Lo studio dello strato limite urbano viene tipicamente effettuato attraverso misure puntuali con stazioni di terra o strumenti che permettono di effettuare il profilo verticale delle grandezze di interesse in un solo punto. In questo progetto, si propone un approccio sinergico e multidisciplinare per la caratterizzazione dello strato limite, ponendo l'attenzione anche sullo sviluppo di una tecnica innovativa per la misura del contenuto di vapore acqueo in atmosfera.
In particolare, si propone l'installazione di microsensori su gabbiani reali, volatili tipicamente presenti in ambiente antropizzato, per la misura real-time di parametri fisici quali pressione atmosferica, temperatura dell'aria e umidità e chimici, come la concentrazione di CO e N2.
I microsensori, dotati di un GPS integrato per geolocalizzare gli animali, possono essere utilizzati per la misura ad alta risoluzione spaziale, di variabili altrimenti difficili da conseguire con strumentazione fissa, ottenendo valori a diverse quote e in diverse zone.
Nel presente progetto, si prevede di applicare 32 strumenti ai volatili presenti nella colonia sita sul terrazzo del Dipartimento di Fisica dell'Università La Sapienza. I dati misurati potranno essere utilizzati per confronti con i profili verticali del modulo e della direzione della velocità del vento, della temperatura dell'aria e del contenuto di aerosol ottenibili attraverso gli strumenti del super-sito Boundary-layer Air Quality-analysis Using Network of Instruments (BAQUNIN) e per la calibrazione di modelli di simulazione numerica su mesoscala, come il Weather Research and Forecasting model (WRF).
La novità principale dell'approccio proposto è l'utilizzo di organismi mobili, gli uccelli, per campionare l'atmosfera urbana. In particolare, in questo progetto, si propone di utilizzare il gabbiano reale, una specie che negli ultimi decenni è diventata fortemente sinantropica, come specie principale per il rilevamento dei parametri fisico-chimici atmosferici. I vantaggi dell'uso degli uccelli e le potenzialità del loro utilizzo per la raccolta dei dati climatici in ambiente urbano sono molteplici. Alcune conoscenze di base sull'ecologia comportamentale dei gabbiani in ambiente antropico sono già acquisite (Rock, 2005). Ad esempio, si conosce l'entità degli spostamenti compiuti dagli individui che nidificano sugli edifici, l'uso delle aree di alimentazione e, grazie al GPS, si possono conoscere con precisione le quote di volo (Rock et al., 2016). I gabbiani si muovono fino ad altezze di 400-500 m, tra gli edifici, sia di notte che di giorno, sia nella città che nelle zone rurali e durante il periodo riproduttivo ritornano giornalmente alla colonia, dove si possono avvicinare con relativa facilità ed eventualmente catturare per essere equipaggiati con strumenti dedicati al monitoraggio atmosferico. Inoltre, l'utilizzo dei gabbiani può permettere di acquisire dati in diversi punti della città contemporaneamente, ottenendo una mappatura cittadina in punti variabili nel tempo. Rispetto all'uso di altre tecnologie, come i droni, l'impiego dei gabbiani può consentire un monitoraggio continuo a costi inferiori e in zone difficili da raggiungere. L'impiego dei droni, oltre a costi decisamente maggiori e alla necessità di particolari permessi per il loro uso (Suomalainen et al., 2014), richiede personale specializzato ed è soggetto a limitazioni spaziali per le restrizioni al volo in aree frequentate dalla popolazione (Colomina and Molina, 2014).
Si prevede di catturare i gabbiani durante il periodo riproduttivo in prossimità del nido con apposite trappole e dotarli di piccoli strumenti specificamente progettati per inviare, oltre ai dati GPS che potranno consentire di ricostruire gli movimenti degli animali, anche informazioni misurate dai sensori. Gli strumenti saranno applicati sul dorso dei volatili utilizzando metodi già noti in letteratura (Rock et al., 2016). Pur se applicati sugli uccelli, gli strumenti saranno in grado di rilevare le misure dell'aria senza essere influenzati dalla vicinanza del corpo, in quanto i sensori saranno opportunamente orientati verso l'esterno. Le catture saranno effettuate dagli ornitologi dell'Associazione Ornis italica che sono già in possesso dei necessari permessi (parere dell'ISPRA e autorizzazione della Regione Lazio).
Gli strumenti sono già stati sviluppati dalla ditta Techosmart Europe srl di Roma e saranno ulteriormente messi a punto per l'applicazione specifica sui gabbiani e per le esigenze delle misurazioni. Le apparecchiature applicate saranno in grado di trasmettere sulla rete GSM la maggior parte dei dati sugli spostamenti e sulle misure dei sensori. Dati a maggiore risoluzione saranno scaricati utilizzando un trasmettitore radio posizionato nella colonia.
Le informazioni ottenute in quota dagli uccelli saranno interfacciate con i dati misurati dalle stazioni fisse di terra e con i profili verticali delle componenti della velocità e della direzione del vento, della temperatura dell'aria e del contenuto di aerosol ottenibili attraverso gli strumenti appartenenti al super-sito di misura Boundary-layer Air Quality-analysis Using Network of Instruments (BAQUNIN) del Dipartimento di Fisica dell'Università degli Studi di Roma, La Sapienza.
Un ulteriore utilizzo dei dati misurati dai sensori mobili è la calibrazione di modelli meteorologici su mesoscala, come il Weather Research and Forecasting model (WRF). WRF è un modello ad area limitata non-idrostatico tipicamente utilizzato nella ricerca e in ambito previsionale. Esso permette di riprodurre e parametrizzare l'edificato con diversi livelli di complessità, stimando l'effetto della morfologia urbana e delle proprietà termiche dei materiali da costruzione tipicamente utilizzati nelle città sullo strato limite urbano. Il modello consente di utilizzare diversi modelli microfisici di bilancio energetico urbano, attraverso la parametrizzazione dei processi alla microscala. Il codice numerico viene tipicamente calibrato e validato soltanto con le grandezze micrometeorologiche misurate dalle stazioni di terra o con i profili verticali: solo raramente si hanno a disposizione dati a diverse quote e in diversi punti della città. I dati raccolti dai volatili possono, quindi, rappresentare uno strumento di supporto molto utile anche per la modellistica numerica.
Bibliografia:
- Rock P. (2005) British Birds, 98:338¿355
- Rock P. (2016) Ringing and Migration, 31(1):47¿62
- Colomina I., Molina P. (2014), J Photogramm Remote Sens, 92:79-97
- Suomalainen J. et al. (2014), Remote Sens, 6:11013-11030