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

1. INTRODUZIONE AL PLANETARY BOUNDARY LAYER.—————————————————————————————————————trasparente alla radiazione solare e non riceve, se non in misura ridotta, energia direttamente da essa,mentre è il suolo che ne riceve la maggior parte e la restituisce all'aria sovrastante, realizzando questotrasferimento energetico. Infatti il calore assorbito dal suolo viene reintrodotto con vari meccanismiall’interfaccia suolo - atmosfera. L’atmosfera si trova quindi nelle condizioni di una enorme pentola(generalmente animata da un moto di traslazione, circa parallelo alla superficie terrestre) piena di ariaposta al di sopra di una intensa fonte di calore.All’interfaccia suolo-atmosfera si stabiliscono due sorgenti di turbolenza completamente differenti. Laprima è di tipo meccanico, comune a tutti i fluidi viscosi in moto sopra una superficie rigida e rugosa eche dà luogo a vortici di dimensione relativamente limitata. La seconda è di tipo convettivo e quindidi origine termica, che origina vortici (thermals) di dimensione decisamente maggiore sui quali agiscela forza di Archimede dovuta alla differenza di densità dell’aria contenuta nei vortici rispetto alladensità all’aria circostante. La loro forza motrice è quindi il galleggiamento (buoyancy) e le lorodimensioni sono ben maggiori di quelle di origine meccanica, raggiungendo anche molte centinaia dimetri. Un possibile meccanismo di formazione e di evoluzione dei thermals è quello illustrato inFig.1.13 (Oke, 1987). L'aria al di sopra di superfici particolarmente calde si riscalda in manieraprevalente, dando origine ad una bolla molto più calda dell'aria circostante. Tale bolla si presentaappiattita al suolo (stadio 1nella Fig.1.13) e possiede un'instabilità interna che non si manifestaimmediatamente, ma solo dopo che la bolla ha catturato sufficiente calore. A questo punto (stadio 2 diFig.1.13) la bolla inizia a contrarsi e ad assumere una forma sempre più sferica finché inizia astaccarsi dal suolo ed ad iniziarsi entro il PBL, mossa dalla forza di galleggiamento (stadio 3 diFig.1.13). Inizialmente la velocità di ascesa è elevata, tuttavia, durante la sua ascesa, la bolla inizia ilprocesso di inglobamento (entrainment) dell'aria fredda circostante (a temperatura inferiore) che, daun lato, produce un aumento delle dimensioni e dall'altro un abbassamento della sua temperatura mediae quindi della spinta di galleggiamento. La diminuzione della spinta di galleggiamento e l'aumento dellaresistenza aerodinamica dovuta all'incremento dimensionale fanno si che la velocità di ascesa delthermal diminuisca progressivamente fino ad arrestarsi completamenteFig. 1.13: modello semplificato dello sviluppo dei vortici convettivi (Oke,(1987).Lo strato di atmosfera interessato da questo fenomeno, cioè il PBL, presenta caratteristiche diturbolenza ben differenti dalla porzione di troposfera sovrastante e per la prima volta nella nostradiscussione il PBL riceve una definizione meno vaga.La generazione di bolle calde o thermals ed il loro innalzamento entro il PBL, comporta che il profiloverticale della temperatura potenziale media abbia una forma ben precisa, come quella riportatain Fig.1.14, in cui è presentato un tipico profilo verticale della temperatura potenziale media in un’oradiurna con buon soleggiamento. Come si nota chiaramente, sono distinguibili alcuni strati tipici.—————————————————————————————————————- 28 -