M00.17 – Circolazione generale dell'atmosfera e distribuzione della pressione¶
1. Obiettivi della lezione¶
Al termine di questa lezione sarai in grado di:
- spiegare perché l'atmosfera è continuamente in movimento;
- comprendere il legame tra riscaldamento solare e distribuzione della pressione;
- distinguere alta e bassa pressione;
- comprendere il ruolo della forza di gradiente barico;
- spiegare l'effetto della rotazione terrestre attraverso la forza di Coriolis;
- distinguere circolazione atmosferica eolica locale e generale;
- conoscere le celle di Hadley, Ferrel e Polari;
- identificare alisei, venti occidentali e venti polari orientali;
- comprendere la formazione della zona di convergenza intertropicale;
- conoscere le correnti a getto;
- comprendere il trasporto atmosferico di calore e umidità;
- collegare la circolazione generale ai principali sistemi climatici.
2. Perché l'atmosfera è in movimento¶
L'atmosfera terrestre non è ferma. L'aria si sposta continuamente da una regione all'altra, generando venti, brezze, perturbazioni, cicloni e anticicloni.
Il movimento atmosferico è determinato dall'interazione di diversi fattori:
- riscaldamento non uniforme della superficie terrestre;
- differenze di temperatura;
- differenze di densità dell'aria;
- differenze di pressione atmosferica;
- rotazione terrestre;
- attrito con la superficie;
- presenza di montagne, oceani e continenti;
- scambi di calore e umidità.
La principale fonte energetica della circolazione atmosferica è il Sole.
L'energia solare non viene distribuita uniformemente sulla Terra. Le regioni tropicali ricevono mediamente più energia rispetto alle regioni polari.
Questa differenza contribuisce a generare differenze di temperatura e pressione che alimentano la circolazione atmosferica.
2.1 Riscaldamento differenziale¶
Le superfici terrestri non si riscaldano tutte nello stesso modo.
Il comportamento termico dipende da:
- latitudine;
- angolo di incidenza dei raggi solari;
- durata dell'illuminazione;
- nuvolosità;
- natura della superficie;
- umidità del terreno;
- presenza di vegetazione;
- capacità termica del materiale.
La terraferma tende a riscaldarsi e raffreddarsi più rapidamente rispetto agli oceani.
Gli oceani, grazie alla loro elevata capacità termica e alla circolazione dell'acqua, mostrano generalmente variazioni termiche più graduali.
2.2 Differenze di temperatura e densità¶
Quando una massa d'aria viene riscaldata, a parità di pressione tende a espandersi e a diminuire la propria densità.
Quando si raffredda, tende invece ad aumentare la propria densità.
Questi processi influenzano la distribuzione verticale e orizzontale della pressione e contribuiscono alla formazione dei movimenti atmosferici.
È importante ricordare che il semplice riscaldamento di una massa d'aria non determina sempre, da solo, una bassa pressione al suolo: la pressione dipende anche dalla distribuzione della massa atmosferica lungo tutta la colonna d'aria.
3. La pressione atmosferica e la circolazione¶
La pressione atmosferica è il peso esercitato dalla colonna d'aria sovrastante su una determinata superficie, espresso come forza per unità di area.
L'unità di misura utilizzata in meteorologia è l'ettopascal:
hPa
La pressione atmosferica standard al livello del mare è:
1013,25 hPa
Questo valore è un riferimento convenzionale, non la pressione che si registra sempre al livello del mare.
3.1 Alta pressione¶
Una regione di alta pressione presenta valori di pressione superiori a quelli delle aree circostanti.
Viene comunemente chiamata anticiclone.
In molti anticicloni la circolazione è caratterizzata da moti discendenti su larga scala.
L'aria discendente tende a comprimersi e a riscaldarsi. Questo processo può ridurre l'umidità relativa e ostacolare la formazione di nubi estese.
Gli anticicloni sono spesso associati a:
- tempo stabile;
- moti verticali discendenti;
- scarsa nuvolosità, in molte situazioni;
- venti generalmente meno intensi lontano dai margini del sistema.
Non significa, però, che un'alta pressione garantisca sempre cielo sereno: possono verificarsi nebbie, nubi basse e inversioni termiche.
3.2 Bassa pressione¶
Una regione di bassa pressione presenta valori inferiori rispetto alle zone circostanti.
Viene comunemente chiamata depressione o ciclone extratropicale, quando si tratta di un sistema delle medie latitudini.
In molti sistemi depressionari l'aria converge verso il centro nei bassi strati e viene costretta a salire.
La salita favorisce il raffreddamento per espansione, la condensazione del vapore acqueo e la formazione di nubi e precipitazioni, quando l'umidità e la struttura atmosferica sono favorevoli.
3.3 Attenzione alla terminologia¶
I termini ciclone e anticiclone descrivono sistemi di circolazione atmosferica associati rispettivamente a bassa e alta pressione.
Non bisogna confondere il ciclone extratropicale delle medie latitudini con il ciclone tropicale, che presenta una struttura e un meccanismo energetico specifici.
4. La forza di gradiente barico¶
La forza di gradiente barico è la forza che deriva dalle differenze orizzontali di pressione.
È uno dei principali motori del vento.
L'aria tende ad accelerare dalla regione di pressione maggiore verso quella di pressione minore, se si considera questa forza isolatamente.
La forza di gradiente barico è diretta perpendicolarmente alle superfici di uguale pressione, dette isobare.
4.1 Isobare¶
Le isobare sono linee che uniscono punti aventi la stessa pressione atmosferica.
Si trovano sulle carte meteorologiche.
La loro disposizione permette di individuare:
- aree di alta pressione;
- aree di bassa pressione;
- orientamento del gradiente barico;
- intensità approssimativa del vento.
4.2 Distanza tra le isobare¶
Quando le isobare sono molto vicine, il gradiente barico è generalmente intenso.
Quando sono distanti, il gradiente barico è generalmente più debole.
A parità di altre condizioni, un gradiente barico più intenso tende a produrre venti più forti.
4.3 Formula del gradiente barico¶
In una rappresentazione semplificata, la forza di gradiente barico per unità di massa è:
a = - (1 / ρ) × ∇p
Dove:
- a = accelerazione dovuta al gradiente di pressione;
- ρ = densità dell'aria;
- ∇p = gradiente spaziale della pressione;
- il segno meno indica che l'accelerazione è diretta verso pressioni inferiori.
In una sola direzione orizzontale:
a = - (1 / ρ) × (Δp / Δx)
Dove Δp/Δx rappresenta la variazione di pressione per unità di distanza.
4.4 Esempio numerico¶
Consideriamo:
- differenza di pressione: 4 hPa;
- distanza: 100 km;
- densità dell'aria: 1,2 kg/m³.
Convertiamo le unità:
4 hPa = 400 Pa
100 km = 100000 m
Gradiente di pressione:
Δp / Δx = 400 / 100000
Δp / Δx = 0,004 Pa/m
Accelerazione:
a = 0,004 / 1,2
a ≈ 0,0033 m/s²
Questo valore rappresenta l'accelerazione dovuta al gradiente barico, prima di considerare Coriolis, attrito e altri effetti.
5. La rotazione terrestre e la forza di Coriolis¶
La Terra ruota intorno al proprio asse da ovest verso est.
Questa rotazione influenza il movimento dei corpi osservato nel sistema di riferimento terrestre.
La forza di Coriolis è una forza apparente che compare quando si descrive il movimento in un sistema di riferimento rotante, come quello terrestre.
Non è una forza che mette autonomamente in movimento l'aria: modifica la direzione del movimento già esistente.
5.1 Deviazione nell'emisfero nord¶
Nell'emisfero boreale, cioè a nord dell'equatore, il movimento dell'aria viene deviato verso destra rispetto alla direzione del moto.
5.2 Deviazione nell'emisfero sud¶
Nell'emisfero australe, cioè a sud dell'equatore, il movimento viene deviato verso sinistra rispetto alla direzione del moto.
5.3 All'equatore¶
All'equatore il parametro di Coriolis è nullo.
La deviazione di Coriolis aumenta progressivamente con la latitudine, raggiungendo il valore massimo ai poli.
5.4 Parametro di Coriolis¶
Il parametro di Coriolis viene indicato con:
f
La relazione è:
f = 2 Ω sin(φ)
Dove:
- Ω = velocità angolare di rotazione terrestre;
- φ = latitudine geografica;
- sin(φ) = seno della latitudine.
La velocità angolare terrestre è circa:
Ω = 7,292 × 10⁻⁵ rad/s
5.5 Esempi¶
All'equatore:
φ = 0°
sin(0°) = 0
Quindi:
f = 0
A 45° di latitudine:
sin(45°) ≈ 0,707
f ≈ 1,03 × 10⁻⁴ s⁻¹
La deviazione aumenta quindi con la latitudine.
5.6 Conseguenze meteorologiche¶
La forza di Coriolis contribuisce a determinare:
- direzione dei venti dominanti;
- circolazione intorno agli anticicloni;
- circolazione intorno alle depressioni;
- organizzazione dei sistemi meteorologici;
- dinamica delle correnti a getto.
6. Il vento e le forze che lo determinano¶
Il vento è il movimento dell'aria rispetto alla superficie terrestre.
La sua velocità e direzione dipendono dall'interazione di diverse forze.
Le principali sono:
- forza di gradiente barico;
- forza apparente di Coriolis;
- attrito;
- forza centrifuga, quando si considera il moto curvilineo.
6.1 Vento in quota¶
In atmosfera libera, lontano dall'influenza diretta della superficie, il vento può essere approssimativamente in equilibrio tra gradiente barico e Coriolis.
In determinate condizioni il vento segue approssimativamente le isobare.
Questo comportamento è chiamato vento geostrofico.
6.2 Vento geostrofico¶
Il vento geostrofico è un modello ideale in cui:
- la forza di gradiente barico;
- la forza di Coriolis;
si bilanciano.
Il vento risulta parallelo alle isobare.
Questa approssimazione è particolarmente utile nello studio della circolazione su larga scala alle medie latitudini e lontano dal suolo.
Non è generalmente valida in prossimità dell'equatore, dove il parametro di Coriolis è molto piccolo.
6.3 Vento al suolo¶
Vicino alla superficie terrestre interviene l'attrito.
L'attrito rallenta il vento e riduce l'effetto di Coriolis.
Di conseguenza il vento tende ad attraversare le isobare:
- verso il centro delle basse pressioni;
- verso l'esterno delle alte pressioni.
Questa componente trasversale contribuisce alla convergenza nelle depressioni e alla divergenza negli anticicloni.
7. La circolazione generale dell'atmosfera¶
La circolazione generale è l'insieme dei movimenti atmosferici su scala planetaria.
È il risultato dell'interazione tra:
- riscaldamento solare;
- rotazione terrestre;
- distribuzione dei continenti e degli oceani;
- differenze di pressione;
- scambi di calore e umidità;
- sistemi meteorologici.
La circolazione media può essere descritta attraverso tre grandi celle per emisfero:
- cella di Hadley;
- cella di Ferrel;
- cella Polare.
Questo schema è un modello semplificato: la circolazione reale presenta variazioni stagionali, onde atmosferiche, sistemi meteorologici e forti differenze regionali.
7.1 Cella di Hadley¶
La cella di Hadley si estende approssimativamente dall'equatore fino a 30° di latitudine in entrambi gli emisferi.
Nella regione equatoriale l'intenso riscaldamento favorisce la salita dell'aria.
L'aria umida ascendente può raffreddarsi, condensare e produrre precipitazioni abbondanti.
In quota l'aria si sposta verso latitudini subtropicali.
Intorno ai 20°–35° di latitudine si verifica una progressiva discesa dell'aria, che contribuisce alla formazione delle fasce subtropicali di alta pressione.
Al suolo l'aria ritorna verso l'equatore.
7.2 Cella di Ferrel¶
La cella di Ferrel si colloca indicativamente tra 30° e 60° di latitudine.
È una cella indiretta, cioè non è guidata semplicemente da una salita equatoriale e una discesa polare.
È mantenuta in larga parte dall'attività dei sistemi meteorologici delle medie latitudini, dalle onde atmosferiche e dagli scambi di quantità di moto.
Al suolo prevalgono mediamente i venti occidentali.
7.3 Cella Polare¶
La cella Polare si estende approssimativamente tra 60° e 90° di latitudine.
L'aria fredda e densa tende a discendere nelle regioni polari.
Al suolo si sposta verso latitudini inferiori.
Intorno a 60° incontra aria più calda proveniente dalle medie latitudini.
La convergenza e il sollevamento lungo la zona frontale contribuiscono alla formazione di sistemi perturbati.
7.4 Schema delle tre celle¶
| Cella | Fascia latitudinale indicativa | Movimento prevalente |
|---|---|---|
| Hadley | 0°–30° | Salita tropicale e discesa subtropicale |
| Ferrel | 30°–60° | Circolazione media associata alle perturbazioni |
| Polare | 60°–90° | Discesa polare e salita alle alte latitudini |
Le fasce sono indicative e non rappresentano confini rigidi.
8. Le principali fasce di pressione¶
La circolazione generale è associata a una distribuzione media delle aree di alta e bassa pressione.
Si individuano quattro principali fasce:
- bassa pressione equatoriale;
- alta pressione subtropicale;
- bassa pressione subpolare;
- alta pressione polare.
8.1 Bassa pressione equatoriale¶
In prossimità dell'equatore il riscaldamento solare è mediamente intenso.
L'aria calda e umida tende a salire.
La convergenza dei venti al suolo contribuisce alla formazione della fascia di bassa pressione equatoriale.
Questa regione è associata alla zona di convergenza intertropicale.
8.2 Alte pressioni subtropicali¶
Intorno ai 30° di latitudine si trovano le fasce subtropicali di alta pressione.
Sono associate alla discesa dell'aria nelle branche discendenti delle celle di Hadley.
Le condizioni anticicloniche subtropicali contribuiscono alla presenza di numerose regioni desertiche.
8.3 Basse pressioni subpolari¶
Intorno ai 50°–70° di latitudine si trova una fascia di bassa pressione media.
La regione è caratterizzata dall'attività dei sistemi perturbati delle medie e alte latitudini.
8.4 Alte pressioni polari¶
Nelle regioni polari il forte raffreddamento favorisce la formazione di aria fredda e densa.
La circolazione media è spesso associata a condizioni di alta pressione al suolo.
Le fasce di pressione non sono perfettamente continue: continenti, oceani e stagioni producono importanti variazioni.
9. Gli alisei¶
Gli alisei sono venti dominanti che soffiano dalle fasce subtropicali di alta pressione verso la zona di bassa pressione equatoriale.
Sono associati alla circolazione delle celle di Hadley.
9.1 Alisei nell'emisfero nord¶
Nell'emisfero boreale gli alisei soffiano prevalentemente da nord-est verso sud-ovest.
La deviazione verso destra dovuta alla forza di Coriolis contribuisce a determinare questa direzione.
9.2 Alisei nell'emisfero sud¶
Nell'emisfero australe gli alisei soffiano prevalentemente da sud-est verso nord-ovest.
La deviazione verso sinistra contribuisce alla loro direzione media.
9.3 Importanza degli alisei¶
Gli alisei sono importanti per:
- trasporto di umidità;
- circolazione oceanica;
- formazione delle nubi tropicali;
- organizzazione della zona di convergenza intertropicale;
- distribuzione delle precipitazioni tropicali.
10. La zona di convergenza intertropicale¶
La zona di convergenza intertropicale, abbreviata ITCZ, è una fascia di convergenza dei venti alisei dei due emisferi.
Si trova generalmente nelle regioni tropicali, ma la sua posizione varia durante l'anno.
10.1 Caratteristiche¶
Nella ITCZ:
- convergono masse d'aria provenienti da diverse direzioni;
- si sviluppano moti ascendenti;
- l'aria umida tende a condensare;
- si formano nubi convettive;
- possono verificarsi precipitazioni intense e temporali.
10.2 Spostamento stagionale¶
La ITCZ tende a spostarsi verso l'emisfero maggiormente riscaldato.
Lo spostamento non è perfettamente simmetrico e dipende anche dalla distribuzione di continenti e oceani.
La sua migrazione stagionale contribuisce alla formazione delle stagioni delle piogge in molte regioni tropicali.
10.3 Importanza climatica¶
La posizione e l'intensità della ITCZ influenzano:
- precipitazioni tropicali;
- monsoni;
- siccità stagionali;
- distribuzione delle nubi;
- circolazione atmosferica tropicale.
11. I venti occidentali delle medie latitudini¶
Tra circa 30° e 60° di latitudine prevalgono mediamente i venti occidentali.
Questi venti si muovono prevalentemente da ovest verso est.
Sono associati alla circolazione della cella di Ferrel e alla dinamica delle perturbazioni delle medie latitudini.
11.1 Caratteristiche¶
I venti occidentali:
- interessano gran parte delle medie latitudini;
- trasportano aria e sistemi meteorologici;
- contribuiscono al trasferimento di calore;
- influenzano il movimento delle perturbazioni.
11.2 Importanza per l'Europa¶
L'Europa occidentale e centrale è spesso interessata da masse d'aria e sistemi perturbati provenienti dall'Atlantico.
Il flusso occidentale contribuisce a trasportare aria oceanica umida verso il continente.
La sua intensità e direzione possono cambiare in funzione della posizione dei centri di alta e bassa pressione e delle onde atmosferiche.
12. I venti polari orientali¶
Nelle regioni polari, tra le alte pressioni polari e le basse pressioni subpolari, prevalgono mediamente venti orientali.
Nell'emisfero nord soffiano prevalentemente da nord-est.
Nell'emisfero sud soffiano prevalentemente da sud-est.
Sono associati alla circolazione della cella Polare.
Questi venti trasportano aria fredda dalle regioni polari verso latitudini inferiori.
13. Le correnti a getto¶
Le correnti a getto, o Jet Stream, sono strette fasce di venti molto intensi che si sviluppano prevalentemente nella parte alta della troposfera, in prossimità della tropopausa.
Sono caratterizzate da:
- velocità elevate;
- larghezza relativamente limitata rispetto alla scala atmosferica;
- forte componente orizzontale;
- andamento ondulato;
- variazioni di intensità e posizione.
13.1 Jet Stream polare¶
La corrente a getto polare si sviluppa generalmente alle medie e alte latitudini.
È associata al forte contrasto termico tra masse d'aria più calde e più fredde.
La sua posizione può variare sensibilmente.
13.2 Jet Stream subtropicale¶
La corrente a getto subtropicale si trova generalmente intorno ai 25°–35° di latitudine.
È collegata alla circolazione della cella di Hadley e alla conservazione del momento angolare.
13.3 Velocità¶
Le velocità possono superare frequentemente 100–200 km/h, con valori superiori in particolari condizioni.
Non sono valori costanti: intensità, quota e posizione variano nel tempo.
13.4 Importanza meteorologica¶
Le correnti a getto influenzano:
- traiettoria delle perturbazioni;
- sviluppo dei cicloni extratropicali;
- trasporto di aria calda e fredda;
- distribuzione delle precipitazioni;
- evoluzione delle onde atmosferiche.
13.5 Andamento ondulato¶
Le correnti a getto non scorrono sempre lungo una linea rettilinea.
Possono presentare ondulazioni chiamate onde di Rossby.
Le ondulazioni favoriscono lo scambio di masse d'aria tra latitudini diverse.
14. Le onde di Rossby¶
Le onde di Rossby sono grandi ondulazioni della circolazione atmosferica e oceanica, influenzate dalla variazione della forza di Coriolis con la latitudine.
Nell'atmosfera sono particolarmente importanti nella circolazione delle medie latitudini.
14.1 Formazione e caratteristiche¶
La rotazione terrestre e la variazione del parametro di Coriolis con la latitudine contribuiscono alla dinamica delle onde planetarie.
Le onde di Rossby possono presentare:
- creste;
- saccature;
- grandi spostamenti meridiani del flusso;
- propagazione di segnali atmosferici.
14.2 Creste e saccature¶
Una cresta è una zona in cui il flusso atmosferico si incurva verso latitudini più elevate.
Una saccatura è una zona in cui il flusso si incurva verso latitudini più basse.
In molte configurazioni, le creste sono associate ad avvezione di aria più calda verso nord e le saccature ad avvezione di aria più fredda verso sud, nell'emisfero boreale.
La relazione concreta dipende dalla configurazione del flusso e dalla posizione rispetto ai sistemi di pressione.
14.3 Importanza meteorologica¶
Le onde di Rossby contribuiscono a:
- spostamento delle masse d'aria;
- formazione di configurazioni persistenti;
- evoluzione delle perturbazioni;
- scambi di calore tra tropici e poli;
- variazioni del tempo atmosferico su scala continentale.
15. Il trasporto di calore e umidità¶
La circolazione atmosferica non si limita a spostare aria.
Trasporta anche energia e vapore acqueo.
Questo trasporto è essenziale per ridurre le differenze energetiche tra le diverse regioni del pianeta.
15.1 Trasporto di calore sensibile¶
Il calore sensibile viene trasportato dalle masse d'aria che si spostano da una regione all'altra.
Per esempio, una massa d'aria calda che si muove verso latitudini più elevate trasferisce energia verso regioni più fredde.
15.2 Trasporto di calore latente¶
L'acqua evapora dalla superficie terrestre assorbendo energia.
Il vapore acqueo viene trasportato dall'atmosfera.
Quando condensa, libera calore latente.
Questo processo trasferisce energia da una regione all'altra e contribuisce ad alimentare temporali, cicloni tropicali e altri fenomeni atmosferici.
15.3 Trasporto di umidità¶
I venti trasportano vapore acqueo dagli oceani verso i continenti.
La distribuzione dell'umidità influenza:
- formazione delle nubi;
- precipitazioni;
- stabilità atmosferica;
- disponibilità idrica;
- clima regionale.
16. Circolazione generale e monsoni¶
I monsoni sono sistemi di circolazione atmosferica caratterizzati da una marcata inversione stagionale dei venti, spesso accompagnata da una forte variazione delle precipitazioni.
Sono particolarmente importanti nell'Asia meridionale e sudorientale, ma esistono regimi monsonici anche in altre regioni.
16.1 Monsone estivo¶
Durante l'estate, il riscaldamento dei continenti può favorire la formazione di una circolazione che richiama aria umida dagli oceani verso le terre emerse.
Questa aria può produrre precipitazioni abbondanti.
16.2 Monsone invernale¶
Durante l'inverno, il continente tende a raffreddarsi più rapidamente dell'oceano.
La circolazione può invertirsi e favorire venti diretti dalla terra verso il mare.
In molte regioni questo periodo è più secco.
16.3 Fattori che influenzano i monsoni¶
I monsoni dipendono da:
- differenze stagionali di temperatura tra terra e mare;
- distribuzione della pressione;
- topografia;
- circolazione generale;
- posizione della ITCZ;
- temperatura superficiale degli oceani.
17. Circolazione atmosferica e clima¶
La circolazione generale contribuisce a determinare la distribuzione delle principali zone climatiche.
17.1 Fascia equatoriale¶
La convergenza dei venti e la salita dell'aria umida favoriscono precipitazioni frequenti e abbondanti.
17.2 Fasce subtropicali¶
La discesa dell'aria nelle fasce anticicloniche subtropicali favorisce condizioni spesso secche.
Molti grandi deserti del pianeta si trovano in queste regioni.
17.3 Medie latitudini¶
L'attività delle perturbazioni e dei venti occidentali determina una notevole variabilità meteorologica.
17.4 Regioni polari¶
Le basse temperature e la scarsa disponibilità energetica contribuiscono alla formazione di climi freddi.
La circolazione atmosferica può trasportare aria più calda e umida verso le regioni polari, modificandone le condizioni locali.
18. Schema riassuntivo delle fasce di pressione e dei venti¶
| Latitudine indicativa | Fascia di pressione | Venti prevalenti |
|---|---|---|
| 0° | Bassa pressione equatoriale | Alisei convergenti |
| 30° N e S | Alta pressione subtropicale | Alisei e venti occidentali |
| 60° N e S | Bassa pressione subpolare | Venti occidentali e venti polari |
| 90° N e S | Alta pressione polare | Venti polari orientali |
Le fasce sono medie climatologiche e non linee fisse. La loro posizione varia nel corso dell'anno.
19. Errori comuni da evitare¶
- Pensare che il vento sia causato esclusivamente dalla temperatura.
- Confondere la forza di gradiente barico con la forza di Coriolis.
- Pensare che Coriolis generi da sola il vento.
- Dimenticare che nell'emisfero nord la deviazione avviene verso destra.
- Dimenticare che nell'emisfero sud la deviazione avviene verso sinistra.
- Pensare che Coriolis abbia la stessa intensità a tutte le latitudini.
- Confondere alta pressione e bassa pressione con condizioni meteorologiche sempre uguali.
- Pensare che le tre celle atmosferiche siano strutture perfettamente fisse.
- Confondere alisei e venti occidentali.
- Pensare che la ITCZ rimanga sempre nella stessa posizione.
- Confondere le correnti a getto con i venti al suolo.
- Pensare che le onde di Rossby siano perturbazioni isolate.
- Dimenticare il ruolo dell'attrito vicino alla superficie.
- Pensare che i monsoni siano semplicemente venti locali.
- Dimenticare che atmosfera e oceani trasportano energia tra le diverse latitudini.
20. Esercizi di verifica¶
Esercizio 1 – Pressione¶
Qual è l'unità di misura comunemente utilizzata per la pressione atmosferica nelle carte meteorologiche?
Esercizio 2 – Gradiente barico¶
Una differenza di pressione di 6 hPa si verifica su una distanza di 150 km.
Calcola il gradiente di pressione in Pa/m.
Esercizio 3 – Forza di gradiente barico¶
Utilizzando il risultato dell'esercizio precedente e una densità dell'aria di 1,2 kg/m³, calcola il modulo dell'accelerazione dovuta al gradiente barico.
Esercizio 4 – Forza di Coriolis¶
In quale emisfero un corpo in movimento viene deviato verso destra rispetto alla propria direzione di moto?
Esercizio 5 – Parametro di Coriolis¶
Perché il parametro di Coriolis è nullo all'equatore?
Esercizio 6 – Celle atmosferiche¶
Quale cella atmosferica si sviluppa indicativamente tra l'equatore e 30° di latitudine?
Esercizio 7 – Alisei¶
Qual è la direzione prevalente degli alisei nell'emisfero boreale?
Esercizio 8 – Fasce di pressione¶
Quale tipo di pressione prevale mediamente intorno ai 30° di latitudine?
Esercizio 9 – ITCZ¶
Che cosa rappresenta la zona di convergenza intertropicale?
Esercizio 10 – Correnti a getto¶
In quale parte dell'atmosfera si sviluppano prevalentemente le correnti a getto?
Esercizio 11 – Venti occidentali¶
In quale fascia latitudinale prevalgono mediamente i venti occidentali?
Esercizio 12 – Onde di Rossby¶
Che cosa sono le onde di Rossby e quale ruolo hanno nella circolazione atmosferica?
Esercizio 13 – Monsoni¶
Quale caratteristica distingue il regime monsonico?
Esercizio 14 – Trasporto energetico¶
Qual è la differenza tra trasporto di calore sensibile e trasporto di calore latente?
21. Soluzioni degli esercizi¶
Soluzione 1 – Pressione¶
L'unità di misura utilizzata comunemente nelle carte meteorologiche è l'ettopascal:
hPa
Soluzione 2 – Gradiente barico¶
Dati:
Δp = 6 hPa = 600 Pa
Δx = 150 km = 150000 m
Formula:
Gradiente = Δp / Δx
Gradiente = 600 / 150000
Gradiente = 0,004 Pa/m
Soluzione 3 – Forza di gradiente barico¶
Dati:
Gradiente = 0,004 Pa/m
ρ = 1,2 kg/m³
Formula per il modulo dell'accelerazione:
a = (1 / ρ) × (Δp / Δx)
a = 0,004 / 1,2
a ≈ 0,00333 m/s²
La direzione dell'accelerazione è verso la pressione minore.
Soluzione 4 – Forza di Coriolis¶
Nell'emisfero boreale, cioè a nord dell'equatore, la deviazione è verso destra rispetto alla direzione del movimento.
Soluzione 5 – Parametro di Coriolis¶
La relazione è:
f = 2 Ω sin(φ)
All'equatore la latitudine è 0°.
sin(0°) = 0
Pertanto:
f = 0
Soluzione 6 – Celle atmosferiche¶
La cella di Hadley si sviluppa indicativamente tra l'equatore e 30° di latitudine in entrambi gli emisferi.
Soluzione 7 – Alisei¶
Nell'emisfero boreale gli alisei soffiano prevalentemente da nord-est verso sud-ovest.
Soluzione 8 – Fasce di pressione¶
Intorno ai 30° di latitudine si trovano le fasce subtropicali di alta pressione.
Soluzione 9 – ITCZ¶
È una fascia tropicale nella quale convergono gli alisei dei due emisferi.
La convergenza favorisce la salita dell'aria umida e la formazione di nubi e precipitazioni.
Soluzione 10 – Correnti a getto¶
Le correnti a getto si sviluppano prevalentemente nella parte alta della troposfera, in prossimità della tropopausa.
Soluzione 11 – Venti occidentali¶
I venti occidentali prevalgono mediamente tra circa 30° e 60° di latitudine.
Soluzione 12 – Onde di Rossby¶
Sono grandi ondulazioni del flusso atmosferico, influenzate dalla variazione della forza di Coriolis con la latitudine.
Contribuiscono agli scambi di masse d'aria tra latitudini diverse e all'evoluzione delle perturbazioni.
Soluzione 13 – Monsoni¶
La caratteristica principale è l'inversione stagionale della direzione prevalente dei venti, spesso accompagnata da una forte variazione delle precipitazioni.
Soluzione 14 – Trasporto energetico¶
Il calore sensibile viene trasferito attraverso una variazione di temperatura.
Il calore latente viene trasferito attraverso i cambiamenti di stato dell'acqua, per esempio evaporazione e condensazione.
22. Glossario¶
| Termine | Significato |
|---|---|
| Circolazione generale | Insieme dei movimenti atmosferici su scala planetaria |
| Alta pressione | Regione con pressione superiore rispetto alle aree circostanti |
| Bassa pressione | Regione con pressione inferiore rispetto alle aree circostanti |
| Anticiclone | Sistema atmosferico associato a una circolazione di alta pressione |
| Ciclone | Sistema atmosferico associato a una circolazione di bassa pressione |
| Isobara | Linea che unisce punti con uguale pressione |
| Gradiente barico | Variazione della pressione nello spazio |
| Forza di gradiente barico | Forza che accelera l'aria verso pressioni inferiori |
| Forza di Coriolis | Forza apparente associata al moto in un sistema rotante |
| Vento geostrofico | Vento ideale in equilibrio tra gradiente barico e Coriolis |
| Cella di Hadley | Circolazione media tropicale tra equatore e subtropici |
| Cella di Ferrel | Circolazione media delle medie latitudini |
| Cella Polare | Circolazione media delle regioni polari |
| Alisei | Venti diretti dalle alte pressioni subtropicali verso la zona equatoriale |
| ITCZ | Zona di convergenza intertropicale |
| Venti occidentali | Venti mediamente diretti da ovest verso est alle medie latitudini |
| Venti polari orientali | Venti mediamente diretti da est verso ovest nelle regioni polari |
| Jet Stream | Fascia stretta di venti molto intensi in alta troposfera |
| Onda di Rossby | Grande ondulazione della circolazione atmosferica o oceanica |
| Cresta | Curvatura di un flusso atmosferico verso latitudini più elevate |
| Saccatura | Curvatura di un flusso atmosferico verso latitudini più basse |
| Monsone | Regime di circolazione con inversione stagionale dei venti |
| Avvezione | Trasporto orizzontale di una proprietà atmosferica |
| Convergenza | Avvicinamento dei flussi d'aria verso una regione |
| Divergenza | Allontanamento dei flussi d'aria da una regione |
23. Riepilogo della lezione¶
I concetti fondamentali da ricordare sono:
- La circolazione atmosferica è alimentata principalmente dall'energia solare.
- Il riscaldamento differenziale genera differenze termiche e contribuisce alla distribuzione della pressione.
- La forza di gradiente barico è una delle principali cause del vento.
- La forza di Coriolis devia il movimento verso destra nell'emisfero nord e verso sinistra nell'emisfero sud.
- L'attrito modifica il vento in prossimità della superficie.
- La circolazione media è descritta attraverso le celle di Hadley, Ferrel e Polari.
- Le fasce principali di pressione sono equatoriale, subtropicale, subpolare e polare.
- Gli alisei soffiano dalle alte pressioni subtropicali verso la zona equatoriale.
- I venti occidentali prevalgono alle medie latitudini.
- I venti polari orientali interessano le regioni polari.
- La ITCZ è una zona di convergenza e sollevamento dell'aria tropicale.
- Le correnti a getto influenzano la traiettoria delle perturbazioni.
- Le onde di Rossby contribuiscono agli scambi meridiani di masse d'aria.
- L'atmosfera trasporta calore sensibile, calore latente e umidità.
- I monsoni sono caratterizzati da una marcata inversione stagionale dei venti.
Concetto chiave: la circolazione generale dell'atmosfera è il risultato dell'interazione tra energia solare, differenze di pressione e rotazione terrestre. Attraverso i venti e i sistemi meteorologici, l'atmosfera redistribuisce calore e umidità contribuendo a determinare il clima del pianeta.
24. Collegamento con la lezione successiva¶
La prossima lezione sarà dedicata alla dinamica dei venti e ai sistemi di alta e bassa pressione.
Approfondiremo:
- formazione e struttura degli anticicloni;
- formazione e struttura delle depressioni;
- vento geostrofico;
- vento di gradiente;
- vento al suolo;
- convergenza e divergenza;
- avvezione calda e fredda;
- fronti atmosferici;
- evoluzione dei cicloni extratropicali;
- lettura delle carte meteorologiche;
- interpretazione delle isobare e dei campi di pressione.
Questi argomenti ci permetteranno di passare dalla circolazione planetaria allo studio dei sistemi meteorologici che influenzano concretamente il tempo atmosferico.