la micrometeorologia e la dispersione degli inquinanti ... - ARPA Lazio

LA MICROMETEOROLOGIA E LA CAPACITA’ DISPERDENTE DELL’ATMOSFERA
pato parallelamente un’intensa attività sperimentale che ha condotto in questo
ultimo mezzo secolo all’acquisizione di una gigantesca mole di misure utilizzate
per descrivere la fenomenologia del PBL.Tutta questa gigantesca mole di
informazioni, apparentemente disorganica e confusa, organizzata secondo criteri
rigorosi basati sulla Congruenza Dimensionale, ha dato luogo a ciò che viene
indicato genericamente come Teoria della Similarità del PBL. Non tratteremo
qui i dettagli di tale teoria, per i quali si rimanda a Sozzi e al. (2002). Ci si limiterà
solo a presentarne i risultati più rilevanti e di maggior impatto applicativo
in relazione alla simulazione della dispersione degli inquinanti. Innanzitutto è
opportuno sottolineare i limiti della Teoria della Similarità. Essa si applica in
situazioni di forte omogeneità orizzontale, per essere più precisi, essa si applica
in un sito caratterizzato da una superficie sostanzialmente priva di orografia
(zone piane) ed omogenea in termini di copertura (in pratica, con una rugosità
superficiale non troppo variabile da punto a punto). Oltre a ciò, è necessario
essere in situazioni circa-stazionarie e quindi si applica a tutte quelle situazioni
in cui siano assenti fenomeni meteorologici ad evoluzione “rapida e violenta”
come temporali, tempeste, passaggi di fronti veloci, ecc. Come conseguenza di
ciò, durante una situazione a cui si applica la Teoria della Similarità dovranno
essere trascurabili i gradienti orizzontali di pressione.
Ma quali sono i prodotti della Teoria della Similarità La risposta è semplice ed
interessante. I prodotti di questa teoria sono relazioni semiempiriche di validità generale
(universali quindi) che descrivono il profilo verticale delle principali variabili di
interesse nello studio del PBL (medie, varianze, covarianze e momenti di ordine
superiore). Il risultato importantissimo ottenuto sta nel fatto che, in pratica, si è
riusciti ad ottenere “sperimentalmente” un modello di PBL totalmente algebrico
ed universale, pur con le limitazioni sottolineate in precedenza e questo non è
poco!
Per addentrarci maggiormente nel tema è necessario premettere che verranno
presentate due distinte Teorie di Similarità: la prima applicabile solo nel SL (che
operativamente indichiamo come lo strato inferiore del PBL dello spessore di
circa il 10% dell’intera estensione del PBL stesso) e la seconda applicabile a tutto
il PBL.A seconda delle quote a cui si è interessati, della precisione desiderata e
dell’applicazione, si farà riferimento ad una o all’altra teoria, anche se la seconda
si riduce alla prima quando le quote considerate stanno entro il SL.
2.4.1 La teoria della Similarità di Monin-Obukhov
La Teoria della Similarità, sviluppata dai fisici russi Monin e Obukhov, si riferisce
al solo SL sia in situazioni convettive che in quelle stabili ed afferma che esistono
alcune variabili meteorologiche per le quali il profilo verticale del valor
medio e di alcuni dei momenti statistici di ordine superiore (varianza, covarianza,
skewnes e curtosis) è dato da una relazione algebrica dipendente dalla quota z
e dai parametri che ne caratterizzano la turbolenza (meccanica u* e convettiva
H 0 ). Dato che da u*, dal flusso turbolento di calore sensibile H 0 = ρC p w’θ’ e dal
parametro di galleggiamento g T è possibile ottenere la lunghezza di Monin-
Obukhov:
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