Zonato, Andrea
(2016)
Evaluating the urban heat island for cities of
Emilia-Romagna region through numerical
simulations.
[Laurea magistrale], Università di Bologna, Corso di Studio in
Fisica del sistema terra [LM-DM270]
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Abstract
Lo scopo di questo studio è la comprensione della dinamica dello strato limite urbano
per città dell’Emilia Romagna tramite simulazioni numeriche. In particolare,
l’attenzione è posta sull’ effetto isola di calore, ovvero sulla differenza di temperatura
dell’aria in prossimità del suolo fra zone rurali e urbane dovuta all’urbanizzazione. Le
simulazioni sono state effettuate con il modello alla mesoscala "Weather Research
and Forecasting" (WRF), accoppiato con le parametrizzazioni urbane "Building Effect
Parametrization" (BEP) e "Building Energy Model" (BEM), che agiscono a vari
livelli verticali urbani. Il periodo di studio riguarda sei giorni caldi e senza copertura
nuvolosa durante un periodo di heat wave dell’anno 2015. La copertura urbana è
stata definita con il "World Urban Databes and Access Portal Tools" (WUDAPT), un
metodo che permette di classificare le aree urbane in dieci "urban climate zones"
(UCZ), attraverso l’uso combinato di immagini satellitari e "training areas" manualmente
definite con il software Google Earth. Sono state svolte diverse simulazioni a
domini innestati, con risoluzione per il dominio più piccolo di 500 m, centrato sulla
città di Bologna. Le differenze fra le simulazioni riguardano la presenza o l’assenza
delle strutture urbane, il metodo di innesto e tipo di vegetazione rurale. Inoltre, è
stato valutato l’effetto dovuto alla presenza di pannelli fotovoltaici sopra i tetti di ogni
edificio e le variazioni che i pannelli esercitano sullo strato limite urbano. Per verificare
la bontà del modello, i dati provenienti dalle simulazioni sono stati confrontati
con misure provenienti da 41 stazioni all’interno dell’area di studio. Le variabili confrontate
sono: temperatura, umidità relativa, velocità e direzione del vento. Le simulazioni
sono in accordo con i dati osservativi e riescono a riprodurre l’effetto isola
di calore: la differenza di temperatura fra città e zone rurali circostanti è nulla durante
il giorno; al contrario, durante la notte l’isola di calore è presente, e in media
raggiunge il massimo valore di 4°C alle 1:00. La presenza dei pannelli fotovoltaici
abbassa la temperatura a 2 metri dell’aria al massimo di 0.8°C durante la notte, e
l’altezza dello strato limite urbano dell’ordine 200mrispetto al caso senza pannelli. I
risultati mostrano come l’uso di pannelli fotovoltaici all’interno del contesto urbano
ha molteplici benefici: infatti, i pannelli fotovoltaici riescono a ridurre la temperatura
durante un periodo di heat wave, e allo stesso tempo possono parzialmente sopperire
all’alto consumo energetico, con una conseguente riduzione del consumo di
combustibili fossili.
Abstract
Lo scopo di questo studio è la comprensione della dinamica dello strato limite urbano
per città dell’Emilia Romagna tramite simulazioni numeriche. In particolare,
l’attenzione è posta sull’ effetto isola di calore, ovvero sulla differenza di temperatura
dell’aria in prossimità del suolo fra zone rurali e urbane dovuta all’urbanizzazione. Le
simulazioni sono state effettuate con il modello alla mesoscala "Weather Research
and Forecasting" (WRF), accoppiato con le parametrizzazioni urbane "Building Effect
Parametrization" (BEP) e "Building Energy Model" (BEM), che agiscono a vari
livelli verticali urbani. Il periodo di studio riguarda sei giorni caldi e senza copertura
nuvolosa durante un periodo di heat wave dell’anno 2015. La copertura urbana è
stata definita con il "World Urban Databes and Access Portal Tools" (WUDAPT), un
metodo che permette di classificare le aree urbane in dieci "urban climate zones"
(UCZ), attraverso l’uso combinato di immagini satellitari e "training areas" manualmente
definite con il software Google Earth. Sono state svolte diverse simulazioni a
domini innestati, con risoluzione per il dominio più piccolo di 500 m, centrato sulla
città di Bologna. Le differenze fra le simulazioni riguardano la presenza o l’assenza
delle strutture urbane, il metodo di innesto e tipo di vegetazione rurale. Inoltre, è
stato valutato l’effetto dovuto alla presenza di pannelli fotovoltaici sopra i tetti di ogni
edificio e le variazioni che i pannelli esercitano sullo strato limite urbano. Per verificare
la bontà del modello, i dati provenienti dalle simulazioni sono stati confrontati
con misure provenienti da 41 stazioni all’interno dell’area di studio. Le variabili confrontate
sono: temperatura, umidità relativa, velocità e direzione del vento. Le simulazioni
sono in accordo con i dati osservativi e riescono a riprodurre l’effetto isola
di calore: la differenza di temperatura fra città e zone rurali circostanti è nulla durante
il giorno; al contrario, durante la notte l’isola di calore è presente, e in media
raggiunge il massimo valore di 4°C alle 1:00. La presenza dei pannelli fotovoltaici
abbassa la temperatura a 2 metri dell’aria al massimo di 0.8°C durante la notte, e
l’altezza dello strato limite urbano dell’ordine 200mrispetto al caso senza pannelli. I
risultati mostrano come l’uso di pannelli fotovoltaici all’interno del contesto urbano
ha molteplici benefici: infatti, i pannelli fotovoltaici riescono a ridurre la temperatura
durante un periodo di heat wave, e allo stesso tempo possono parzialmente sopperire
all’alto consumo energetico, con una conseguente riduzione del consumo di
combustibili fossili.
Tipologia del documento
Tesi di laurea
(Laurea magistrale)
Autore della tesi
Zonato, Andrea
Relatore della tesi
Correlatore della tesi
Scuola
Corso di studio
Ordinamento Cds
DM270
Parole chiave
Urban Heat Island
Urban Boundary Layer
WRF
WUDAPT
Photovoltaic Panels
Bologna
Katabatic Wind
BEM
BEP
Data di discussione della Tesi
21 Luglio 2016
URI
Altri metadati
Tipologia del documento
Tesi di laurea
(NON SPECIFICATO)
Autore della tesi
Zonato, Andrea
Relatore della tesi
Correlatore della tesi
Scuola
Corso di studio
Ordinamento Cds
DM270
Parole chiave
Urban Heat Island
Urban Boundary Layer
WRF
WUDAPT
Photovoltaic Panels
Bologna
Katabatic Wind
BEM
BEP
Data di discussione della Tesi
21 Luglio 2016
URI
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