L'aria calda sale, l'aria fredda scende. È un principio fondamentale della natura.

Perché affonda, l'aria fredda trova spesso depressioni o terreni bassi, come una valle o un bacino, in cui raccogliere, soprattutto di notte quando le temperature diminuiscono. Quando il sole sorge e le temperature aumentano, l'aria fredda si riscalda e si mescola con l'aria circostante. Ma durante l'inverno, e anche in primavera, questa aria fredda può indugiare, spesso per diversi giorni, in un fenomeno noto come "evento di piscina fredda".

Le piscine fredde possono intrappolare gli inquinanti che normalmente si mescolerebbero e si disperderebbero con correnti d'aria maggiori, causando gravi rischi per la salute nelle aree urbane densamente popolate. Noto per ridurre la velocità del vento e produrre pioggia gelata, possono anche avere un impatto negativo sulle turbine eoliche della zona, diminuzione della produzione di energia elettrica a breve termine e turbine potenzialmente dannose.

I ricercatori dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno recentemente collaborato in un periodo di 18 mesi, campagna multi-istituzionale sul campo con la National Oceanic and Atmospheric Administration e altri laboratori sponsorizzati dal DOE per studiare gli eventi di piscine fredde nella Columbia River Gorge, lungo il confine tra Oregon e Washington. L'obiettivo della ricerca è quello di comprendere e prevedere meglio gli eventi della piscina fredda, come parte del progetto di miglioramento delle previsioni del vento del DOE. Le loro scoperte sono state recentemente pubblicate sul Journal of Applied Meteorology and Climatology.

"Così com'è, gli eventi della piscina fredda non sono ben caratterizzati per i modelli numerici di previsione meteorologica (NWP), " ha spiegato l'assistente scienziato atmosferico Paytsar Muradyan della divisione di Scienze ambientali di Argonne. "Senza una previsione accurata di questi eventi, diventa molto difficile prepararsi per loro, in particolare per i produttori di energia."

Il tempo inclemente causato da eventi in piscina fredda può ridurre la longevità delle turbine eoliche, soprattutto se le turbine sono ancora attive durante queste cattive condizioni. Grandine, Per esempio, danneggerà ancora le turbine a riposo, ma causerà più danni quanto più velocemente si muovono, portando a problemi con la produzione complessiva di elettricità e la stabilità della rete elettrica.

"Se non puoi prevedere questi eventi, non puoi pianificare e adattare i cambiamenti nella tua produzione di elettricità, " disse Muradyan. " Credi che un giorno produrrai una certa quantità di elettricità, ma con venti improvvisi e bassi causati da un evento di piscina fredda, non lo sarai."

Gli effetti imprevedibili degli eventi della piscina fredda sulla generazione di elettricità possono continuare anche dopo che l'evento si è placato. Quando l'aria fredda finalmente si mescola e si disperde nell'aria più calda, può causare cambiamenti improvvisi e drammatici nella velocità e nella direzione del vento, denominati "ramp-up" o "rampe del vento".

"Migliorare la previsione di queste rampe del vento può portare a una rete elettrica più stabile e a un costo complessivo dell'elettricità più basso, " ha spiegato Muradyan.

Per arrivare a quelle previsioni, i ricercatori hanno raccolto grandi quantità di dati per caratterizzare gli eventi della piscina fredda. Questi dati possono quindi essere utilizzati per migliorare la parametrizzazione nei modelli NWP. I ricercatori erano principalmente interessati ai profili verticali collocati della velocità del vento, la direzione del vento, temperatura e umidità per sviluppare criteri per l'identificazione della piscina fredda.

Argonne ha fornito due dei wind profiler radar e due dei wind profiler sodar; entrambi sono stati utilizzati per analizzare la profondità delle pozze fredde e la distribuzione della velocità del vento. Per la profilazione della temperatura sono stati utilizzati due sistemi di sonorità radioacustiche.

"L'idea era di usare queste misurazioni, raccolte in un terreno complesso come la Columbia River Gorge, sviluppare criteri per determinare se si sta verificando un evento di piscina fredda, "ha detto Muradyan. "Scomponendo nella continuità temporale, o la durata degli eventi, abbiamo sviluppato un algoritmo per identificare tutti gli eventi della piscina fredda durante i 18 mesi dello studio".

L'algoritmo, Muradyan continuò, potrebbe essere potenzialmente applicato ad altre località per migliorare la previsione del NWP di condizioni meteorologiche avverse causate da eventi di piscine fredde.

"Preavviso al cittadino medio, così come le aziende energetiche, è ciò per cui stiamo lottando, " lei ha aggiunto, "perché questa ricerca ha il potenziale per migliorare la salute e ridurre i costi energetici".

Un articolo che descrive la ricerca, "Identification and Characterization of Persistent Cold Pool Events from Temperature and Wind Profilers in the Columbia River Basin" è stato pubblicato nel Journal of Applied Meteorology and Climatology a novembre.