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

3. ANALISI ENERGETICA DEL PLANETARY BOUNDARY LAYER—————————————————————————————————————calore entro il mare ed i flussi sensibile e latente, pur essendo prevalentemente positivi, risultano dipiccola entità determinando sopra le superfici marine una situazione molto vicina a quella adiabatica.I meccanismi che trasferiscono energia dall'interfaccia aria-suolo ai primi millimetri di aria sovrastanti ilsuolo sono meccanismi di diffusione molecolare. In particolare ha luogo un trasferimento di caloreper conduzione che determina il passaggio del calore dalla superficie terrestre al primo strato di ariasovrastante, di dimensione estremamente ridotta. Tale trasferimento è regolato dalla ben nota legge:QHdT= −kH[3.67]dzdove H 0 è il flusso di calore e k H è la diffusività termica molecolare che, per l'aria risulta di 2.53⋅10 -5Wm -1 K -1 . E' facile verificare come in questo straterello di aria i gradienti termici siano molto elevati. Seinfatti si avesse un flusso di calore di 200 Wm -2 , in uno straterello di un millimetro d'aria si otterrebbeuna diminuzione di temperatura di circa 8 K. Tutto questo però si esaurisce in uno strato d'aria moltopiccolo in cui, in pratica, ha luogo tutto il trasferimento di energia al PBL. Sopra di esso il meccanismoprincipale di trasferimento termico diventa la turbolenza, con i meccanismi già considerati ai Capitoliprecedenti. Ciò che è stato detto per il trasferimento di calore sensibile è vero anche per iltrasferimento di calore latente.Per semplicità, è conveniente considerare una quota dove l'azione dei meccanismi molecolari risultitrascurabile e dove i principali meccanismi siano quello turbolenti. A tale quota, i flussi sensibile elatente sono espressi, come già detto, dalle relazionibilancio energetico superficiale risulta così espresso:H= ρcw'' e Q E= λρ w' q', pertanto il0 p θRN− G = ρ c w'θ ' + ρλ w''[3.68]0 p qA questo punto si possono fare alcune considerazioni.In precedenza è stata introdotta la temperatura virtuale il cui uso è generale in tutta la teoria del PBL.E' importante mettere in relazione il flusso di calore sensibile così definito col flusso di calore che siavrebbe usando al posto della temperatura potenziale la temperatura potenziale virtuale. Non è difficilevedere che si ha:⎛ ⎞⎜w'q'w'θ v ' = w'θ '⎟1 + 0.61[3.69]⎝ w'θ ' ⎠dove per la prima volta è stato introdotto il rapporto tra la covarianza verticale dell'umidità e quella dellatemperatura. Da tale rapporto deriva il ben noto rapporto di Bowen, definito come il rapporto tra ilflusso di calore sensibile ed il flusso di calore latente:H c ' '0 pw θ w'θ 'B = = = γ[3.70]Q λw'q'w'q'Edove γ è la costante psicrometrica che vale circa 0.0004 (g acqua /g aria )K -1 . Dalla definizione risultaevidente che B sarà piccolo su superfici umide, a causa dell'evaporazione, e grande su superfici secche—————————————————————————————————————- 135 -