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

1. INTRODUZIONE AL PLANETARY BOUNDARY LAYER.—————————————————————————————————————1614Velocità del vento (m/s)1210864200 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600tempo (s)Fig. 1.20: andamento della velocità del vento (Città del Messico, 14/9/1993 12LT, misura conun anemometro triassiale meccanico).Analizzando tale figura si possono fare le riflessioni seguenti:• la velocità del vento varia in modo irregolare e questa è proprio una manifestazione tipica dellaturbolenza. E' infatti questa quasi casualità che la rende differente da altri tipi di moto.• è possibile definirne un valore tipico, o meglio una media, (in questo caso una velocità media di 4.8m⋅s -1 ).• la velocità varia in un intervallo limitato. In altre parole c'è un'intensità della turbolenza definibile emisurabile, che nel grafico presentato è data dallo spread verticale. Sempre dal grafico si puònotare come tale variabilità cambi col tempo. Queste caratteristiche portano alla consapevolezzache sia possibile usare il concetto di varianza o di deviazione standard per quantificare l'intensitàdella turbolenza (in questo caso la deviazione standard è pari a circa 1.7 m⋅s -1 ).• è visibile una grande varietà di scale temporali sovrapposte le une alle altre. Guardandoattentamente si nota come il periodo tra due picchi piccoli di velocità sia dell'ordine del minuto.Picchi più elevati si notano ogni 5 minuti circa. Altre variazioni indicano un periodo di 10 minuti. Lapiù piccola variazione di velocità misurabile è di circa 10 secondi. Se ciascuna di queste variazionitemporali fosse associata a differenti dimensioni dei vortici turbolenti (come meglio sarà chiaro, unavolta introdotta l'ipotesi di Taylor), allora si potrebbe concludere che sono visibili vortici didimensione compresa tra 48 e 2880 metri.Quanto riportato in Fig.1.20 si riferisce alla misura realizzata in un intervallo di tempo limitato ed in unsolo punto del PBL (molto vicino al suolo). Considerazioni analoghe si potrebbero ovviamente fare inpunti dello spazio differenti da quello considerato ed anche a tempi differenti. Quello di cui abbiamobisogno è un apparato matematico in grado di descrivere l'evoluzione spazio-temporale dei campi delleprincipali variabili meteorologiche. Nel Cap.2 verrà presentato il modello fluidodinamico del PBL chepuò essere inteso come quell'insieme di relazioni matematiche (prevalentemente differenziali) chelegano tra loro le variabili descrittive del PBL in maniera che risultino soddisfatte le leggi diconservazione della massa, della quantità di moto, del calore e delle specie chimiche. In questoparagrafo, invece, ci dedicheremo all'analisi della natura matematica delle variabili meteorologiche. Ciòsignifica verificare se sia possibile descrivere la turbolenza atmosferica dal punto di vista deterministicoo statistico e definire le caratteristiche matematiche che contraddistinguono le variabili meteorologiche.—————————————————————————————————————- 35 -