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

LA MICROMETEOROLOGIA E LA CAPACITA’ DISPERDENTE DELL’ATMOSFERA
costituite dalle sole forzanti superficiali (velocità di frizione, flusso turbolento di
calore sensibile e latente e galleggiamento) e dall’estensione verticale del PBL.Il
modello così individuato si applica a rigore solo in situazioni quasi-stazionarie
con un elevato grado di omogeneità orizzontale e con assenza di orografia rilevante.Tuttavia,
nella pratica può essere applicato, almeno come metodo di prima
approssimazione, anche in quei casi in cui tali precondizioni non risultano completamente
soddisfatte. In questi casi, il modello si scosterà dalla realtà tanto più
quanto la situazione reale si allontana da quella ideale.Vista la sua semplicità, la
sua adattabilità, i bassi tempi di calcolo richiesti ed il suo realismo, esso è attualmente
il modello micrometeorologico più usato per determinare la struttura
della turbolenza atmosferica necessaria ai modelli di simulazione della dispersione
degli inquinanti in atmosfera di medio-alta complessità.
2.5 IL PBL IN CONDIZIONI DI OMOGENEITÀ SUPERFICIALE
2.5.1 Lo Strato Superficiale
Nel PBL, sia nelle condizioni convettive che in quelle stabili, è sempre individuabile
uno strato di estensione verticale ridotta a diretto contatto con il suolo,
lo Strato Superficiale SL, in cui il profilo verticale delle variabili medie e dei principali
momenti di ordine superiore è descrivibile dalle Relazioni della Teoria
della Similarità di Monin-Obukhov. Di ciò già si è parlato e qui si studieranno
con maggior dettaglio alcuni aspetti di particolare interesse. In particolare l’obiettivo
è quello di definire in maniera precisa la rugosità superficiale e la ripartizione
tra flusso di calore sensibile e latente dell’energia disponibile al suolo, cioè
la differenza tra R N ed G 0 .
2.5.1.1 La rugosità superficiale
Nel SL il profilo verticale di velocità del vento, di temperatura potenziale media
e di umidità specifica è descritto dalle relazioni della Teoria della Similarità di
Monin-Obukhov.E’interessante notare che,se il parametro di stabilità z/L tende
a zero, tutti queste relazioni diventano sempre meno sensibili alla stabilità e si
riducono a tipici profili logaritmici. Ciò avviene non solo all’aumentare (in valore
assoluto) della lunghezza di Monin-Obukhov, ma anche al diminuire di z.In
effetti, se si considera una situazione poco convettiva (H 0 = 50 Wm -2 ) con u* pari
a 0.5 ms -1 , ad una quota di 2.3 m il profilo della velocità media del vento si scosta
da quello logaritmico (adiabatico) di meno del 1%. Se, però, u* si riduce a 0.2
ms -1 , tale quota scende a 3 cm. Come si vede, esiste sempre uno strato, più o
meno esteso, in cui tutti i profili delle variabili medie sono esprimibili con buona
approssimazione da relazioni di tipo logaritmico: tale strato è noto col nome di
dynamical sublayer.Tutto ciò è però una notevole semplificazione della realtà.
Infatti nelle immediate vicinanze del suolo la viscosità dell’aria ed i singoli elementi
di rugosità caratteristici della superficie terrestre ne complicano in maniera
drammatica la descrizione fluidodinamica.Va però ricordato che lo strato d’aria
caratterizzato da questa complessità è ben poca cosa rispetto a tutto il PBL:
in effetti stiamo parlando di uno strato d’aria a ridosso del suolo dello spessore
molto inferiore al metro. Per semplificare tutto ciò, è conveniente ragionare nel
modo seguente:
- all’interfaccia suolo-aria la velocità del vento è nulla a causa della “no-slip condition”
e la temperatura e l’umidità assumono un ben preciso valore pari rispettivamente
a θ s e q s ;
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- se si ipotizza che nel dynamical sublayer il profilo di velocità segua una legge