Scuola di Scienze e Tecnologie
L-32 / L-34 – Scienze geologiche, dell’ambiente e della natura
Corso di “Geografia fisica”
Modulo “Fisica dell’atmosfera e dell’Idrosfera”
Prof. Carlo Bisci
04 – Insolazione e temperatura
L’insolazione
La quasi totalità dell’energia disponibile sulla Terra proviene dal Sole, attraverso la sua
REM (insolazione).
La quantità di energia trasmessa
dal Sole a ciascun punto della Terra
dipende (oltre che dalla
trasparenza locale dell’Atmosfera)
dall’angolo di incidenza dei raggi
solari.
Quest’ultimo, dipende da tre
parametri: altezza del Sole
sull’orizzonte (a sua volta funzione
della stagione e ora del giorno),
inclinazione locale della superficie
terrestre (angolo zenitale) e
orientamento del versante (angolo
azimutale).
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Effetto complessivo dell’inclinazione dell’asse terrestre
L’effetto complessivo dell’inclinazione
Se l’asse di rotazione della Terra fosse
dell’asse di rotazione terrestre (non
perfettamente perpendicolare al piano
considerando la trasparenza
dell’eclittica, la radiazione solare sarebbe
dell’atmosfera) consiste in una
sempre massima all’Equatore (raggi ortogonali riduzione dell’insolazione alle basse
alla superficie) e nulla ai Poli (raggi tangenti).
latitudini e un forte incremento alle
latitudini maggiori
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Variazione stagionale dell’insolazione teorica
Data l’inclinazione dell’asse terrestre, la zona di massima insolazione migra nel corso
dell’anno tra i Tropici e ai Poli si hanno stagionalmente periodi più o meno lunghi (in
funzione della latitudine) di insolazione teorica.
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Ciclo stagionale dell’insolazione reale
La distribuzione reale dell’insolazione non dipende però solamente dalla latitudine, a
causa di variazioni locali della trasparenza dell’atmosfera (nuvolosità, aerosol ecc.).
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Insolazione e riscaldamento
circa
5’700 °C
circa -270 °C
(zero assoluto)
15 °C
da -90 a +60°C
-23 °C
da -173 a +127 °C
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Il riscaldamento della Terra
Come già detto, la materia non perfettamente trasparente o riflettente interagendo
con la REM assorbe energia termica e quindi si riscalda, per poi riemettere REM alla
frequenza tipica della nuova temperatura raggiunta, raffreddandosi nuovamente.
L’Atmosfera è, nel complesso,
abbastanza trasparente per la
maggior parte delle lunghezze
d’onda dello spettro solare.
Di conseguenza, il Sole non riscalda
che marginalmente i gas della
Troposfera, dato che gran parte
della radiazione solare raggiunge la
superficie terrestre quasi
indisturbata.
Terreno, acqua e vegetazione si
comportano invece in modo
diverso, assorbendo buona parte
dell’energia trasmessa dal Sole e
trasformandola in calore.
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Gas serra
Nella Troposfera sono presenti gas non trasparenti alla lunghezza d’onda
dell’infrarosso termico (ovvero alle frequenze tipiche della temperatura della Terra),
che vengono quindi assorbite (riscaldando l’aria) o riflesse verso il suolo (impedendo
loro di sfuggire verso il vuoto cosmico.
E’ proprio a questi gas (detti gas serra)
che è dovuta la temperatura media
della Terra, più alta in media di quasi
40°C rispetto alla Luna (altrettanto
lontana dal Sole).
Tra i gas serra più importanti abbiamo il
vapore acqueo, l’anidride carbonica e
il metano.
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Effetto serra
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Nubi e aerosol
L’acqua e il ghiaccio presenti nelle nubi, così come i componenti del pulviscolo
atmosferico, invece, riflettono verso l’esterno parte della radiazione solare, riducendo
l’irraggiamento effettivo della Terra da parte del Sole.
L’efficacia di questi elementi dipende soprattutto dalla loro distribuzione, che varia
fortemente nel tempo e nello spazio; le nubi possono riflettere fino al 60% della REM.
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Bilancio della REM nell’Atmosfera
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Bilancio energetico della REM
Radiazione in ingresso
In arrivo dal Sole
Riflessione diffusa (pulviscolo ecc.)
Riflessione dalle nubi
Albedo terrestre
Riflessione totale
Assorbita nell'Atmosfera
Assorbita alla superficie terrestre
Assorbimento totale
Assorbimento + riflessione
Radiazione in uscita
Radiazione emessa dalla Terra
Perdita verso lo spazio
Assorbimento nell'atmosfera
Radiazione emessa dall'Atmosfera
Perdita verso lo spazio
Assorbimento alla superficie terrestre
Radiazione netta emessa dalla superficie terrestre
Radiazione netta emessa dall'Atmosfera
Radiazione netta totale emessa dalla Terra
100
5
21
6
32
16
50
66
100
98
8
90
137
60
77
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21
47
68
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Ritardo nella risposta termica alla REM
I momenti più caldi (del giorno o dell’anno) non corrispondono a quelli con maggiore
insolazione, ma sono sempre sensibilmente “ritardati”, dato che anche dopo il picco
della radiazione la superficie terrestre continua ad essere efficacemente riscaldata
(anche se in misura progressivamente minore).
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Bilancio stagionale della radiazione
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Flussi termici
In conseguenza dell’interazione tra REM e materia, si hanno flussi (ovvero
spostamenti) di calore tra la superficie terrestre e l’Atmosfera, ovviamente con ciclo
stagionale.
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Flusso di calore latente
Parte del calore prodotto è immagazzinato come calore latente (soprattutto dal
vapore d’acqua).
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Differenze tra terre e acque
Terraferma e bacini idrici hanno un comportamento differente per quanto riguarda il
riscaldamento dovuto all’irraggiamento solare: difatti i corpi idrici si riscaldano e si
raffreddano molto più lentamente (maggiore inerzia termica).
In conseguenza della maggiore inerzia termica dell’acqua, i mari tenderanno ad essere
più freddi delle terre nei momenti più caldi (di maggiore insolazione) e più caldi in
quelli di minore insolazione (più freddi).
I motivi di questa differenza di comportamento sono fondamentalmente quattro:
1) nelle terre, tutta la radiazione è assorbita dalla superficie,
mentre in acqua si distribuisce su uno spessore notevole;
2) le acque, essendo liquide, sono soggette a fenomeni di rimescolamento (e quindi
scambio di masse a temperatura diversa);
3) occorre più calore per riscaldare di un grado una stessa quantità di acqua (maggior
calore specifico);
4) sull’acqua l’evaporazione (che avviene assorbendo calore) è massima.
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Fattori che determinano l’entità del riscaldamento
Sulle terre emerse, l’entità del riscaldamento locale a parità di insolazione è
determinata da diversi parametri, i principali dei quali sono:
- Albedo (riflettanza locale)
- Presenza di vegetazione (che assorbe la REM ed emette vapore acqueo)
- Umidità del terreno (a cui è connessa la perdita di calore per evaporazione)
- Umidità dell’aria (che crescendo tende a ridurre l’evaporazione dal suolo)
- Calore specifico del materiale (inversamente proporzionale al riscaldamento)
- Compattezza del materiale (l’aria è un buon isolante termico)
- Vento (che trasporta anche calore e che facilita l’evaporazione)
- Antropizzazione (influenza complessa, non univoca ma in media tendente a
incrementare il riscaldamento)
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Isole di calore urbane
Le zone a forte antropizzazione (città e centri industriali) producono molto calore
(combustione, condizionamento, effetto joule ecc.) che si trasferisce all’atmosfera,
rendendola più calda di quanto non sia nelle limitrofe aree più “naturali”, dando luogo
a vere e proprie isole di calore.
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Distribuzione delle temperature
Nel suo insieme, quanto finora esposto fa sì che la temperatura dell’aria misurata alla
superficie terrestre abbia variazioni spaziali abbastanza complesse nel corso dell’anno.
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