Campagne di monitoraggio
meteorologico
Ing. Massimiliano de Franceschi
Diocesi di Bolzano-Bressanone
Seminario Maggiore di Bresanone
Diözese Bozen-Brixen
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Priesterseminar Brixen
Struttura della presentazione
• Scopo dei monitoraggi
• Progettazione
• Strumentazione utilizzata
• Esecuzione
• Analisi delle misure
• Conclusioni
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Scopo dei monitoraggi
• Approfondimento a scala "molto locale" delle dinamiche atmosferiche già
oggetto di studio nel corso degli anni
• con riferimento alla localizzazione dei punti di misura (densificazione della
rete esistente)
• con riferimento al tipo di strumentazione / fenomeni osservabili
• Predisposizione di informazioni di dettaglio per la modellazione numerica
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Progettazione
• Inquadramento territoriale
• Orografia generale e sito in
particolare
• Significatività dei siti rispetto
allo scopo
• Modifiche del territorio
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Progettazione
• Inquadramento territoriale
• Orografia generale e sito in
particolare
• Significatività dei siti rispetto
allo scopo
• Modifiche del territorio
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Progettazione
• Inquadramento territoriale
• Orografia generale e sito in
particolare
• Significatività dei siti rispetto
allo scopo
• Modifiche del territorio
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Progettazione
• Problematiche logistiche relative alla strumentazione
• Posizionamento significativo rispetto ai fenomeni e non disturbato da
eventi/ostacoli indesiderati
• Presenza di rumore di fondo: continuo, intermittente o sporadico
• Copertura del suolo nelle immediate vicinanze della strumentazione
• Alimentazione elettrica (potenza, qualità, continuità)
• Stabilità dei supporti
• ...
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Progettazione
• Problematiche logistiche relative alla strumentazione
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Progettazione
• Periodi di monitoraggio
• Durata e collocazione stagionale significative
• 2 stagioni “estreme” e scenari “tipici” per ogni stagione
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Progettazione
• Impostazioni di campionamento
• Varie ed eventuali:
• Sorveglianza
• Intervalli di controllo e manutenzione
• Episodi rilevanti e/o anomali
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Strumentazione utilizzata
• Stazioni meteorologiche convenzionali dotate di
• Taco-gonioanemometro
• Termoigrometro a ventilazione naturale
• Radiometro globale e netto
• Barometro compensato in temperatura
• Pluviometro
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Stazioni meteorologiche convenzionali
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Anemometro ad ultrasuoni
Questi strumenti sfruttano l’effetto indotto dal vento sulla propagazione di un impulso sonoro
ultrasonico nell’aria. Gli anemometri sonici non hanno parti in movimento, il che li rende adatti
per misure con alte frequenze di campionamento (in genere tra i 10 e 100 Hz) e quindi per
valutare i moti turbolenti alla microscala che sono responsabili dei fenomeni di trasporto di
calore, massa e quantità di moto.
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Anemometro ad ultrasuoni
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Anemometro ad ultrasuoni - eddy correlation
• Ipotesi di Taylor: Il campo di moto turbolento è “congelato” nel tempo e viene
trasportato orizzontalmente attraverso il punto di osservazione.
• Scomposizione di Reynolds
• Stazionarietà del fenomeno
• Omogeneità del campo di moto sopravento
• Problemi su terreno complesso!
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(1988; hereafter McM) is adopted, both in the original
et al., 2007b). The rationale of the modified filter is briefly
version
and inand
a modified
one, proposed by de Franceschi
recalled
outlined below.
and Zardi
dFZ).provides
The latter
hasofbeen
The (2003;
original hereafter
McM algorithm
the value
the
Anemometro
ad ultrasuoni
eddy correlation
successfully
adopted
to reduce -systematic
errors in the
filter yi at
time ti as:
evaluation of turbulent fluxes and kinetic energy (Weigel
• Controllo di qualità dei
dati
(Foken
&+
Wichura,
1996;
Vickers
& Mahrt, 1997)
y
=
α
y
−
α)
x
,
(1)
(1
i
i−1
i
et al., 2007b). The rationale of the modified filter is briefly
• Scelta dell’intervallo temporale di media → 30 min
recalled
andxioutlined
below.
is the original
datum, δt is the sampling interval
where
• Correzione della verticalità e allineamento con il vento medio (Panofsky and
The
original
McM
algorithm
provides
the
value
of the
(in
the
present
case1988;
δt =
0.05and
s)
and
τ the
time
constant
of
Dutton,
1984;
McMillen,
Kaimal
Finnigan,
1994)
filter ythe
timeMcM
ti as:suggests α = exp (−δt/τ ) ∼
filter.
= 1 − (δt/τ ),
i at
• Data filtering (de Franceschi and Zardi, 2003)
whereas dFZ, based on time series analysis arguments
(Mitra, 1998),
yi =derived
α yi−1the
+ expression:
(1)
(1 − α) xi ,
!
2 − cosdatum,
ωc − δt
cosis2 ωthe
4 cos ωc +interval
3
where xi isαthe=original
c −sampling
(in the present∼
case1 δt
of
− ω=c ,0.05 s) and τ the time constant(2)
=
the
u
charact
times
dinal
3.3. S
turn o
One
o
of th
analysi
chara
cially
the so
3.3.
Finniga
2001).
Onew
nant
analy
misalig
along
ciallyt
rotation
the s
the
fol
Finni
the filter. McM suggests α = exp (−δt/τ ) ∼
= 1 − (δt/τ ), 2001
=
2πδt/τ
is
the
non-dimensional
cut-off
frewhere
ω
c
whereas dFZ, based on time series analysis arguments nant
quency. Furthermore dFZ provide a method to compen(Mitra,sate
1998),
derived the expression:
misalv
the systematic forward-in-time shift of the averaged Here
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nomenon.
3.4.
Basic scaling parameters
Anemometro ad ultrasuoni - eddy correlation
ment heigh
3.5. Simil
The basic quantities implied by the following analysis A deeper u
are friction velocity u∗ , Obukhov length L and scale the evalua
• Alcuni parametri turbolenti ottenibili
temperature θ∗ , evaluated as:
wind veloc
proposed by
"
!
2
2 1/4
is reported
"
"
"
"
u∗ =
uw +vw
,
(4)
For unsta
proposed th
u3∗ Ts
L = −
,
(5)
"
"
k g w Ts
cp "−1
w" Ts" !
1 + 0.51 Ts
.
(6)
θ∗ = −
u∗
λBo
where aw =1
Here, k = 0.4 is the von Kármán constant (Högström, Equation (9
1996), g = 9.8 m s−2 is the acceleration due to gravity, for the non
cp =1012 J K−1 kg−1 is the specific heat at constant pres- negative va
sure for dry air, λ = 2.5 × 106 J kg−1 is the latent heat present wo
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of evaporation and Bo is the Bowen ratio. The sonic Yumao
et a
SODAR - SOund Detection And Ranging
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SODAR - SOund Detection And Ranging
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SODAR - SOund Detection And Ranging
20
SODAR - SOund Detection And Ranging
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Esecuzione
• Prima campagna: 19 febbraio - 7 marzo 2002
• Seconda campagna: 5 - 22 luglio 2002
• Anemometro ultrasonico: 1a @ 6.8 m agl; 2a @ 6.75 m agl; f 50 Hz;
• Variabili acquisite: valori istantanei delle tre componenti di velocità del
vento nel sistema di riferimento strumentale, della celerità di propagazione
del suono nell’aria e degli angoli di pitch e roll del sensore (forniti dal
clinometro interno).
• Phased Array Sodar
• Numero di livelli di misura: 36; Base del primo livello: 20 m; Distanza tra i
livelli: 10 m fino a 50 m; 20 m fino a 110 m; 30 m oltre. Periodo di media:
15 minuti; Variabili acquisite: valori medi delle tre componenti di velocità
del vento nel sistema di riferimento terrestre; intensità del segnale di
backscatter; coefficiente di struttura termica.
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Esecuzione
• In località Monte Terlago (questa stazione è rimasta ininterrottamente in
funzione dalla campagna di monitoraggio invernale) stazione meteorologica
convenzionale completamente automatizzata:
• Periodo di media: 10 minuti;
• Variabili acquisite: valori medi della pressione atmosferica, velocità e
direzione del vento (a 3 m dal suolo) temperatura ed umidità relativa (a 2 m
dal suolo) radiazione globale e netta (a 2 m dal suolo) e precipitazione.
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Alcune analisi delle misure
• Radiazione netta e precipitazione a Monte Terlago
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Alcune analisi delle misure
• Rose dei venti
Calma
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Alcune analisi delle misure
• Un fenomeno “molto locale”...
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Alcune analisi delle misure
• Cicli diurni di velocità e direzione del vento
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Alcune analisi delle misure
• Flusso di calore sensibile - inverno - bel tempo - calma
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Alcune analisi delle misure
• Flusso di calore sensibile - estate - bel tempo
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Alcune analisi delle misure
• Velocità di attrito - inverno - bel tempo - calma
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Alcune analisi delle misure
• Velocità di attrito - estate - bel tempo
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Alcune analisi delle misure
• Deviazioni standard - inverno - bel tempo - calma
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Alcune analisi delle misure
• Deviazioni standard - estate - bel tempo
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Alcune analisi delle misure
• SODAR Inverno
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Alcune analisi delle misure
• SODAR Inverno
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Alcune analisi delle misure
• Inverno - componenti orizzontali e verticali
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Alcune analisi delle misure
• Estate - componenti orizzontali e verticali
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Alcune analisi delle misure
• Profilo 3D
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Conclusioni
• Indispensabile documentarsi adeguatamente prima di intraprendere una
campagna di monitoraggio
• Attenta valutazione delle complessità del sito e dei fenomeni meteorologici
• Preparazione per affrontare inconvenienti ed imprevisti
• Disponibilità a sviluppare strumenti di analisi on-demand
• Mai sottovalutare l’impegno umano
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