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Effect of near-surface flow-particle interactions on snowfall deposition in alpine terrain

Chiara Di Ciollo

Effect of near-surface flow-particle interactions on snowfall deposition in alpine terrain.

Rel. Costantino Manes, Michael Lehning. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Ingegneria Per L'Ambiente E Il Territorio, 2018

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Abstract:

In un contesto complesso come quello alpino, la valutazione della distribuzione spaziale dello spessore di neve al suolo non può fare affidamento su misure puntuali o metodi analitici. Assieme alle precipitazioni orografiche e al trasporto di neve indotto dal vento, la deposizione preferenziale della precipitazione nevosa è una delle principali cause di eterogeneità nella distribuzione di neve. Nonostante la crescente mole di letteratura, le dinamiche e l'entità della deposizione preferenziale rimangono ancora poco chiare e costituiscono un'incognita nel bilancio di massa della copertura nevosa nelle regioni alpine e polari oltre che nella previsione del rischio valanghe. Questo lavoro punta a fornire una migliore comprensione dell’influenza dei fattori topografici e meteorologici sulla deposizione preferenziale della precipitazione nevosa. Esso vuole inoltre investigare in quale misura il processo di deposizione preferenziale può spiegare la variabilità osservata nello spessore del manto nevoso in territorio alpino. Misure in campo e metodi analitici non consentono di separare gli effetti della deposizione preferenziale da quelli dei gradienti di precipitazione, di drifting o di blowing snow. Si fa pertanto affidamento alla modellazione numerica per analizzare fenomeni di interazione fluido-particella nello strato turbolento dell’atmosfera più vicina alla superficie terrestre. Nello specifico, in questa tesi sviluppata al laboratorio di scienze della criosfera (CRYOS) dell’EPFL, sono stati combinati: Large Eddy Simulation (LES) per risolvere le scale a maggior energia, Lagrangian Stochastic Model (LSM) per risolvere le traiettorie delle particelle nevose e Immersed Boundary Method (IBM) per riprodurre il reale modello digitale del terreno (DTM). Il caso studio è una cresta montuosa nel cantone dei Grigioni (CH), chiamata Gaudergrat. Per quanto al momento noto, è la prima volta che un tale modello sia applicato alla simulazione della precipitazione di neve su reale topografia. Previa validazione del modello su esperimenti di laboratorio reperiti in letteratura, viene dapprima eseguita un’analisi di sensibilità del modello alla dimensione del dominio, per valutare gli effetti delle condizioni al contorno sul pattern di deposizione nell’area di interesse. In secondo luogo viene condotta una serie di simulazioni con crescente intensità del vento da cui si nota che lo spessore del manto di neve a cavallo della cresta montuosa diventa sempre più disomogeneo (con tipica alternanza di zone di accumulo e zone povere di neve). Con l’aumento dell’advezione il moto ascensionale sopravvento aumenta e sospinge le particelle nevose oltre la cresta, spostando così la zona di massimo accumulo nella direzione del vento. Emerge inoltre che le particelle modellate come dendritiche sono più sensibili all’advezione rispetto a quelle sferiche; il pattern di deposizione preferenziale risulta infatti accentuato e più vicino a quello reale. Viene infine mostrato come l’assunzione modellistica di particelle prive di inerzia (o passive), spesso usata negli studi di letteratura, può condurre ad errori di stima nel caso di particelle sferiche. Per concludere, i risultati delle simulazioni sono confrontati con delle osservazioni in campo: il processo di deposizione preferenziale non giustifica, da solo, la variabilità spaziale dello spessore di neve misurato; a questo contribuiscono notevolmente anche l’erosione dei fiocchi appena depositati e la loro sublimazione.

Relators: Costantino Manes, Michael Lehning
Academic year: 2017/18
Publication type: Electronic
Number of Pages: 89
Subjects:
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Ingegneria Per L'Ambiente E Il Territorio
Classe di laurea: New organization > Master science > LM-35 - ENVIRONMENTAL ENGINEERING
Ente in cotutela: ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE DE LAUSANNE - EPFL (SVIZZERA)
Aziende collaboratrici: ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE DE LAUSANNE
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/7713
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