Un flusso turbolento atmosferico può essere qualitativamente pensato come la sovrapposizione di vortici le cui scale spaziali e temporali variano in un intervallo molto ampio: dal millimetro al chilometro le prime, dalla frazione di secondo alle ore le seconde. Il flusso acquista energia cinetica turbolenta alla scala caratteristica dei suoi vortici più grandi (l). La formazione di tali vortici, detti vortici contenenti energia, è dovuta ad instabilità termica o meccanica del flusso medio, dal quale essi derivano la loro energia; la loro dimensione è legata alla lunghezza di macroscala della turbolenza (l), comparabile alle scale caratteristiche del flusso medio e fortemente dipendente dalla profondità dello strato limite. In generale essi sono caratterizzati da una forte intensità e sono responsabili della maggior parte del trasporto turbolento. Questi grandi vortici sono soggetti ad instabilità, determinata dall'interazione con gli altri vortici . Pertanto essi sono caratterizzati da una durata di vita finita dopo la quale generano vortici di dimensione più piccola ai quali trasferiscono la loro energia. Durante tale processo, che produce la generazione in cascata di vortici via via sempre più piccoli, l'energia non viene né creata né distrutta, ma semplicemente trasferita da una scala spaziale all'altra. Il trasferimento di energia termina quando le dimensioni dei vortici diventano tali da rendere predominante la viscosità molecolare: essa converte irreversibilmente l'energia turbolenta in energia cinetica molecolare, o energia interna. I vortici dissipativi sono caratterizzati da una lunghezza, detta lunghezza di microscala della turbolenza, legata alla viscosità del fluido, e alla velocità di dissipazione dell'energia. Pertanto, in corrispondenza di tale scala spaziale, l'energia viene sottratta al sistema sotto forma di calore. Dopo tale premessa è facile intuire come possa essere importante riuscire ad isolare le differenti scale dei moti turbolenti, per osservarne separatamente il diverso comportamento. A tale scopo uno strumento utile è l'analisi spettrale, basata sull' applicazione di un analisi armonica di funzioni casuali di una o più variabili. La rappresentazione spettrale permette di associare a ciascuna scala del moto la corrispondente quantità di energia cinetica, varianza o flusso turbolento ed eventualmente, quando è possibile, di isolare i differenti contributi. Scopo di questo lavoro è mettere a punto delle procedure di filtro per migliorare le informazioni ricavabili dai dati nel dominio spettrale. Nei paragrafi successivi sarà trattato l'analisi di Fourier (par.1) e saranno illustrati i principali problemi che si incontrano nell'applicazione di tale metodo a serie temporali discrete (par.2). Quindi saranno elencate (par.3) le procedure principali per ovviare a questi problemi con particolare riferimento alla rimozione dalla serie di dati di eventuali trends, generatori di rumore rosso nello spettro. A tale proposito sarà descritto con maggior dettaglio un filtro spettrale messo a punto in questo lavoro, mostrandone la sua efficacia nell'applicazione ai dati sperimentali. Infine (par.4) saranno descritte delle procedure per la rappresentazione grafica dei dati spettrali.
Analisi Spettrale applicata a Serie temporali Discrete"
Cava D;
1997
Abstract
Un flusso turbolento atmosferico può essere qualitativamente pensato come la sovrapposizione di vortici le cui scale spaziali e temporali variano in un intervallo molto ampio: dal millimetro al chilometro le prime, dalla frazione di secondo alle ore le seconde. Il flusso acquista energia cinetica turbolenta alla scala caratteristica dei suoi vortici più grandi (l). La formazione di tali vortici, detti vortici contenenti energia, è dovuta ad instabilità termica o meccanica del flusso medio, dal quale essi derivano la loro energia; la loro dimensione è legata alla lunghezza di macroscala della turbolenza (l), comparabile alle scale caratteristiche del flusso medio e fortemente dipendente dalla profondità dello strato limite. In generale essi sono caratterizzati da una forte intensità e sono responsabili della maggior parte del trasporto turbolento. Questi grandi vortici sono soggetti ad instabilità, determinata dall'interazione con gli altri vortici . Pertanto essi sono caratterizzati da una durata di vita finita dopo la quale generano vortici di dimensione più piccola ai quali trasferiscono la loro energia. Durante tale processo, che produce la generazione in cascata di vortici via via sempre più piccoli, l'energia non viene né creata né distrutta, ma semplicemente trasferita da una scala spaziale all'altra. Il trasferimento di energia termina quando le dimensioni dei vortici diventano tali da rendere predominante la viscosità molecolare: essa converte irreversibilmente l'energia turbolenta in energia cinetica molecolare, o energia interna. I vortici dissipativi sono caratterizzati da una lunghezza, detta lunghezza di microscala della turbolenza, legata alla viscosità del fluido, e alla velocità di dissipazione dell'energia. Pertanto, in corrispondenza di tale scala spaziale, l'energia viene sottratta al sistema sotto forma di calore. Dopo tale premessa è facile intuire come possa essere importante riuscire ad isolare le differenti scale dei moti turbolenti, per osservarne separatamente il diverso comportamento. A tale scopo uno strumento utile è l'analisi spettrale, basata sull' applicazione di un analisi armonica di funzioni casuali di una o più variabili. La rappresentazione spettrale permette di associare a ciascuna scala del moto la corrispondente quantità di energia cinetica, varianza o flusso turbolento ed eventualmente, quando è possibile, di isolare i differenti contributi. Scopo di questo lavoro è mettere a punto delle procedure di filtro per migliorare le informazioni ricavabili dai dati nel dominio spettrale. Nei paragrafi successivi sarà trattato l'analisi di Fourier (par.1) e saranno illustrati i principali problemi che si incontrano nell'applicazione di tale metodo a serie temporali discrete (par.2). Quindi saranno elencate (par.3) le procedure principali per ovviare a questi problemi con particolare riferimento alla rimozione dalla serie di dati di eventuali trends, generatori di rumore rosso nello spettro. A tale proposito sarà descritto con maggior dettaglio un filtro spettrale messo a punto in questo lavoro, mostrandone la sua efficacia nell'applicazione ai dati sperimentali. Infine (par.4) saranno descritte delle procedure per la rappresentazione grafica dei dati spettrali.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
