Stima dei flussi turbolenti verticali nello strato limite superficiale marino

Lo strato superficiale del mare, il cosiddetto Ocean Surface Boundary Layer (OSBL), è la zona in cui avviene lo scambio di energia e materia tra l’atmosfera e il mare. Questo strato è caratterizzato da un elevato mescolamento causato principalmente dalle forzanti atmosferiche agenti su di esso (Moum & Smyth, 2001); qui, infatti, si vengono a formare delle strutture turbolente che trasportano e mescolano le grandezze caratteristiche sia sull’orizzontale che sulla verticale. I fenomeni che concorrono al mescolamento verticale dello strato limite superficiale sono molteplici, alcuni di questi sono ben compresi, mentre altri sono di difficile osservazione e formulazione teorica. A partire dai processi più superficiali sino a quelli più profondi, possiamo considerare i temporali, il frangimento delle onde, lo Stokes drift, lo shear, la circolazione di Langmuir, l’instabilità convettiva e per finire l’instabilità di Kelvin- Helmoltz, nella quale le onde di gravità interne agiscono principalmente all’interfaccia tra lo strato superficiale e lo strato profondo del mare. La profondità dello strato superficiale del mare è determinata dalla combinazione di tutti i fenomeni precedentemente nominati, cioè dall’agire contrastante del mescolamento turbolento e delle forze associate alla stratificazione stabile. La presenza simultanea di questi fenomeni non consente la parametrizzazione del mescolamento turbolento dell’OSBL tramite i classici modelli di circolazione oceanica (Li et al., 2019); alcuni di questi fenomeni, quindi, hanno bisogno di una parametrizzazione specifica per tenere in considerazione il loro contributo. Lo studio dell’OSBL riveste particolare importanza per la presenza al suo interno della maggior parte di organismi acquatici e degli inquinanti marini. Inoltre, è lo strato responsabile degli scambi energetici tra il mare e l’atmosfera, regolando in modo rilevante il bilancio climatologico globale. I flussi turbolenti sono le grandezze principali che quantificano questi processi e per tale motivo molti ricercatori in passato hanno ricavato schemi analitici e parametrizzazioni per la loro determinazione (Niiler & Kraus, 1977; Large et al. 1994; Burchard et al., 2008; Reichl & Hallberg, 2018). In questo lavoro, dopo aver accennato in modo qualitativo ai vari fenomeni che caratterizzano il mescolamento dello strato superficiale del mare, si presentano in modo sintetico alcune tecniche di parametrizzazione di questi fenomeni, che sembrano essere più promettenti per l’uso congiunto con modelli di dispersione di inquinanti in ambiente marino.