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

1. INTRODUZIONE AL PLANETARY BOUNDARY LAYER.—————————————————————————————————————1.1.1 LE VARIABILI CINEMATICHELo studio del PBL, dal punto di vista macroscopico, altro non è che lo studio di un fluido continuo(l'aria appunto), il cui stato è definito da un insieme di variabili fisiche di tipo macroscopico. Primadi introdurre tali variabili, è necessario definire due concetti fondamentali: il volume di controllo ed ilsistema di riferimento.Ad ogni posizione nel PBL è associabile un volume di controllo (spesso indicato anche col termineparticella), cioè un volumetto d’aria di dimensioni finite, tanto piccolo da avere dimensioni trascurabilirispetto alle dimensioni caratteristiche del dominio di indagine, ma sufficientemente grande da contenereuna porzione di aria con caratteristiche omogenee, costituito cioè da un numero tanto elevato dimolecole da garantirne una descrizione macroscopica.Per descrivere il movimento di un volume di controllo nello spazio e nel tempo è necessario adottare unsistema di coordinate di riferimento. Dato che nella maggior parte degli studi del PBL si prende inconsiderazione un dominio di indagine che presenta un'estensione verticale ridotta (tipicamentedell’ordine di 1÷2 km) ed una estensione orizzontale dell'ordine delle centinaia di km, non è necessarionormalmente tener conto esplicitamente della curvatura terrestre e quindi è sufficiente un normalesistema di riferimento cartesiano ortogonale. Tale sistema di riferimento potrebbe essere a prioriqualsiasi, tuttavia è comodo adottarne uno tale che:• l'asse x sia orientato nella direzione Est - Ovest (positivo verso Est)• l'asse y sia orientato nella direzione Nord - Sud (positivo verso Nord)• l'asse z sia orientato nella direzione Alto - Basso (positivo verso l'alto).Ovviamente questa scelta del sistema di riferimento non è unica e, come si vedrà nel seguito, in certesituazioni risulteranno più comode scelte differenti.Il metodo normalmente impiegato nello studio di un fluido consiste nella sua analisi da un punto di vistaEuleriano. Secondo tale punto di vista, il fluido è un’entità continua per la quale, in ogni puntoX(x,y,z;t) dello spazio-tempo è definibile un vettore U(x,y,z;t), cioè un campo di velocità.Nel caso del PBL (ed anche dell’atmosfera in generale), la velocità del fluido prende il nome di vettorevento. Il vento è quindi una variabile vettoriale, definita in modo univoco dalle sue tre componentirispetto agli assi coordinati (indicate con normalmente coi simboli v x ,v y ,v z oppure con le lettere u, v, w).Tuttavia, in moltissime situazioni il vento viene anche descritto attraverso:• il modulo del vettore U (o più spesso della sua proiezione sul piano orizzontale), che prende il nomedi velocità del vento. In pratica si ha che la velocità del vento è definita come:2 2 2 2 2( v + v + v ) ≅ ( v v )U = +[1.1]xyzxyIl trascurare la componente verticale è pratica molto diffusa, visto che spesso, ma non sempre, talecomponente è di molto inferiore alle componenti orizzontali, specialmente quando si consideranovalori medi su tempi sufficientemente lunghi. Dal punto di vista delle unità di misura, si adotta sia perle singole componenti del vettore vento che per la sua velocità l'unità (m⋅s -1 ). Talvolta in Letteraturavengono usate unità di misura differenti, come il nodo (1 nodo = 0.513 m⋅s -1 ) o i km⋅h -1 (1 km⋅h -1 =0.278 m⋅s -1 ).—————————————————————————————————————- 3 -