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Bilancio energetico ed idrologico nello strato superficiale atmosferico durante eventi monsonici

Informazioni tesi

  Autore: Daniela Priolo
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2006-07
  Università: Università degli Studi di Torino
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Fisica
  Relatore: Claudio Cassardo
Coautore: Zhang Ying
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 168

Questa tesi è disponibile nelle seguenti traduzioni:

Negli ultimi anni c’è stato uno sviluppo significativo nel riconoscimento dell’importanza dei flussi turbolenti di calore sensibile e latente e dell’umidità del suolo nella valutazione a grande scala del sistema climatico e del ciclo idrologico. Malgrado ciò, esistono solo pochi sensori per misurare l’umidità del suolo e i flussi di calore turbolenti nel mondo. Inoltre l’umidità del suolo è variabile e può assumere valori diversi nello stesso terreno. Per questo motivo si usano modelli numerici per fornire i gruppi di dati di umidità e temperature nel suolo e flussi calore sensibile e latente. Il mio lavoro di tesi si sviluppa nell’ambito di una collaborazione di un progetto internazionale di scambio ASEM e MAE (Ministero Affari Esteri) e lo scopo della mia tesi è stato quello di determinare, valutare I risultati hanno dimostrato che LSPM sembra in grado di rappresentare correttamente e con un elevato grado di accuratezza le temperature del suolo misurate sul territorio coreano. LSPM è stato testato inoltre attraverso la realizzazione di esperimenti di sensibilità variando le caratteristiche del suolo. I risultati hanno mostrato che il tipo di suolo è un parametro molto sensibile durante la stagione monsonica, e per questo motivo i tipi di suolo sono state valutate utilizzando un database specifico. I risultati in Corea hanno mostrato che, durante la stagione delle piogge, gran parte della precipitazione viene immagazzinata nel sottosuolo a causa dell’alta conducibilità idraulica che ridistribuisce l’acqua delle piogge. Questa sorta di “reservoir” idraulico costituisce la base per la vita della vegetazione durante la fase più secca successiva al monsone (periodo del monsone invernale). Durante il periodo delle piogge, il termine dominante sia per il bilancio energetico che per quello idrologico, è l’evapotraspirazione. Analizzando invece le mappe, si può affermare che la zona montuosa della Corea del Sud, che ha il massimo delle precipitazioni, presenta valori molto alti di evapotraspirazione; la zona urbana e suburbana di Seul mostra invece, valori molto bassi di evapotraspirazione e alti di flusso di calore sensibile e temperature del suolo (rispetto le aree circostanti), indice di un microclima del tutto particolare che potrebbe essere l’oggetto di uno studio futuro. e analizzare gli andamenti tipici dei bilanci energetici (flussi turbolenti di calore sensibile e latente) ed idrologici (precipitazione, evapotraspirazione, runoff e drenaggio) nello strato superficiale. Poiché il numero delle misure dirette utilizzabili è non solo frammentario ed esiguo, ma anche non sufficientemente flessibile per l’analisi di tipo climatologico, ho esteso la metodologia CLIPS (Climatologia dei Parametri Superficiali) già utilizzata in passato in Europa. Nella mia di tesi ho lavorato con LSPM (Land Surface Process Model, Cassardo et al., 1995), modello SVAT unidimensionale diagnostico che tratta con particolare riguardo anche alla stima dei parametri caratterizzanti il suolo e la vegetazione e al calcolo delle temperature e umidità nel suolo, e mi sono concentrata sul periodo del monsone estivo nella Corea del Sud. Al termine delle simulazioni, ho verificato alcuni parametri calcolati da LSPM confrontandoli con misure sperimentali disponibili. Ho graficato gli andamenti dei valori medi giornalieri ed ho valutato in modo statistico le differenze .
I risultati hanno dimostrato che LSPM sembra in grado di rappresentare correttamente e con un elevato grado di accuratezza le temperature del suolo misurate sul territorio coreano. LSPM è stato testato inoltre attraverso la realizzazione di esperimenti di sensibilità variando le caratteristiche del suolo. I risultati hanno mostrato che il tipo di suolo è un parametro molto sensibile durante la stagione monsonica, e per questo motivo i tipi di suolo sono state valutate utilizzando un database specifico. I risultati in Corea hanno mostrato che, durante la stagione delle piogge, gran parte della precipitazione viene immagazzinata nel sottosuolo a causa dell’alta conducibilità idraulica che ridistribuisce l’acqua delle piogge. Questa sorta di “reservoir” idraulico costituisce la base per la vita della vegetazione durante la fase più secca successiva al monsone (periodo del monsone invernale). Durante il periodo delle piogge, il termine dominante sia per il bilancio energetico che per quello idrologico, è l’evapotraspirazione. Analizzando invece le mappe, si può affermare che la zona montuosa della Corea del Sud, che ha il massimo delle precipitazioni, presenta valori molto alti di evapotraspirazione; la zona urbana e suburbana di Seul mostra invece, valori molto bassi di evapotraspirazione e alti di flusso di calore sensibile e temperature del suolo (rispetto le aree circostanti), indice di un microclima del tutto particolare che potrebbe essere l’oggetto di uno studio futuro.

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Bilancio energetico ed idrologico nello strato superficiale durante la stagione monsonica in corea 2 INTRODUZIONE L’atmosfera è un sistema dinamico con un elevato numero di gradi di libertà ed intrinsecamente caotico. Il suo stato in un dato istante è descritto dalla distribuzione spaziale di vento, temperatura, pressione, umidità, radiazione solare ed altre importanti variabili. Essendo un fluido, la sua evoluzione viene descritta in termini matematici da equazioni analitiche quali la conservazione della massa, dell’energia e della quantità di moto. Effettuare degli studi sperimentali e fare delle misure direttamente nell’ambiente, in particolare nello strato limite, è molto complesso a causa della variabilità del sistema stesso ed alle dimensioni dei fenomeni da analizzare. Una possibile soluzione a questi problemi è rappresentata dalla modellistica numerica che, grazie a continui sviluppi degli strumenti di calcolo raggiunge livelli elevati di affidabilità e permette di simulare le più svariate situazioni fluidodinamiche. Negli ultimi anni c’è stato uno sviluppo significativo nel riconoscimento dell’importanza dei flussi turbolenti di calore sensibile e latente e dell’umidità del suolo nella valutazione a grande scala del sistema climatico e del ciclo idrologico. Il flusso di calore latente è un termine importante che governa il bilancio energetico in presenza di acqua collegando quindi l’energia al ciclo idrologico. Esso è il risultato di evapotraspirazione (piante o suolo nudo) e condensazione alla superficie; l’evapotraspirazione avviene da superfici d’acqua, da suolo umido e da superfici vegetate, ogni qualvolta l’aria sovrastante è più secca rispetto a quella nelle immediate vicinanze della superficie. Il flusso di calore latente ha un ruolo determinante sul clima: esso rende possibile il flusso di energia anche a scala planetaria, senza che ciò implichi l’esistenza di forti gradienti di temperatura. Dal punto di vista microclimatico, il flusso di calore latente permette di bilanciare il flusso radiativo senza comportare una grossa escursione termica giornaliera. I processi di evapotraspirazione e precipitazione costituiscono uno dei più importanti meccanismi di ridistribuzione di energia nel pianeta. Di notevole importanza è anche l’umidità del terreno, che regola la ripartizione di energia in termine di flussi di calore sensibile e latente. Una stima sbagliata può portare a simulazioni errate dell’evoluzione dello strato superficiale e quindi le previsioni di precipitazioni e copertura nuvolosa ne sono di conseguenza influenzate. Questo è vero per le previsioni a grande e piccola scala e particolarmente in quelle situazioni dove la convezione locale è ben sviluppata. Inoltre il contenuto di umidità nel suolo ha una diretta influenza sia sui termini radiativi che su quelli di convezione e conduzione. Infatti un diverso contenuto d’acqua incide sui valori dell’albedo del suolo (minore per suoli più umidi), della conducibilità termica (cresce con l’aumento dell’umidità) e soprattutto sui termini di flusso di calore latente e di evapotraspirazione. Da uno studio condotto da Cassardo e altri (2007) nell’estate del 2003 sull’Area Europea si è vista una insolita situazione: l’umidità del suolo era molto bassa su gran parte del territorio, a causa della mancanza di precipitazioni e le temperature del suolo erano molto alte nell’Italia nordoccidentale. Alte temperature e basse umidità sono fattori determinanti per la radiazione netta, più alta del normale, che di conseguenza comporta flussi di calore sensibile e latente superiori alla norma. In particolare, a causa della bassa umidità del suolo, il flusso di calore latente è è rimasto uguale o più basso del normale e, di conseguenza il flusso di calore sensibile è stato molto maggiore del normale. Questo fatto ha determinato l’eccessivo riscaldamento della bassa atmosfera, facendo diminuire ancora l’evapotraspirazione. Questo feedback positivo ha favorito la presenza di condizioni anticicloniche persistenti in tutto il trimestre. Questo esempio dimostra che conoscere i valori dell’umidità nel suolo e i flussi di calore turbolenti è necessario per spiegare fenomeni meteorologici o climatologici. Malgrado ciò, esistono solo pochi sensori per misurare l’umidità del suolo e i flussi di calore turbolenti nel mondo. Inoltre l’umidità del suolo è variabile e può assumere valori diversi nello stesso terreno. Si potrebbero usare i satelliti, ma molti di essi vedono l’acqua in atmosfera e mentre la deduzione del contenuto

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