Preprocessore Meteorologico Unidimensionale

Un esempio di preprocessore meteorologico unidimensionale è quello utilizzato all'interno del codice AMETISTA (Air quality based on MEteorological TIme Series and Turbolence Analysis).

AMETISTA è un codice di dispersione atmosferica per la stima delle concentrazioni in aria di sostanze inquinanti inerti emesse da sorgenti puntuali o areali, a distanza limitata dai punti di emissione (scala locale).

Il pre-processore meteorologico è dedicato alla costruzione della serie temporale dei parametri meteorologici di scala di ingresso ai modelli di diffusione e si presenta in due versioni:

• la prima utilizza serie temporali di osservazioni meteorologiche;
• la seconda utilizza le frequenze statistiche di occorrenza delle condizioni di vento e stabilità atmosferica (JFF: Joint Frequency Functions), che vengono poi trasformate in una serie oraria di un anno.

Il prepropcessore meteorologico, come il modulo di dispersione ed il post-processore del codice AMETISTA, è inserito, a scopo esemplificativo, nel pacchetto software GIADA (Gestione Interattiva di Applicazioni per la Dispersione Atmosferica).

GIADA è dotato di una interfaccia amichevole per l'inserimento dei dati e per la restituzione dei risultati, e utilizza un pre-processore meteorologico e di un modulo di dispersione che possono essere scelti e inseriti a piacere dall'utente, purché rispondano a requisiti molto generali.

Limiti

Il preprocessore meteorologico del codice AMETISTA può essere utilizzato su domini di calcolo per i quali, per estensione o per complessità dell'orografia o della climatologia meteodiffusiva, possano considerarsi rappresentativi o sufficienti i dati meteorologici superficiali di una sola postazione standard.

Risoluzione

Risoluzione temporale

I dati meteorologici di ingresso possono avere la frequenza di un multiplo o un sottomutiplo di un'ora (in tutti i casi, le serie temporali di ingresso vengono ricondotte a serie orarie, attraverso l'uso di algoritmi di media o di interpolazione). I parametri di uscita dal preprocessore meteorologico sono orari.

Risoluzione spaziale

I dati meteorologici di ingresso sono di una sola stazione di osservazione rappresentativa delle condizioni meterologiche sull'intero dominio di calcolo. Il passo di griglia dei campi di concentrazione in uscita può essere impostato a piacere.

I dati in input al preprocessore sono:

• Coord. geografiche rappresentative del sito in esame (es. estremo dominio)
• Altezza di rugosità
• Altezza anemometro
• Anno, mese, giorno, ora e minuti di inizio del rilascio
• Anno, mese, giorno, ora e minuti di fine del rilascio
• Intervallo di tempo tra due osservazioni meteorologiche consecutive

SERIE TEMPORALI DI OSSERVAZIONI METEOROLOGICHE

Per ogni osservazione disponibile sono obbligatori:

• anno, mese, giorno, ora decimale
• direzione media del vento
• velocità media del vento

e uno dei seguenti gruppi:

• temperatura dell'aria
• copertura nuvolosa
• radiazione solare (facoltativo)
• temperatura dell'aria a due quote nello strato superficiale
• altezze dei punti di misura delle temperature

JOINT FREQUENCY FUNCTIONS

Frequenze di occorrenza di condizioni meteorologiche definite contemporaneamente dai seguenti parametri:

• Classe di stabilità
• Settore di direzione del vento
• Classe di velocità del vento

Descrizione degli algoritmi di calcolo

La stima della velocità di attrito, del flusso di calore sensibile e della lunghezza di Monin-Obukhov è basata sul metodo "energy budget" o, nel caso in cui si utilizzino due misure di temperatura nello strato superficiale, sul metodo del "profilo" (van Ulden e

Holstlag, 1985).

Durante le ore di instabilità, l'altezza dello strato di rimescolamento viene stimata anche l'algoritmo di (Niewstadt, 1981) con 1/L = 0 e viene poi scelto per h il valore maggiore tra i due.

Nel caso in cui siano disponibili solo le JFF, la stima del flusso di calore si basa sull'inversione di un nomogramma per l'individuazione della categoria di stabilità (Smith, 1973: in Pasquill, 1974). A questo scopo viene utilizzata una tabella di valori medi del flusso di calore corrispondenti a coppie di valori di stabilità e velocità del vento. La velocità di attrito e la lunghezza di Monin-Obukhov vengono poi derivate dal flusso di calore secondo il metodo "energy budget" (van Ulden e Holstlag, 1985).

L'altezza di rimescolamento di origine meccanica viene calcolata, in condizioni neutre e stabili, secondo Niewstadt (1981); quella convettiva viene stimata attraverso una tabella di traduzione di un nomogramma di Smith (Underwood, 1984), che fornisce valori tipici dell'altezza di rimescolamento in ambiente rurale in funzione dell'ora, della stagione, della categoria di stabilità e del vento.

Output

Accanto ai dati orari di temperatura, velocità del vento e direzione del vento, vengono forniti i valori orari dei parametri meteorologici (velocità di attrito, lunghezza di Monin-Obukhov, altezza dello strato di rimescolamento e flusso di calore sensibile)

Documentazione

Desiato F., R. Inghilesi (1993): AMETISTA: a model for evaluation of long-term atmospheric pollution caused by stack emissions - RT/DISP/93/07.

Desiato F., R. Inghilesi (1994): Development and application of a long-term atmospheric dispersion model for environmental impact assessment purposes. In Air Pollution II Vol. I, J.M. Baldasano, C.A. Brebbia, H. Power e P. Zannetti Editori, Computational Mechanics Publications, Southampton Boston

Desiato F., G. Calori, M. Bider, P. Cavallini, F. Lena, L. Vaccaro (2001): Manuale utente del pacchetto software GIADA.

Bibliografia

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