Lo strato limite planetario
Si definisce strato limite planetario (Planetary Boundary Layer, PBL) la parte dell'atmosfera che risente più fortemente dell'interazione con la superficie. La caratteristica fondamentale dello strato limite è la turbolenza. Due sono le cause del trasporto turbolento: la prima è la viscosità, che impone l'annullarsi della velocità del vento alla superficie, con la conseguenza che un vento anche debole induce la formazione di vortici; la seconda è il riscaldamento radiativo della superficie, che provoca moti convettivi. Lo spessore dello strato limite planetario può variare da meno di 30 m in condizioni di forte stabilità statica fino a più di 3 km in presenza d'intensi moti convettivi (Holton, 1992).
Sopra la superficie terrestre, in condizioni di alta pressione, lo strato limite assume una tipica struttura che evolve con ciclicità diurna (fig. 1): se sono presenti moti convettivi (generalmente di giorno) si parla di strato limite instabile, mentre in loro assenza (normalmente di notte) si parla di strato limite stabile. I tre elementi principali di tale struttura sono strato rimescolato, strato residuo, e strato limite notturno. Inoltre si distingue lo strato superficiale, definito come la parte più vicina alla superficie (10% dello spessore dello strato limite), caratterizzata da un forte gradiente della velocità del vanto.
Nello strato rimescolato (mixed layer) la turbolenza è prevalentemente convettiva, provocata dal calore trasferito dal suolo all'aria e dal raffreddamento radiativo delle nubi. Normalmente, in giornate serene, lo strato rimescolato comincia a svilupparsi e ad ispessirsi circa mezz'ora dopo l'alba, per raggiungere nella tarda mattinata lo spessore massimo. La nuvolosità può ridurre l'intensità delle correnti ascensionali e dunque rallentare la crescita dello strato di rimescolamento o addirittura, se le nubi sono abbastanza spesse, inibirne la turbolenza (Stull, 1988).
L'elevata rugosità della superficie urbana genera vicino al suolo un substrato (roughness sublayer) dove le fluttuazioni della componente verticale del flusso non sono affatto trascurabili (fig. 2). Il suo limite superiore d (displacement distance) dipende dall'altezza media h e dalla densità degli edifici, e normalmente è pari a circa il doppio di h (Rotach et al. 2000). Sopra il roughness sublayer si trova il substrato inerziale, per il quale è applicabile la teoria di similarità di Monin-Obukhov (valida, in ambiente rurale, in tutto lo strato superficiale, dalla superficie fino a circa un decimo dell'altezza del PBL)
