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MODELLO LAGRANGIANO A PARTICELLE ed è abbastanza evidente come l’adozione di un modello che considera la turbolenza non omogenea evidenzi una maggiore convettività nella distribuzione dell’inquinante. Sono state poi realizzate altre due simulazioni nelle medesime condizioni micrometeorologiche, ma con una sorgente elevata posta nella posizione (0., 0.25z i ), cioè a 250 m dal suolo. La distribuzione bidimensionale della concentrazione di particelle al termine del periodo di simulazione è quella riportata in Fig.7.5 nel caso si ipotizzi una turbolenza gaussiana e in Fig.7.6 nel caso in cui si ipotizzi una turbolenza non gaussiana.Anche in questo caso si nota come l’adozione del modello non gaussiano comporti nella soluzione una maggior convettività. Fig.7.5: simulazione dell’emissione di una sorgente a 0.25z i (modello di turbolenza gaussiana) Fig.7.6: simulazione dell’emissione di una sorgente 0.25z i (modello di turbolenza non gaussiana) 7.4 IL MODELLO TRIDIMENSIONALE DEL MOTO DI UNA PARTICELLA. A questo punto risulta inevitabile affrontare il problema del moto reale di particelle nello spazio, argomento complesso ed ancora attivamente studiato nel mondo della ricerca. Data la notevole complessità dell’argomento, cercheremo di evitare ogni tipo di deduzione analitica, privilegiando esclusivamente gli aspetti applicativi del problema. Per i dettagli teorici, i riferimenti bibliografici principali sono Thomson (1987), Sawford e Guest (1988), Flesch e Wilson (1992), Luhar e Sawford (1995), Rodean (1996), Monti e Leuzzi (1996), Rotach e al. (1996) e Sawford (1999). Sintetizzando, i problemi che debbono essere affrontati in questo caso sono da un lato la formulazione dell’equazione di Langevin e dall’altro la formulazione corretta dell’equazione di Fokker-Plank. Ciò che si nota immediatamente è che: • si hanno 3 equazioni di Langevin per le componenti della velocità della particella e 3 relazioni per lo spostamento della stessa lungo le direzioni coordinate; 341
MODELLO LAGRANGIANO A PARTICELLE • le 3 equazioni che descrivono le componenti della velocità della particella sono tra loro fortemente accoppiate. Ciò sta a significare che a priori non è possibile descrivere il movimento della particella nello spazio sic et simpliciter come la sovrapposizione di tre moti monodimensionali, ciascuno relativo ad una singola direzione coordinata. Dalle equazioni di Langevin e dall’equazione di Fokker-Plank, dall’ipotesi della Relazione di similarità per la funzione di struttura delle diverse componenti della velocità della particella e dall’ipotesi well-mixed si deducono i vari coefficienti di drift e di diffusione. I risultati che si ottengono sono notevolmente complessi. Non ci addentreremo nei dettagli della teoria. Dato che la maggior parte dei modelli a particelle impiegati nella pratica semplifica drasticamente la complessità del problema, qui di seguito viene presentato sono quello che viene chiamata l’approssimazione quasi-tridimensionale. Questa approssimazione prende le mosse dal lavoro di Thomson per il caso di turbolenza gaussiana stazionaria. Le equazioni di Langevin per le tre componenti istantanee del vento sono tra loro accoppiate, tuttavia se si ipotizza che le varianze σ u 2, σ v 2 e σ w 2 siano poco variabili con la quota e se si trascura il termine contenente la covarianza tra u e w, tale accoppiamento si riduce fortemente. Questo fatto viene sfruttato e generalizzato quando è necessario realizzare modelli a particelle tridimensionali di tipo operativo (e non di ricerca) Tra i modelli operativi attualmente disponibili è interessante considerare come esempio significativo il modello LADM (Lagrangian Atmospheric Dispersion Model) descritto in Physick e al. (1994). Questo modello, dedicato alla simulazione della dispersione di inquinanti su domini di calcolo di media estensione, ha semplificato drasticamente il modello tridimensionale,considerando,di fatto,il moto di una generica particella come la combinazione di tre moti monodimensionali del tutto indipendenti aventi le caratteristiche seguenti: • un moto lungo la direzione sottovento x per cui il coefficiente di drift è coincidente con quello derivato per un moto monodimensionale in turbolenza gaussiana omogenea, cioè: • un moto lungo la direzione orizzontale y trasversale alla direzione sottovento, per il quale il coefficiente di drift anche in questo caso coincide con quello relativo ad un moto monodimensionale in turbolenza gaussiana omogenea, cioè: • un moto verticale per cui il relativo coefficiente di drift, durante le situazioni convettive è quello che è stato derivato per una particella che si muove in un fluido caratterizzato da una turbolenza stazionaria e non gaussiana ed in particolare dalla relazione (7.24). Durante le situazioni stabili, invece, il coefficiente di drift scelto è quello relativo ad un moto monodimensionale in turbolenza gaussiana, stazionaria e non omogenea dato dalla (7.23a). 342
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MODELLO LAGRANGIANO A PARTICELLE<br />
ed è abbastanza evidente come l’adozione di un modello che considera <strong>la</strong> turbolenza<br />
non omogenea evidenzi una maggiore convettività nel<strong>la</strong> distribuzione dell’inquinante.<br />
Sono state poi realizzate altre due simu<strong>la</strong>zioni nelle medesime condizioni micrometeorologiche,<br />
ma con una sorgente elevata posta nel<strong>la</strong> posizione (0., 0.25z i ), cioè<br />
a 250 m dal suolo. La distribuzione bidimensionale del<strong>la</strong> concentrazione di particelle<br />
al termine del periodo di simu<strong>la</strong>zione è quel<strong>la</strong> riportata in Fig.7.5 nel caso si<br />
ipotizzi una turbolenza gaussiana e in Fig.7.6 nel caso in cui si ipotizzi una turbolenza<br />
non gaussiana.Anche in questo caso si nota come l’adozione del modello non<br />
gaussiano comporti nel<strong>la</strong> soluzione una maggior convettività.<br />
Fig.7.5: simu<strong>la</strong>zione dell’emissione di una sorgente a 0.25z i<br />
(modello di turbolenza gaussiana)<br />
Fig.7.6: simu<strong>la</strong>zione dell’emissione di una sorgente 0.25z i<br />
(modello di turbolenza non gaussiana)<br />
7.4 IL MODELLO TRIDIMENSIONALE DEL MOTO<br />
DI UNA PARTICELLA.<br />
A questo punto risulta inevitabile affrontare il problema del moto reale di particelle<br />
nello spazio, argomento complesso ed ancora attivamente studiato nel mondo del<strong>la</strong><br />
ricerca. Data <strong>la</strong> notevole complessità dell’argomento, cercheremo di evitare ogni tipo<br />
di deduzione analitica, privilegiando esclusivamente gli aspetti applicativi del problema.<br />
Per i dettagli teorici, i riferimenti bibliografici principali sono Thomson (1987),<br />
Sawford e Guest (1988), Flesch e Wilson (1992), Luhar e Sawford (1995), Rodean<br />
(1996), Monti e Leuzzi (1996), Rotach e al. (1996) e Sawford (1999).<br />
Sintetizzando, i problemi che debbono essere affrontati in questo caso sono da un<br />
<strong>la</strong>to <strong>la</strong> formu<strong>la</strong>zione dell’equazione di Langevin e dall’altro <strong>la</strong> formu<strong>la</strong>zione corretta<br />
dell’equazione di Fokker-P<strong>la</strong>nk. Ciò che si nota immediatamente è che:<br />
• si hanno 3 equazioni di Langevin per le componenti del<strong>la</strong> velocità del<strong>la</strong> particel<strong>la</strong><br />
e 3 re<strong>la</strong>zioni per lo spostamento del<strong>la</strong> stessa lungo le direzioni coordinate;<br />
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