Bollettino Quotidiano

Transcript

1 Bollettino Quotidiano Giorno di riferimento: 5 settembre 2017 Autore: ISAC CNR In collaborazione con il Consorzio per la Gestione dell Osservatorio Ambientale ed il Centro Regionale della Qualità dell Aria di ARPA Lazio lacost@artov.isac.cnr.it Responsabile: Dr.ssa Stefania Argentini 6 settembre 2017

2 Indice 1 Obiettivo del bollettino 2 2 Situazione meteorologica Situazione sinottica Copertura nuvolosa a grande scala Campi di vento Precipitazioni a grande scala Distribuzione della temperatura e mixing ratio del vapore acqueo a grande scala La mappa di pressione slm e campo di vento a 925 hpa (750 m) La mappa di geopotenziale e campo di vento a 500 hpa sull Italia Monitoraggio della situazione micrometeorologica L anemometro sonico Velocità e direzione del vento Umidità e precipitazioni Pressione al suolo e temperatura Energia cinetica turbolenta e flusso di calore sensibile Flusso di momento e varianza della velocità verticale del vento Lunghezza di Monin-Obukhov e coefficiente di struttura della temperatura Il bilancio radiativo Il radiometro Radiazione visibile ad onda corta (solare) Radiazione infrarossa ad onda lunga (infrarossa) Radiazione netta ed albedo Misura del campo del vento nei bassi strati atmosferici con il Sodar Rappresentazione facsimile Profilo della velocità e direzione del vento Profilo della varianza della velocità verticale del vento Andamento temporale del campo bidimensionale del vento Link utili 37

3 1 Obiettivo del bollettino L obiettivo di questo bollettino è fornire in maniera sistematica l evoluzione della condizione meteorologica e radiativa dello strato limite atmosferico (i primi m di atmosfera a contatto con la superficie terrestre), in una regione costiera del Lazio. Vengono riportati in maniera sistematica l andamento giornaliero delle principali grandezze micrometeorologiche che caratterizzano l evoluzione turbolenta dello strato superficiale dell atmosfera, le componenti del bilancio radiativo, ed il campo del vento nello strato limite atmosferico. Le misurazioni sono fatte presso la stazione delle Saline di Tarquinia (Lazio) nell ambito del programma LACOST (Laboratorio Atmosferico COstiero Saline di Tarquinia) finanziato dal Consorzio per la Gestione dell Osservatorio Ambientale di Civitavecchia e con la collaborazione del Centro Regionale della Qualità dell Aria di ARPA Lazio. La condizione locale verrà inquadrata nella condizione meteorologica generale a scala sinottica sull intero territorio italiano. Il bollettino giornaliero viene emesso alle ore 09:00. 2

4 2 Situazione meteorologica Per caratterizzare le condizioni atmosferiche si utilizzano i campi meteorologici prodotti nell ambito dell analisi e previsione da alcuni modelli utilizzati in maniera sistematica. Nel dettaglio: Le carte sono state ottenute da Met Office ( uk), CETEMPS ( da Wetterzentrale ( e dall ISAC-CNR Roma Si riferiscono alle prime ore di ogni giorno Descrivono sinteticamente alcune variabili meteorologiche quali pressione atmosferica, velocità e direzione del vento, temperatura, precipitazione e copertura nuvolosa, Ad eccezione della copertura nuvolosa tutti i campi sono quelli relativi al livello del suolo. I campi forniti per ogni giorno sono: 1. La distribuzione barica su tutta Europa (situazione sinottica) In questa carta sono riportate le isobare (linee che racchiudono zone ad eguale pressione), i fronti freddi (indicati con linee su cui sono posti triangoli col vertice orientato nella direzione del movimento delle masse d aria) ed i fronti caldi (linee con semicerchi orientati sulla direzione del moto). Questa carta sinottica fornisce sinteticamente il quadro del movimento delle masse d aria e delle loro caratteristiche termiche. 2. La copertura nuvolosa a grande scala La distribuzione della copertura totale del cielo consente la stima della radiazione solare globale e, quindi, del livello di convettività dell aria, cioè della sua capacità disperdente. 3. Campi di vento e precipitazione a grande scala La distribuzione della direzione e velocità del vento a grande scala ed in superficie (10 m) viene utilizzata come input nei modelli per la previsione del movimento a mesoscala delle masse d aria. La distribuzione della pioggia da un lato rafforza la conoscenza dello stato disperdente dell atmosfera ed indica la presenza dei fenomeni di deposizione umida e di dilavamento dell aria. 4. Distribuzione della temperatura e mixing ratio del vapore acqueo a grande scala La distribuzione della temperatura nell aria determina il movimento delle masse di aria e può fornire utili indicazioni sull andamento della chimica della troposfera. La distribuzione del mixing ratio di vapore acqueo consente di avere informazioni sulla provenienza delle masse d aria e sul loro contenuto di vapore. 5. La pressione sull Italia La presenza e localizzazione delle zone anticicloniche (ad alta pressione) e cicloniche (a bassa pressione) consente di aumentare il dettaglio del campo di moto dell atmosfera presente sull Italia e di fornire, almeno 3

5 in termini qualitativi, la convettività presente. Situazioni di alta pressione favoriscono la presenza di aria stagnante, la sensazione di afa e l inquinamento atmosferico. 6. La mappa di geopotenziale a 500 hpa sull Italia La carta di geopotenziale ed il campo di vento a 500 hpa consentono di individuare le principale figure bariche che agiscono nell area d interesse. Questa carta consente di valutare il movimento dei cicloni in superficie. 4

6 2.1 Situazione sinottica Le mappe Sembach sono create dalla US Air Force utilizzando il modello globale di previsione del British Meteorological Office (UKMO). Sono presenti la pressione al livello del suolo, i fronti e l intensità delle precipitazioni. Figura 1: Mappa sinottica del giorno precedente Figura 2: Mappa sinottica del giorno di riferimento 5

7 Figura 3: Mappa sinottica del giorno successivo 6

8 2.2 Copertura nuvolosa a grande scala Le mappe sulla copertura nuvolosa sono realizzate tramite il modello di calcolo WRF-ECMWF e forniti dal CETEMPS dell Università degli studi dell Aquila. 7

9 Figura 4: Copertura nuvolosa del giorno precedente Figura 5: Copertura nuvolosa del giorno di riferimento 8

10 Figura 6: Copertura nuvolosa del giorno successivo 9

11 2.3 Campi di vento La carta di vento in superficie (10 m) sull Italia e sul Bacino del Mediterraneo Centrale è riportata per le 00, 06, 12 e 18 UTC e la previsione alle 00 UTC di domani. In ogni figura, la data in alto a sinistra si riferisce alla data di inizio della previsione numerica, mentre la data in alto a destra mostra la data di validità della carta. I vettori sul grafico consentono di individuare la direzione del vento mentre i colori delle frecce sono proporzionali al valore della velocità. La barra dei colori (in verde) consente di evidenziare le aree più ventose. La lunghezza del vettore di riferimento è riportata in basso a destra [m/s]. Le mappe del vento sono realizzate dalle uscite del modello RAMS (Regionale Atmospheric Modeling System), in una versione mantenuta e sviluppata presso l ISAC-CNR Roma. La risoluzione spaziale orizzontale del modello meteorologico è di 12 km. Le condizioni iniziali ed al contorno dinamiche sono quelle del ciclo di analisi/previsione delle 12 UTC del modello GFS del NCEP. Figura 7: Mappa di vento alle 00 UTC del giorno di riferimento 10

12 Figura 8: Mappa di vento alle 06 UTC del giorno di riferimento Figura 9: Mappa di vento alle 12 UTC del giorno di riferimento 11

13 Figura 10: Mappa di vento alle 18 UTC del giorno di riferimento Figura 11: Previsione carta di vento alle 00 UTC del giorno successivo 12

14 2.4 Precipitazioni a grande scala 13

15 Figura 12: Precipitazioni del giorno precedente Figura 13: Precipitazioni del giorno di riferimento 14

16 Figura 14: Precipitazioni del giorno successivo 15

17 2.5 Distribuzione della temperatura e mixing ratio del vapore acqueo a grande scala La mappa della temperatura e del mixing ratio del vapore acqueo sull Italia e sul Bacino del Mediterraneo Centrale è riportata per le 00, 06, 12 e 18 UTC del giorno precedente e per le 00 UTC del giorno attuale. In ogni figura la data in alto a sinistra si riferisce alla data di inizio della previsione numerica, mentre la data in alto a destra mostra la data di validità della carta. La temperatura è data dalle isolinee in nero mentre il valore del mixing ratio (contorni riempiti) è dato dalla barra dei colori laterali. La quota della mappa è 2 m per la temperatura e 23 m per il mixing ratio. Le carta è realizzata dalle uscite del modello RAMS (Regionale Atmospheric Modeling System), in una versione mantenuta e sviluppata presso l ISAC-CNR Roma. La risoluzione spaziale orizzontale del modello meteorologico è di 12 km. Le condizioni iniziali ed al contorno dinamiche sono quelle del ciclo di analisi/previsione delle 12 UTC del modello GFS del NCEP. Figura 15: Carta di temperatura alle 00 UTC del giorno di riferimento 16

18 Figura 16: Carta di temperatura alle 06 UTC del giorno di riferimento Figura 17: Carta di temperatura alle 12 UTC del giorno di riferimento 17

19 Figura 18: Carta di temperatura alle 18 UTC del giorno di riferimento Figura 19: Carta di temperatura alle 00 UTC del giorno successivo 18

20 2.6 La mappa di pressione slm e campo di vento a 925 hpa (750 m) La carta di pressione slm (sul livello del mare) e di vento a 925 hpa sull Italia e sul Bacino del Mediterraneo Centrale è riportata per le 00, 06, 12 UTC e 18 UTC del giorno precedente e per le 00 UTC del giorno attuale. In ogni figura, la data in alto a sinistra si riferisce alla data di inizio della previsione numerica, mentre la data in alto a destra mostra la data di validità della carta. Le isolinee blu mostrano i valori di pressione slm [hpa] mentre i vettori del vento consentono di individuare la direzione di propagazione delle masse d aria ad una quota che filtra, parzialmente, le interazioni tra le masse d aria e la superficie. La lunghezza del vettore di riferimento è riportata in basso a destra [m/s]. Le carta è realizzata dalle uscite del modello RAMS (Regionale Atmospheric Modeling System), in una versione mantenuta e sviluppata presso l ISAC-CNR Roma. La risoluzione spaziale orizzontale del modello meteorologico è di 12 km. Le condizioni iniziali ed al contorno dinamiche sono quelle del ciclo di analisi/previsione delle 12 UTC del modello GFS del NCEP. Figura 20: Carta di pressione slm e vento a 925 hpa alle 00 UTC del giorno di riferimento 19

21 Figura 21: Carta di pressione slm e vento a 925 hpa alle 06 UTC del giorno di riferimento Figura 22: Carta di pressione slm e vento a 925 hpa alle 12 UTC del giorno di riferimento 20

22 Figura 23: Carta di pressione slm e vento a 925 hpa alle 18 UTC del giorno di riferimento Figura 24: Carta di pressione slm e vento a 925 hpa alle 00 UTC del giorno successivo 21

23 2.7 La mappa di geopotenziale e campo di vento a 500 hpa sull Italia La carta di altezza di geopotenziale ed il vento a 500 hpa sull Italia e sul Bacino del Mediterraneo Centrale è riportata per le 00 e 12 UTC del giorno precedente e per le 00 UTC del giorno attuale. In ogni figura la data in alto a sinistra si riferisce alla data di inizio della previsione numerica, mentre la data in alto a destra mostra la data di validità della carta. Le isolinee blu mostrano i valori di altezza di geopotenziale [m] mentre i vettori del vento consentono di individuare la direzione di propagazione delle masse d aria. La lunghezza del vettore di riferimento è riportata in basso a destra [m/s]. Le carta è realizzata dalle uscite del modello RAMS (Regionale Atmospheric Modeling System), in una versione mantenuta e sviluppata presso l ISAC-CNR Roma. La risoluzione spaziale orizzontale del modello meteorologico è di 12 km. Le condizioni iniziali ed al contorno dinamiche sono quelle del ciclo di analisi/previsione delle 12 UTC del modello GFS del NCEP. Figura 25: Carta di altezza di geopotenziale e vento alle 00 UTC del giorno di riferimento 22

24 Figura 26: Carta di altezza di geopotenziale e vento alle 06 UTC del giorno di riferimento Figura 27: Carta di altezza di geopotenziale e vento alle 12 UTC del giorno di riferimento 23

25 Figura 28: Carta di altezza di geopotenziale e vento alle 18 UTC del giorno di riferimento Figura 29: Carta di altezza di geopotenziale e vento alle 00 UTC del giorno successivo 24

26 3 Monitoraggio della situazione micrometeorologica Al fine di caratterizzare lo stato delle masse di aria in funzione del tempo è necessario conoscere in maniera dettagliata la turbolenza nello strato superficiale ( i primi m) dell atmosfera. Lo strumento utilizzato è l anemometro ultrasonico, detto anche termo-anemometro. 3.1 L anemometro sonico Un anemometro ultrasonico triassiale è costituito da 3 coppie emettitore-ricevitore poste ad una certa distanza. Semplici considerazioni geometriche consentono la derivazione delle tre componenti u (componente positiva verso est), v (componente positiva verso nord), w (componente verticale) della velocità del vento e la temperatura sonica. La temperatura sonica è la temperatura virtuale dell aria (la temperatura che dovrebbe avere l aria secca per eguagliare la densità dell aria umida alla stessa pressione). Oltre alle grandezze medie quali la velocità, direzione del vento, temperatura virtuale dell aria vengono calcolate le varianze delle fluttuazioni delle componenti del vento e le covarianze tra la velocità verticale del vento e le fluttuazioni delle componenti della velocità orizzontale (flusso di momento, energia cinetica turbolenta) e della temperatura (flusso di calore sensibile). (a) Anemometro sonico (b) Pluviometro 25

27 3.2 Velocità e direzione del vento Media oraria della velocità (scala di sinistra, linea con cerchi) e direzione del vento scala di destra, linea con triangoli) ottenuta dalle misurazione dell anemometro sonico. 3.3 Umidità e precipitazioni Media oraria dell umidità (scala di sinistra, linea con cerchi) e della precipitazione (scala di destra, linea con triangoli) ottenuta dalle misurazioni di un termoigrometro. 26

28 3.4 Pressione al suolo e temperatura Media oraria della temperatura (scala di sinistra, linea con cerchi) e della pressione al suolo (scala di destra, linea con triangoli). 3.5 Energia cinetica turbolenta e flusso di calore sensibile Media oraria della energia cinetica turbolenta (scala di sinistra, linea con cerchi) e del flusso di calore sensibile (scala di destra, linea con triangoli). 27

29 3.6 Flusso di momento e varianza della velocità verticale del vento Media oraria della velocità (scala di sinistra, linea con cerchi) e varianza della velocità verticale del vento (scala di destra, linea con triangoli). 3.7 Lunghezza di Monin-Obukhov e coefficiente di struttura della temperatura Media oraria della lunghezza di Monin-Obukhov (scala di sinistra, linea con cerchi) e del coefficiente di struttura della temperatura (scala di destra, linea con triangoli). 28

30 4 Il bilancio radiativo 4.1 Il radiometro L energia disponibile per i moti atmosferici attraverso i flussi turbolenti è il risultato del bilancio radiativo tra la radiazione solare ad onda corta ( µm) e la radiazione infrarossa ad onda lunga (3-100 µm). Per misurare la radiazione si utilizzano due piranometri e due pirgeometri Kipp e Zonen (CNR1) rispettivamente per la radizione ad onda corta (solare incidente e riflessa dal terreno) e ad onda lunga (trasmessa dall atmosfera ed emessa dal terreno). La radiazione netta viene calcolata dalla somma algebrica della radiazione netta ad onda lunga e corta. Figura 30: Radiometro 29

31 4.2 Radiazione visibile ad onda corta (solare) Media oraria della radiazione solare visibile ad onda corta proveniente dal sole ( ) (scala di sinistra, linea con cerchi) e riflessa dal terreno ( ) (scala di destra, linea con triangoli). 4.3 Radiazione infrarossa ad onda lunga (infrarossa) Media oraria della radiazione infrarossa ad onda lunga trasmessa dall atmosfera ( ) (scala di sinistra, linea con cerchi) ed emessa dal terreno ( ) (scala di destra, linea con triangoli). 30

32 4.4 Radiazione netta ed albedo Media oraria della radiazione netta Rn (scala di sinistra, linea con cerchi) ed albedo (scala di destra, linea con triangoli). La Rn è la somma delle componenti ad onda lunga (infrarosso) diffusa dall atmosfera( ) ed emessa dalla superficie terrestre ( ) e delle componenti ad onda corta (visibile) trasmessa attraverso l atmosfera ( ) e riflessa dalla superficie terrestre ( ). R n = SW SW +LW LW Albedo= SW SW 31

33 5 Misura del campo del vento nei bassi strati atmosferici con il Sodar Il SODAR, acronimo di Sound (o Sonic) Detection And Ranging, è un telesensore di tipo attivo che utilizza le onde acustiche per lo studio della turbolenza nello strato limite atmosferico. Nella configurazione più semplice (configurazione monostatica), viene usata una stessa antenna per emettere toni acustici e per ricevere gli echi. La frequenza dei toni acustici è compresa tipicamente nell intervallo 1, 5 5 khz. Il segnale misurato consiste in echi prodotti dall interazione delle onde acustiche con l atmosfera nei primi metri. Nella configurazione monostatica la causa prevalente degli echi sono le fluttuazioni di temperatura sulla scala della mezza lunghezza d onda utilizzata dallo strumento. L intensità degli echi di backscatter viene comunemente registrata in formato facsimile. In questo tipo di registrazione l eco ricevuto dopo l emissione del tono acustico (della durata di ms) viene registrato come una traccia verticale in cui la gradazione di nero è proporzionale all intensità dell eco e l altezza del punto sulla traccia indica il ritardo con cui questo viene ricevuto, e quindi la quota da cui proviene. Ponendo le tracce in maniera sequenziale una adiacente all altra si ha una rappresentazione (facsimile) che visualizza la struttura termica dello strato limite atmosferico e la sua evoluzione in funzione del tempo. Per avere il campo del vento viene utilizzato un sistema Doppler triassiale. Range di indagine : 20 m m Risoluzione verticale: 27 m Risoluzione temporale del vento orizzontale 10 minuti Risoluzione temporale vento verticale 6 s Figura 31: Sistema SODAR triassiale 32

34 5.1 Rappresentazione facsimile La rappresentazione facsimile rappresenta in gradazioni di grigio l eco di backscattering in funzione del tempo del segnale acustico dovuto alle fluttuazioni di temperatura presenti in atmosfera. Le zone più scure rappresentano le zone caratterizzate da forti discontinuità di temperatura. Il grafico riportato mostra l evoluzione sulle 24 ore. 33

35 5.2 Profilo della velocità e direzione del vento Profili orari della velocità (linea con triangoli rossi) e direzione (punti azzurri) del vento tra le 00:00 e le 24:00 ora solare. 34

36 5.3 Profilo della varianza della velocità verticale del vento Profili orari della varianza della velocità verticale del vento tra le 00:00 e le 24:00 ora solare. 35

37 5.4 Andamento temporale del campo bidimensionale del vento Campo del vento tra le 00:00 e le 24:00 ora solare. La posizione del vettore sta ad indicare vento da nord. In ordinata è riportata la quota alla quale si riferisce un certo valore della velocità e direzione del vento. 36

38 6 Link utili ARPA Lazio - University of Wyoming, Department of Atmospheric Science - Prev air - DREAM: Dust REgional Atmospheric Model - EUMETSAT - Eurometeo - Aeronautica Militare - Met Office - 3B Meteo - Wetterzentrale