ozone in central Italy based on observations and statistical model, J. Geophys. Res., 112, D10316, doi:10.1029/2006JD007900, 2007.
  3. Arciprete F, Bohacova M, Buonomo B, Caruso R, Di Carlo P., et al., AIRFLY: Measurement of the fluorescence yield in atmospheric gases, Czec. Journal. of Physics, 56, A361-A367, 2006.
  4. Arciprete F, Bohacova M, Bluemer J, Bollmann E, Caruso R, Di Carlo P, et al., AIRFLY: Measurement of the air fluorescence radiation induced by electrons, Nuclear Physics B-Proceedings Supplements, 150, 186-189, 2006.
  5. P. Di Carlo, W. H. Brune, M. Martinez, H. Harder, R. Lesher, X. Ren, T. Thornberry, M. A. Carroll,V. Young, P. B. Shepson, D. Riemer, E. Apel, C. Campbell, Missing OH reactivity in a forest:Evidence for unknown reactive biogenic VOCs, Science, 304, 722-725, 2004.
  6. X. Ren, H. Harder, M. Martinez, I. C. Faloona, D. Tan, R. L. Lesher, P. Di Carlo, J. B. Simpas, and W. H. Brune, Interference Testing for Atmospheric HOx Measurements by Laser-induced Fluorescence, J. Atmos. Chem, 47, 2, 169–190, 2004.
  7. I. C. Faloona, D. Tan, R. L. Lesher, N. L. Hazen, C. L. Frame, J. B. Simpas, H. Harder, M. Martinez, P. Di Carlo, X. Ren and W. H. Brune, A Laser Induced Fluorescence Instrument for Detecting Tropospheric OH and HO2: Characteristics and Calibration, J. Atmos. Chem., 47, 2, 139–167, 2004.
  8. A. Geyer, B. Alicke, and R. Ackermann, M. Martinez, H. Harder, W. Brune, P. Di Carlo, E. Williams, T. Jobson, S. Hall, R. Shetter, J. Stutz, Direct observations of daytime NO3: Implications for urban boundary layer chemistry, J. Geophys. Res., 108, D12, 4368, doi:10.1029/2002JD002967, 2003.
  9. G. Cinque, R. Zauri, P. Di Carlo, M. Iarlori and V. Rizi, Sensible heat flux and boundary layer depth measurements by Doppler SODAR and sonic anemometer data, Il Nuovo Cimento C, 23, 331-350, 2000.
  10. T.C. Chineke, V.Rizi, F. Masci, P. Di Carlo, M. Iarlori, 1979-1999 Satellite totalozonecolumnmeasurementsovere West Africa, Ann. Geofis ., 43, 537-544, 2000.
  11. V. Rizi, F. Masci, G. Redaelli, P. Di Carlo, M. Iarlori, G. Visconti and L.W. Thomason, Lidar and SAGE II observations of Shishaldin volcano aerosols and lower stratospheric transport, Geophys. Res. Lett., 27, 3445-3448, 2000.
  12. V. Rizi, M. Iarlori, P. Di Carlo, G. Visconti, and G. Cinque, A combined Rayleigh-Raman lidar for measurements of tropospheric water vapour and aerosol profiles, Il Nuovo Cimento C, 21, 53-64, 2000.
  13. P. Di Carlo, V. Rizi, and G. Visconti, Lidar observations of mesospheric sodium over Italy, Il Nuovo Cimento C , 21, 541-550, 1998.
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Progetti

SHARE: progetto nazionale finanziato per le osservazioni in alta montagna della composizione atmosferica in condizioni di fondo.

 

Contatti

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Dr. Piero Di Carlo, Ph.D. (Coordinatore)

Tel.: 08713556627, 0862 433011

e-mail: piero.dicarlo@unich.it, piero.dicarlo@aquila.infn.it

Skype: piero.dicarlo

 

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Dott.sa Eleonora Aruffo, Ph.D

Tel.: 0862 433011

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Prof. Alfonso D’Altorio

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e-mail: alfonso.daltorio@aquila.infn.it