Studio di eventi estremi di concentrazione di CO2 presso una stazione alpina con modelli di dispersione lagrangiani

Measuring and monitoring greenhouse gas concentrations has gained an increasing importance together with the attention on global warming and climate change. One of the stations at the highest altitude participating in global programs that collect greenhouse gas concentration observations is the Plateau Rosa station. Located in the Western Alps, near Mt. Cervino, at an elevation of 3480 m a.s.l., the station of Plateau Rosa has been measuring the concentration of carbon dioxide since 1989, continuously since 1993. A dataset made of more than thirty years of hourly CO2 concentration measurements in Plateau Rosa is employed in the work concerning this thesis. The Plateau Rosa data are examined and the values belonging to the CO2 background are selected. They constitute more than 75% of the whole dataset. The background values are then employed in the calculation of the growth rate of such a greenhouse gas in the atmosphere and the trend of the CO2 concentration in the last three decades is examined. The results can be compared to the trends calculated by global major stations. The second part of the work described in this thesis concerns the extreme CO2 concentration events. Plateau Rosa is located in a remote area, far from sources and sinks of greenhouse gases, thus it is suitable for the measurement of background concentrations; nevertheless, in some occasions it may be affected by air masses more or less polluted than the background, as a consequence of the circulation at the meso- or local scale. A method for the identification of the extreme events is developed and the areas of provenience of the tracers during the extremes are investigated through two different Lagrangian Particle Dispersion Models: MILORD and FLEXPART-WRF. The first one is employed for long-range simulations for all of the extreme episodes, while the latter is used to investigate the mesoscale and regional transport. With the model MILORD a case featuring a peak in both CO2 and Black Carbon (another measurement carried out at the Plateau Rosa station) concentration is simulated too. Lastly, the atmospheric patterns in the days when the extreme CO2 concentration events occur are examined and a possible correlation with the values of some daily climatic indices or the large scale situation is explored.

L’importanza della misura e del monitoraggio delle concentrazioni di gas serra è aumentata negli ultimi anni insieme all’attenzione al riscaldamento globale e al cambiamento climatico. Una delle stazioni ad altitudine più elevata coinvolta in programmi globali che raccolgono le osservazioni di concentrazioni di gas serra è la stazione di Plateau Rosa. Situata nelle Alpi Occidentali, vicino al Monte Cervino, a una quota di 3480 m s.l.m., la stazione di Plateau Rosa misura la concentrazione del diossido di carbonio dal 1989, continuativamente dal 1993. In questa tesi, viene impiegato un dataset costituito da più di trent’anni di misure orarie di concentrazione di CO2 rilevate a Plateau Rosa. I dati di Plateau Rosa vengono esaminati e si selezionano i valori appartenenti al background di CO2. Essi costituiscono più del 75% dell'intero dataset. I valori di background sono quindi utilizzati nel calcolo del growth rate di tale gas serra nell'atmosfera e nello studio del trend della concentrazione di CO2 negli ultimi tre decenni. I risultati possono essere paragonati ai trend calcolati da stazioni di rilevanza globale. La seconda parte del lavoro descritta in questa tesi riguarda gli eventi estremi di concentrazione di CO2. La stazione di Plateau Rosa è situata in un'area remota, lontana da sorgenti e pozzi di gas serra, quindi adatta alla misura di concentrazioni di fondo; tuttavia, in alcune occasioni, può essere influenzata da masse d'aria più o meno inquinate del background, come conseguenza della circolazione alla scala locale o alla mesoscala. Viene sviluppato un metodo per l'identificazione degli eventi estremi e le aree di provenienza dei traccianti durante gli estremi sono investigate attraverso due diversi modelli di dispersione lagrangiani: MILORD e FLEXPART-WRF. Il primo è utilizzato per simulazioni long-range per tutti gli episodi estremi, mentre il secondo è impiegato per studiare il trasporto alla mesoscala e alla scala regionale. Con il modello MILORD viene inoltre simulato un caso che presenta un picco sia di CO2 sia di Black Carbon (un'altra misura rilevata alla stazione di Plateau Rosa). Infine, sono esaminati i pattern atmosferici nei giorni degli episodi estremi di concentrazione di CO2 e si esplora una possibile correlazione con i valori di alcuni indici climatici o con la situazione a larga scala.