SIZE RESOLVED AEROSOL PARTICLE DEPOSITION TO EUROPEAN BROADLEAVED FORESTS

The negative effects of particulate matter (PM) on human health are widely recognised. Vegetation has been proposed as a possible solution to mitigate air pollution, given the large areas that trees can offer for PM deposition with their leaves. However, once deposited, the particles cannot be considered removed, but can undergo different fates. They can be resuspended in the air, encapsulated in leaves waxes, dissolved into water films or washed-off by precipitation. For their part, forests can also be sources of PM, as they can release both primary PM and gaseous precursors of secondary PM into the atmosphere. A complete understanding of these processes is still lacking. Given the uncertainty associated with forest-atmosphere particle exchange, the present work was aimed at improving understanding of the aforementioned dynamic processes. The research activity was carried out in two deciduous forests located in two different climatic zones with different pollution sources, the Natural reserve of Bosco Fontana (Marmirolo, Italy) and the Aelmoeseneie forest (Gontrode, Belgium). The performed flux measurements showed a concordance between the two sites in identifying a net deposition of fine particles (100 nm< 𝑑𝑝< 1000 nm) in the growing season, drawing for the Bosco Fontana site an exponential dependence relationship between the transfer velocity of PM and the leaf area index (LAI). In contrast, an opposite behaviour was found between the two forests regarding ultrafine particles (𝑑𝑝< 100 nm): emission of ultrafine particles prevailed at Bosco Fontana and deposition prevailed at Aelmoeseneie. The reasons for this different behaviour remained unclear. However, there are indications that at Bosco Fontana the emissions may be linked to stomatal processes, as the daily evolution of the fluxes of ultrafine particles followed that of the stomatal conductance. Environmental factors such as atmospheric stability, friction velocity and temperature significantly influenced the vertical exchange of particles. In particular, the friction velocity proved to be an effective descriptor of the vertical transfer velocity of PM and suggested the development of a simple empirical relationship to improve existing models aimed at predicting dry deposition of PM on deciduous forests. This relationship, derived from a calibration dataset of the measurements taken at Bosco Fontana proved able to satisfactorily reproduce the diurnal variation and magnitude of the PM fluxes observed at the same site (on a different validation dataset) and at another forest site (Aelmoeseneie).

Gli effetti negativi del particolato (PM) sulla salute umana sono ampiamente riconosciuti. La vegetazione è stata proposta come possibile soluzione per mitigare l'inquinamento atmosferico, date le ampie superfici che gli alberi possono offrire per la deposizione del PM con le loro foglie. Tuttavia, una volta depositate, le particelle non possono essere considerate rimosse, ma possono subire diversi destini. Possono essere risospese nell'aria, incapsulate nelle cere delle foglie, dissolte in pellicole d'acqua o dilavate dalle precipitazioni. Dal canto loro, le foreste possono anche essere fonti di PM, in quanto possono rilasciare nell'atmosfera sia PM primario che precursori gassosi di PM secondario. Manca ancora una comprensione completa di questi processi. Data l'incertezza associata allo scambio di particelle foresta-atmosfera, il presente lavoro è stato finalizzato a migliorare la comprensione dei suddetti processi dinamici. L'attività di ricerca è stata condotta in due foreste di latifoglie situate in due zone climatiche diverse e con diverse fonti di inquinamento, la riserva naturale di Bosco Fontana (Marmirolo, Italia) e la foresta di Aelmoeseneie (Gontrode, Belgio). Le misure di flusso effettuate hanno mostrato una concordanza tra i due siti nell'identificare una deposizione netta di particelle fini (100 nm< dp< 1000 nm) nella stagione di vegetativa, tracciando per il sito di Bosco Fontana una relazione di dipendenza esponenziale tra la velocità di trasferimento del PM e l'indice di area fogliare (LAI). Per quanto riguarda le particelle ultrafini, invece, è stato riscontrato un comportamento opposto tra le due foreste: a Bosco Fontana è prevalsa l'emissione di particelle ultrafini, mentre alle Aelmoeseneie è prevalsa la deposizione. Le ragioni di questo diverso comportamento sono rimaste poco chiare. Tuttavia, ci sono indicazioni che a Bosco Fontana le emissioni possano essere legate a processi stomatici, poiché l'evoluzione giornaliera dei flussi di particelle ultrafini ha seguito quella della conduttanza stomatica. Fattori ambientali come la stabilità atmosferica, la velocità di attrito e la temperatura hanno influenzato significativamente lo scambio verticale di particelle. In particolare, la velocità di attrito si è rivelata un descrittore efficace della velocità di trasferimento verticale del PM e ha suggerito lo sviluppo di una semplice relazione empirica per migliorare i modelli esistenti volti a prevedere la deposizione secca di PM sulle foreste di latifoglie. Questa relazione, derivata da un dataset di calibrazione delle misure effettuate a Bosco Fontana si è dimostrata in grado di riprodurre in modo soddisfacente la variazione diurna e l'entità dei flussi di PM osservati nello stesso sito (su un diverso dataset di validazione) e in un altro sito forestale (Aelmoeseneie).