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Appunti di meteorologia dinamica(figure a cura di Vittorio Villasmunta) IPOTESI GEOSTROFICA: approssimazione per cui una massa d'aria che si muove è soggetta a due forze ed il bilancio delle due forze è dato unicamente da FG e FCo.
Buona parte dei movimenti dell'aria avvengono quindi orizzontalmente (in verticale può arrivare a muoversi per 15 km, in orizzontale per migliaia di km). I grandi movimenti orizzontali caratterizzano perciò la dinamica della troposfera. Moto dell'aria in un riferimento orizzontale: Oxy. Osserviamo i movimenti della scala sinottica (in maniera contemporanea rispetto all'evoluzione del fenomeno) che definisce una scala di movimenti, caratterizzati da:
La pressione orizzontale non è costante, ma c'è un gradiente di pressione, G, diretto nel senso in cui aumenta la pressione e perpendicolare alle isobare (direzione di massima variazione di p).
Una massa d'aria immersa in questo campo barico, sarà soggetta ad una forza gradiente di pressione, FG, diretta in senso opposto a G: la particella tenderà ad andare nel verso della bassa pressione.
Però non appena la massa d'aria inizia a muoversi, agisce anche la forza di Coriolis, FCo, che per questa classe di moti non è trascurabile, ma anzi molto importante. La Terra è un sistema non inerziale, che ha un'accelerazione, dovuta alla rotazione del pianeta stesso, che genera delle forze apparenti. Di queste forze bisogna tenerne conto quando c'è un moto.
Nei moti atmosferici, soprattutto quelli lontani dallo strato limite planetario (500/1000 m), dove si risente molto degli attriti, la FCo agisce in maniera rilevante. Massa ferma: V=0: FCo =0 FCo = 2W*V (FCo massima ai poli, =0 all'equatore)
Possiamo quindi trascurare gli effetti degli attriti e, definito il campo barico, il vento geostrofico è diretto parallelamente alle isobare e con le alte pressioni a destra e inoltre l'intensità delle isobare ci dà l'idea dell'intensità del vento.
Determinata la direzione delle isobare si determina univocamente la direzione di VG. Più sono fitte le isobare, più è grande il gradiente di pressione: il gradiente di pressione è quello che innesca il moto, per cui maggiore è tale gradiente maggiore sarà il VG (quindi la velocità della massa d'aria sarà maggiore). Il modo delle isobare di disporsi nello spazio ci dà, quindi un'idea dell'intensità del vento geostrofico, cioè della sua velocità, VG. Lo scirocco e l'acqua alta a Venezia.
(3 dicembre 2002) Se ho due colonne d'aria e un livello in cui la pressione è costante:
se raffreddo la colonna (a) e riscaldo la colonna (b) Vg è entrante nel foglio, perché H sta a destra. Circolazione anticiclonica. Vg ruota in senso orario e le alte pressioni stanno al centro. Circolazione ciclonica. Vg ruota in senso antiorario e le basse pressioni stanno al centro.
La circolazione generale e la ciclogenesi Il ciclone è una struttura relativa alla perturbazione. Tornando al discorso delle tre celle convettive:
I venti "si battezzano" a seconda della direzione di provenienza: da ovest verso est: occidentali da est verso ovest: orientali.
Nell'ipotesi geostrofica abbiamo visto che intorno alla bassa pressione l'aria gira in senso antiorario, zona ciclonica, ma nel fare questa approssimazione abbiamo trascurato l'effetto degli attriti che è molto importante nello strato limite planetario, cioè in uno strato di atmosfera vicino al suolo e compreso tra 100 m e 1000 m. Al di sotto dei 1000 m (sopra il livello del mare) gli attriti sono importanti e perciò vediamo cosa accade in presenza di queste forze, Fa :
Su questo sistema agisce un'altra forza, Fa, che si oppone al moto, cioè è opposta a Vg:
Quindi Vg diminuisce, ma essendo FCo
proporzionale alla velocità, FCo = -2W*Vg,
diminuisce anche FCo. Però FG rimane
costante (non dipende da Vg) e quindi non c'è più il
bilanciamento tra FCo e FG. Questo produce
la rotazione di V e la composizione tra FCo e Fa
trova una risultante, FR, che bilancia FG
e il sistema trova un nuovo equilibrio: V "piega" verso le
basse pressioni. E' come se l'aria si accumulasse nella bassa pressione ma,
trovando pressioni sempre più basse in alto, ad un certo punto tenderà a
salire verso l'alto, come una spirale, in verso antiorario (vedi lucido n.12).
Al centro della bassa pressione c'è una risalita dell'aria verso gli strati
alti dell'atmosfera, invece quando abbiamo un'alta pressione al centro, si ha un
allontanamento dell'aria dal centro - l'aria muove in senso orario, zona
anticiclonica - creando un "vuoto" nella zona di alta pressione che
"risucchia" aria dagli strati alti dell'atmosfera e la porta verso il
basso. ITCZ = Inter-Tropical Convergent Zone (zona dove convergono i venti, zona umida). Se facciamo una sezione verticale dall'equatore al polo nord (lucido n.14):
la troposfera da 18
Nella fascia frontale (lucido n.15)
s Aumentando e diminuendo la temperatura T di conseguenza aumenta e diminuisce anche la pressione (a volume costante), per cui dove abbiamo forti variazioni di temperatura e isoterme inclinate avremo vento forte (il gradiente di pressione è ciò che innesca il moto dell'aria: il vento, infatti, si associa al fronte polare - dove abbiamo forti variazioni di temperatura e quindi gradiente di pressione - la presenza di venti molto forti, detti getti, che diventano più forti man mano che ci si allontana dal suolo, perché c'è meno attrito. Dal lucido n.15 si può vedere che la massima intensità di questo vento (velocità massima) si ha, allontanandosi dal suolo, in prossimità della tropopausa e il verso del vento è entrante nel foglio a sud (nella zona 30°N-60°N i venti sono occidentali, da ovest verso est) ed è uscente a nord (nella zona 60°N-90°N i venti sono orientali). Il Polar Jet è quindi una corrente d'aria calda e umida che va da ovest verso est ed essendo calda ed umida è associata ai corpi nuvolosi. - che si trova a latitudine di circa 60°N - ci sono zone di bassa pressione
Quindi per un gradiente di temperatura e quindi per un gradiente di pressione
elevato la corrente è forte e abbastanza dritta, rettilinea, mentre quando il
gradiente di pressione diminuisce (gradiente termico diminuisce) la corrente
rallenta e viene "sbandata" dagli attriti e da altre cause: il polar
jet non
zona ABC si indica come fronte freddo, dove l'aria fredda "spinge" verso l'aria calda e si indica con un linea con triangolini rivolti nel verso del moto del fronte; zona CDE si indica come fronte caldo, dove l'aria calda "spinge" verso l'aria fredda e si indica con una linea continua con semicerchi rivolti nel verso del moto del fronte. Dove l'aria calda e fredda non formano insenature si ha il fronte stazionario. Il fronte freddo (più energetico) "cammina" più velocemente del fronte caldo e perciò può raggiungere il fronte caldo (ordine di giorni), creando un fronte occluso, dove aria fredda raggiunge aria calda. Il fronte polare gira tutto intorno all'emisfero nord e quindi anche il getto
polare, ad esso associato, ruota attorno al polo nord.
Nel lucido 16
è
rappresentata una climatologia, cioè la posizione media del vento (dopo averla
misurata in tanti gennaio). Nel lucido 17, invece, sono rappresentate le
isoterme e dove si addensano si ha il Nel lucido 18, il punto c è un centro di bassa pressione. Evoluzione di un ciclone Immaginiamo di osservare il ciclone da un punto, a 30°N di latitudine, ad est di questo:
L'osservatore vede l'aria che si
Continuando a spostarsi il ciclone, l'osservatore supera il fronte caldo ed
entra nell'aria calda vedendo avvicinarsi il fronte freddo. In prossimità del
fronte freddo abbiamo diversa formazione di nubi (vedi lucido
19b): l'aria fredda spinge l'aria
calda, facendola salire velocemente. La zona interessata da precipitazioni è,
in Quando i fronti si uniscono si ha il fronte occluso: I due fronti hanno un'inclinazione completamente diversa e, soprattutto, in prossimità del suolo il fronte freddo s'inclina molto a causa degli attriti. Quando si ha l'occlusione del fronte, il fronte freddo ha raggiunto quello caldo: aria fredda si unisce e rimane al suolo e scalza verso l'alto l'aria calda. E' una fase in cui le piogge vanno in dissipazione. In questa situazione si ha tipicamente un'inversione termica: infatti il grafico di T=T(z), in cui la temperatura diminuisce con la quota, è: mentre in questa situazione abbiamo aria fredda al suolo e aria calda più in alto: la temperatura aumenta con la quota fino ad una certa quota e poi diminuisce) e si ha l'inversione termica. Il massimo di temperatura non è al suolo, ma in quota. Se abbiamo aria calda al suolo e aria fredda in quota, l'aria calda tende a salire e si creano continuamente dei moti convettivi con un conseguente ricambio di aria. Nel caso di occlusione, l'inversione termica crea un blocco ai ricambi verticali dell'aria: si inibiscono i processi di pulizia dell'aria.
Sono una rappresentazione orizzontale delle condizioni dell'atmosfera al suolo, oppure a vari livelli; nel secondo caso sono delle superfici isobariche, cioè rappresentano l'altezza delle superfici isobariche dal suolo, legata alle alte pressioni e basse pressioni.
La direzione del vento è indicata da ... Il cerchietto è più o meno
annerito a seconda della copertura del cielo. Per vedere il valore della
pressione, si deve ricordare che il Formazione di una nube (vedi lucido 22)
(Aggiungere appunti su equazioni del moto, attriti, Ekman; vedere dal ... fronti, ciclogenesi, ecc.)
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Questa pagina
è stata realizzata da Vittorio Villasmunta
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Tutti i
fenomeni che studiamo avvengono nella troposfera, che è di dimensioni piccole
rispetto al raggio terrestre, RT, e quindi rispetto alla
circonferenza della Terra.
Per questa
scala sinottica vale l'approssimazione geostrofica; in un campo di pressione su
una superficie orizzontale, fig.2, andiamo a misurare la pressione in tanti
punti e segniamo il valore ottenuto. Ovviamente si valuta la p solo in alcuni
punti e poi, dopo aver tracciato le isobare (approssimativamente), si procede
per interpolazione.
Non
appena V diverso da 0, esiste FCo che fa ruotare il
vettore V in senso orario, essendo FCo normale a V.
Ad un certo punto sarà FCo = -FG e poi FCo
normale a V. A quel punto la rotazione si arresta perché FCo
e FG si bilanciano perfettamente e la V non viene più
modificata in direzione: V parallela alle isobare con l'alta pressione a
destra (emisfero nord).
A
causa del campo barico i venti provengono da sud-est (dalla Siria) e sono quindi
caldi: è lo scirocco. Il movimento verso NW del vento, fa sì che anche
l'acqua, nel nord Adriatico, vada verso la laguna di Venezia; quando questo
fenomeno è abbastanza duraturo nel tempo, si ha un accumulo di acqua e quindi
un innalzamento del livello del mare. Questo è il fenomeno dell'acqua alta.
Poiché si ha bassa pressione (e i venti soffiano verso Venezia) si ha anche il
fenomeno del barometro inverso: dove c'è bassa pressione il livello del mare
tende ad alzarsi di 1 cm ogni mb di pressione. Lo scirocco può portare aumenti
di circa 10 cm. Se allo scirocco ed al barometro inverso si aggiunge anche la
marea astronomica, si possono raggiungere livelli notevoli di acqua alta, anche
fino a più di 1 m.
Per
questo schema concettuale, secondo il quale il movimento dell'aria è dalle
basse latitudini alle alte latitudini, abbiamo individuato di conseguenza zone
di alta pressione e di bassa pressione in funzione della latitudine. Noi però
sappiamo anche che, quando c'è un gradiente di pressione e quindi una FG,
l'aria tende a muoversi dalle alte pressioni alle basse pressioni. A causa della
FCo, che devia le correnti a destra nell'emisfero nord e a
sinistra nell'emisfero sud, l'aria rispetto alla direzione del moto si muove
lasciandosi le alte pressioni a destra, emisfero nord, o a sinistra, emisfero
sud. Cioè si vengono a creare, nella fascia da 30°N a 30°S, dei venti che
vanno da est verso ovest: si chiamano gli alisei o trade wind. Quindi,
mediamente, intorno ai 30°N ci sono delle alte pressioni e intorno ai 60°N ci
sono delle basse pressioni. Attorno alle alte pressioni, emisfero nord, l'aria
gira in senso orario, zona anticiclonica, mentre intorno alle basse pressioni
gira in senso antiorario, zona ciclonica.
Nelle zone equatoriali, zona di bassa pressione, ci sono
frequenti piogge e una bassa salinità delle acque marine, mentre nelle zone
intorno ai 30°, alte pressioni, l'aria scende, dopo aver perso l'umidità,
divenendo più calda e più secca: infatti alla latitudine intorno ai 30° ci
sono zone desertiche e zone di mare con alta salinità (evapora acqua). Dove
c'è risalita dell'aria abbiamo bassa pressione, dove c'è discesa abbiamo bassa
pressione.
(Vedi lucido
n.18) Nella zona in cui il polar front crea dei "meandri"
l'aria calda tende a salire (va verso nord), entrando nell'aria fredda, mentre
l'aria fredda tende a scendere, entrando nell'aria calda. Cioè si crea una zona
ciclonica, dove l'aria circola in senso antiorario e al centro c'è una bassa
pressione (60°N zona di bassa pressione). Quindi si può definire guardando il
grafico b nel lucido:
muove da ovest verso est, cioè vede
avvicinarsi per primo il fronte caldo. Se disegniamo il fronte caldo in una
sezione verticale (vedi 
