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

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6. LA STRUTTURA DEL PBL IN CONDIZIONI DI OMOGENEITÀ SUPERFICIALE.——————————————————————⎯⎯—————————————nelle ore notturne, è la presenza contemporanea della turbolenza e di fenomeni oscillatori (onde digravità) che a volte interagiscono tra loro rendendo arduo comprendere quali siano gli effetti di unfenomeno e quali gli effetti dell’altro.L’assenza di strutture turbolente di grandi dimensioni comporta il fatto che il SBL non abbia unaindividualità molto spiccata (cioè non è facilmente individuabile in maniera univoca) e non presenti unelemento di discontinuità (come l’EL nel caso convettivo) che lo separi nettamente dall’atmosferalibera. In effetti la turbolenza, che raggiunge il massimo di intensità al suolo, decresce progressivamenteed in modo estremamente graduale fino a scomparire a distanze dal suolo relativamente piccole (daqualche decina di metri a qualche centinaia di metri a seconda dell’intensità della turbolenza meccanicache si riscontra al suolo e quindi in funzione della velocità del vento). Ci sono due sintomi interessantiche evidenziano il SBL. Il primo è il fatto che molto frequentemente si riscontra nel profilo verticaledella velocità del vento un massimo che frequentemente è molto marcato e che spesso supera il valoregeostrofico: a tale massimo normalmente viene attribuito il nome di low-level jet. In primaapprossimazione tale livello rappresenta la quota massima a cui si spinge la turbolenza generata al suoloe quindi può essere considerato come l’estensione del SBL h, dal punto di vista della turbolenzaatmosferica. Il secondo fatto importante è che durante le ore stabili e soprattutto notturne si ha un forteraffreddamento del suolo che genera un conseguente raffreddamento dell’aria sovrastante,raffreddamento che diminuisce progressivamente con l’aumentare della quota. Risulta quindiindividuabile facilmente uno strato di inversione termica che aumenta col trascorre delle ore notturnee che è del tutto indipendente dallo strato di atmosfera interessato dalla turbolenza meccanica. Pertantoil SBL risulta caratterizzato da due distinte estensioni verticali: una è h e rappresenta la porzione diatmosfera interessata dalla turbolenza meccanica e l’altra è h T che indica lo strato di atmosferainteressato dal forte raffreddamento notturno dell’aria indotta dal raffreddamento radiativo del suolo.Da ultimo, va osservato che i bassi livelli di turbolenza presenti sono la causa di una estrema difficoltàpratica di misura che non aiuta certo nella comprensione dei fenomeni di per se complessi, caratteristicidi questo regime.Fig. 6.10: profili verticali tipici in un PBL stabile (da Stull, 1989).6.3.1 I PROFILI VERTICALI DELLE PRINCIPALI VARIABILI METEOROLOGICHENella Fig.6.10 è presentato il profilo verticale schematico della temperatura, della temperaturapotenziale, della velocità del vento (indicata con M nella figura) e dell’umidità specifica. Per quantoriguarda la temperatura, si nota come il suo profilo presenti una marcata inversione che diminuisceprogressivamente con la quota fino a raggiungere il gradiente caratteristico dell’atmosfera sovrastanteche altro non sarà che il residual layer del giorno precedente. Una situazione analoga si riscontra per⎯⎯———————————————————————————————————- 221 -
6. LA STRUTTURA DEL PBL IN CONDIZIONI DI OMOGENEITÀ SUPERFICIALE.——————————————————————⎯⎯—————————————l’umidità specifica, mentre per il profilo della velocità del vento è stata evidenziata la presenza di unlow-level jet.Anche nel SBL è individuabile uno strato superficiale, che però è ancor meno definito che nel casoconvettivo e molto meno esteso. Per tale strato possono essere ritenute valide le Relazioni di Similaritàdi Monin-Obukhov presentate al Cap.4. Sempre nel Cap.4 sono state presentate altre relazioni disimilarità, valide per tutto il SBL, tuttavia è conveniente tenere in considerazione i risultati della recenteTeoria della Similarità Locale che tiene conto in maniera esplicita dell’indipendenza esistente traturbolenza e flussi riscontrabili al suolo.6.3.1.1 La Teoria della Similarità LocaleNel SBL le forze di galleggiamento tendono a sopprimere i vortici turbolenti generati dallo shear delvento, che rimangono di piccole dimensioni e possiedono caratteristiche sostanzialmente indipendentidalla loro distanza dal suolo. Questa relativa indipendenza da z fa si che le appropriate variabili discala siano basate sul valore locale degli sforzi turbolenti e del flusso turbolento di calore. A taleproposito è stata sviluppata la teoria della Similarità Locale (Nieuwstadt, 1984; Sorbjan, 1986) cheparte dalla definizione delle seguenti variabili di scala:• velocità di scala:• temperatura di scala:• lunghezza di scala:UΘ⎛ +⎝w'θ '= −U2 2*= ⎜u'w'v'w'*Λ =U*2*( k g T ) Θ *⎟ ⎠⎞1 4[6.67a][6.67b][6.67c]Va rilevato che queste tre variabili di scala sono state definite in maniera del tutto analoga alla lorocontroparte impiegata nella classica teoria della Similarità di Monin Obukhov; l’unica differenza è chenella teoria di Monin-Obukhov i flussi sono quelli misurati al suolo, mentre nella Similarità Locale essisono quelli misurati alla quota che si sta considerando, quota che non necessariamente si trova entro ilSL. Ovviamente nel SL le due teorie devono coincidere. Con l’ausilio di queste variabili di scala èpossibile esprimere i profili verticali entro tutto il SBL mediante le seguenti relazioni di Similarità:Φ 'Φ'Φ 'Φ 'Φ 'Φ 'kΛ∂2 2( U V ) 1 2m= +U*∂zHuvkΛ∂θ=Θ ∂z*2 2u'+ v'=Uww =θθ =εw'Uθ 'U3*22*22*Λε=U2*[6.68a][6.68b][6.68c][6.68d][6.68e][6.68f]⎯⎯———————————————————————————————————- 222 -
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RINGRAZIAMENTICome in quasi tutte l
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1. INTRODUZIONE AL PLANETARY BOUNDA
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2. MODELLO MATEMATICO DEL PBL.—
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