Roberto Sozzi (ARPA Lazio) Teodoro Georgiadis (CNR-IBIMET ...

3. ANALISI ENERGETICA DEL PLANETARY BOUNDARY LAYER—————————————————————————————————————3.2 RADIAZIONE AD ONDA LUNGATutto il PBL nel suo complesso può essere visto come un volume gassoso non omogeneo caratterizzatoda una distribuzione di temperatura variabile da punto a punto, ma compresa in un intervallo tale daessere comunque molto inferiore alla temperatura caratteristica della superficie solare. Pertanto laradiazione elettromagnetica che gli elementi costituenti del PBL emettono ha una lunghezza d’ondamolto maggiore di quella della radiazione solare (onda corta). L’intervallo spettrale caratteristico dellaradiazione ad onda lunga è compreso tra 4 e 100 µm. La situazione è tale per cui in pratica non c’èuna sovrapposizione spettrale tra i due tipi di radiazione.3.2.1 LA RADIAZIONE ATMOSFERICALa maggior parte del volume del PBL è occupato dall’aria, che è un corpo caldo ed emette radiazionenell’infrarosso. Essa è una sorgente volumetrica distribuita la cui descrizione matematica è moltocomplessa, soprattutto a causa della presenza di tre gas particolarmente abbondanti: il vapor d’acqua,l’anidride carbonica e l’ozono. La complessità deriva sia dal fatto che tali gas presentano emissivitàspecifiche diverse al variare della lunghezza d’onda della radiazione, sia dal fatto che normalmente laloro distribuzione spaziale è diversa da gas a gas. Limitatamente al PBL, mentre l’anidride carbonica hanormalmente una distribuzione spaziale abbastanza uniforme, per quanto riguarda invece l’ozono, la suapresenza più o meno marcata dipende da quanto sia marcato l’inquinamento fotochimico, tipico dellegrandi aree urbane. Un discorso a parte deve essere fatto per il vapor d’acqua. Per prima cosa varilevato che tale gas ha notevoli sorgenti proprio alla superficie terrestre ed inoltre che alla sommità delPBL molto spesso ci sono forti concentrazioni di acqua (sia in fase solida, che liquida e gassosa) sottoforma di nubi. Questi tre gas non esauriscono tutti i problemi che si incontrano nella modellizzazionedella Radiazione ad onda lunga. Ci sono situazioni in cui l’inquinamento atmosferico è molto forte(come nel caso di grandi aree urbane o di grandi centri industriali) con la presenza di un numerorilevante di sostanze inquinanti di vario genere. Ovviamente tutte queste sostanze contribuiscono acomplicare la distribuzione della radiazione ad onda lunga. La trattazione teorica della distribuzionespaziale dei flussi ascendenti e discendenti della radiazione ad onda lunga è di una formidabilecomplessità. Una trattazione adatta ai modelli numerici di PBL può essere trovata in Pielke (1984) e inLiou (1992). In pratica i gradienti verticali dei flussi ascendenti e discendenti della radiazione ad ondalunga sono calcolati usando relazioni del tipo:∂R↑lw∂z∂R↓lw∂z= σ= σdεdzdεdz4 4[ T − T ]s[ T ]4 − T 4T[3.36a][3.36b]dove con T si è indicata la temperatura (non potenziale ed in K) dell’aria alla quota generica z, con T s latemperatura del suolo e con T T la temperatura caratteristica della sommità dell’atmosfera. Per unacorretta applicazione delle (3.36) si faccia riferimento a Pielke (1984) e a Moussiopoulos (1987).Anche in questo caso è importante conoscere il gradiente netto della radiazione ad onda lunga ad ogniquota del PBL. Tale gradiente è dato da:∂R∂zlW↓ ↑∂RlW∂RlW= +[3.37]∂z∂z—————————————————————————————————————- 122 -