la micrometeorologia e la dispersione degli inquinanti ... - ARPA Lazio
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MODELLI DI TIPO STAZIONARIO Questo confronto è stato fatto per due sorgenti di differente quota di emissione. In tale Figura sono state usate le consuete variabili adimensionali; va ricordato che col simbolo Zs si intende il rapporto zs/zi. Si vede immediatamente come la (4.99) sia in grado di realizzare simulazioni molto più vicine ai dati sperimentali rispetto a quanto previsto con un modello Gaussiano. Ciò è un’ulteriore conferma della realisticità della teoria presentata nel rappresentare le situazioni altamente convettive e le sorgenti che emettono a quote relativamente elevate. Dispersione verticale da sorgenti al suolo. Il problema principale che si incontra nel trattare la dispersione degli inquinanti entro il SL è la non omogeneità verticale della turbolenza. E' quindi necessario adottare metodi differenti per simulare la dispersione degli inquinanti. Il primo metodo, decisamente più semplice, è quello di adottare una formulazione completamente Gaussiana, in cui però il parametro di dispersione σ z sia dato dalla correlazione seguente (Deardorff e Willis, 1985): dove: Nella relazione (4.100a) sono riconoscibili alcuni termini già incontrati in precedenza: • il primo termine in parentesi è il limite per tempi tendenti a zero della teoria statistica e tiene conto della dispersione verticale iniziale causata dal valore di σw alla quota di emissione; • il secondo termine in parentesi è quanto previsto dalla teoria di Yaglom, che è applicabile quando la quota di emissione tende a zero; • il terzo termine è quanto la Teoria della Similarità prevede in condizioni tendenti all’adiabaticità. Un altro modo per modellizzare la dispersione degli inquinanti nel SL è usare la Teoria della Diffusione con chiusura K (Van Ulden, 1978, Nieuwstadt e Van Ulden, 1978 e Gryning e al., 1983). Questo metodo presenta però la forte limitazione di essere in grado di simulare la dispersione degli inquinanti solo a brevi distanze. Secondo tale approccio si risolve l’equazione della diffusione, assumendo che il flusso verticale di materiale sia dato da: dove K è la diffusività turbolenta.Van Ulden ottenne una espressione analitica per C y che dipende dalla friction velocity, dalla lunghezza di Monin Obukhov, dalla rugosità superficiale e dalla distanza sottovento. La validità di tale approccio non si estende oltre una distanza sottovento di circa 800 metri. Dispersione Laterale. La dispersione laterale è sicuramente di forma gaussiana e la deviazione standard che la caratterizza è della forma (4.11a). Le correlazioni semiempiriche presentate al punto 4.1.2.2 sono quelle che normalmente vengono impiegate nella pratica 289
MODELLI DI TIPO STAZIONARIO corrente. A questo punto il modello è completo, visto che la concentrazione in un generico punto dello spazio è data dalla relazione seguente: 4.2.3.2 Convettività moderata In questo regime caratterizzato da –z i /L < 5÷10, le evidenze sperimentali sono meno chiare che nel regime trattato in precedenza. Dal punto di vista operativo è conveniente ipotizzare pragmaticamente che la dispersione degli inquinanti avvenga con leggi gaussiane i cui parametri dispersivi possono essere ancora un a volta stimati dalle correlazioni presentate al punto 4.1.2.2. 4.2.4 Dispersione di pennacchi con galleggiamento nel PBL Convettivo Nei modelli Gaussiani convenzionali la dispersione in un PBL convettivo di pennacchi dotati di galleggiamento è suddivisa in due regimi, il primo dominato dal galleggiamento stesso (plume rise) ed il secondo governato dalla turbolenza atmosferica. In quest’ultimo il pennacchio si comporta come un pennacchio passivo emesso ad un’altezza efficace pari a h = z s +∆h,dove ∆h è l’innalzamento all’equilibrio. Le osservazioni sperimentali hanno però evidenziato che tutto ciò è una semplificazione eccessiva della realtà, infatti si è visto che questi due regimi di fatto non sono separati, ma convivono, determinando comportamenti del pennacchio ben lontani da quanto previsto da questo semplice meccanismo. Dalle misure sperimentali è risultato evidente che, per i pennacchi dotati di galleggiamento, il parametro caratteristico più importante è il flusso di galleggiamento adimensionale F* definito come: dove F 0 è il convenzionale flusso di galleggiamento. 290 Fig.4.25: modello concettuale della dispersione di un pennacchio galleggiante nel PBL convettivo (da Weil, 1988). Quando F * è dell’ordine di 0.03, il comportamento del pennacchio è simile a quello di un plume passivo dopo un certo innalzamento iniziale. In questo caso il modello concettuale che ben rappresenta questa situazione è costituito da un plume catturato dagli updraft e dai downdraft sufficientemente estesi da trascinare nel loro moto caratteristico intere porzioni di pennacchio, come mostrato in
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corrente. A questo punto il modello è completo, visto che <strong>la</strong> concentrazione in<br />
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In questo regime caratterizzato da –z i /L < 5÷10, le evidenze sperimentali sono<br />
meno chiare che nel regime trattato in precedenza. Dal punto di vista operativo<br />
è conveniente ipotizzare pragmaticamente che <strong>la</strong> <strong>dispersione</strong> <strong>degli</strong> <strong>inquinanti</strong><br />
avvenga con leggi gaussiane i cui parametri dispersivi possono essere ancora un<br />
a volta stimati dalle corre<strong>la</strong>zioni presentate al punto 4.1.2.2.<br />
4.2.4 Dispersione di pennacchi con galleggiamento nel PBL Convettivo<br />
Nei modelli Gaussiani convenzionali <strong>la</strong> <strong>dispersione</strong> in un PBL convettivo di<br />
pennacchi dotati di galleggiamento è suddivisa in due regimi, il primo dominato<br />
dal galleggiamento stesso (plume rise) ed il secondo governato dal<strong>la</strong> turbolenza<br />
atmosferica. In quest’ultimo il pennacchio si comporta come un pennacchio<br />
passivo emesso ad un’altezza efficace pari a h = z s +∆h,dove ∆h è l’innalzamento<br />
all’equilibrio. Le osservazioni sperimentali hanno però evidenziato che tutto<br />
ciò è una semplificazione eccessiva del<strong>la</strong> realtà, infatti si è visto che questi due<br />
regimi di fatto non sono separati, ma convivono, determinando comportamenti<br />
del pennacchio ben lontani da quanto previsto da questo semplice meccanismo.<br />
Dalle misure sperimentali è risultato evidente che, per i pennacchi dotati di galleggiamento,<br />
il parametro caratteristico più importante è il flusso di galleggiamento<br />
adimensionale F* definito come:<br />
dove F 0 è il convenzionale flusso di galleggiamento.<br />
290<br />
Fig.4.25: modello concettuale del<strong>la</strong> <strong>dispersione</strong> di un pennacchio<br />
galleggiante nel PBL convettivo (da Weil, 1988).<br />
Quando F * è dell’ordine di 0.03, il comportamento del pennacchio è simile a<br />
quello di un plume passivo dopo un certo innalzamento iniziale. In questo caso<br />
il modello concettuale che ben rappresenta questa situazione è costituito da un<br />
plume catturato dagli updraft e dai downdraft sufficientemente estesi da trascinare<br />
nel loro moto caratteristico intere porzioni di pennacchio, come mostrato in
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