GEOITALIA 2007 WORKSHOP W10 - VECTOR circolazione superficiale indotta dal vento nel Golfo di Napoli (risultati preliminari delle attività Vector, linee 4.1.5 e 4.1.6) B.Buonocore, A.Mercatini, M.Menna, M.Uttieri S.Pierini, E.Zambianchi CoNISMa, ULR Parthenope, Napoli
Attività 4.1.5 Acquisizione dati meteorologici, idrologici, correntometrici Attività 4.1.6 Modellistica oceanografica Aggiornare ed incrementare le informazioni disponibili in merito alla circolazione superficiale del Golfo di Napoli; Caratterizzare gli scenari tipici di circolazione e le strutture ricorrenti; Associare tali strutture a particolari periodi dell anno e/o a particolari condizioni; Studiare i processi di trasporto che regolano gli scambi tra la zona costiera e la parte centrale del Golfo.
Rete di rilevamento dati nel Golfo di Napoli
Analisi dei venti nel Golfo di Napoli
Stazioni Meteorologiche Acton : latitudine 40 50.19 NORD; longitudine 14 15.21 EST; altezza sensori anemometrici: 16 m s.l.m.; ECMWF : Dati di modello latitudine 40 30.00 NORD; longitudine 14 00.00 EST; Licola : latitudine 40 52.618 NORD; longitudine 14 02.954 EST; altezza sensori anemometrici: 12 m s.l.m.; Apat : latitudine 40 50.23 NORD; longitudine 14 16.09 EST; altezza sensori anemometrici: 10 m s.l.m.;
dati 2002-2006 ACTON APAT LICOLA ECMWF
i venti provengono principalmente dai quadranti NE e SW per le due stazioni interne al Golfo; la stazione di Licola e il punto di griglia ECMWF confermano la maggiore frequenza di venti provenienti dai quadranti NE e SW ma evidenziano anche l esistenza di contributi non trascurabili relativi alle direzioni W, W - SW e W - NW; Questi contributi sembrano sostituire le direzioni S e SSW che risultano,invece, molto frequenti nelle due stazioni interne al Golfo.
Analisi stagionale dei venti nel Golfo di Napoli
Rosa estate primavera autunn inverno 2002- o 2003- Apat Apat Apat Variabilità stagionale dei venti stazioni interne Primavera Autunno Inverno Estate Le direzioni Le Il vento direzioni principali proviene principali sono dal quadrante allineate sono allineate lungo SW; NE; l asse le frequenze Le direzioni lungo maggiori, predominanti l asse NNE-SSW; sia NNE-SSW; termini sono NNE di direzione e NE; A i queste venti che i di venti più direzioni velocità intensi più intensi sono corrispondono provengono localizzate provengono dal i in venti quadrante direzione da più SSW. intensi. SW. SSW;
Variabilità stagionale dei venti dati ECMWF I N V E R N O E S T A T E
il campo di vento che guida la circolazione superficiale è una combinazione di quanto rilevato internamente al Golfo e al largo di esso (dati LAM in collaborazione con Rossella Ferretti, Unil Aquila)
Dinamica Superficiale
Venti dal quadrante NE Durante la stagione invernale i venti spirano sul Golfo di Napoli principalmente dal quadrante NE con intensità massime tra 8 e 10 m/s; Le correnti superficiali, spinte dal vento, si orientano in direzione E-W formando un jet particolarmente intenso nella regione centro settentrionale del bacino; Il cuore del jet manifesta una forte vorticità positiva v o r t i c i t à
Venti dal quadrante SW I venti dal quadrante SW sono tipici dei mesi estivi, ma si presentano anche nei periodi invernali in concomitanza con il passaggio di sistemi depressionari nell area del Golfo. Nel primo caso essi raggiungono intensità massime intorno ai 6 m/s; nel secondo caso sono meno persistenti ma più intensi ( 10 m/s). In questo caso, le correnti superficiali tendono ad entrare nel Golfo accumulando acqua sotto costa. La circolazione è caratterizzata da elevata variabilità, con continua formazione di strutture cicloniche ed anticicloniche a scala di bacino o di sottobacino. La caratteristica comune con il caso di vento da NE è la struttura ciclonica localizzata nell area centro settentrionale del Golfo. v o r t i c i t à
Prevalenza del regime di brezza Il campo di correnti segue i cambiamenti di direzione del vento orientandosi lungo l asse zonale; La direzione preferenziale è W-E L intensità del vento oscilla seguendo l andamento durante le ore in cui giornaliero delle brezze, e mostra spira brezza valori di mare, massimi intorno e E-W alle durante ore 12:00- le ore 13:00 di in ogni cui giorno spirae brezza valori minimi di nelle ore notturne intorno terra. alla mezzanotte; l intensità della corrente oscilla seguendo il vento con un ritardo tra 6 e 10 ore. Il regime di brezza è caratterizzato da venti che spirano da mare verso terra (SW) durante le ore più calde della giornata, e da terra verso mare (NE) durante le ore notturne e prime ore della mattinata.
Influenza della corrente costiera tirrenica I venti spirano dal quadrante NE; La circolazione superficiale non è guidata dall azione del vento ma dall input proveniente dal bacino tirrenico; Il Golfo è spazzato da un jet diretto da SE a NW lungo l asse Bocca Piccola-Canale di Procida ; Questo flusso è determinato da una forte corrente che risale le coste orientali del Mar Tirreno nel periodo invernale e riesce a penetrare nel Golfo di Napoli; Il Golfo sembra suddiviso in due metà rispetto all asse del jet : a destra le correnti assumono un andamento anticiclonico; a sinistra, invece, tendono a ruotare in senso ciclonico. v o r t i c i t à
Interazioni vento-corrente
Cross-Correlazione surface current wind stress X ccd d s () t d ( t τ ) w Direzione X ccu u s () t u ( t τ ) w Componente zonale X ccv v s () t v ( t τ ) w Componente meridionale Kundu, 1990 La cross-correlazione è stata realizzata: con dati di vento provenienti da una stazione interna e da una stazione esterna al Golfo; con dati di corrente presi in diversi punti della griglia CODAR sparsi in tutta l area del Golfo.
Cross-correlazione tra le direzioni di vento e corrente Vento da NE La corrente è ben correlata con il vento presente nelle 6 ore precedenti in tutti i punti del Golfo, ad esclusione della Baia di Napoli e dei punti interni alla struttura ciclonica.
Cross-correlazione tra le direzioni di vento e corrente Vento da SW Tutte le regioni del Golfo mostrano una scarsa cross-correlazione con il vento. Valori superiori si raggiungono solo in vicinanza della Bocca Grande.
Questo dimostra che quando l importanza del forzante meteorologico è meno marcata la dinamica superficiale risulta fortemente influenzata dalla circolazione del Mar Tirreno. Cross-correlazione tra le direzioni di vento e corrente Input tirrenico Tutte le strutture che si formano sono poco correlate con la direzione del vento.
Simulazione numerica del trasporto superficiale di traccianti lagrangiani (in coll. con )
Processi di trasporto Caratterizzati da: Zone Q(t) Concentrazione di rilascio: delle particelle si assume che i traccianti siano Baia di Napoli T Tempi di residenza delle particelle rilasciate Centro del Golfo passivi e conservativi Buffoni et al. (1997) Q ( t) = N( t) N(0) N(t) numero di particelle presente al tempo t N(0) insieme delle particelle rilasciate T = lim T * ( t) t N e ( t) = N(0) N( t) numero di particelle presenti nell area di rilascio al tempo t T * ( t) = tq( t) + N ( t) e i= 1 tei N(0) t ei tempo impiegato dall iesima particella per abbandonare il settore di lanci
Processi di trasporto Le cirve di concentrazione Q(t) rappresentano gli scambi tra le due zone di rilascio: zona costiera: quantità di paricelle che abbandonano il dominio; zona di largo: quantità di particelle che penetrano nella zona costiera; I tempi di residenza sono stati calcolati unicamente per le particelle rilasciate nella Baia di Napoli. I periodi esaminati sono riconducibili a quattro divverse condizioni dinamiche di circolazione superficiale: Vento da NE; Vento da SW; Regime di brezza; Input tirrenico di circolazione
Processi di trasporto Vento da NE le particelle rilasciate nella Baia di Napoli vengono trasportate verso la zona di largo; il bacino non si svuota completamente (circa il 6% di particelle restano nella Baia) con un tempo di residenza stimato intorno alle 40 ore; nessuna delle particelle rilasciate a largo penetra nella Baia di Napoli.
Processi di trasporto Vento da SW la dinamica di circolazione superficiale confina le particelle lanciate nella Baia nella zona di rilascio; i tempi di residenza crescono linearmente; nella Baia penetra la quasi totalità ( 95%) delle particelle rilasciate a largo.
Processi di trasporto Prevalenza del regime di brezza delle particelle rilasciate nella Baia di Napoli, circa il 70% abbandona il dominio di rilascio; solo una minima parte (~ 5%) delle particelle lanciate al centro del Golfo raggiunge il sottodominio costiero.
Processi di trasporto Input tirrenico le particelle escono quasi completamente ( > 95%) dal sottodominio costiero; i tempi di residenza sono di circa 40 ore; nessuna particella penetra nella Baia di Napoli dalla zona di largo.
Risultati L analisi dei venti (2002-2006) mostra una netta predominanza dei venti dai quadranti NE e SW (o W-NW), i primi dominanti nei mesi invernali, i secondi nei mesi estivi; -- l accoppiamento tra stress del vento e correnti superficiali è stato valutato tramite un analisi di cross-correlazione -- Con venti da NE la circolazione superficiale del Golfo risponde in tempi brevi (~ 6 ore) allo stress, formando strutture coerenti che innescano rapidi processi di trasporto costa-largo; Con venti da SW, invece, la dinamica superficiale presenta strutture cicloniche ed anticicloniche a varie scale che favoriscono l ingresso di particelle nella zona costiera.
Risultati In condizioni di prevalenza del regime di brezza, le correnti superficiali rispondono alle variazioni dello stress eolico con un comportamento periodico caratterizzato da un ritardo rispetto al forzante compreso tra le 6 e le 10 ore; Tali dinamiche di circolazione favoriscono la graduale fuoriuscita delle particelle dalla Baia di Napoli. Quando risulta dominante l influenza della corrente costiera tirrenica si osserva la formazione di due strutture diricircolazionea grandescala, una ciclonica e l altra anticiclonica, allineate intorno ad un jet; La circolazione costiera che ne risulta facilita la fuoriuscita delle particelle rilasciate nella Baia di Napoli.
Attività future Attività sperimentale campagne oceanografiche in collaborazione prevalentemente con la SZN: idrologia, trasporto approfondimento analisi dati correntometrici Attività modellistica (per chiarire la connessione circolazione-forzanti in termini dinamici) Coordinamento con le altre UUOO
HF radar: principio di funzionamento Strumento di telerilevamento che consente di misurare le correnti marine superficiali; Trasmette un segnale a radiofrequenza; Fornisce immagini del campo di velocità; La riflessione da parte della superficie del mare produce uno spettro di energia; I radar sfruttano un fenomeno di risonanza conosciuto come Bragg scattering; Risonanza di Bragg da parte della superficie del mare(barrick et al.,1977)
La riflessione coerente si manifesta con un evidente picco nello spettro di riflessione; a) assenza di corrente; b) la velocità radiale del bersaglio fa in modo che il segnale riflesso ritorni ad una frequenza differente da quella trasmessa; 2υ f = r λ
Configurazione installata nel Golfo di Napoli b c e a a. Copertura CODAR nel Golfo di Napoli. b. Stazione master per l acquisizione dei dati. c. Antenna ricetrasmittente installata nel sito di Portici. d. Antenna ricetrasmittente installata nel sito di Massa Lubrense. e. Rack contenente l attrezzatura elettronica costituita da un trasmettitore, un ricevitore ed un computer. d