Roberto Sozzi (ARPA Lazio) Teodoro Georgiadis (CNR-IBIMET ...
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10.STIMA DEI PARAMETRI DELLA TURBOLENZA ATMOSFERICA—————————————————————⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯————————Da tutto ciò risulta che una stima iniziale per u *potrebbe essere:u*=1NN∑lnkU( z z )i=1 i 0i[10.119]Consideriamo ora L. Dato che a priori, quando si analizza un profilo verticale della velocità del vento,non si conosce quale sia la stabilità, la migliore stima iniziale per L è il valore infinito, cioè 1/L uguale azero.A questo punto abbiamo tutti gli elementi per definire la struttura di un possibile metodo di calcolo che sicomporrà dei passi seguenti:1. si leggano i dati di velocità del vento alle differenti quote di misura e si stimi il valore di z 0 inaccordo con la direzione di provenienza del vento;2. si calcolino i valori iniziali per u * e L e, quindi per a e b;3. si risolva il problema di stima parametrica utilizzando il metodo descritto con le (10.117) in cui sipongono i valori delle componenti del gradiente e della matrice Hessiana calcolate mediante le(10.112) e (10.114) facendo l’ipotesi che la situazione analizzata sia convettiva. Una volta noto ilrisultato, si calcola il residuo mediante la (10.102);4. si ripeta il passo precedente, questa volta facendo l’ipotesi di essere in una situazione stabile.Anche questa volta si calcoli il residuo;5. la situazione che si sta analizzando sarà quella che presenterà il residuo minimo e quindi i valori deiparametri a e b saranno quelli che si riferiscono a tale situazione;6. mediante la (10.111) si ottiene il valore definitivo per u * e L e da questi è semplice stimare T * e H 010.2.4 METODI FLUX-VARIANCEAnche see l'Eddy-Covariance è il metodo principale impiegato per la stima dei parametri dellaturbolenza del SL, non sono rari i casi in cui lo strumento necessario a questa tecnica, cioèl’anemometro sonico, risulti indisponibile o impossibile da installare. Una situazione tipica è quella in cuinon ci sia un’adeguata alimentazione elettrica, cosa che è la regola quando si realizzano campagnesperimentali in siti particolarmente disagiati. Un secondo caso tipico di impossibilità dell’applicazione delmetodo di Eddy-covariance è costituito da campagne sperimentali che richiedono molti punti di misura.Equipaggiare tutti questi punti di misura potrebbe richiedere uno sforzo finanziario incompatibile con lerisorse disponibili. Tutto ciò spinge quindi ad individuare tecniche alternative che abbiano le seguenticaratteristiche:• siano basate su sensori relativamente economici,• richiedano un’alimentazione elettrica molto contenuta,• siano affidabili nella stima dei parametri del SL.Da queste esigenze sono nate le diverse tecniche note col nome di Flux-Variance, spesso differenti tra————————————————————————————————————————- 463 -
10.STIMA DEI PARAMETRI DELLA TURBOLENZA ATMOSFERICA—————————————————————⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯————————loro, ma tutte accomunate da una unica filosofia: sfruttare, per la determinazione di H 0 e u * , leRelazioni di Similarità di alcune variabili meteorologiche, soprattutto ma non esclusivamentequelle relative alle varianze.10.2.4.1 La tecnica di baseLa temperatura è, per varie ragioni, la grandezza meteorologica che più si presta ad essere impiegata inquesta tecnica. La prima ragione sta nel fatto che una termocoppia, anche a risposta estremamenterapida, ha un costo molto basso. La seconda risiede nel fatto che essa può essere facilmente collegataa Data Logger che richiedono un’alimentazione elettrica ridottissima (bastano poche batterie perassicurare il funzionamento per lunghi periodi) e che garantiscono una frequenza di campionamentoadeguata al calcolo della varianza. Immaginiamo quindi di disporre:• del valor medio e della deviazione standard della temperatura ad una generica quota z, purché entroil SL (se il suolo presenta un zero-plane displacement height d non nullo, in tutte le relazioni chepresenteremo la quota z andrà sostituita da z-d);• di alcune informazioni aggiuntive che consentano di stabilire se ci si trova in situazioni convettive ostabili (una misura di gradiente di temperatura o una misura di Radiazione Netta R N per esempio).Dalla Teoria della Similarità si ha che:σ TT*−13( 1+b z )= a⋅Lper z/L < 0[10.120a]σ TT*−( 1+d z ) 1= a ⋅ Lper z/L > 0[10.120b]Secondo Kaimal e Finnigan (1994) i valori tipici per i coefficienti a, b e d valgono rispettivamente 2, 9.5e 0.5. Consideriamo ora le situazioni convettive ed in particolare le situazioni prossime alla freeconvection (che secondo Sorbjan (1989) si ha per |z/L|>0.1). In questo caso la (10.120a) diventa:σ TT*= A ⋅ z L−13[10.120c]dove A = a⋅b -1/3 (cioè A = 0.94). In questo caso, dalla relazione precedente e dalla definizione di z/L,dopo alcuni passaggi algebrici, si ottiene la relazione seguente:H03kzg σ T= ρCp ⋅ ⋅[10.121]3T AAbbiamo affermato quindi che nelle situazioni convettive, prossime alla free-convection (in praticaquando |z/L|>0.1), la sola misura del valor medio e della deviazione standard della temperatura èsufficiente per la determinazione del flusso sensibile di calore H 0 . Questa tecnica è stata molto usata edesempi di impiego si possono trovare in Lloyd e al. (1991), Padro (1993) e Katul e al. (1995). Il suoovvio difetto è che si può applicare solo nelle situazioni convettive (lontane dalla adiabaticità).————————————————————————————————————————- 464 -
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