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

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9 - TECNICHE PER L’OSSERVAZIONE DEL PBL.—————————————————————————⎯⎯——————————Fig.9.19: anemometro sonico a geometria non ortogonale (METEK GmbH)OFFOEccitazione EmettitoreSegnale EmettitoreSecondo passaggio per 0Segnale RicevitoreTempo di transitoimpulsoFig. 9.20: metodologia per la determinazione del tempo di percorrenza dell’impulso sonoro.Uno dei problemi tecnici affrontati è stato quello di determinare la frequenza di lavoro dell’anemometrosonico. Nelle realizzazioni attuali sia della versione monoassiale che triassiale, perché la differenza tra itempi di propagazione si possa determinare in modo ripetibile, si è scelta una frequenza ultrasonica (daqui il nome di anemometro ultrasonico) dell’ordine dei 40 kHz. Ciò deriva da alcune considerazioni. La———————————————————————————⎯⎯————————- 353 -
9 - TECNICHE PER L’OSSERVAZIONE DEL PBL.—————————————————————————⎯⎯——————————prima è che a tale frequenza il segnale sonico è maggiormente direzionale, con l’indubbio vantaggio diun minore disturbo. La seconda sta nel fatto che la forma d’onda risulta più ripida (la derivata di unafunzione armonica nel tempo è proporzionale alla frequenza) e ciò, rende più facile la determinazionedei tempi di propagazione. L’unico svantaggio di tale scelta risiede nel fatto che il segnale si smorzatanto più velocemente quanta più alta è la frequenza e quindi la distanza emettitore-ricevitore d deveessere piccola. Ciò si realizza con d dell’ordine dei 15÷20 cm, cosa comunque positiva perché riduce ilvolume di misura e quindi rende la misura sempre più vicina ad una misura puntuale.Varie sono state e sono le tecniche impiegate per misurare i tempi di percorrenza del suono traemettitori e ricevitori, misura estremamente delicata, vista l’esiguità degli intervalli temporali damisurare (dell’ordine del µs). Un metodo molto impiegato è il seguente (Fig.9.20). Il genericoemettitore emette un pacchetto sonoro costituito da un segnale di base armonico ad una frequenzadell’ordine dei 40 kHz che raggiunge il suo livello di equilibrio dal valore nullo di partenza con untransitorio iniziale relativamente lento che smorza le oscillazioni (dovuto all’inerzia naturale degliemettitori piezoelettrici) e che termina repentinamente con un transitorio finale molto rapido. E’ quindipiù semplice individuare il fronte di salita del segnale dopo il secondo passaggio per lo zero al ricevitoree quindi misurare il tempo di percorrenza dell’impulso sonoro con un timer (per esempio con frequenzadi taglio di 6 MHz).Il problema della temperatura sonicaDalla (9.45b) si è visto come sia possibile misurare una temperatura che indichiamo come temperaturasonica. Va comunque precisato che l’anemometro ultrasonico non è uno strumento adatto a misurarela temperatura media dell’aria, come sottolineato in Kaimal e Finnigan (1994). Quando lo si usa conquesto scopo, per ragioni costruttive, la sua precisione è relativamente modesta. Viceversa, nellamisura delle fluttuazioni, presenta le sue caratteristiche migliori. Infatti le fluttuazioni della temperaturasonica possono essere ritenute pari alle fluttuazioni di temperatura virtuale, con un errore standard di±0.01°C. Un potenziale problema a cui si può porre rimedio con relativa semplicità è il fatto che a voltesi riscontrano degli spikes in tutte le misure realizzate dal sonico; ciò deriva da molte ragioni tecniche emolti esemplari commerciali sono dotati di sistemi analogici o digitali per l’individuazione ed eliminazionedella maggior parte degli spikes. Tuttavia va ricordato che per come viene determinata la temperatura,spikes di entità pressoché trascurabile per le componenti del vento si ingigantiscono nella temperatura,ragion per cui è comunque sempre consigliabile realizzare un ulteriore despiking del segnale ditemperatura rilevato dal sonico.Sempre dalla (9.45b) si vede come per la stima della temperatura virtuale sia necessario tener contoanche del valore delle varie componenti del vento misurato dallo stesso anemometro. Va comunquericordato che l’influenza dell’anemologia è estremamente ridotta e spesso può essere trascurata, salvoin condizioni di vento molto forte. Comunque tali influenze si estenderanno, almeno in teoria, anche nellastima della varianza della temperatura e delle covarianze con le componenti della velocità del vento. Lerelazioni che ne derivano, proposte in Kaimal e Gaynor (1991) e Schotanus e al. (1983) sarannopresentate, durante l’esposizione della tecnica di elaborazione Eddy Covariance.DinamicaLe formule appena viste che descrivono la risposta dello strumento sono espressioni puramentealgebriche e questo basta per classificare l’anemometro ultrasonico come strumento di ordine 0.Come tale, l’anemometro ultrasonico è uno strumento con dinamica estremamente pronta, limitata solodalla durata finita dei segnali sonori utilizzati nel processo di misura. Informazioni dettagliate si trovanoin Kaimal e Finnigan (1994), comunque una semplice regola ben verificata nella pratica è che———————————————————————————⎯⎯————————- 354 -
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RINGRAZIAMENTICome in quasi tutte l
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INDICE⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
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1. INTRODUZIONE AL PLANETARY BOUNDA
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2. MODELLO MATEMATICO DEL PBL.—
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3. ANALISI ENERGETICA DEL PLANETARY
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4. TEORIA DELLA SIMILARITÀ——
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5.ANALISI SPETTRALE DELLA TURBOLENZ
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6. LA STRUTTURA DEL PBL IN CONDIZIO
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7. IL PBL IN SITUAZIONI SUPERFICIAL
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