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

1. INTRODUZIONE AL PLANETARY BOUNDARY LAYER.—————————————————————————————————————PBL. In pratica è più difficile misurare ad un certo istante le caratteristiche di una vasta porzione delPBL piuttosto che fare misure protratte nel tempo in un punto preciso dello spazio. Se, per esempio, siinstalla una torre meteorologica dotata a varie quote di un anemometro e di un termometro e sicollegano tutti questi sensori ad un sistema di acquisizione e memorizzazione dati, si è in grado difotografare in quella ristretta porzione di spazio l'evoluzione temporale delle variabili meteorologicherilevate (in questo caso vento e temperatura). La tecnologia disponibile è tale che l'intervallo temporaletra una misura e la successiva può essere ridotto a frazioni di secondo con costi e sforzi organizzativi,nel complesso, accettabili. Il passo verso una descrizione spaziale risulta possibile solo nel senso di unincremento dei punti di misura, fino a ricondurci ad un reticolo tridimensionale di postazioni di misurasufficientemente fitto. Il limite a ciò è l'aumento esponenziale dei costi e l'esplosione combinatoriale deiproblemi organizzativi e logistici. L'introduzione attuale di sensori remote sensing come il RADAR perla misura della pioggia e del vento radiale, il SODAR per la misura del vettore vento ed il RASS per lamisura della temperatura, pur avendo indotto sensibili miglioramenti in questa problematica, non hacomunque risolto tutte le difficoltà. Infatti, se è vero, come è vero, che il RADAR è effettivamente unsensore in grado di studiare una ragguardevole porzione tridimensionale di atmosfera, è anche vero cheil suo impiego attuale porta contributi limitati alla conoscenza della struttura turbolenta dell'atmosfera.Viceversa il SODAR ed il RASS, strumenti elettroacustici sofisticati per lo studio della turbolenzaatmosferica, hanno una visuale lineare (la verticale al punto di misura). E' comunque un notevole passoavanti, ma non è la soluzione al problema.Da sempre l'impossibilità di misurare ha prodotto, per reazione, un notevole sforzo intellettuale volto allacostruzione di modelli o allo sviluppo di teorie con cui aggirare le difficoltà sperimentali stesse. Proprioin tale direzione deve essere inquadrato il lavoro di G.I. Taylor che, nel 1938, formulò la celebreipotesi di congelamento della turbolenza, secondo cui la turbolenza dei vari vortici poteva essereconsiderata congelata durante il loro transito nelle vicinanze di un sensore. Così era possibileimpiegare la velocità media del vento per trasformare la variazione temporale della turbolenza in unacorrispondente variazione spaziale. Tale ipotesi non è vera in generale, ma lo diventa in tutti quei casiin cui i vortici turbolenti evolvono con una scala temporale maggiore del tempo da loro impiegato neltransitare per il sensore. Indichiamo come sempre con V x e con V y rispettivamente la componente E-W e la componete N-S della proiezione orizzontale U del vettore vento medio.Se un vortice di dimensione caratteristica λ è trasportato da un vento medio con componenteorizzontale U, allora il tempo che intercorre tra l'istante in cui il sensore inizia a sentire il vortice el'istante in cui ciò si esaurisce sarà P, legato al modulo della velocità del vento ed alla dimensionecaratteristica del vortice dalla relazione:P = λ U[1.82]In concreto, si consideri la temperatura come variabile caratteristica del vortice. Durante il transito delvortice nei pressi del termometro, si noterà una variazione della temperatura misurata dal termometro.Ipotizziamo che la dimensione caratteristica del vortice sia λ=100 m e che, nel momento in cui il vorticelambisce il termometro, la temperatura misurata sia 10°C, mentre nel momento in cui il vortice lascia iltermometro la temperatura misurata sia di 5°C. Il sensore ha quindi misurato una variazione ditemperatura di -5°C. Se la componente orizzontale del vento U è pari a 10 m/s, in 10 secondi tutto ilvortice è passato per il termometro e, se non ha subito evoluzioni, la variazione di temperatura misuratadal termometro coincide col gradiente termico presente nel vortice. Localmente è stata misurata una∂ T ∂t= −0.5K / s a causa del passaggio del vorticevariazione temporale della temperatura pari a ( )caratterizzato da un gradiente spaziale di temperatura pari a ∂T/∂x = 5K/100m = 0.05 K/m, in cui la—————————————————————————————————————- 45 -