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
05 – Pressione e venti
Pressione atmosferica e moti dell’aria
La pressione atmosferica è l’effetto del peso (massa * gravità) della colonna d’aria che
sovrasta un punto, per cui decresce con la quota.
La sua distribuzione, a parità di quota, non è però omogenea, a causa di venti
(movimenti prevalentemente orizzontali) e correnti (prevalentemente verticali) d’aria.
I moti dell’aria sono in
massima parte innescati da
differenze di temperatura.
Infatti, riscaldandosi, le
particelle di gas
acquisiscono maggiore
energia cinetica che porta
all’espansione della massa
d’aria, che diviene
più leggera di quella
circostante più fresca (e,
quindi, per il principio di
Archimede, a sollevarsi).
In questo modo del calore
viene trasferito in quota.
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Sollevamento adiabatico
Una volta che una massa d’aria calda comincia a risalire nell’atmosfera, si trova ad
essere progressivamente sottoposta ad una pressione inferiore, per cui si espande
fino a raggiungere la stessa pressione dell’aria circostante, senza scambiare calore con
essa (espansione adiabatica libera).
L’espansione porta a
distribuire la stessa quantità
di calore in un volume d’aria
maggiore, per cui la
temperatura della massa
d’aria in ascensione cala
progressivamente.
La risalita termina quando la
bolla d’aria, espandendosi e
raffreddandosi, arriva ad
essere in equilibrio (stessa
temperatura e pressione)
con l’aria circostante
(principio di funzionamento
delle mongolfiere)
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Inversione termica
In genere, salendo in verticale nella troposfera la temperatura decresce
costantemente (seppure con gradienti diversi); in alcuni casi si può però avere la
presenza di masse d’aria più calde che sovrastano livelli più freddi (inversione
termica), bloccando la risalita di bolle in sollevamento adiabatico libero.
Questo fenomeno è particolarmente diffuso nelle valli, dove la predita di calore per
radiazione causa un aumento nel raffreddamento notturno dell’aria.
Il blocco alla corrente
ascensionale produce un
ristagno al suolo non
solo dell’aria ma anche
dei suoi inquinanti, i cui
livelli vengono a crescere
rapidamente.
E’ anche responsabile
della formazione di
buona parte delle coltri
di nebbia.
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Sollevamento adiabatico e pressione al suolo
Nel momento in cui una massa d’aria si riscalda e quindi risale (corrente ascensionale
termica), viene a crearsi un “vuoto” nella sua posizione originale, ovvero una
diminuzione della pressione locale.
Questo comporta un immediato flusso d’aria (vento) dalle aree circostanti in cui la
temperatura dell’aria è minore e, di conseguenza, la pressione è maggiore.
In linea di massima, quindi,
avremo:
- basse pressioni nelle zone
più calde
- alte pressioni in quelle più
fredde.
Da questo consegue che i
venti al suolo tenderanno in
genere ad andare dalle zone
più fredde verso quelle più
calde.
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Brezze di mare
Nelle aree costiere, durante il dì la terra (riscaldandosi più rapidamente) crea bolle
d’aria calda che si sollevano, richiamando aria più fresca dal mare (brezze di mare, la
cui intensità è massima nei momenti più caldi del giorno, in cui è massima la
differenza di temperatura tra terra e acqua).
Le masse d’aria provenienti dal mare
determinano però un abbassamento di
pressione nella loro area di
provenienza, richiamando verso il
basso, per subsidenza, le masse d’aria
sovrastanti (corrente discensionali
fresche).
In quota, questa subsidenza, a sua
volta produce un abbassamento di
pressione (a cui sopra la terraferma fa
riscontro un incremento di pressione
dovuto alla risalita della bolla calda),
per cui viene a determinarsi un vento
di quota avente verso opposto (da
terra verso mare) che chiude il ciclo
termico.
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Brezze di terra
Durante la notte, invece, la terra si raffredda rapidamente fino ad essere più fresca del
mare; a questo punto, in analogia con quanto visto prima, viene ad innescarsi una
corrente d’aria da terra verso mare (brezza di terra) che raggiunge la sua massima
intensità nel momento in cui è massima la differenza di temperatura tra terra e mare
(poco dopo il sorgere del Sole).
Logicamente, l’intensità delle brezze
di mare e di terra è maggiore durante
i mesi più caldi, mentre (alle nostre
latitudini) non si attivano durante i
mesi freddi.
In generale:
i centri di alta pressione sono legati a
basse temperature e prendono il
nome di anticicloni,
i centri di bassa pressione sono legati
ad alte temperature e prendono il
nome di cicloni.
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Centri stagionali di pressione – mesi caldi
Cambiando scala spazio-temporale, fenomeni analoghi caratterizzano le terre emerse
e gli oceani nel corso delle stagioni.
Avremo quindi che durante la stagione calda si verranno a formare centri di alta
pressione sugli oceani e di bassa pressione sui continenti, con prevalenza di venti di
origine marittima.
In particolare, per quanto
riguarda l’emisfero nord, è
importante notare i due principali
centri estivi di alta pressione:
l’Anticiclone delle Azzorre
(nell’Atlantico)
l’Anticiclone delle Hawaii (nel
Pacifico).
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Centri stagionali di pressione – mesi freddi
All’inverso, durante la stagione fredda saranno i continenti (più freddi) ad ospitare i
centri di alta pressione e gli oceani (più caldi) ad essere caratterizzati da basse
pressioni, con prevalenza di venti di origine continentale.
Nell’emisfero nord, i due
principali centri invernali di alta
pressione sono:
l’Anticiclone Siberiano (in Asia),
l’Anticiclone Canadese (in
America).
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Centri permanenti di pressione
In base alla stessa logica, per cui alle zone più fredde si associa un centro di alta
pressione e a quelle più calde un centro di bassa pressione.
È intuitivo, quindi, che i Poli ospitino in permanenza anticicloni, mentre la fascia
equatoriale è interessata da un centro di che fluttua stagionalmente in funzione della
variazione dell’insolazione.
A latitudini intermedie,
invece, la situazione è più
complessa e sono
presenti una fascia di alte
pressioni oscillante
intorno ai Tropici e una
intorno ai paralleli 60°
(più discontinua e
variabile, in funzione
anche dei centri
stagionali di pressione).
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Variazioni stagionali dei centri di pressione
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Forza di Coriolis
La rotazione della Terra fa sì che
tutti gli oggetti sulla superficie
terrestre e nell’atmosfera
ruotino intorno all’asse terrestre
ad una velocità proporzionale
alla loro distanza da esso
(ovvero, a parità di quota, al
coseno della latitudine), che
sarà quindi massima
all’Equatore e nulla ai Poli.
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Forza di Coriolis
Di conseguenza, una massa
d’aria che da un centro di alta
pressione si muove verso uno
di bassa pressione, fluendo in
direzione dell’Equatore si
troverà ad avere un eccesso
di velocità verso Est rispetto
al terreno sottostante, e verrà
quindi deflessa verso Est.
Viceversa, se si sposta verso
latitudini maggiori avrà una
carenza di velocità verso Est,
per cui verrà deflessa verso
Ovest.
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Movimenti ciclonici e venti
Le masse d’aria che escono dagli anticicloni per
raggiungere i cicloni non seguono quindi una
linea retta, ma dapprima una spirale uscente dal
centro di alta pressione e quindi una spirale
entrante verso il centro di bassa pressione. I venti
risulteranno quindi grossomodo tangenziali a
cerchi concentrici centrati sui centri di alta e di
bassa pressione. Al suolo, questa tendenza è
meno regolare a causa dell’attrito con il terreno e
con le sue irregolarità.
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Movimenti ciclonici in quota
Anche le correnti ascensionali e discensionali (nei cicloni e negli anticicloni,
rispettivamente) sono affette dalla Forza di Coriolis, per cui anche il loro moto risulterà
a spirale.
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Circolazione globale
La distribuzione dei centri di pressione permanenti determina la circolazione globale
delle masse d’aria, che può essere schematizzata (per ogni emisfero) in tre celle di
circolazione convettiva.
-
Cella polare
Cella delle medie latitudini
Cella di Hadley
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Venti prevalenti
Al suolo, tali celle determinano l’instaurarsi di venti abbastanza costanti.
Intorno ai Poli, venti geostrofici spirano verso le latitudini inferiori disponendosi da
Est, mentre nella fascia intertropicale sono presenti gli Alisei, che vanno verso la bassa
pressione equatoriale spirando anch’essi all’incirca da Est.
Alle medie latitudini, prevalgono
invece i venti da Ovest.
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Velocità del vento e gradiente barico
La velocità dei venti dipende dal gradiente barico,
ovvero dall’entità della variazione laterale di pressione
atmosferica, e viene generalmente espressa in gradi
Beaufort.
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Monsoni
Ci sono vaste zone, come tutta l’area indocinese, che sono sistematicamente
interessate da una forte alternanza stagionale tra masse d’aria continentale durante la
stagione fredda e masse d’aria oceaniche durante la stagione calda; i venti che
determinano questa peculiare condizione sono detti Monsoni.
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Pressione e venti a Gennaio
In funzione della distribuzione dei centri di alta e bassa pressione (stagionali e
permanenti) si ha una variazione annuale della direzione e dell’intensità media dei
venti.
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Pressione e venti a Luglio
In funzione della distribuzione dei centri di alta e bassa pressione (stagionali e
permanenti) si ha una variazione annuale della direzione e dell’intensità media dei
venti.
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Venti in quota
Nella parte superiore della Troposfera, i venti hanno in linea di massima una
provenienza occidentale alle medie e alte latitudine e orientale sopra la fascia
equatoriale, con tendenza alla vorticità lungo le aree tropicali, anche se possono
formarsi “onde” in quota.
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Corrente a getto
Le onde in quota contribuiscono
sensibilmente al trasferimento di calore tra
fasce a latitudine diversa.
Ad alta quota (intorno ai 10-12 Km), in
corrispondenza dei limiti tra le diverse celle
di circolazione globale, sono presenti fasce
in cui i venti hanno velocità
particolarmente elevate (fino a oltre 450
Km/h), chiamate correnti a getto, molto
importanti per la navigazione aerea, la cui
posizione e il cui andamento variano
abbastanza irregolarmente.
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Venti locali
Esistono situazioni in cui sono fattori locali, in assenza di forti gradienti barici, a
determinare l’instaurarsi di venti locali (in genere di minore energia), come ad
esempio al fascia litoranea, per cui si è detto a proposito delle brezze di mare e di
terra. Un fenomeno simile determina l’instaurarsi delle brezze di monte (diurne) e di
valle (notturne). Un altro gruppo di venti locali sono quelli detti catabatici, che
scendono da vasti altopiani sopra cui si accumulano masse d’aria fredda che
defluiscono verso valle.
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