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

LA MICROMETEOROLOGIA E LA CAPACITA’ DISPERDENTE DELL’ATMOSFERA
seguenti relazioni:
dove K h ,K q sono rispettivamente la diffusività termica turbolenta e la diffusività del
vapor d'acqua. A differenza del caso molecolare, la diffusività turbolenta non è una proprietà
del fluido ma del suo stato di moto e può essere funzione di varie grandezze, posizione e
velocità del fluido comprese. Le sperimentazioni numeriche fatte ed alcune considerazioni
teoriche portano ad affermare che questo tipo di chiusura è ragionevolmente
realistico nelle situazioni stabili e neutre, in cui la scala dei meccanismi di diffusione
risulta inferiore alla scala del moto medio. Nelle situazioni convettive, invece,
la lunghezza di scala dei vortici dominanti è molto maggiore di quella dei moti
medi e ciò rende praticamente inutilizzabile questo tipo di chiusura. Molte sono
state le relazioni proposte per i differenti coefficienti di diffusività, tutte di natura
prevalentemente semiempirica. Per quanto riguarda K m ,una delle formulazioni più
note e più usate è la seguente:
• situazioni stabili (Brost e Wyngaard, 1978)
dove h è l’altezza del PBL stabile.
• situazioni convettive (Moeng e Wyngaard, 1984)
Per quanto riguarda la diffusività turbolenta per il calore, poco è noto. Normalmente
si pone:
dove a θ dipende da quota e stabilità. Sperimentali si è visto che a θ vale circa 0.74
nel SL neutro e stabile, mentre tale valore decresce con l’aumentare della convettività.
Data la scarsità di dati sperimentali relativi all’umidità, nelle applicazioni si
assume operativamente che K q =K h. Se si analizzano queste relazioni, sorgono
immediate alcune considerazioni. Innanzi tutto si vede che K m cresce nel SL fino
a raggiungere un massimo nella parte centrale del PBL, per poi decrescere ed
annullarsi alla sua sommità, comportamento del tutto generale e confermato dai
dati sperimentali. Inoltre, non è difficile rendersi conto che i valori assunti da K m
sono piccoli (dell’ordine di 1) per le situazioni stabili, un poco superiori (dell’ordine
di 10) per le situazioni neutre e molto elevati (dell’ordine delle centinaia) per
le situazioni convettive. L’altra considerazione, forse più importante, è che il valore
di K m dipende a questo punto solo dalla conoscenza di parametri come u*,L,H 0
(flusso turbolento di calore sensibile al suolo) e z i che possono essere misurati realmente
e quindi si vede come l’adozione di una chiusura K effettivamente porti ad
un modello realmente utilizzabile.
La chiusura di tipo K, pur avendo avuto nel passato una notevole popolarità, risulta
essere soddisfacente solo in condizioni adiabatiche o stabili, mentre, così come è
formulata, non fornisce risultati attendibili durante le situazioni convettive. Un
modo per migliorare la loro rappresentatività in queste situazioni è quello di usare
per la chiusura del flusso turbolento di calore una relazione del tipo:
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