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

1. INTRODUZIONE AL PLANETARY BOUNDARY LAYER.—————————————————————————————————————Queste considerazioni si applicano ad una generica particella di aria secca in moto (o a riposo) nel PBL.Se, in particolare, consideriamo una particella che sale entro il PBL, nella sua ascesa essa incontreràpressioni esterne progressivamente inferiori e di conseguenza si espanderà a spese dell'energia cineticaposseduta dalle molecole in essa contenute e ciò comporterà una diminuzione della temperatura dellaparticella. Pertanto, una particella di aria in salita entro il PBL si espande e si raffredda edanalogamente una particella in discesa si comprime e si riscalda. La salita o la discesa dellaparticella potrebbe essere realizzata in molti modi differenti; sicuramente il modo più interessante ècostituito da un moto di tipo adiabatico, cioè tanto rapido da impedire che ci sia uno scambio di caloretra la particella in considerazione e l'ambiente ad essa circostante. In tal caso, dalla (1.29) si ha che:Cp⎡ dT ⎤⎢ dz ⎥⎣ ⎦ad1=ρdpdz[1.30]che, impiegando l'equazione idrodinamica dell'atmosfera (1.21), si riduce a:⎡dT⎤⎢⎣ dz ⎥⎦ad= −Γd= −gCp= −0.0098K / m[1.31]dove Γ d (pari a 0.0098 K/m) è normalmente denominato gradiente adiabatico dell’aria secca. Inpratica, una particella che sale nel PBL in moto adiabatico si raffredda di 0.98 K per ogni 100 metri diincremento di quota.Un importante parametro termodinamico caratterizzante il PBL è la temperatura potenziale θ ,definita come quella temperatura che assumerà una particella di aria secca, originariamente allatemperatura T, dopo essere stata spostata adiabaticamente da una quota cui corrisponde unapressione p, ad una quota di riferimento (approssimativamente il livello del mare) cuicorrisponde una pressione di 1000 hPa. Per ottenere una relazione di pratico interesse che leghi θ aT, si procede ipotizzando che il processo subito dalla particella sia un processo adiabatico. Ricavando1/ρ dall'equazione di stato dei gas, dalla (1.30) si ottiene che:dT( RdC p ) ⋅ dp pT = [1.32]pertanto la trasformazione adiabatica subita dalla particella di aria sarà descritta da:θ⎛⎜ R⎝ C⎞⎟⎠⎛ dp⎞⎝ p ⎠d∫ = ⋅ ∫ ⎜ ⎟TdTTp1000p[1.33]che porta alla definizione seguente di temperatura potenziale:R C p⎡1000⎤ϑ = T⎢p⎥ [1.34]⎣ ⎦dove R/C prisulta pari a 0.286 e p è espresso in hPa. Al di là del suo significato termodinamico, la(1.34) può essere vista semplicemente come una nuova definizione di temperatura che, per la suautilità (come si vedrà nel seguito), è ampiamente impiegata nella modellizzazione del PBL.—————————————————————————————————————- 13 -