Roberto Sozzi (ARPA Lazio) Teodoro Georgiadis (CNR-IBIMET ...
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10.STIMA DEI PARAMETRI DELLA TURBOLENZA ATMOSFERICA—————————————————————⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯————————possibile operare con la nostra stazione.Durante il funzionamento, essa produce files orari, come si è detto. In ciascun archivio si troverannoN=3600f dati, ciascuno costituito dall’insieme seguente (u,v,w,T s ,h) e che si riferisce al tempo t k = k/fcon k=1,2,..,N entro l’ora corrente. Se, per esempio, f = 20Hz, N =72000. Una volta terminata lacampagna sperimentale, sarà necessario elaborare tutti i files ottenuti per stimare i differenti parametricaratteristi della turbolenza del SL mediante il metodo ECM. Per realizzare questa elaborazione èindispensabile costruire un programma che legga ciascuno degli archivi orari ottenuti ed applichi aciascun archivio orario una procedura standard di elaborazione, che si comporrà dei passi seguenti:Passo 1: La prima operazione è decidere se sia necessario eliminare l’aliasing. Questa operazione èopzionale e può essere realizzata con il procedimento presentato al punto 10.2.1.8. Peresempio, se f = 20Hz, si potrebbe sostituire alla serie storica originale una nuova serie storia a10Hz, ottenuta mediando a due a due i dati originali. L’eliminazione dell’aliasing in questocaso non sarebbe troppo efficiente, tuttavia abbassare la frequenza di campionamento dellaserie storica sotto i 10Hz potrebbe introdurre errori eccessivi nella stima dei differentiparametri.Passo 2: La seconda decisione da prendere è il periodo di mediazione che si vuole impiegare. Al punto10.1.4 sono state date indicazioni sufficienti per determinare il periodo di mediazione chepotremo indicare con P (per esempio P=30’). A questo punto, la serie storica originale verràdivisa in M=T/P porzioni e ciascuna porzione produrrà proprie stime dei parametri diinteresse.Passo 3: Si consideri ora una di queste M porzioni di serie storica. E’ necessario localizzare edeliminare gli spikes. Questa operazione è opzionale, anche se è utile farla. La metodologiapresentata al punto 10.2.1.8 può essere facilmente tradotta in un procedimento di calcoloautomatico. A questo punto la porzione di serie storica dovrebbe essere priva di spikes.Passo 4: Sicuramente nelle differenti variabili sarà presente un trend. Il caso più evidente è latemperatura. Per eliminare i trend si può impiegare una tecnica di detrending, in particolare ildetrending lineare nella forma presentata al punto 10.2.1.4.2 o in una qualsiasi altra formaequivalente.Passo 5: Applicando le relazioni (10.22)÷(10.24) si effettua la stima della matrice di Varianza-Covarianza dei dati del vento e dei vettori di covarianza tra vento, temperatura ed umidità.Passo 6: Si decide quante rotazioni si debbano applicare al sistema di riferimento strumentale con cuisono state realizzate le misure. Sarebbe opportuno applicare le tre rotazioni proposte al punto10.2.1.3, però se l’angolo dell’ultima rotazione risultasse eccessivo, è meglio non andare oltrela seconda rotazione. Nel punto 10.2.1.3 sono state presentate le relazioni necessarie pertrasformare la matrice di varianza-covarinza ed i vettori di covarianza originali nel nuovosistema di riferimento.Passo 7: A questo punto è possibile stimare in maniera definitiva i differenti parametri checaratterizzano la turbolenza entro il SL per mezzo delle relazioni presentate al punto 10.2.1.7.————————————————————————————————————————- 445 -
10.STIMA DEI PARAMETRI DELLA TURBOLENZA ATMOSFERICA—————————————————————⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯————————Passo 8: Quello che manca ancora è verificare se la situazione studiata si possa definireapprossimativamente stazionaria. Per far ciò è sufficiente applicare la metodologia presentataal punto 10.2.1.8.Passo 9: Si applicano i passi precedenti alla altre porzioni di serie storica che compongono l’oraesaminata.Quello che si è presentato è un sistema off-line di elaborazione dei dati acquisiti da una stazionemeteorologica come quella qui considerata. Questa metodologia di elaborazione non è l’unica possibilee permette sicuramente varianti. Un esempio tipico è l’impiego di un differente sistema di detrending,come per esempio la media mobile di McMillen. Questa metodologia, presentata in una forma off-line,può anche essere utilizzata per realizzare un programma on-line direttamente presente sul computerdella stazione che, dopo aver acquisito e memorizzato i dati elementari, li elabora direttamente epresenta i risultati ottenuti agli operatori, praticamente in tempo reale.10.2.2 METODI BASATI SUL BILANCIO ENERGETICO SUPERFICIALEIl punto di partenza di questa classe di metodi, per lo meno per le stime relative alle ore diurne, èrappresentato dalla relazione che esprime il bilancio energetico superficiale:R − G = H0+[10.73]NH EDato che l’obiettivo è la determinazione di H 0 , in qualche modo è necessario individuare un metodo perdeterminare i restanti termini presenti nella (10.73). Una volta noto H 0 , l’unico mezzo per ottenereanche la velocità di frizione e gli altri parametri caratteristici della turbolenza del SL è costituito dallaconoscenza della velocità del vento ad una quota z, da cui, con l’aiuto della Relazione di Similarità delche ne descrive il profilo verticale, si ottiene la velocità di frizione u * e tutti gli altri parametri dellaturbolenza del SL. Questo è il percorso obbligato, comune a tutti i metodi di questa famiglia.L’ingrediente essenziale per ogni metodo di questa famiglia è la disponibilità della Radiazione Netta R N .Come si è visto al Cap.9, ai giorni nostri ciò non costituisce più un problema, visto che sono disponibilisensori economici che ne consentono una misura accurata. Tuttavia non è raro dover studiare situazioniin cui tale misura è indisponibile e quindi risulta indispensabile una sua stima a partire da misuremeteorologiche più convenzionali. In Holtslag e van Ulden (1983) e Van Ulden e Holtslag (1985) èstato proposto un metodo di stima, valido nelle ore diurne (già presentato nel Cap.3) dato dalla relazioneseguente:RN=( 1 − r)Rg+ c T161+c− σT34+ c2N[10.74]dove R g è la Radiazione Globale, r è il coefficiente di albedo, T è la temperatura dell’aria nei pressi delsuolo (K), N è la frazione di cielo coperto, σ è la costante di Stefan-Boltzmann (5.67⋅10 -8 ) e c 1 , c 2 sonocostanti pari rispettivamente a 5.31⋅10 -13 e 60. Per quanto riguarda c 3 , il riferimento citato propone larelazione⎡( 1−α)+ γ s ⎤c3 = 0.38⎢⎥[10.75]⎣ 1+γ s ⎦————————————————————————————————————————- 446 -
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