METEOROLOGIA La meteorologia lo studio della circolazione generale

METEOROLOGIA

La meteorologia è lo studio della circolazione generale nella troposfera La causa di tale circolazione risiede nell’energia , soprattutto TERMICA, accumulata nell’atmosfera a quota relativamente bassa. Vediamo come si produce questo accumulo, tenendo presente che la fonte di energia è il Sole. Il bilancio globale è nullo, nel senso che il 100% dell’energia ricevuta dal Sole, prima o poi viene restituita e dispersa nello spazio: energia totale intercettata dalla Terra = energia totale emessa dal Sistema Terra Teniamo presente che, mentre solo metà della Terra (quella illuminata dal Sole) riceve luce e calore, tutta la Terra irradia calore all’esterno. Prima che l’energia in arrivo (100%) venga dispersa, il sistema suolo-idrosfera-atmosfera ne trattiene per un certo tempo una grande quantità, circa il 70% (infatti mediamente un 30% viene riflesso subito nello spazio da nubi, pulviscolo e molecole di vapore acqueo). Di questo, circa il 50% effettivamente raggiunge la superficie, mentre il 20% è assorbito dall’atmosfera : così fra suolo, aria e acqua si instaurano scambi termici.

L’aria, oltre ad essere scaldata direttamente dal Sole, riceve calore dal suolo: così lo strato di troposfera soprastante si dilata e si solleva, ed è sostituito da quello più freddo, che a sua volta si scalda e così via (convezione). La presenza di gas-serra ( CO 2, metano, vapore acqueo…) ne alza ulteriormente la temperatura (Effetto serra). Gran parte dell’energia solare viene poi utilizzata per far evaporare l’acqua, che la trattiene come calore latente di evaporazione del vapore acqueo. Anche l’acqua degli oceani riceve calore dal Sole, e in più scambia continuamente calore con l’aria (la direzione del flusso , naturalmente, dipende dalle relative temperature). Inoltre riceve energia cinetica dai venti che producono il moto ondoso. Come si vede dai valori in figura, il bilancio globale è nullo: sottraendo dalla radiazione incidente quella riflessa, otteniamo quella uscente. La differenza è che in entrata vi sono radiazioni di vario tipo, mentre in uscita sono soprattutto radiazioni infrarosse.

BILANCIO TERMICO E LATITUDINE Ma è possibile guardare anche più in dettaglio al bilancio radiativo del pianeta. Il grafico mostra la media annuale della radiazione solare in entrata (ARANCIONE) e di quella terrestre in uscita (VERDE ) nella sua variazione da polo. La radiazione solare in entrata aumenta dai poli verso l’equatore , perché ai poli l’angolo di incidenza della radiazione solare è minore, facendo diminuire la densità di energia per metro quadro. La radiazione termica emessa dalla Terra è mostrata dalla curva verde in basso. La differenza tra le due radiazioni è il bilancio netto di radiazione che rappresenta la quantità totale di energia assorbita o persa dalle varie zone del pianeta. Globalmente, come abbiamo detto, le due curve si equivalgono: energia assorbita ed emessa alla fine sono uguali. Ma si può vedere che i poli emettono più energia di quella che ricevono direttamente, mentre le zone subtropicali emettono meno energia di quanta ne ricevono.

Una situazione del genere produce un trasferimento dell’energia in eccesso dai tropici verso i poli, in modo da poter essere dissipata. Questo trasporto è effettuato dall’atmosfera e dall’oceano attraverso i loro moti (= VENTI, CORRENTI OCEANICHE). Per la troposfera, la Circolazione Generale è il modo con cui questo equilibrio si realizza sul nostro pianeta. L’ idea della circolazione generale è molto recente. La prima ipotesi di circolazione generale è del 1735 e si deve al naturalista inglese George Hadley. Si basava sulle osservazioni raccolte dalle spedizioni che in quegli anni cominciavano ad esplorare tutto il globo e quindi ad avere le prime osservazioni delle temperature e dei venti globali. L’idea era quella di una circolazione diretta, che solleva l’aria calda e secca all’equatore, portandola verso i poli in quota, mentre alla superficie avviene il contrario. La rotazione impedisce una circolazione diretta lungo i meridiani, dall’equatore al polo, deviando la direzione prevalente dei venti verso destra, ovvero verso ovest (Effetto Coriolis).

CELLE CONVETTIVE GLOBALI e venti costanti nella bassa troposfera Solo nel 1928, avendo a disposizione le prime osservazioni in quota, il meteorologo Tor Bergeron propose la visione moderna della circolazione generale della Terra. Nel suo schema, la circolazione generale della TROPOSFERA è organizzata in TRE CELLE CONVETTIVE. La parte bassa di ognuna di queste celle forma i venti costanti, su grande scala. I) La cella di Hadley che si estende dall’equatore fino ai tropici. 2) La cella di Ferrel, la cui circolazione è nel senso opposto a quella della cella di Hadley e che domina le medie latitudini temperate. 3)una terza cella tra le medie latitudini e i poli. (Cella polare) Nel complesso, il sistema delle celle è una conseguenza del riscaldamento differente tra polo ed equatore della Terra e della rotazione del pianeta Le frecce indicano i venti costanti nella bassa tropofera, cioè al suolo: i venti alisei da NE e SE nella cella di Hadley, i venti occidentali in quella di Ferrel, i venti polari da E in quella polare.

Ecco il confronto fra il modello a tre celle convettive (a dx. ) e la situazione reale del pianeta (a sin. ). La splendida foto del satellite Eumetsat mostra le zone di calme subtropicali dove domina l’alta pressione e il cielo è quasi sempre sereno. In queste zone si trovano i maggiori deserti, come il Sahara e il Kalahari in Africa, ma anche quello arabico, il Gobi in Mongolia e quello dell’Australia centrale. Si notano anche perturbazioni cicloniche in rotazione oraria nell’emisfero sud e in prossimità del circolo polare nord, inoltre perturbazioni nuvolose lungo l’equatore, dove c’è la CONVERGENZA degli alisei e il sollevamento dell’aria fa condensare il vapore acqueo portando piogge quasi quotidiane ma di breve durata. http: //oiswww. eumetsat. org/WEBOPS/medialib/images/2007_07_26_1200_m 9_rgb_05 -06_08 -09_05. jpg o, per altre immagini, vai a http: //www. eumetsat. int/Home/Main/Image_Gallery/Image. Library/index. htm oppure per la circolazione globale: http: //www. youtube. com/watch? v=DHrapz. HPCSA&feature=player_detailpage

E nella alta troposfera? • Nella parte alta (oltre i 5000 m di quota) delle tre celle, la circolazione sembra produrre solo CORRENTI OCCIDENTALI , a parte una corrente equatoriale orientale sopra la zona di convergenza degli alisei. • • Queste sono dette “correnti a getto” per la loro velocità elevata, che raggiunge i 500 km/h! Sono 2 per emisfero, una a 30° lat circa, detta SUBTROPICALE (GST) e una 60° LAT circa, detta DEL FRONTE POLARE (GFP) Molti pensano che ad alta quota sopra l’equatore la pressione sia inversa rispetto al suolo, per cui l’alta pressione genera spostamento d’aria in direzione polare, dove la pressione è più bassa. Non essendovi attrito con il suolo né catene montuose, l’effetto Coriolis fa deviare le correnti fino a far sì che assumano una direzione lungo i paralleli, da W ad E. (per l’effetto Coriolis vedi http: //www. youtube. com/watch? feature=player_detailpage&v=mc. Ps_Od. QOYU) • Nella foto a sinistra e nel relativo video http: //oiswww. eumetsat. org/WEBOPS/iotm/20 050507_jets/20050507_jets. html si vede la corrente a getto GFP dell’emisfero australe. Essa mette in moto anche l’aria sottostante, producendo ondulazioni (saccature) che rimescolano l’aria tropicale e quella polare creando cicloni e anticloni in moto continuo. Questo dimostra l’influenza di queste correnti anche sul clima nella bassa troposfera.

PERTURBAZIONI CICLONICHE • • • Un ciclone è una zona di bassa pressione verso cui l’aria converge, seguendo un movimento antiorario (emisfero boreale) o orario (emisfero australe). L’aria poi tende a salire al centro raffreddandosi : il vapore acqueo raggiunge il punto di rugiada e si producono nubi e precipitazioni. I cicloni delle zone temperate (extratropicali) richiamano aria di provenienza diversa e sono quindi causa di incontro fra masse d’aria polari (fredde e secche) e subtropicali (calde e anche umide, se provenienti dall’oceano) I cicloni tropicali si producono in genere per il contrasto termico e barico elevato fra terra e mare (assai più caldo), e una volta formatisi, dall’oceano si possono spostare assai rapidamente sulle zone costiere, spesso provocando seri danni. La foto mostra un ciclone tropicale. I simboli rossi indicano la direzione e la forza del vento: più trattini rossi ci sono in cima al tratto più lungo, più il vento è forte. Sai dire in che emisfero ci troviamo?

COME SI FORMA UN CICLONE? Quando due enormi masse d'aria, aventi caratteristiche di temperatura, di pressione e di umidità differenti (come l'aria polare e l'aria equatoriale), si incontrano, non si mescolano, come potremmo aspettarci…. Si crea, invece, tra loro una invisibile "parete" detta superficie di discontinuità (A): l'aria calda resta da una parte e quella fredda dall'altro; la intersezione della superficie di discontinuità con il suolo dà luogo ad una linea detta fronte; l’aria scorre lungo la sup. di disc. in sensi opposti: così si innescano delle ondulazioni (B) che possono amplificarsi o smorzarsi. Spesso accade che una di queste ondulazioni, alimentata da una sufficiente differenza nella forza e direzione dei venti, aumenta via di ampiezza, fino a formare un "dente" di aria calda (C) che si incunea nella massa fredda; così si origina sulla cresta dell'onda un minimo di pressione associato ad una convergenza ciclonica. Successivamente il dente si approfondisce fino a che il ciclone raggiunge lo stadio della piena maturità (D) caratterizzato dalla circolazione antioraria. Osservando dall'alto un ciclone maturo vediamo dunque che la superficie di discontinuità (che ha assunto una forma a V) divide tra loro tre masse d'aria con temperature ed umidità molto differenti; queste si inseguono reciprocamente formando due fronti (uno per ogni braccio della V, freddo e caldo). L’aria in movimento, in questo caso quella fredda, via solleva quella calda (causando nubi e precipitazioni) fino all’ occlusione, cioè la fine della perturbazione ciclonica.

FRONTE FREDDO -in un fronte freddo è l’aria fredda a muoversi incontro a quella calda: essendo più pesante la solleva facendo condensare il vapore acqueo in essa contenuto, e causando perturbazioni anche violente. A sin il modello teorico, a destra la foto da satellite: un fronte freddo sulla Russia, a N del Mar Nero Copyright 2012 eumetsat

FRONTE CALDO: -è l’aria calda, meno densa, a muoversi incontro a quella fredda: questo la fa sollevare e provocare piogge, in genere più estese ma più deboli rispetto a quelle del fronte freddo. Sotto il modello, a destra, un fronte caldo in avanzamento sopra la Polonia. Copyright 2012 eumetsat

FRONTE OCCLUSO: L'occlusione, che nella cartina prosegue con il fronte freddo originario (linea con i triangoli anneriti), deriva dall'unione del fronte freddo con il fronte caldo iniziali; allorché la depressione, alla quale sono associati i sistemi frontali caldo-freddo, si mantiene stazionaria o si muove di poco, il fronte freddo raggiunge quello caldo antistante e lo fa scorrere al disopra della superficie frontale fredda, formando, appunto, l'occlusione, che rappresenta la fine imminente della perturbazione indotta dall'area ciclonica con i sistemi frontali ad essa associati. La presenza, nell'area interessata dall'occlusione, di nubi a sviluppo verticale e nubi stratificate, denuncia il formarsi della stessa.

Nelle carte del tempo si indicano le linee ISOBARE, che sono formate da punti ad uguale pressione atmosferica, di solito espressa il MILLIBAR o ettopascal. Il valore medio è 1013 mbar. Confronto fra carta e situazione reale: sull’Italia si nota un fronte occluso che porta rovesci temporaleschi soprattutto sul Sud. A est dell’Irlanda una tipica circolazione ciclonica porta piogge sulle isole britanniche, mentre da SE l’anticiclone delle Azzorre porta miglioramento su penisola Iberica e Francia. E’ quando questo anticiclone si sposta stabilmente sul Mediterraneo che inizia per noi l’estate meteorologica.

I venti C'è un modo pratico per conoscere la posizione della bassa e dell'alta pressione: mettendosi in modo da avere il vento alle spalle, la bassa pressione si trova davanti a sinistra e l'alta pressione dietro a destra. Nell'emisfero australe si invertono sinistra e destra. Come già visto, l’aria si sposta da zone anticicloniche a zone cicloniche, seguendo cioè il GRADIENTE BARICO. La forza del vento è direttamente proporzionale alla differenza di pressione e inversamente proporzionale alla distanza fra i due centri barici. La direzione solo in teoria è rettilinea, nella realtà risente dell’effetto Coriolis causato dalla rotazione terrestre http: //www. youtube. com/watch? fea ture=player_detailpage&v=mc. Ps_Od QOYU Quindi l’aria si allontana dall’alta pressione ruotando in senso orario e si avvicina alla bassa in senso antiorario (nel nostro emisfero).

Il cattivo tempo associato ai cicloni si spiega con la risalita dell’aria, che raffreddandosi fa aumentare l’umidità relativa fino a raggiungere il punto di rugiada, e la formazione di nubi.

CLASSIFICAZIONE DEI VENTI A) Un modo comune di classificare i venti è basato sulla DIREZIONE DA CUI PROVENGONO, misurata tramite i punti cardinali. Vedi la Rosa dei venti, che risale ai navigatori veneziani, che, trovandosi nel Mare Ionio denominavano i venti dalla direzione di provenienza: da E, cioè dalla Grecia, spira il Grecale, da SE (Siria) lo scirocco, da S (Libia) il Libeccio, da NO (direzione di Venezia) il Maestrale…. B) Oppure in base alla PERIODICITÀ (venti costanti, periodici, variabili) C) Oggi però si preferisce classificarli in base alle DIMENSIONI DEGLI SPOSTAMENTI orizzontali delle masse d'aria. In questo modo si definiscono: a) i movimenti su grande scala o venti planetari, che sono anche COSTANTI: spostamenti di grandi masse d'aria, dell'ordine di 2000 km: sono venti planetari gli alisei, i venti occidentali, le correnti a getto (Jet Streams) e i venti orientali polari. Questi venti generano e mantengono la circolazione generale dell’atmosfera. b) i movimenti su scala media o perturbazioni cicloniche con dimensioni (cioè spostamenti) da 500 a 2000 km. Sono provocati dalla differenza di temperatura (pressione) tra continenti e oceani. I venti generati da questi movimenti sono i cicloni, ma anche i monsoni e le brezze marine (VENTI PERIODICI). c) i movimenti su piccola scala o venti locali, (VARIABILI), da 10 a 500 km, dipendono dall'orografia del terreno che modifica il normale moto della grande e piccola scala. Sono venti locali la bora lo scirocco, il maestrale, il föhn…

Un caso particolare di venti locali: il foehn Il foehn è un vento caldo e secco che su uno dei versanti alpini, come quello italiano, porta rialzi di temperature di una decina di gradi in una sola notte. Come ha origine? Le correnti da nord sulla barriera alpina sono costrette ad una brusca salita fin verso i 3500 mt, che causa raffreddamento e formazione di nubi e precipitazioni (STAU). Da qui ha inizio la vorticosa discesa verso i versanti italiani: lo schiacciamento delle massa d’aria provoca un aumento della temperatura di circa 1°C ogni 100 m. , con il raggiungimento di valori di circa 20°C sulle zone di pianura. Tale situazione può durare alcuni giorni, ma cessato il vento caldo l’aria si raffredda bruscamente (considerate che le correnti sono di origine polare) dando origine ad estese gelate nelle ore notturne. Un grande merito di questo fenomeno e senz’altro il suo contributo a scacciare le sostanze inquinanti dalle grandi città, però provate a pensare per un attimo se non ci fossero le Alpi…. la pianura Padana sarebbe interessata da intense nevicate per gran parte dell’inverno !

Foto da satellite di una situazione di fohn sulla pianura padana (21 /01/2005): le nubi sono sul versante nord delle Alpi da dove proviene il vento freddo e umido (STAU), mentre il fohn caldo produce cielo sereno e rialzi di temperature di circa 15°C sulle prealpi italo-svizzere e la pianura. Copyright 2013 eumetsat

Per osservare e studiare le CARTE DEL TEMPO, visita il sito http: //www. meteo-online. it/cartiso. htm