Circolazione generale dell'atmosfera
La distribuzione media dei venti nell'atmosfera prende il nome di
circolazione generale. Con questo termine si comprendono non solo i venti più o
meno costanti presenti sulla Terra a scala globale, ma anche le molte
perturbazioni transitorie che costituiscono il tempo atmosferico. Per capire
bene la struttura dei sistemi di venti e pressioni in senso globale, dobbiamo
considerare gli effetti della rotazione terrestre sulle masse d'aria in
movimento.
Su un pianeta non sottoposto a rotazione, i movimenti dell'aria sarebbero
causati principalmente da differenze di pressione. I venti spirerebbero da aree
di alta pressione ad aree di bassa pressione. All'equatore l'atmosfera è più
calda, e sappiamo che una massa d'aria calda occupa più spazio di
un'equivalente massa di aria fredda; così avviene che la distribuzione
verticale dell'aria in quota al di sopra dell'equatore è maggiore che non ai
poli, ciò vuol dire che, in quota, la pressione dell'aria è maggiore
sull'equatore. Se non ci fosse la rotazione terrestre, questo fatto si
tradurrebbe semplicemente in un flusso d'aria in direzione dei poli. Di
conseguenza, la pressione a livello del mare aumenterebbe ai poli, producendo a
sua volta un flusso d'aria al suolo in direzione dell'equatore.
A causa della rotazione terrestre, tuttavia, il flusso d'aria subisce una
deviazione verso destra nell'emisfero boreale, verso sinistra nell'emisfero
australe. Questo fenomeno è noto come effetto di Coriolis (dal nome del
matematico francese G.G. Coriolis, vissuto nel sec. XIX) ed è il risultato
della conservazione del momento. Un flusso d'aria subisce un rallentamento o
un'accelerazione a seconda che si muova allontanandosi o avvicinandosi all'asse
di rotazione terrestre (cioè verso l'equatore o verso i poli).
La direzione del moto delle masse d'aria diviene così parallela alle
isobare, che sono linee lungo le quali, per una data quota, la pressione
dell'aria è costante; la velocità del flusso d'aria risulta proporzionale al
gradiente barico. Si parla in questo caso di equilibrio geostrofico e di vento
geostrofico. Ciò si esprime mediante la legge
di Buys Ballot: nell'emisfero boreale, un osservatore che riceve il vento
alle spalle ha sempre l'area di bassa pressione a sinistra e davanti e l'area di
alta pressione a destra e alle spalle. Nell'emisfero australe avviene il
contrario.
Lo schema della circolazione generale è influenzato anche dalle differenze
di temperatura. Più fredda è l'atmosfera, più rapidamente, sulla superficie
terrestre, si ha diminuzione di pressione con la quota. Perciò, anche la
differenza di pressione, per due punti posti a differente latitudine, aumenta
con l'altezza, ed anche la velocità del vento aumenta, così da mantenere
l'equilibrio geostrofico. Questa tendenza viene espressa mediante relazioni
termiche fra i venti, che ci dicono che nell'emisfero boreale un osservatore che
riceve l'aria più calda a destra e l'aria più fredda a sinistra, osserverà
che il vento in quota aumenta nella direzione anteriore. L'inverso accade
nell'emisfero australe.
Le relazioni geostrofiche e termiche rendono ragione dell'esistenza dei
principali venti occidentali (cioè provenienti da Ovest) alle medie latitudini,
dove sia la pressione che la temperatura diminuiscono andando verso i poli, e
rendono ragione anche dell'incremento dei venti con la quota, fino a raggiungere
i 30 m/sec nel centro della corrente a getto subtropicale, a circa 30° di
latitudine, ed a una quota di circa 12 Km dal suolo. Questi venti occidentali in
quota sono fra i fenomeni più importanti nella circolazione atmosferica
generale. Le masse d'aria che apportano il buono o il cattivo tempo hanno la
loro origine e vengono trasportate all'interno di queste correnti in quota. Quindi
i sistemi di perturbazioni tendono a muoversi da Ovest a Est alle medie
latitudini, lungo percorsi associati alle correnti a getto. Tuttavia, la
direzione media del vento all'interno delle correnti a getto non è esattamente
da Ovest a Est, altrimenti non si avrebbe trasporto di calore verso i poli. In
realtà, l'influenza delle più importanti catene montuose e del contrasto tra
terre emerse e oceani determina una deviazione della corrente a getto dalla sua
latitudine media lungo un percorso sinuoso intorno al globo.
Nell'emisfero boreale, le maggiori deviazioni verso l'equatore si hanno
sopra le porzioni orientali dei continenti nordamericano e asiatico. Ad oriente
di queste regioni, nel Pacifico occidentale e nell'Atlantico occidentale, il
flusso principale delle correnti ha delle forti componenti dirette verso i poli,
che rendono possibile il trasporto di grandi quantità di calore verso Nord.
Nelle stesse regioni, si originano inoltre molte perturbazioni temporanee che si
muovono insieme alle correnti principali, contribuendo anch'esse a trasportare
calore verso i poli.
Nelle regioni tropicali, avvengono fenomeni diversi. Vicino alla superficie,
la pressione diminuisce da zone di alta pressione situate a circa 30° di
latitudine, a zone di bassa pressione all'equatore (v. clima tropicale). Ne
risultano dei venti di bassa quota che, a causa dell'attrito con la superficie
terrestre, non seguono l'equilibrio geostrofico; essi vengono chiamati alisei
settentrionali e meridionali nei rispettivi emisferi. I venti alisei
rappresentano la parte inferiore di un sistema di circolazione, chiuso ad anello
nel piano meridiano, noto con il nome di cella di Hadley. Secondo Hadley, in
prossimità dell'equatore l'aria riscaldata si innalza dal suolo e si muove
verso i poli nell'alta troposfera; raffreddandosi gradualmente, essa discende
verso il suolo e muove nuovamente in direzione dell'equatore, completando così
il ciclo. La cella di Hadley è in realtà estremamente asimmetrica. Il moto
ascensionale è concentrato in una ristretta fascia di circa 50 Km chiamata zona
di convergenza intertropicale, che si trova mediamente a circa 10° di
latitudine. Quasi tutto il trasporto di masse d'aria in ascensione in questa
zona avviene all'interno di grandi nubi convettive cumuliformi, che si estendono
spesso fino a 15 Km d'altezza. Al di fuori di questa zona, l'aria gradatamente
discende raffreddandosi per irraggiamento al di sopra della fascia subtropicale.
Questa estesa massa d'aria discendente è la causa delle condizioni di
predominante aridità delle regioni subtropicali. Il calore e il momento
trasportati fuori dalle zone tropicali verso i poli dal flusso in quota nella
cella di Hadley sono i primi responsabili del bilancio termico e dinamico
dell'atmosfera nelle zone tropicali.
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