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25 agosto 2000

Ciao Vittorio Sono Maurizio.
Ho dei dubbi che voglio descriverti:
Adiabatica significa trasformazione senza influenza esterna. GIUSTO?
quindi vuol dire cambiare la temperatura di una quantita' di aria con definita pressione e volume che non cambiano durante la trasformazione. GIUSTO?
ES: t. 30°C  Volume 1 metro cubo   Pressione 1000 hPa faccio la trasformazione e porto la temperatura a 0°C.  il volume rimane 1 metro cubo e la pressione 1000 hPa.
giusto?

Beh, in effetti è quasi tutto giusto.
Vedi, si dice adiabatico un processo che non implica scambi di proprietà termodinamiche tra due ambienti. Però non vincola le trasformazioni all'interno dell'ambiente considerato. In parole semplici, se consideri un ambiente all'interno di un altro (come nel caso di una termica che si stacca dal suolo), in esso possono aversi variazioni di volume, pressione e temperatura: l'adiabaticità consiste solo nel fatto di non scambiare calore con l'esterno (come se fosse un'entità a sé stante). In realtà questo non può avvenire completamente, perché piccoli scambi vi sono sempre: tuttavia, nel caso di fluidi gassosi, tali variazioni si possono considerare approssimativamente adiabatiche. Una termica che si solleva, infatti, si raffredda proprio perché si espande (variazione di volume).

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Evaporazione e condensazione.
Nube  e nube con precipitazione
che differenti ruoli hanno la evaporazione e la condensazione ?

L'unica differenza consiste nella grandezza delle gocce. Allo stato attuale le conoscenze di fisica delle nubi non hanno ancora  chiarito in modo esaustivo quali sono i meccanismi di accrescimento, anche se qualche idea ce la siamo fatta (non mi dilungo su questo perché i testi di meteorologia ne parlano abbondantemente). Il ruolo della evaporazione è inversamente proporzionale a quello della condensazione. Mi spiego: una nube va vista dinamicamente: in essa le goccioline si fanno e disfano in continuazione.
Quando l'equilibrio fra cond. ed evapor. viene raggiunto, se le goccioline sono sufficientemente pesanti, vincono i moti ascensionali e precipitano. Se le goccioline sono piccole e leggere, la nube non produrrà precipitazioni.

Non c'e' una tabella che mi dice quanta condensazione del vapore in piu' deve esserci per passare da una nuvola alla stessa nuvola con precipitazione?

Forse si può fare, ma non ne ho mai viste. Ad ogni modo non è solo questione di condensazione, in quanto intervengono, nella formazione delle precipitazioni, almeno altri due fattori importantissimi: la presenza di nuclei di condensazione (polvere, sali, composti organici, particelle igroscopiche, ecc.) e la componente verticale del vento.
Le goccioline, infatti, possono cominciare a formarsi ancor prima che si
raggiunga la saturazione, proprio perché si formano attorno ad un nucleo "solido" di polvere ecc.
La componente verticale del vento può mantenere in sospensione le gocce anche di grosse dimensioni. Un esempio per tutti: pensa alla grandine che si forma nei cumulonembi. C'è esperienza di chicchi grossi come uova! Immagina da questo come siano intense in certe nubi le velocità verticali dirette verso l'alto.

Cosa succede a livello di pressione di vapore nelle tre fasi di vita di una nuvola espansione precipitazione e dissolvimento?

è tutta una questione di equilibri dinamici. La pressione di vapore si oppone alla evaporazione di ulteriore acqua, ma lo fa differentemente a seconda della forma e dello stato fisico dell'acqua stessa. Infatti esistono pressioni di vapore differenti per l'acqua liquida e per quella ghiacciata.
Si suppone che nell'accrescimento delle gocce questa differenza sia fondamentale: se una nube è posta a cavallo dello zero termico, una parte di essa sarà fatta di goccioline liquide, un'altra di cristalli di ghiaccio (quella al di sopra dello zero termico). Nella zona di contatto si verificano condizioni sufficienti perché le molecole d'acqua migrino dalle goccioline più piccole per addensarsi sui cristalli di ghiaccio. Nella fase di precipitazione, il ruolo della pressione di vapore è notevole: impedisce che le gocce evaporino, mantenendone il peso che consente alla gocce stesse di precipitare. Rammenta che spesso le gocce, se di dimensioni non troppo grandi, una volta abbandonata la nube evaporano nell'atmosfera sottostante, non riuscendo neanche a raggiungere il suolo! Ciò avviene proprio perché cambia il ruolo della pressione di vapore, evidentemente "aggressivo" negli strati al di sotto della nube.
Nella fase di dissolvimento delle nubi, il ruolo dinamico si capovolge, la nube ha perso parte della propria acqua e dei nuclei di condensazione. A
causa della pseudoadiabaticità, parte delle proprietà termodinamiche sono passate all'ambiente esterno. Prevale l'evaporazione, ci si allontana dalla saturazione e ... le goccioline si dissolvono.

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28 agosto 2000

Premessa: E' abbastanza noto che esiste una formula che permette di stimare l'altezza a cui si forma la base piatta dei cumuli. vedi per esempio nel sito di V. Villasmunta

 http://digilander.iol.it/vvillas/altezza_della_base_delle_nubi_cu.htm

Tale formula h=125*(t-r), dove h è l'altezza della nube, t è la temperatura misurata al suolo e r è la temperatura del punto di rugiada, non è una formula 'magica', ma ha una spiegazione piuttosto semplice: se si suppone che la temperatura diminuisca con l'altezza in ragione di circa 10 °C ogni 1000 m e il punto di rugiada più lentamente, diciamo circa 2°C ogni 1000 m, allora quando le due temperature sono uguali si raggiunge il punto di saturazione  ed il vapore acqueo presente nell'atmosfera condensa, formando la nube. 
Per esempio se le due temperature sono circa uguali, si dovrebbe formare la  nebbia.  Vorrei far notare come dal punto di vista matematico (ma si intuisce anche senza matematica) tale calcolo permette di determinare non solo l'altezza a cui si forma la nube, ma anche la temperatura della base della nube (se qualcuno è interessato posso fornire i dettagli, è un semplice sistema lineare in due incognite ... si riesce a risolvere con le conoscenze di una prima classe superiore ;-).
Ancora: il punto di rugiada è in qualche modo legato alla presenza di vapor acqueo nell'atmosfera, quindi all'umidità relativa: deve quindi esserci una formula che permette di calcolare l'altezza della nube (e la temperatura della base) conoscendo la temperatura e l'umidità al  suolo.  (Questa seconda parte è un po' più complessa matematicamente: servono i  logaritmi e qualche conoscenza di fisica, ma si può fare) Adesso le domande:
1. La diminuzione della temperatura e del punto di rugiada con l'altezza possono essere ritenute costanti durante tutto l'anno? In altre parole i valori dati sopra sono circa sempre gli stessi, in estate, in inverno, nelle giornate secche, nelle giornate umide ecc.?
2. La stima della temperatura della base dei cumuli può essere utile in qualche modo? Che tipo di informazione fornisce?
3. Fino a quali altezze questo calcolo può risultare utile per prevedere la formazione delle nubi?
(per esempio se la temperatura al suolo è di 20 °C e l'umidità relativa appena del 10% l'altezza stimata è circa 4000 m con una temperatura alla
base di circa -20°C: risultato fisicamente inaccettabile? Non credo possano essere cumuli!!)

(1) Il gradiente termico verticale varia a seconda della distribuzione delle temperature con la quota dovuta alle varie vicissitudini meteorologiche proprie della massa d'aria in transito sulla verticale del luogo di osservazione. Oltre al riscaldamento dal basso (circostanza che ci permette di individuare una legge lineare per la variazione di temperatura), vi possono essere variazioni locali di temperatura dovute ad esempio a subsidenza (quindi riscaldamento per compressione adiabatica) o ad avvezione calda o fredda. I radiosondaggi dell'atmosfera mostrano concretamente quanto sia variabile il gradiente termico verticale (sebbene le oscillazioni siano comprese in pochi decimi di grado per ogni cento metri di quota). Tuttavia, per molti usi dove non si richiede una eccessiva precisione si può adottare senza preoccupazioni il cosiddetto gradiente adiabatico secco (1° ogni 100 metri). Il gradiente medio è .56°C. In atmosfera standard (OACI), tale gradiente diventa .65°C sempre per ogni 100 metri).

(2) In effetti può dirci se la nube sarà formata anche da cristalli di ghiaccio.
In parole povere, se la temperatura della base delle nubi è inferiore a 0°C, tutta la nube si svilupperà in aria al di sopra della quota dello zero termico. Ciò dovrebbe favorire le precipitazioni, data la compresenza di cristalli di ghiaccio con acqua sopraffusa (si tratta di una mia
supposizione, beninteso).

(2) In effetti non ha senso parlare di cumuli a quote così elevate. La base delle nubi basse (categoria a cui i cumuli appartengono) è normalmente compresa tra qualche centinaio e 1500 metri all'incirca. Inoltre, le approssimazioni introdotte per il calcolo sono accettabili solo per strati prossimi alla superficie terrestre.