La dinamica dell'atmosfera: meteorologia e clima, Presentazione

La composizione dell'atmosfera terrestre

L'atmosfera terrestre è una pellicola gassosa che avvolge il pianeta e ha uno spessore massimo pari a circa un terzo del raggio terrestre.

Funzioni dell'atmosfera

• contiene i gas utilizzati dagli organismi nei processi vitali
• permette il passaggio delle radiazioni luminose
• blocca le radiazioni più energetiche in entrata
• blocca le radiazioni termiche in uscita

La composizione dell'atmosfera terrestre

L'atmosfera terrestre è suddivisa in:

• bassa atmosfera si estende dalla superficie a 100 km di altitudine; composizione N2, O2, Ar, CO2
• alta atmosfera si estende da 100 a 2500 km di altitudine; composizione variabile e sempre più rarefatta

La composizione dell'atmosfera terrestre: Strati e temperatura

• La bassa e l'alta atmosfera sono suddivise in strati concentrici detti sfere, separate da zone di discontinuità o pause
• La divisione delle sfere è stabilita dall'andamento della temperatura

Le condizioni atmosferiche e la meteorologia

La meteorologia studia e cerca di prevedere le condizioni atmosferiche in una data località e in un certo momento. Le condizioni atmosferiche dipendono dalle caratteristiche fisiche delle masse d'aria coinvolte:

• Temperatura
• Pressione
• Umidità

Le masse d'aria sono grandi volumi di aria, con dimensioni orizzontali dell'ordine di qualche migliaio di chilometri.

La pressione dell'aria

L'aria esercita una pressione:

• al livello del mare, alla temperatura di 20 ℃, 1 m3 d'aria ha una massa di 1,293 kg -> 1 kg / cm2 di superficie;
• si misura in pascal (1 N/m2) e in ettopascal (hPa).
• diminuisce a mano a mano che aumenta l'altitudine (gradiente barico verticale)
• diminuisce se aumenta la temperatura
• diminuisce se l'aria è umida

La temperatura dell'aria

La temperatura dell'aria al suolo, misurata in gradi Celsius, è registrata da termometri a massima e minima che permettono di valutare le variazioni nelle 24 ore.

Registrazione delle temperature

Nelle ore calde invece il mercurio, dilatandosi, sale a destra spingendo la barretta metallica. Nelle 24 ore la temperatura si abbassa e la colonnina di mercurio sale a sinistra, trascinata dall'alcol che si contrae; la barretta metallica si sposta in alto. Nella colonna di sinistra si registrano le temperature minime, in quella di destra le temperature massime.

La temperatura dell'aria: Escursioni e medie

• L'escursione termica diurna è la differenza tra la temperatura massima e la minima
• La temperatura media diurna si calcola come metà della somma tra temperatura massima e temperatura minima
• La temperatura media mensile è la media delle temperature medie diurne registrate durante il mese
• L'escursione termica annua è data dalla differenza tra la temperatura media del mese più caldo e quella del mese più freddo

La temperatura della troposfera: Fattori di variazione

La temperatura della troposfera varia in base a diversi fattori.

• Variazione in latitudine. La quantità di radiazione solare diminuisce dall'Equatore verso i poli (condizione generale ma non sufficiente!)
• Variazione in altitudine. La diminuzione di temperatura con l'altitudine è dovuta all'aumento di energia potenziale gravitazionale delle particelle gassose
• Variazione in base alla topografia. La presenza di rilievi, masse d'acqua, centri abitati e l'esposizione dei versanti influenzano la temperatura di una località

Il fenomeno dell'inversione termica

La temperatura della troposfera varia in base a diversi fattori. Le inversioni termiche. Durante le giornate invernali fredde e serene, in assenza di vento, si può assistere in quota alla presenza di inversioni termiche causate dal raffreddamento veloce del suolo durante la notte.

Effetti dell'inversione termica

L'aria fredda ristagna in basso, mentre sopra si stratifica aria più calda. Al contatto tra le due masse il vapore acque condensa e si originano nebbie o nubi basse e stratificate

L'umidità assoluta e l'umidità relativa dell'aria

• Si definisce umidità assoluta la quantità di vapore acqueo espressa in grammi contenuta in 1 m3 d'aria
• Il punto di rugiada (Dew Point) è la temperatura alla quale in un volume unitario di aria avviene la saturazione del vapore, e comincia la condensazione
• L'umidità relativa è il rapporto tra la quantità di vapore effettivamente presente in un volume d'aria di riferimento (per esempio 1 m3) e quello massimo ideale che tale volume d'aria potrebbe contenere al punto di rugiada. Si esprime in percentuale.

La condensazione del vapore acqueo

La condensazione del vapore può avvenire grazie a minuscole particelle solide sospese nell'aria nuclei di condensazione Il raffreddamento di una massa d'aria può avvenire in diversi modi:

• per contatto con superfici fredde
• per aggiunta di vapore acqueo
• per mescolanza con masse d'aria più fredde a causa di movimenti ascensionali

Le carte del tempo

Sulle carte del tempo sono riportate le isobare, isolinee che uniscono punti a uguale pressione A. In particolare, si distinguono B:

• aree cicloniche o di bassa pressione
• aree anticicloniche o di alta pressione

I venti

Quando tra due zone limitrofe al suolo si stabilisce una differenza di pressione atmosferica, si genera un gradiente barico orizzontale. Il vento è un movimento d'aria che si genera in seguito alla presenza di un gradiente barico. La velocità del vento è tanto più elevata quanto più è alto il gradiente e quanto più vicine sono le zone interessate dal gradiente (isobare più ravvicinate tra loro).

I venti locali

I venti locali spirano in conseguenza di differenze di pressione dovute al diverso riscaldamento di zone adiacenti. Le brezze di mare e di terra sono esempi di venti locali.

Brezze di mare e di terra

La brezza di mare è un vento leggero che spira da mare verso terra durante il dì. La brezza di terra è un vento leggero che spira da terra verso il mare durante la notte.

I venti periodici

I venti periodici spirano con una periodicità regolare durante l'anno. Tra questi i più famosi sono i monsoni, generati dagli stessi tipi di meccanismi delle brezze.

Monsoni

Nessuna area umida da cui i venti possano attingere vapore acqueo Forti piogge carico di umidità I venti trasportano vapore acqueo dall'oceano Venti prevalenti -> Zona di massima piovosità Venti prevalenti Zona di minima piovosità

I venti planetari

I venti planetari sono suddivisi in fasce latitudinali e spirano costantemente sulla superficie terrestre mantenendo nel tempo direzione costante A. Si basano su tre sistemi convettivi in ciascun emisfero B.

Le aree cicloniche e le aree anticicloniche

Forza di Coriolis: nelle aree cicloniche dell'emisfero settentrionale, l'aria che si sposta secondo gradiente dall'esterno verso l'interno (moto convergente) subisce una deviazione verso sinistra, che imprime all'aria un moto rotatorio di senso antiorario. Il contrario avviene nelle aree anticicloniche.

La circolazione nell'alta troposfera

A causa dell'assenza di attrito con la superficie terrestre, tra 3000 e 5000 m di altitudine i venti spirano con regolarità e costanza, spinti solo dalle differenze di pressione e deviati dalla forza di Coriolis:

• correnti occidentali (medie latitudini)
• correnti orientali (a cavallo dell'equatore)

Correnti a getto

Tra 6000 e 9000 m di altitudine, ai limiti con la tropopausa, sono state individuate delle correnti occidentali particolarmente forti, che possono raggiungere i 500 km/h; per questo motivo sono definite correnti a getto o jet streams.

Le perturbazioni atmosferiche

Tempo atmosferico (o tempo meteorologico) di una data regione è caratterizzato da elementi:

• Pressione atmosferica sul livello del mare
• Umidità assoluta
• Temperatura

Dipendono dalle caratteristiche delle masse d'aria e dalle loro interazioni ed è diverso dal clima! Quando due masse d'aria con caratteristiche fisiche diverse entrano in contatto, le superfici che le separano sono dette fronti.

Le perturbazioni atmosferiche: Tipi di fronti

• Fronte caldo: superficie di contatto tra una massa d'aria calda che si muove verso una massa d'aria fredda
• Fronte freddo: superficie di contatto tra una massa d'aria fredda che si muove verso una massa d'aria calda
• Fronte occluso: incontro tra due fronti

Le previsioni del tempo

I dati meteorologici sono elaborati in forma grafica (carte sinottiche o carte meteo) per evidenziare gli elementi fondamentali del tempo, attraverso l'uso di simboli che indicano la direzione del vento, i tipi di fronte ecc ...