REPARTO ADDESTRAMENTO ASSISTENZA AL VOLO
MATERIA:
ARGOMENTO:
Materia
L’atmosfera terrestre
OBIETTIVO:
Conoscere le principali caratteristiche
dell’atmosfera terrestre.
TAPPE:
1-Le forze che la sorreggono ;
2-I confini dell’atmosfera;
3-La composizione dell’aria.
4-Struttura termica verticale
Reparto Addestramento Assistenza al Volo
1. Le forze che la sorreggono
•gravità terrestre (intesa come forza risultante della
gravità e della forza centrifuga, derivante dalla
rotazione terrestre).
•pressione atmosferica (tenuto conto che i gas
tendono ad occupare tutto il volume) e che la
pressione atmosferica tende a distribuire questa
massa gassosa addensandone di più nei bassi strati e
via via in modo decrescente con l’h.
Reparto Addestramento Assistenza al Volo
1. Le forze che la sorreggono
In realtà l’ineguale
distribuzione
dell’energia solare
(dovuta alle
caratteristiche
astronomiche e fisiche
del globo) determina
differenze di pressione
tra punti posti alla stessa
altezza, e mette l’aria in
movimento rispetto alla
terra.
Reparto Addestramento Assistenza al Volo
2. I confini dell’atmosfera
1000
800
600
400
200
0
1
2
3
4
5
0
5,5
10
20
40
Hpa/mb
1000
500
250
50
2,7
P. riduz.%
100%
50%
25%
5%
0,27%
Km
Reparto Addestramento Assistenza al Volo
2. I confini dell’atmosfera
Se ne deduce che
mentre il 50% della
massa atmosferica
totale è concentrata
nei primi 5,5 Km
circa, il 99,7% di
essa non va oltre ai
40Km.
Reparto Addestramento Assistenza al Volo
5,5 Km
Resto
3. La composizione dell’aria
Nei primi 100 Km di altezza, ciò che chiamiamo
“aria” risulta costituito da un miscuglio di gas,
alcuni dei quali, come l’azoto, l’ossigeno ed i gas
nobili, sono presenti ovunque in percentuali fisse;
altri, come l’anidride carbonica, presentano
piccole variazioni percentuali in tempi lunghi; altri
ancora, come l’ozono, il vapor d’acqua ed il
cosiddetto “pulviscolo atmosferico”, oltre ad essere
presenti in quantità variabili, hanno anche quote
di esistenza preferenziali.
Reparto Addestramento Assistenza al Volo
2. La composizione dell’aria
COMPONENTI PERMANENTI DELL’ARIA
Componenti
Simbolo
Azoto
N2
O2
A
CO2
Ne,Kr,Xe
H
He
Ossigeno
Argon
Anidr. Carb.
Gas nobili
Idrogeno
Elio
% Vol.
78,08
COMPONENTI VARIABILI DELL’ARIA
Componenti
Ozono
20,94
0,93
Vapor d'acqua
0,03
Pulviscolo
Formula
O3
da 25 a 70 Km
H2O
fino ai 12-18 Km
NaCl, C,
nei primi Km
ecc.
Tracce
Tracce
Reparto Addestramento Assistenza al Volo
Quote di
concentrazione
2. La composizione dell’aria
AZOTO ed OSSIGENO costituiscono insieme circa il 99%
dell’aria.
Nonostante ciò non hanno alcun ruolo nella produzione e
evoluzione
dei fenomeni meteorologici. Fondamentale è invece il VAPORE
ACQUEO.
OZONO (O3) tra 25-70 Km di quota. Il suo spessore se fosse
portato a P e T a l.d.m. sarebbe uno strato di 2-3 mm. Costituisce
invece uno SCUDO eccezionale contro la radiazione U.V.
(lunghezza d’onda 0,3 micron)
MECCANISMO DI COSTRUZIONE-DISTRUZIONE DELLA
MOLECOLA DI O3
Reparto Addestramento Assistenza al Volo
3. La composizione dell’aria
VAPORE ACQUEO (max 12-18 Km di h) si ottiene per
evaporazione dalle superfici liquide - dipende molto dalla T.
CALORE LATENTE: per evaporare 1 gr. di H2O fornire 600
cal. che vengono restituite quando condensa (rispettivamente
con perdita e produzione di calore). Evap. e condens. sono
processi continui e continuo è lo scambio di energia (vedi
energia x cicloni, tornado, temporali…)
N.B. il vapore acqueo assorbe radiazione I.R. (trattiene calore
con cielo nuvoloso).
Reparto Addestramento Assistenza al Volo
4. Struttura termica verticale
T=1400°C
(600km)
km
120
TERMOSFERA
80
75
Mesopausa
MESOSFERA
60
50
Stratopausa
STRATOSFERA
20
14
Tropopausa
TROPOSFERA
l.m.m
-85
-55
0
15
°C
(1) nella Troposfera la Temp. diminuisce con h (var. con LATITUD. e STAGIONI)
(2) nella Stratosfera la Temp. aumenta (inv.term. Impedisce mov.verticali quindi le nubi)
(3) nella Mesosfera la Temp. diminuisce nuovamente
(4) nella Termosfera la Temp. aumenta in modo esponenz. (concetto cinetico-statistico)
4. Struttura termica verticale
LA RADIAZIONE SOLARE
Tutti i corpi con temperatura maggiore dello zero assoluto (-273°C) hanno
la proprietà di irraggiare nello spazio “granuli d’energia” sotto forma di
onde elettromagnetiche. Questi granuli sono detti “fotoni” e presentano un
contributo energetico inv.prop. alla lunghezza d’onda.
Il sole, radiatore ideale, ha una temp. superficiale di 6000°C ed emette
radiazioni su un vastissimo spettro: dai raggi gamma (10-6 micron) fino a
radiazioni con lunghezze d’onda di qualche Km. Soltanto quella con
spettro compreso tra 0,15 e 14 micron (tra U.V. e I.R.) giunge ai confini con
la mesosfera. Quella con lunghezza d’onda inferiore a 0,15micron (alto
contenuto energetico) raggiY, raggiX e parte degli U.V. vengono assorbite
nella termosfera (ecco una spiegazione delle alte temp). La radiazione oltre
i 14micron, a basso contenuto energetico) viene riflessa nella ionosfera.
Reparto Addestramento Assistenza al Volo
4. Struttura termica verticale
Meccanismo di riscaldamento e schema di bilancio termico.
NU
BI
Reparto Addestramento Assistenza al Volo
SINTESI:
Quali sono le forze che agiscono sull’atmosfera??
Pressione atmosferica e gravità terrestre
Quali sono i componenti permanenti dell’aria?
N2 O2 A C2 O2.
Quali sono i componenti variabili dell’aria?
O3 H2O Na Cl C .
Come viene suddivisa termicamente l’atmosfera?
Troposfera stratosfera mesosfera termosfera.
Reparto Addestramento Assistenza al Volo
Sistemi a grande scala: storia
•Prima dello sviluppo del telegrafo (1850) impossibile organizzare reti osservative, ma:
- nel 1707 Defoe notò p<0 prima delle burrasche
- nel 1743 Franklin dedusse l’estensione di un sistema di nubi (<300 Km) ed il suo moto apparentemente
controvento dalla statistica sulla visibilità delle eclissi
•Fitz Roy: cicloni delle medie latitudini (extratropicali) dovuti al contrasto termico tra
messe d’aria calde e fredde
•Scuola norvegese (1910-1920): dopo la 1° guerra mondiale elaborarono una teoria a
tutt’oggi valida analizzando i dati delle stazioni meteo ed il tipo e moto delle nubi
•La 2° guerra mondiale favorì l’uso degli aerei e l’impiego dei radiosondaggi scoperta
delle correnti a getto e delle loro interazioni con i fronti
•1960: primi satelliti meteo conferma della teoria norvegese, rilevazione di maggiori
dettagli sulle strutture alla mesoscala
La ciclogenesi
•Situazione tipica: famiglie di cicloni extratropicali e fronti in vari stadi di sviluppo
estesi per migliaia di Km sull’oceano, di forma ondulata, in moto da O verso E
•Ogni ciclone ha un suo ciclo di vita e si trova in un determinato stadio di essa
Fronte
•Il fronte che collega queste depressioni è il fronte polare zona di rapida
transizione termica che separa le masse d’aria (calde) delle basse latitudini da quelle
(fredde) delle alte latitudini
•Fronte: sottile zona di
transizione tra due masse d'aria,
(non è però una superficie netta
come quella degli oceani) estesa
orizzontalmente per 100-200
Km e verticalmente per 1-3 Km.
•La zona di transizione presenta
discontinuità nelle grandezze
meteo, è molto sottile rispetto
alla sua estensione (100m-1Km)
ed è disposta obliquamente
•Nelle mappe i fronti sono sempre disegnati come appaiono in superficie (= al suolo)
•Non è detto che la differenza tra le masse d’aria sia solo termica: possono anche
esistere fronti dovuti a differenze di umidità ( densità)
Morfologia del fronte
•Tale linea di separazione può ondularsi rispetto ad una distribuzione puramente “zonale”
(Ovest-Est)
•L’ondulazione avviene per diversi fattori:
la distribuzione irregolare di terre ed oceani, le diverse caratteristiche termiche delle superfici
•Tali fattori sono attivi prevalentemente nella bassa troposfera, ed è infatti qui che
avvengono i principali fenomeni di ciclogenesi
•Sono anche presenti cicli stagionali (monsoni, spostamento ICTZ, ecc.)
•Secondo la teoria norvegese, la ciclogenesi è provocata dal movimento del fronte polare
•Oggi si sa che la causa è il contrasto tra masse d’aria diverse
Fasi di evoluzione di una depressione: I
Fase (a)
•Presenza di convergenza circolazione ciclonica (per conservazione della
vorticità) moti ascendenti verticali sviluppo di consistente massa di nubi medie
stratificate
•Si generano quindi fronti di irruzione di aria fredda e calda
Fasi di evoluzione di una depressione: II
Fase (b)
•formazione nubi alte, ispessimento nubi medie precipitazioni continue nell’area
del fronte caldo;
•Divergenza nell’alta troposfera maggiore della convergenza nella bassa troposfera
(attrito) pressione in diminuzione vicino alla cresta dell’onda
•Fronti molto obliqui rispetto al suolo
Fasi di evoluzione di una depressione: III
Fase (c)
•Amplificazione dell’onda frontale; diminuzione della pressione nella cresta frontale
con formazione di un minimo barico (10hPa); ventiintensità di burrasca; nubi:
cumulonembi (f.f.) e nembostrati (f.c.) con estesi banchi di As e Cs; precipitazioni
consistenti
•Sviluppo di un intenso nucleo di corrente a getto a 200-300 hPa allineato al f.f.
Fasi di evoluzione di una depressione: IV
Fase (d)
•Nella depressione ampiezza logitudinale ampiezza trasversale; riduzione dell’area
del fronte caldo occlusione (l’aria fredda scaraventa in alto l’aria calda)
•Spostamento verso N (e verso O) del minimo depressionario e del fronte occluso;
allineamento della corrente a getto col f.f. (e non col f.o.)
•Contrasto termico nel f.o. < che nel f.f.
Fasi di evoluzione di una depressione: V
Fase (e)
•Ulteriore diminuzione dei contrasti termici il centro della depressione rimane
freddo (nucleo freddo, o goccia fredda)
•Si mantengono nubi e piogge per diversi giorni il f.o. spiralizza attorno al minimo
con venti forti
•Dopo alcuni giorni la depressione “si colma” (per attrito)
Fronti in una depressione “matura”
Fronte caldo
B
Minimo barico
Fronte occluso
Fronte freddo
Le famiglie di depressioni
•Le depressioni tendono a muoversi
verso E fino alla comparsa
dell’occlusione
•Poi tendono a rimanere quasi
stazionarie, ruotando attorno ad un
centro fisso (il minimo)
•Il residuo del f.f. possiede ancora un
notevole contrasto termico; esso
tende a svincolarsi dalla depressione
ed a procedere verso SE acuendo il
proprio contrasto termico
•Tale contrasto può provocare ulteriori eventi ciclogenetici simili al primo, e così via
si generano “famiglie” di depressioni (anche 6 o più), ognuna “figlia” delle altre,
distese in obliquo dalle latitudini subpolari a quelle subtropicali
•Alla fine il “vecchio” vortice si smorza e “muore”, lasciando dietro di sé una scia di
sistemi che hanno ricoperto una regione estesa per oltre due settimane
Fronte caldo
•Prodotto dallo scorrimento dell’aria
calda sull’aria fredda (come piano
inclinato)
•L’aria calda si solleva e si raffredda
sino al punto di rugiada,
condensazione del vapore acqueo
nubi a carattere stratificato più
spesse (Ns precipitazioni), poi
nubi via via più sottili (As, Ci, Cs)
•Evaporazione della pioggia
aumento dell'umidità nubi basse
(St, nebbie)
•Tipologie di fronte caldo: quelli a gradiente termodinamico stabile (nubi: strati
continui e compatti, con limiti superiori appiattiti e precipitazioni a carattere
continuo) e quelli a gradiente termodinamico instabile (saturo), nei quali la parte
superiore delle nubi basse forma rigonfiamenti che possono dare origine a Cb.
Fronte freddo
•L’aria fredda essendo più pesante si
propaga a contatto con il suolo (per
attrito si forma il “naso”) e scalza
l’aria calda preesistente che è
costretta forzatamente a salire
•Salendo l’aria calda si raffredda
sino al punto di rugiada,
condensazione del vapore acqueo
nubi a carattere convettivo
(sviluppo verticale): Cu, Tc, Cb
•L’estensione verticale dello strato
freddo è modesta (max 2-3 Km)
•Tipologie di fronte freddo: se l'aria calda che precede l'aria fredda è convettivamente
stabile nubi = Ns con forti precipitazioni e possibile presenza di nubi basse (Sc);
•Se invece l'aria calda è convettivamente instabile nubi = Cb con forti rovesci e/o a
temporali, precipitazioni più intense ma in zone ristrette; dietro il fronte, Ac
Fronte occluso
•A mano a mano che il settore caldo si chiude fino quasi a scomparire dalla superficie
del suolo ed a rimanere solamente in quota, si forma il fronte occluso
•Si distingono due tipi di occlusioni:
fredda (l'aria dietro al fronte freddo è più fredda di quella davanti al fronte caldo
agisce come un cuneo il fronte al suolo ha carattere freddo)
calda (l'aria dietro al fronte freddo è più calda di quella davanti al fronte caldo
sale sopra il fronte al suolo ha carattere caldo) .
In ogni caso, l'aria calda è
sempre sollevata dalla
superficie.
Esempio di mappa: alluvione Piemonte 2000
Depressioni
Fronti caldi
Fronti freddi
