Air Pollution Cavity Areas, the effect of Urban Form on air pollution dispersal. Case study, Tirana from January to March 2023

Questa ricerca si concentra sulla promozione di soluzioni sostenibili per la prossima generazione di sistemi di pianificazione urbana, esplorando modi per affrontare la diminuzione dei servizi ecosistemici nelle aree urbane in relazione alla dispersione naturale dell'inquinamento atmosferico e per decontaminare ulteriormente le città come uno degli obiettivi principali dell'Agenda Verde 2050. Con l'espansione urbana sempre crescente, ci sono meno condizioni adatte affinché la natura compia i suoi cicli e fornisca servizi che potrebbero alleviare gli eventi climatici correlati. Questa ricerca si concentra specificamente sulla regione climatica dei Balcani Occidentali e sulle sue caratteristiche urbane. Oltre al cambiamento climatico, la qualità dell'ambiente urbano è una delle principali fonti di preoccupazione globale per lo stato di salute pubblica. La migrazione verso le principali aree urbane ha influenzato l'uso del suolo, soddisfacendo le esigenze residenziali, commerciali e di sviluppo infrastrutturale a scapito della permeabilità e delle aree verdi urbane, riducendo la resilienza agli effetti del cambiamento climatico e la qualità della vita. La maggiore concentrazione e i conseguenti impatti sulla salute sono osservati nei paesi dell'Europa centrale e orientale, più specificamente nella penisola Balcanica. Nonostante l'avanzamento della nostra comprensione sull'inquinamento atmosferico, grazie all'implementazione di recenti sistemi di monitoraggio, da quelli terrestri ai satellitari, e nonostante i numerosi studi che collegano l'inquinamento atmosferico alla salute urbana, emergono tre aree chiave che richiedono ulteriori indagini: 1) Identificare come la forma urbana possa influenzare l'inquinamento atmosferico, la salute pubblica e l'equità sociale. 2) Progettare in linea con i servizi ecosistemici della natura, sfruttando in questo caso il potere del vento per disperdere naturalmente l'inquinamento atmosferico dalle aree urbane. 3) Consentire effettivamente ai servizi di essere naturalmente raccolti dalle comunità per il loro benessere. Il fulcro di questa ricerca è indagare se la forma urbana, a una scala di quartiere, possa influenzare la dispersione degli inquinanti atmosferici e persino creare involontariamente punti caldi di inquinamento. Metodologicamente, questa ricerca è focalizzata sulla capitale dell'Albania, Tirana, con specifiche località selezionate attraverso un rigoroso approccio basato sulla loro forma urbana, prossimità a fonti di emissione, orientamento e morfologia. Oltre a offrire una critica approfondita e una discussione riguardo l'Inquinamento Atmosferico Urbano e la sua interazione con la Forma Urbana, la ricerca comprende lavori sul campo includendo il monitoraggio della concentrazione giornaliera di biossido di azoto (NO2) e Particelle Particolari (PM2.5 e PM10), oltre alla direzione e velocità del vento, umidità e condizioni meteorologiche, condotti dal 1° gennaio al 31 marzo 2023, e successivamente analizzati in GIS, dove la mappatura della dispersione dell'inquinamento e l'analisi dell'impatto delle condizioni meteorologiche hanno evidenziato l'influenza temporale della forma urbana sul fenomeno delle 'Aree Cavità di Inquinamento Atmosferico'. L'integrazione di osservazioni microclimatiche approfondisce la comprensione delle condizioni atmosferiche localizzate, potrebbe portare i futuri ricercatori ad arricchire l'analisi dei fenomeni di dispersione degli inquinanti. Infine, l'adozione di pratiche di pianificazione urbana sostenibile in questo contesto sottolinea un approccio proattivo per mitigare gli impatti spaziali e temporali delle Aree Cavità di Inquinamento Atmosferico sulla salute pubblica. Sintetizzando anni di monitoraggio sul campo, ricerche dettagliate, dati climatici empirici e principi all'avanguardia di design urbano, il ricercatore propone un percorso per attenuare le conseguenze ambientali e sulla salute pubblica dell'inquinamento atmosferico urbano.

This research reflects upon the promotion of a sustainable solutions for the next generation of urban planning systems addressing the role of urban morphology vis a vis the natural dispersal of air pollution and further depollute the cities as one of the main objective of 2050 Green Agenda (European Commision, 2020). Cities are a dynamic and diverse habitat, not only for people, but also for plants, animals and various natural cycles that interlink by offering a fertile and in the same time fragile nexus. In addition to climate change, the urban environment quality represents one of the main concerns globally with regard to the public health status. There is a scientific consensus that the warming of the climate system is unequivocal while the situation is aggravated by human activities, such as continued pollution in urban areas, poorly managed urbanization or careless land use, all these contributing in environment degradation and biodiversity loss. Migration in main urban areas affected land use, accommodating needs for residential, commercial and infrastructure developments decreased permeability and overall urban green areas, thus impacting the resilience towards climate change effects and quality of life. The highest concentration and consequently the largest health impacts are observed in central and eastern European countries, more specifically Balkan peninsula (EEA, 2021). Despite the growing knowledge on air pollution, with recent technological and practical monitoring systems being implemented from ground level to satellites, numerous studies and research linking air pollution with urban health, other gaps appear to require further research: 1) ways in which urban form can influence a range of outcomes, including air pollution, public health, and social equity. 2) how designing in line with nature ecosystem services, in this case harvesting the power of wind to naturally disperse air pollution from urban areas. 3) can we actually enable such services to be naturally harvested by communities for their well-being. This research is developed around the central question if urban form (at a rather small scale / neighbourhood level) can affect the natural dispersion of air pollutants and even create areas where pollution is captured crating thus unintended hot-spot. Methodologically, the geographical area of this research is the capital city of Albania, Tirana. Whereas the exact locations, selected through a scrupulous approach based into their urban form, proximity with emission sources, orientation and morphology. Besides developing a critical and discussion on Urban Air Pollution and its linkage with Urban Form, the research includes field works through: daily monitoring the concentration (in ppm and µg/m3) of the gaseous Nitrogen Dioxide (NO2), Particular Matters PM2.5 and PM10, daily monitoring of wind direction and speed, humidity, meteorological conditions. Monitoring conducted from 1st January to 31st March 2023 generating a detailed mapping of pollution dispersal and the effect of meteorological conditions indicated and visualized the temporal effect that urban form had on the phenomena of “Air Pollution Cavity Areas”. Finally, the incorporation of sustainable urban planning practices within this analytical framework underscores a proactive approach to mitigating the adverse spatial and temporal impacts of Air Pollution Cavity Areas on public health. By synthesizing years of site-monitoring and detailed literature, combined with empirical climatic data and forward-thinking urban design principles, the research candidate delineates a path towards reducing the environmental and health ramifications of urban air pollution. Through such a multidisciplinary methodology, the study not only contributes to the academic discourse on environmental science and urban planning but also proposes actionable strategies to enhance urban air quality and, by extension, public health outcomes.