la micrometeorologia e la dispersione degli inquinanti ... - ARPA Lazio
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MODELLI DI TIPO STAZIONARIO mente ad essa. Si può porre come dispersione orizzontale iniziale della sorgente volume la seguente: Se la sorgente volume ha una dimensione verticale caratteristica pari ad H, il parametro di dispersione verticale iniziale è dato da: Una volta noti i parametri di dispersione iniziale è possibile determinare la posizione sopravvento della sorgente puntiforme virtuale. In effetti le distanze laterale e verticale della sorgente virtuale sono determinate risolvendo le relazioni seguenti: Nota la posizione sopravvento e l'elevazione della sorgente virtuale, è ora possibile modellizzare l'effetto della sorgente volume usando il normale modello Gaussiano plume per una sorgente puntuale priva di galleggiamento e di flusso di quantità di moto (con plume rise nullo, quindi). Tutto ciò rappresenta molto bene sorgenti volume isolate. Spesso, tuttavia, alcune situazioni pratiche che richiedono una modellizzazione di questo tipo, presentando però alcune complicazioni aggiuntive. Si pensi per esempio ad una strada a grande traffico sopraelevata: è sicuramente una sorgente volume di lunghezza molto elevata. Per la sua modellizzazione è conveniente suddividerla in un numero elevato di volumi adiacenti, ad ognuno dei quali si applica il modello sopra presentato, con una sola variante. Infatti si è visto che la modellizzazione di una sorgente volume molto sviluppata in lunghezza con un insieme di volumi di dimensioni ridotte adiacenti di dimensione trasversale caratteristica L e verticale H richiede che i parametri di dispersione iniziali vengano calcolati nella maniera seguente Questo modello semiempirico molto semplice,incorporato in un modello Gaussiano Plume, lo rende capace di studiare situazioni di elevato interesse pratico. 4.1.6 Codici di Calcolo Gaussiani Stazionari La semplicità che sta alla base della teoria dei modelli Gaussiani Stazionari e la loro capacità a fornire simulazioni abbastanza realistiche della dispersione degli inquinanti in atmosfera è la ragione principale del loro largo impiego pratico. L'attuale disponibilità di computer ha stimolato la realizzazione di un gran numero di codici di calcolo basati su tale teoria e normalmente impiegati nella pratica ingegneristica.Virtualmente chiunque può realizzare con uno sforzo limitato un programma di calcolo di questo tipo, tuttavia sono ormai disponibili codici o gratuiti o di costo limitatissimo per chiunque ne abbia necessità.Tra i tantissimi disponibili, tre codici gaussiani stazionari meritano di essere menzionati. Il primo è il celebre codice ISC3 (US-EPA, 1995), sviluppato sotto l'egida della U.S. Environmental Protection Agency, ormai celebre in tutto il mondo. E' forse il codice Gaussiano Stazionario di riferimento e viene ormai usato in tutto il mondo. La US-EPA ne cura il continuo aggiornamento e la documentazione e lo mette a disposizione, assieme agli altri codici EPA, attraverso Internet. La sua struttura è decisamente tradizionale. Per quanto riguarda l'innalzamento del pennacchio, viene 269
MODELLI DI TIPO STAZIONARIO impiegata la strategia algoritmica presentata al paragrafo 4.3.6, mentre per quanto riguarda i parametri di dispersione, vengono impiegate le relazioni di Pasquill Gifford e quelle di Briggs (tipologia urbana). Come si vede, è proprio la realizzazione informatica del modello Gaussiano Stazionario tradizionale. Spesso tale modello è criticato per non aver recepito alcuni importanti risultati emersi dall'attività di ricerca, specialmente quelli riguardanti la dispersione in condizioni convettive, tuttavia l'intenzione dichiarata di EPA è proprio quella di poter disporre di uno strumento tradizione con cui comparare altri codici più moderni e più attenti all'attuale stato della conoscenza sulla turbolenza atmosferica. Il secondo è il codice OML (Løfstrøm e Olesen, 1992), sviluppato dal National Environmental Research Institute Danese, che costituisce il modello di riferimento nel nord Europa. Tale modello è concettualmente molto differente da ISC3. Infatti, considerando ISC3 come il riferimento gaussiano tradizionale, ha l'ambizione di condensare nella sua struttura tutta la conoscenza scientifica disponibile sulla turbolenza atmosferica, soprattutto quella sviluppata nel nord Europa. E' un codice moderno, agile, a struttura gaussiana tradizionale in cui però sono usate le relazioni più moderne per il calcolo dell'innalzamento del pennacchio e per la stima della sua penetrazione dell'entrainment, oltre che per la determinazione dei parametri di dispersione degli inquinanti. Il terzo è il codice CALINE4 (Benson, 1989), sviluppato sotto l'egida della US- EPA per trattare il traffico autoveicolare. E' singolare che, nonostante i gravi problemi ambientali che il traffico autoveicolare provoca nel mondo, molto pochi siano stati i codici di calcolo sviluppati a questo scopo. Probabilmente la difficoltà teorica a trattare in maniera realistica tale argomento ha scoraggiato la realizzazione di codici di calcolo e CALINE4 rappresenta uno dei pochi esempi di realizzazione.Tale codice si applica alle strade di grande scorrimento, abbastanza separate dal tessuto urbano, e si basa su una teoria delle sorgenti linea molto più semplice di quella qui presentata. Non è un codice moderno e non è molto frequente il suo aggiornamento, tuttavia la sua disponibilità e uso ne fanno uno strumento prezioso in tante situazioni pratiche. Nella citazione dei codici Gaussiani Stazionari si potrebbe andare avanti all'infinito, tanti sono stati quelli presentati in Letteratura. Di alcuni non esiste più traccia, altri continuano la loro vita, altri ancora ne nasceranno. Era però importante segnalare i tre a nostro giudizio principali ed emblematici e, tra l'altro, facilmente reperibili.Va comunque detto che nonostante questa disponibilità di codici, spesso si è costretti comunque a costruirne altri. La ragione deriva dall'applicazione che si sta sviluppando. Un esempio tipico è la realizzazione di un sistema di controllo real time dell'inquinamento di un'area. Se si vuole impiegare un modello Gaussiano Stazionario in un tale sistema, difficilmente sarà agevole adattare un codice già esistente, spesso per ragioni di equilibrio informatico. La realizzazione di un nuovo modello ad hoc è quindi inevitabile e la disponibilità di modelli di riferimento come quelli citati può aiutare nell'opera di verifica della correttezza implementativa del nuovo modello. Qualunque sia il modello Gaussiano Stazionario considerato, la sua struttura logica è sempre simile a quella presentata nello schema a blocchi di Fig.4.17. La prima azione effettuata dal codice è l’acquisizione delle informazioni preliminari necessarie alla definizione completa della simulazione. Più precisamente, esse sono: 270
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impiegata <strong>la</strong> strategia algoritmica presentata al paragrafo 4.3.6, mentre per quanto<br />
riguarda i parametri di <strong>dispersione</strong>, vengono impiegate le re<strong>la</strong>zioni di Pasquill<br />
Gifford e quelle di Briggs (tipologia urbana). Come si vede, è proprio <strong>la</strong> realizzazione<br />
informatica del modello Gaussiano Stazionario tradizionale. Spesso tale<br />
modello è criticato per non aver recepito alcuni importanti risultati emersi dall'attività<br />
di ricerca, specialmente quelli riguardanti <strong>la</strong> <strong>dispersione</strong> in condizioni<br />
convettive, tuttavia l'intenzione dichiarata di EPA è proprio quel<strong>la</strong> di poter disporre<br />
di uno strumento tradizione con cui comparare altri codici più moderni e più<br />
attenti all'attuale stato del<strong>la</strong> conoscenza sul<strong>la</strong> turbolenza atmosferica.<br />
Il secondo è il codice OML (Løfstrøm e Olesen, 1992), sviluppato dal National<br />
Environmental Research Institute Danese, che costituisce il modello di riferimento<br />
nel nord Europa. Tale modello è concettualmente molto differente da<br />
ISC3. Infatti, considerando ISC3 come il riferimento gaussiano tradizionale, ha<br />
l'ambizione di condensare nel<strong>la</strong> sua struttura tutta <strong>la</strong> conoscenza scientifica disponibile<br />
sul<strong>la</strong> turbolenza atmosferica, soprattutto quel<strong>la</strong> sviluppata nel nord Europa.<br />
E' un codice moderno, agile, a struttura gaussiana tradizionale in cui però sono<br />
usate le re<strong>la</strong>zioni più moderne per il calcolo dell'innalzamento del pennacchio e<br />
per <strong>la</strong> stima del<strong>la</strong> sua penetrazione dell'entrainment, oltre che per <strong>la</strong> determinazione<br />
dei parametri di <strong>dispersione</strong> <strong>degli</strong> <strong>inquinanti</strong>.<br />
Il terzo è il codice CALINE4 (Benson, 1989), sviluppato sotto l'egida del<strong>la</strong> US-<br />
EPA per trattare il traffico autoveico<strong>la</strong>re. E' singo<strong>la</strong>re che, nonostante i gravi problemi<br />
ambientali che il traffico autoveico<strong>la</strong>re provoca nel mondo, molto pochi<br />
siano stati i codici di calcolo sviluppati a questo scopo. Probabilmente <strong>la</strong> difficoltà<br />
teorica a trattare in maniera realistica tale argomento ha scoraggiato <strong>la</strong> realizzazione<br />
di codici di calcolo e CALINE4 rappresenta uno dei pochi esempi di<br />
realizzazione.Tale codice si applica alle strade di grande scorrimento, abbastanza<br />
separate dal tessuto urbano, e si basa su una teoria delle sorgenti linea molto più<br />
semplice di quel<strong>la</strong> qui presentata. Non è un codice moderno e non è molto frequente<br />
il suo aggiornamento, tuttavia <strong>la</strong> sua disponibilità e uso ne fanno uno<br />
strumento prezioso in tante situazioni pratiche.<br />
Nel<strong>la</strong> citazione dei codici Gaussiani Stazionari si potrebbe andare avanti all'infinito,<br />
tanti sono stati quelli presentati in Letteratura. Di alcuni non esiste più traccia,<br />
altri continuano <strong>la</strong> loro vita, altri ancora ne nasceranno. Era però importante<br />
segna<strong>la</strong>re i tre a nostro giudizio principali ed emblematici e, tra l'altro, facilmente<br />
reperibili.Va comunque detto che nonostante questa disponibilità di codici,<br />
spesso si è costretti comunque a costruirne altri. La ragione deriva dall'applicazione<br />
che si sta sviluppando. Un esempio tipico è <strong>la</strong> realizzazione di un sistema<br />
di controllo real time dell'inquinamento di un'area. Se si vuole impiegare un<br />
modello Gaussiano Stazionario in un tale sistema, difficilmente sarà agevole adattare<br />
un codice già esistente, spesso per ragioni di equilibrio informatico. La realizzazione<br />
di un nuovo modello ad hoc è quindi inevitabile e <strong>la</strong> disponibilità di<br />
modelli di riferimento come quelli citati può aiutare nell'opera di verifica del<strong>la</strong><br />
correttezza implementativa del nuovo modello. Qualunque sia il modello<br />
Gaussiano Stazionario considerato, <strong>la</strong> sua struttura logica è sempre simile a quel<strong>la</strong><br />
presentata nello schema a blocchi di Fig.4.17. La prima azione effettuata dal<br />
codice è l’acquisizione delle informazioni preliminari necessarie al<strong>la</strong> definizione<br />
completa del<strong>la</strong> simu<strong>la</strong>zione. Più precisamente, esse sono:<br />
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