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

MODELLO LAGRANGIANO A PARTICELLE
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1. il modello a particelle, più di ogni altro, si appoggia direttamente ed esplicitamente
alla micrometeorologia del PBL ed ha il pregio di evidenziare senza
equivoci e senza alibi la stretta connessione tra micrometeorologia e dispersione
degli inquinanti. Ovviamente più è rigorosa la descrizione della turbolenza
del PBL, maggiore sarà la capacità del modello di rappresentare correttamente
la distribuzione spazio-temporale dell’inquinante in aria.
2. la capacità di un modello lagrangiano a particelle di rappresentare correttamente
la realtà aumenta con l’aumentare della capacità elaborativa dei mezzi
di calcolo che consentono di generare un maggior numero di particelle e di
utilizzare “time-step sempre più ridotti.
3. poco lavoro è stato finora fatto per incorporare le reazioni chimiche in un
contesto lagrangiano a particelle, anche se i risultati ottenuti (per esempio
Chock e Winkler, 1994, Stein e al., 2000) sono molto incoraggianti.
Probabilmente il vero limite sta nelle notevoli risorse di calcolo richieste da
un modello di questo tipo.
Per concludere, qui di seguito si riporta nelle Figg.7.9 ÷ 7.11 il confronto fatto
da De Baas e al. (1986) tra le simulazioni realizzate dal loro modello a particelle
ed i celebri risultati ottenuti in laboratorio da Willis e Deardorff (1974, 1976,
1978, 1981). Ciò che differenzia le tre figure è la quota di emissione dell’inquinante.
Mentre nella prima la sorgente emette nel SL, nelle altre due la sorgente
emette direttamente entro il ML. Ogni figura è in realtà composta da due figure
distinte. La parte superiore presenta i risultati ottenuti sperimentalmente da Willis
e Deardorff mentre la parte inferiore le simulazioni ottenute da De Baas.Le situazioni
considerate erano altamente convettive e le curve di isoconcentrazione
mostrate si riferiscono alla concentrazione integrata trasversale. Se si considera
che il modello utilizzato era estremamente semplice e ben lontano dalle raffinatezze
attuali, si può asserire senza ombra di dubbio che tutti i tratti essenziali della
dispersione in situazioni altamente convettive sono stati catturati dal modello.
7.11 ARCHITETTURA TIPICA DI UN MODELLO A PARTICELLE.
Una volta presentati gli elementi essenziali della Teoria di un Modello
Lagrangiano a particelle, è ora indispensabile analizzare con un certo dettaglio
come tale teoria possa essere tradotta in un algoritmo di calcolo che costituisca
l’architettura logica di un reale modello (cioè un programma su un computer)
in grado di simulare la dispersione di inquinanti nell’atmosfera. Per prima cosa
va sottolineato che l’entità logica principale su cui si fonda un tale modello è la particella.
Da un punto di vista logico, la particella è un’entità astratta e dinamica, caratterizzata
dai principali attributi seguenti:
- una massa di inquinante: la particella non possiede una massa propria, ma rappresenta
una quantità determinata d’inquinante emessa da una sorgente presente
nel dominio di calcolo. La parentela tra sorgente e particella si realizza solo
all’istante dell’emissione, in cui la sorgente crea una nuova particella e le affida
una porzione di inquinante, dopo di che la particella è libera di muoversi entro
l’atmosfera.
- una posizione: la particella è un’entità astratta caratterizzata da una posizione
(x p ,y p ,z p ) nello spazio, variabile da istante a istante. L’essenza del modello
lagrangiano a particelle sta proprio nell’analisi della traiettoria delle varie particelle
emesse, cioè della variazione della posizione spaziale di ciscuna particella
col trascorrere del tempo.