Gradiente adiabatico saturo
Wet adiabatic lapse rate
Generalità
Quando una massa d'aria si solleva (inizia a galleggiare)
perchè più calda dell'aria dell'ambiente circostante, essa tende ad espandersi,
in quanto sottoposta a pressioni via via decrescenti (la pressione diminuisce
con l'altezza). Se consideriamo il processo come adiabatico, la massa d'aria,
non scambiando calore con l'ambiente esterno, tenderà a raffreddarsi (poiché
svolge un lavoro, quello di espansione, a sole spese della sua energia interna).
Supponendo la quantità di vapore acqueo invariata, il raffreddamento porterà la
temperatura della massa d'aria ad approssimare la sua temperatura del punto di
rugiada. Superato questa temperatura, avrà inizio la condensazione del vapore
acqueo in minute goccioline che condurranno alla formazione della nube.
Densità della massa d'aria
Una massa d'aria calda è meno densa di una massa d'aria
fredda. Se immergiamo un tappo di sughero in una vasca contenente acqua, esso
galleggerà, perchè meno denso dell'acqua. Per lo stesso motivo una massa d'aria
calda immersa in un ambiente formato da aria fredda, tenderà a sollevarsi,
proprio perchè meno densa dell'ambiente in cui si trova. Essa continuerà a
sollevarsi finché l'aria circostante risulterà più fredda. Raggiunta la medesima
temperatura dell'aria ambiente (la medesima densità), la massa d'aria cesserà di
ascendere, e poiché dotata di una certa accelerazione verso l'alto, compirà una
serie di oscillazioni intorno al punto di equilibrio.
Diminuzione della temperatura (termovariazione adiabatica
satura)
Dal momento della condensazione, la temperatura della massa
d'aria che si solleva diminuisce più lentamente rispetto alla termovariazione
adiabatica secca, poiché il passaggio dell'acqua dallo stato gassoso allo stato
liquido libera calore. Possiamo quindi affermare che da un lato la massa d'aria
in sollevamento si raffredda per espansione, dall'altra si riscalda per la
condensazione del vapore acqueo. L'effettiva quantità di vapore acqueo determina
quindi quanto calore può essere ceduto alla massa d'aria: se in una massa d'aria
sono presenti 12 g/kg di acqua allo stato gassoso, vi sarà una maggiore
disponibilità di energia (calore
latente di condensazione) rispetto ad una massa d'aria che ne contiene 4
grammi. Si tenga a mente che ogni grammo di acqua che passa dallo stato gassoso
a quello liquido libera circa 600 calorie o 2500 joule.
L'entità del raffreddamento, dopo l'inizio della
condensazione, dipende da diversi fattori. Questa entità assume il nome di
gradiente adiabatico saturo, e può variare da 0,4 a circa 0,98 °C per ogni 100
metri di ascesa.
A che quota può giungere la massa d'aria che si solleva?
La quota dipende dalla temperatura dell'aria ambiente.
Finché la massa in sollevamento rimane più calda dell'aria ambiente, essa
proseguirà la sua corsa verso l'alto.
Volo veleggiato
Essendo alla base delle ascendenze termiche, costituisce un
importante fattore per la pratica del volo veleggiato. I cumuli costituiscono
perciò la parte "visibile" delle ascendenze stesse.
Il diagramma termodinamico dell'atmosfera
Nella figura accanto vedete rappresentato il
diagramma di Herlofson (noto anche come Skew_T - Log p presso i paesi di
lingua anglosassone). Esso rappresenta un prezioso strumento d'indagine
per approfondire la conoscenza dello stato termodinamico dell'atmosfera.
Le varie curve indicano le leggi attraverso cui una particella d'aria
modifica le sue caratteristiche termodinamiche in funzione della
pressione e del suo stato igrometrico. In questa porzione del corso non
entreremo nei dettagli del sondaggio termodinamico (che puoi invece
trovare nello specifico
Corso),
mentre approfondiremo l'aspetto relativo al gradiente adiabatico saturo.
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L'adiabatica satura è una delle famiglie di curve
tracciate sul diagramma. La figura accanto ne mostra l'andamento. Come
potete osservare, l'andamento delle curve non è lineare. La spiegazione
di tale comportamento sta proprio nel fatto che la termovariazione
adiabatica satura non è costante, ma varia in relazione ad altri
fattori. Una massa d'aria, raggiunta la saturazione, continuerà a
sollevarsi, se più calda dell'aria ambiente, seguendo un'adiabatica
satura.
E' semplice individuare da quale quota in poi la
massa d'aria varierà la sua temperatura seguendo l'adiabatica satura
invece che l'adiabatica secca. E' sufficiente trovare il punto in cui la
sua temperatura raggiunge la temperatura del punto di rugiada. Da quel
punto in su, la massa d'aria proseguirà a raffreddarsi secondo la legge
adiabatica satura.
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Esaminiamo ora un sondaggio reale. Nella figura
accanto, la curva nera (detta curva di stato) rappresenta la temperatura
dell'aria ambiente. La curva rossa indica il comportamento di una
particella d'aria che si solleva. Come potete osservare, partendo dal
basso la particella prima segue un percorso piuttosto lineare
(termovariazione adiabatica secca) e si raffredda di circa 1°C per ogni
100 metri, poi prende a seguire un percorso meno inclinato
(termovariazione adiabatica satura). Il punto in cui la particella
modifica il proprio comportamento è esattamente quello in cui essa
giunge a saturazione.
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