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

LA MICROMETEOROLOGIA E LA CAPACITA’ DISPERDENTE DELL’ATMOSFERA
tecnologia, è praticamente impossibile fotografare la struttura turbolenta del PBL.
Di fatto è più difficile misurare ad un certo istante le caratteristiche di una vasta
porzione del PBL piuttosto che fare misure protratte nel tempo in un punto preciso
dello spazio. Se, per esempio, si installa una torre meteorologica dotata a
varie quote di un anemometro e di un termometro e si collegano tutti questi
sensori ad un sistema di acquisizione dati, si è in grado di fotografare, in quella
ristretta porzione di spazio, l’andamento temporale delle variabili meteorologiche
rilevate (in questo caso vento e temperatura). La tecnologia disponibile è tale
che l'intervallo temporale tra una misura e la successiva può essere ridotto a frazioni
di secondo con costi e sforzi organizzativi, nel complesso, accettabili. Il
passo verso una descrizione spaziale risulta possibile solo nel senso di un incremento
dei punti di misura, fino a ricondursi ad un reticolo tridimensionale di
postazioni di misura sufficientemente fitto. Il limite a ciò è l'aumento esponenziale
dei costi e l'esplosione combinatoriale dei problemi organizzativi e logistici.
L'introduzione attuale di sensori remote sensing come il RADAR per la misura
della pioggia e del vento radiale, il SODAR per la misura del vettore vento ed il
RASS per la misura della temperatura, pur avendo indotto sensibili miglioramenti
in questa problematica, non ha comunque risolto tutte le difficoltà.
Da sempre l'impossibilità di misurare ha prodotto, per reazione, un notevole sforzo
intellettuale volto alla costruzione di modelli o allo sviluppo di teorie con cui
aggirare le difficoltà sperimentali stesse. Proprio in tale direzione deve essere
inquadrato il lavoro di G.I.Taylor che, nel 1938, formulò la celebre ipotesi di congelamento
della turbolenza, secondo cui la turbolenza dei vari vortici poteva essere considerata
congelata durante il loro transito nelle vicinanze di un sensore. Così era possibile
impiegare la velocità media del vento per trasformare la variazione temporale
della turbolenza in una corrispondente variazione spaziale.Tale ipotesi non
è vera in generale, ma lo diventa in tutti quei casi in cui i vortici turbolenti
evolvono con una scala temporale maggiore del tempo da loro impiegato nel
transitare per il sensore. Se un vortice di dimensione caratteristica λ è trasportato
da un vento medio orizzontale U, il tempo che intercorre tra l'istante in cui
il sensore inizia a sentire il vortice e l'istante in cui ciò si esaurisce sarà P, legato
al modulo della velocità del vento ed alla dimensione caratteristica del vortice
dalla relazione:
In concreto, si consideri la temperatura come variabile caratteristica del vortice.
Durante il transito del vortice nei pressi del termometro, si noterà una sua variazione
misurata dal termometro. Si ipotizzi che la dimensione caratteristica del
vortice sia λ=100 m e che, nel momento in cui il vortice lambisce il termometro,
la temperatura misurata sia 10°C, mentre quando il vortice lascia il termometro
sia di 5°C, evidenziando una variazione di -5°C. Se U è pari a 10 m/s, in
10s tutto il vortice è passato per il termometro e, se non ha subito evoluzioni, la
variazione di temperatura misurata coincide col gradiente termico del vortice.
Localmente si è misurata una variazione temporale ∂T/∂t = -0.5 (K •m-1 ) per il
passaggio del vortice caratterizzato da un gradiente termico spaziale pari a
∂T/∂x = 5K/100m = 0.05 K •m-1 ,dove x è misurata parallelamente alla direzione
del vento medio. E' quindi immediato constatare che:
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