Roberto Sozzi (ARPA Lazio) Teodoro Georgiadis (CNR-IBIMET ...
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3. ANALISI ENERGETICA DEL PLANETARY BOUNDARY LAYER—————————————————————————————————————di tipo quasi sinusoidale nelle ore diurne, conseguenza della sua dipendenza diretta dall’angolo dielevazione solare Ψ. Le irregolarità visibili nelle ore pomeridiane sono il risultato del passaggio di nubinel cielo che riducono la componente diretta della radiazione solare; tuttavia, se vi osserva conattenzione, si nota che , dopo una caduta dovuta al passaggio di una nube, assume valori superiori↓Rsw0al valore tipico di cielo sereno: questo fenomeno, noto come broken clouds deriva dalla riflessionedella radiazione con i bordi dei grossi cumuli isolati in movimento nel cielo.↑↓Se si analizza la Rsw0, si vede una perfetta sincronia con Rsw0, propria di tutte le componenti riflesse.Considerando, invece, le componenti infrarosse, si nota che esse sono profondamente differenti. La↓Rlw0non presenta sensibili variazioni nel tempo, data la sua dipendenza dalla temperatura dell’aria edalla sua emissività: le uniche variazioni nel tempo possono essere attribuite solo a variazioni nel tempodell’inquinamento atmosferico. Viceversa, la radiazione infrarossa emessa dal suolo presenta unospiccato andamento diurno, sincrono con la radiazione solare e indicativo del riscaldamento del suolonelle ore diurne causato dalla presenza del sole. L’apporto energetico esterno, prevalentementerappresentato dalla radiazione solare incidente, alimenta il sistema fisico del PBL che reagisce,nell’ambito dei trasferimenti radiativi di energia, con la emissione di radiazione ad onda lunga.↑Rlw0800600R gR NFlusso Radiative (W/m²)40020000 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Ora LocaleFig.3.8: Radiazione Solare Globale e Radiazione Netta registrate presso una stazionemeteorologica al centro Italia.Il bilancio di tutte le componenti radiative alla superficie attiva ed in ogni istante è dato dalla relazione:R [3.49]↓ ↑ ↓ ↑N= Rsw0+ Rsw0+ Rlw0+ Rlw0—————————————————————————————————————- 127 -

3. ANALISI ENERGETICA DEL PLANETARY BOUNDARY LAYER—————————————————————————————————————dove R N è detta Radiazione Netta. Il bilancio non è nullo (cioè la R N non è sempre nulla), come si può↓vedere in Fig.3.8 in cui è graficato l’apporto solare Rsw0(nel seguito indicato come R g , RadiazioneSolare Globale e che è la vera forzante del PBL) e R N .Dato non c’è un bilanciamento tra ciò che è in arrivo e ciò che è in partenza, resta dell’energia utile peralimentare l’evoluzione del PBL. Il bilancio radiativo all’interfaccia aria-suolo (superficie attiva)determina quindi quanta energia risulta disponibile al sistema PBL-Suolo, R N appunto.L’andamento di R N segue abbastanza da vicino quello della Radiazione Solare Globale. Fino a pocodopo l’alba essa presenta valori negativi, cosa che sta ad indicare il maggior peso della radiazioneinfrarossa emessa dal suolo caldo. Quando dall’alto l’apporto energetico sopravanza la radiazioneinfrarossa persa dal suolo (questo accade poco dopo l’alba e continua a capitare fino a poco prima deltramonto) il segno di R N diventa positivo.Frequentemente R N viene misurata direttamente, tuttavia non è raro il caso in cui sia necessaria unasua stima dalla conoscenza di poche e semplici misure meteorologiche. Per fare ciò, si può per esempioconsiderare le relazioni (3.32), (3.38), (3.44) e (3.45) e da esse si giunge alla relazione seguente(Holtslag e van Ulden, 1983):Rn=b( 1−α) ⋅( a sin Ψ + a ) ⋅ ( 1+b N )121( 1+c )H2 6+ c T + c N −σT124[3.50]Con una tale relazione è possibile stimare la Radiazione Netta pur avendo a disposizione un numerolimitato di dati meteorologici.Per quanto riguarda ciò che succede ad una generica quota z, va detto che l’elemento conoscitivo piùimportante è costituito dal gradiente verticale della radiazione elettromagnetica che, come visto,determina un contributo alla variazione verticale della temperatura dell’aria. Ricordando quanto detto inprecedenza, si ha che:∂R∂ztot↓ ↑ ↓ ↑∂R∂R∂RSW∂RSW∂RlW∂RlW= + = ++[3.51]∂z∂z∂z∂z∂z∂zSWlWdove devono essere considerate positive le radiazioni in avvicinamento alla superficie terrestre enegative quelle in allontanamento. Pertanto la variazione con la quota della temperatura dell’aria, acausa del bilancio radiativo è data da:SθlW1= −ρCp⎡∂R⎢⎣ ∂ztot⎤⎥⎦[3.52]3.4 IL FLUSSO DI CALORE NEL TERRENOLa Radiazione Netta rappresenta l’energia disponibile all’interfaccia aria-suolo. Tale disponibilitàenergetica induce di conseguenza un riscaldamento del suolo (o dell’acqua se la superficie terrestrenel punto che si sta considerando è costituita da una distesa di acqua come un oceano o un lago). Inpratica si ha un flusso di calore nel terreno o più in generale nel substrato.—————————————————————————————————————- 128 -

3. ANALISI ENERGETICA DEL PLANETARY BOUNDARY LAYER—————————————————————————————————————di tipo quasi sinusoidale nelle ore diurne, conseguenza della sua dipendenza diretta dall’angolo dielevazione solare Ψ. Le irregolarità visibili nelle ore pomeridiane sono il risultato del passaggio di nubinel cielo che riducono la componente diretta della radiazione solare; tuttavia, se vi osserva conattenzione, si nota che , dopo una caduta dovuta al passaggio di una nube, assume valori superiori↓Rsw0al valore tipico di cielo sereno: questo fenomeno, noto come broken clouds deriva dalla riflessionedella radiazione con i bordi dei grossi cumuli isolati in movimento nel cielo.↑↓Se si analizza la Rsw0, si vede una perfetta sincronia con Rsw0, propria di tutte le componenti riflesse.Considerando, invece, le componenti infrarosse, si nota che esse sono profondamente differenti. La↓Rlw0non presenta sensibili variazioni nel tempo, data la sua dipendenza dalla temperatura dell’aria edalla sua emissività: le uniche variazioni nel tempo possono essere attribuite solo a variazioni nel tempodell’inquinamento atmosferico. Viceversa, la radiazione infrarossa emessa dal suolo presenta unospiccato andamento diurno, sincrono con la radiazione solare e indicativo del riscaldamento del suolonelle ore diurne causato dalla presenza del sole. L’apporto energetico esterno, prevalentementerappresentato dalla radiazione solare incidente, alimenta il sistema fisico del PBL che reagisce,nell’ambito dei trasferimenti radiativi di energia, con la emissione di radiazione ad onda lunga.↑Rlw0800600R gR NFlusso Radiative (W/m²)40020000 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Ora LocaleFig.3.8: Radiazione Solare Globale e Radiazione Netta registrate presso una stazionemeteorologica al centro Italia.Il bilancio di tutte le componenti radiative alla superficie attiva ed in ogni istante è dato dalla relazione:R [3.49]↓ ↑ ↓ ↑N= Rsw0+ Rsw0+ Rlw0+ Rlw0—————————————————————————————————————- 127 -

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