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

MODELLI DI TIPO STAZIONARIO
modello HPDM (Hanna e Chang, 1991, Hanna e Paine, 1989) ed il modello US-
EPA AERMOD (Perry e al, 1995). Questi tre modelli rappresentano tre distinti
esempi di interpretazione del concetto di modello ibrido.
Dalla teoria del PBL convettivo è noto come il riscaldamento del suolo, dovuto
all'irraggiamento solare, produca un flusso ascendente di calore sensibile, responsabile
della generazione e del mantenimento di vortici di grandi dimensioni che
rimescolano l'intero PBL, dal suolo allo strato di entrainment. Questa struttura fisica
è estremamente complessa e, a prima vista, parrebbe velleitario cercare di definire
un modello operativo capace di descrivere con realismo la dispersione di sorgenti
a bassa ed alta quota.Viceversa la storia dei modelli ibridi è un notevole esempio
di collaborazione tra ricercatori sperimentali e modellisti, tra mentalità teoriche
e ingegneristiche, tutte volte a condensare la complessità del fenomeno entro
un modello che doveva possedere le caratteristiche seguenti:
• non doveva essere troppo complesso, per non scoraggiarne l'utilizzo,
• doveva essere algebrico e non differenziale, per limitarne la complessità e per renderlo
più comprensibile,
• doveva catturare l'essenziale della fisica del fenomeno della dispersione entro il
PBL convettivo.
Anche se, a prima vista, queste caratteristiche possono sembrare impossibili da soddisfare,
il risultato di tale ricerca è stato estremamente interessante ed utile: in effetti
sono stati prodotti molti modelli, di cui quelli citati sono i più significativi, che
hanno una struttura sufficientemente semplice da renderli adatti ad essere impiegati
nelle applicazioni ingegneristiche, là dove finora venivano impiegati solo i
modelli Gaussiani Stazionari. In questo Capitolo viene illustrata la teoria dei
modelli stazionari di tipo ibrido, seguendo prevalentemente l'esposizione fatta da
Weil (1988).
4.2.1 Il PBL convettivo e le variabili di controllo
L'ipotesi di base su cui si fonda l'intera teoria dei modelli ibridi è che il PBL convettivo
sia orizzontalmente omogeneo, cioè che le proprietà statistiche che lo caratterizzano
non mutino nel piano orizzontale (x,y), ma solo con la quota z.
Un'ulteriore ipotesi fondamentale è che il PBL si trovi in un stato quasi-stazionario.
Queste assunzioni non sono mai vere in senso stretto, anche se in pratica sono frequentemente
delle approssimazioni più che accettabili della realtà.
Il PBL convettivo è caratterizzato da due velocità di scala tipiche, la friction velocity
(u * ), che rappresenta la turbolenza generata dallo shear del vento, e la velocità convettiva
di scala (w*), che rappresenta la velocità di scala per i moti verticali indotti dalla
convettività. Come noto, dal loro rapporto è possibile definire un indice di stabilità
dato dal rapporto tra l'altezza di rimescolamento e la lunghezza di Monin-
Obukhov (-z i /L). Quando (-z i /L) è superiore a 10, si è in situazioni di forte convettività
e il PBL presenta la tipica struttura a tre strati:
• il Surface Layer (SL)
• il Mixed Layer (ML)
• lo Strato di Entrainment (EL).
La Teoria della Similarità ha permesso di definire relazioni funzionali per il profilo
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