Fisica dell Atmosfera e del Clima

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1 Università degli studi di rento Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria per l Ambiente e il erritorio Prof. Dino Zardi Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica Fisica dell Atmosfera e del Clima 5. Stabilità rispetto a moti verticali 1

2 z z 0 Z 0 Γ d Γ (z) (z) 0 0 Nel punto di equilibrio(z=0) la particella presenta lo stesso stato termodinamico delle particelle adiacenti: (0) =(0)= 0, p (0) =p(0)= p 0 Nella posizione perturbata (alla quota z ) si ha: Per le particelle adiacenti(=atmosfera ambiente imperturbata): Radiosondaggio (z ) = 0 Γz + O(z ) dove Γ = -( / z) z=0 Equilibrio idrostatico p/ z = - ρg Equazione di stato p = ρ R Per la particella perturbata: Equilibrio idrostatico p =p p/ z = p / z Moto adiabatico (z ) = 0 Γ d z Equazione di stato p = ρ R

3 Equazione del moto (Eulero): Particella Ambiente Accelerazione dw p ρ = ρ g dt z p 0 = ρ g z d w d z dt = dt d z ρ ' ρ = g dt ρ ' p' p ρ ' ρ ' Γ z + O ( z ) ( Γ + ( dz O z )) Γ Γ = R ' R d = = = z + O z ρ ' p' Γ + ( 0 z O z ) 0 R ' ( ) 0 0 Equazione del moto: d z Γd Γ = gz dt 0 Γ d Γ < 0 equilibrio instabile = 0 equilibrio indifferente / neutrale > 0 equilibrio stabile Per Γ d Γ > 0 g N = Γd Γ 0 ( ) Frequenza di Brunt - Väisälä 3

4 θ z = θ ( Γ Γ) d < 0 equilibrio instabile < 0 Γ d Γ = 0 equilibrio indifferente / neutrale θ/ z = 0 > 0 equilibrio stabile > 0 Esempi di situazioni stabili Inversione al suolo Inversione in quota z z Raffreddamento h h 4

5 Inversione sul fondovalle per avvezione di aria fredda dai versanti Precipitazione 5

6 Stabilità rispetto a moti verticali Convezione libera z Livello di convezione Libera [Free Convection Level, FCL] Γ s Livello di condensazione per sollevamento [Lifting Condensation Level, LCL] Γ d 0 Esempi di situazioni instabili Instabilità al suolo Goccia fredda in quota z Riscaldamento z Γ d Avvezione fredda Γ Γ d Γ 6

7 Stabilità rispetto a moti verticali Effetti della stabilità sul trasporto di contaminanti: atmosfera instabile Stabilità rispetto a moti verticali Effetti della stabilità sul trasporto di contaminanti: atmosfera neutrale 7

8 Stabilità rispetto a moti verticali Effetti della stabilità sul trasporto di contaminanti: atmosfera stabile Stabilità rispetto a moti verticali Effetti della stabilità sul trasporto di contaminanti: Inversione in quota 8

9 Inversione in quota in Val d Adige a sud di Bolzano (Foto M. de Franceschi) Stabilità rispetto a moti verticali Effetti della stabilità sul trasporto di contaminanti: Inversione al suolo 9

10 Inversione al suolo in Val d Adige a sud di rento (Foto M. de Franceschi) Sondaggi atmosferici con la funivia di Sardagna DAALOGGER SCHERMO SOLARE POSIZIONAMENO 10

11 SENSORI SRUMENI Pendio Stazione di monte Adige dx Adige sx Stazione di valle Italcementi Cava inizio Cava fine 11

12 05 novembre: salita 17:45, discesa 17: Quota (m s.l.m.) tmep. potenziale salita temp. potenziale discesa adige sx adige dx italcem cava inizio cava fine pendio emperatura potenziale ( K ) 05 novembre: salita :00, discesa : Quota (m s.l.m.) temp. potenziale salita temp. potenziale discesa adige sx adige dx italcem cava inizio cava fine pendio emperatura potenziale ( K ) 1

13 06 novembre: salita 11:30, discesa 11: Quota (m s.l.m.) temp. potenziale salita temp. potenziale discesa adige sx adige dx italcem cava inizio cava fine pendio emperatura potenziale (K) Stabilità in condizioni di saturazione L analisi di stabilità locale procede esattamente come nel caso secco, salvo utilizzare Γ s anziché Γ d : Γ> Γ s equilibrio instabile Γ= Γ s equilibrio indifferente / neutrale Γ< Γ s equilibrio stabile D altra parte, essendo sempre Γ s Γ d, la condizione di stabilità è più restrittiva. In particolare si hanno le seguenti possibili situazioni: Γ<Γ s Γ s < Γ< Γ d Γ > Γ d = equilibrio assolutamente stabile = equilibrio condizionatamente stabile = equilibrio assolutamente instabile 13

14 Convezione libera z Livello di convezione Libera [Free Convection Level, FCL] Γ s Livello di condensazione per sollevamento [Lifting Condensation Level, LCL] Γ d 0 14