Studio di dispersione di microplastiche in atmosfera con modelli lagrangiani

The study of the role of the atmosphere in the transport of microplastics is an emerging topic as regards the dispersion of pollutants. Numerical modeling is a tool that can provide information on the dynamics underlying this process. MILORD (Model for Investigation of LOng Range Dispersion) is the long-range Lagrangian Particle Model chosen to assess the microplastic atmospheric dispersion. To approach this investigation, in the framework of a collaboration with the Concordia University, two case studies were considered. In the first by Welsh et al. (2022), results from a campaign of measurements in The Great Lakes Region in Ontario, carried out in a sparsely urbanized area were reported. The second one, by Ward et al. (2024), examined the sources of plastic particles, particularly from road traffic, and performed simulations of their atmospheric dispersion. Together, the two studies provided information to find a link between receptors and potential sources impacting them. In the first phase of this work, simulations in backward mode were performed with MILORD, to evaluate potential areas of provenience for the microplastic sampled by Welsh et al. (2022). Once identified the interested area, the possible sources among those from Ward et al. (2024) in this area were selected to perform forward simulations and evaluate the impact of their emissions. This gave information on deposition fields from each specific source, disentangling the contribution of the atmospheric circulation from the characteristics of the source term. The simulations also provided the deposition values at the receptors and information of the relative impact from each source. The second phase of this work consisted of a sensitivity analysis on MILORD, supported by a statistical evaluation. This, considering that it is a long-range model applied in a case where regional and local scales are to be accounted for, given the relative distances between receptors and some sources. Numerical Models proved to be a strategical tool in studying the dispersion of microplastic in the atmosphere. Furthermore, information provided by the simulations performed, will be useful for measurements campaign that will be carried out by the Concordia University during summer 2025. It was also proven that MILORD is reliable in providing significant results even when used at scales that are smaller than long-range, independently from the input given, or the specific time step chosen.

Lo studio del ruolo dell'atmosfera nel trasporto delle microplastiche è un tema emergente per quanto riguarda la dispersione degli inquinanti. La modellistica numerica è uno strumento che può fornire informazioni sulle dinamiche sottostanti a questo processo. MILORD (Model for Investigation of LOng Range Dispersion) è il modello lagrangiano a particelle long-range scelto per valutare la dispersione atmosferica delle microplastiche. Per affrontare questa indagine, nell'ambito di una collaborazione con la Concordia University, sono stati considerati due casi studio. Nel primo, condotto da Welsh et al. (2022), sono stati riportati i risultati di una campagna di misurazioni nella regione dei Grandi Laghi in Ontario, realizzata in un'area scarsamente urbanizzata. Il secondo, condotto da Ward et al. (2024), ha esaminato le fonti delle particelle di plastica, in particolare provenienti dal traffico stradale, ed ha effettuato simulazioni della loro dispersione atmosferica. Insieme, i due studi hanno fornito informazioni per individuare un legame tra i recettori e le potenziali fonti che li influenzano. Nella prima fase di questo lavoro, sono state eseguite simulazioni in modalità "backward" con MILORD, per valutare le potenziali aree di provenienza delle microplastiche campionate da Welsh et al. (2022). Una volta identificata l'area di interesse, sono state selezionate le possibili fonti, tra quelle individuate da Ward et al. (2024) in tale area, per eseguire simulazioni in modalità "forward" e valutare l'impatto delle loro emissioni. Questo ha fornito informazioni sui campi di deposizione di ciascuna fonte specifica, distinguendo il contributo della circolazione atmosferica dalle caratteristiche della sorgente. Le simulazioni hanno inoltre fornito i valori di deposizione presso i recettori e informazioni sull'impatto relativo di ciascuna fonte. La seconda fase di questo lavoro è stata un'analisi di sensibilità su MILORD, supportata da una valutazione statistica. Ciò, considerando che si tratta di un modello long-range applicato in un contesto in cui devono essere tenuti in conto anche gli effetti su scala regionale e locale, data la distanza relativa tra i recettori e alcune fonti. I modelli numerici si sono dimostrati uno strumento strategico nello studio della dispersione delle microplastiche nell'atmosfera. Inoltre, le informazioni fornite dalle simulazioni effettuate saranno utili per la campagna di misurazioni che verrà realizzata dalla Concordia University nell'estate del 2025. È stato anche dimostrato che MILORD è affidabile nel fornire risultati significativi anche quando utilizzato a scale inferiori rispetto a quelle tipiche del long-range, indipendentemente dai dati di input forniti o dal preciso passo temporale scelto.