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

MODELLI DI TIPO STAZIONARIO
rise). In questa sede viene presentata una panoramica non esaustiva, ma sufficiente
ai fini pratici, basata prevalentemente sul lavoro teorico-sperimentale realizzato
da G.A. Briggs.Per prima cosa va detto che l’altezza efficace del pennacchio
(cioè la quota a cui è posto il baricentro del plume ad una generica distanza sottovento)
è così definita:
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dove z’ (nel seguito indicheremo col simbolo ∆h) è l’innalzamento del pennacchio
e rappresenta la porzione di atmosfera interessata dall’interazione tra i fumi
emessi da una ciminiera e l’aria circostante.Il comportamento del plume durante
la fase di innalzamento è estremamente complessa. I gas emessi da un camino
sono dotati in genere di velocità e di temperatura propria (quindi di una spinta
ascensionale di galleggiamento) quando vengono improvvisamente a contatto
con l’atmosfera circostante. L’aria tende quindi ad infiltrarsi tra i gas del pennacchio,
diminuendone progressivamente la velocità ascensionale e la temperatura,
fino a disperderli al proprio interno. I fenomeni in atto sono complessi e la
descrizione che qui viene data è prevalentemente semiempirica, basata sui dati
sperimentali ottenuti in questi ultimi decenni. La maggior parte delle ciminiere
industriali (come quelle delle raffinerie, delle centrali termoelettriche, degli inceneritori
dei rifiuti solidi urbani, ecc.) emettono fumi caldi, dotati normalmente
di una certa velocità. E' tipico avere fumi emessi alla temperatura di 150°C e
dotati di una velocità ascensionale allo sbocco della ciminiera di circa 20 m •s-1 ;è
naturale, dunque, che tali fumi abbiano un notevole galleggiamento dovuto alla
forte differenza di temperatura che si stabilisce con l'aria esterna ed una notevole
spinta ascensionale dovuta alla quantità di moto iniziale di cui sono dotati.
Quello che risulta è che due fluidi, l’aria del PBL da una parte e il pennacchio
di fumo dall'altra, si scontrino allo sbocco della ciminiera ed interagiscano. Per
prima cosa è immediato vedere che in tale punto normalmente le velocità medie
dei due fluidi sono tra loro perpendicolari. Intuitivamente ci si può aspettare che
il moto e lo stato di turbolenza del PBL altererino il moto ascensionale del pennacchio
piegandone la direzione fino a renderlo concorde con la velocità delle
masse d'aria del PBL.Tale livellamento avverrà ad una quota tanto più elevata
quanto maggiore sarà la spinta ascensionale del fumo.Al termine di tale processo,
la vita autonoma che il pennacchio aveva allo sbocco della ciminiera viene
completamente ad annullarsi ed il pennacchio resta completamente incorporato
entro il PBL ed indistinguibile da esso. Questa fase di lento adeguamento del
pennacchio di fumo al mondo esterno rappresenta un fenomeno che le leggi
fluidodinamiche, scritte per descrivere la dispersione degli inquinanti nel PBL,
non prevedono esplicitamente, dato che esse sono state scritte ipotizzando che
tale processo fosse completamente terminato. E' conveniente, ora che si sta definendo
nel dettaglio il modello Gaussiano Plume, studiare questo processo ed
individuare delle relazioni operative immediatamente utilizzabili per la costruzione
dei modelli di dispersione (in questo caso Gaussiani Stazionari).
Molti sono i modi di trattare questo complesso problema (Moore, 1980). Dato
che il nostro interesse è focalizzato su metodi che siano il più possibile semplici
ed immediatamente operativi, si adotterà come tipo di modellazione quella
cosiddetta integrale, si ipotizza cioè che ogni sezione trasversale del plume sia
caratterizzata da valori costanti delle principali variabili fisiche descrittrici (per
esempio la temperatura è costante entro tutta la sezione del plume fino al suo
bordo esterno). Un tale tipo di profilo viene chiamato top hat. Con questa ipo-