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

LA MICROMETEOROLOGIA E LA CAPACITA’ DISPERDENTE DELL’ATMOSFERA
di una particolare dimensione, mentre in ascissa è riportata la dimensione del
vortice stesso in termini di frequenza. I vortici più piccoli hanno periodi più
corti. I picchi nello spettro mostrano quali vortici contribuiscono di più all'energia
complessiva vista in un punto P.Il picco più a sinistra,con periodo di circa
100 ore, si riferisce a variazioni di velocità del vento associate al passaggio di
fronti. Il picco più a destra è quello più interessante; esso è dovuto ai vortici a
microscala della durata variabile tra 10 secondi e 10 minuti, quelli in effetti già
visti esaminando la Fig.2.14. Dalla Fig.2.16 emerge una circostanza singolare.
Sono visibili variazioni nella velocità del vento o dell'ordine di alcune ore (derivanti
dai moti a mesoscala) o dell'ordine dei minuti e dei secondi (dovuti alla turbolenza).
Non si notano variazioni con periodi intermedi.Tale fenomeno è del
tutto generale ed è noto col termine spectral gap ed è molto evidente nella figura
(la valle tra i due picchi principali). Non era quindi arbitrario definire il PBL
come quella porzione di troposfera che risponde alle forzanti su una scala temporale dell'ordine
dell'ora (Stull, 1989); implicito era il fatto che la turbolenza fosse la principale
forza motrice agente nel PBL. Lo spectral gap è quindi un mezzo per separare
le influenze turbolente sul PBL da quelle influenze che turbolente non
sono. Da queste considerazioni si può concludere che il periodo di mediazione
da adottare nella stima della media e degli altri momenti di interesse dovrebbe
essere di 15÷60 minuti.
Fig.2.16: spettro della velocità del vento al suolo.
L'evidenza sperimentale ha mostrato come il PBL, specialmente se convettivo, sia
sede di vortici di varie dimensioni (da vortici dell'ordine del chilometro a vortici
dell'ordine del millimetro). Nel 1926 Richardson notò che i moti a scala più
piccola hanno sempre origine dall'instabilità dei moti a scala maggiore e perciò
ipotizzò l’esistenza di un processo di energy cascade in cui i vortici di dimensioni
maggiori si frammentavano in vortici sempre più piccoli fino a giungere a
dimensioni talmente limitate da dissipare tutta l'energia cinetica turbolenta disponibile
in calore. Per quantificare questi concetti, si immagini di poter disporre
di una fotografia spaziale della meteorologia in un dato istante. Se si immagina
un'atmosfera omogenea, il coefficiente di correlazione R spaziale più che
dipendere da due punti distinti dello spazio, dipende dalla loro distanza r. Una
misura della distanza entro cui il segnale resta correlato con sé stesso è la lunghezza
integrale di scala L, definita come:
70