introduzione alla meteorologia

INTRODUZIONE ALLA METEOROLOGIA
home
Parleremo di…
Struttura dell’
dell’atmosfera
Radiazione solare
Circolazione generale dell’
dell’atmosfera
I parametri meteorologici
Le nubi
I sistemi frontali
Carte meteorologiche
home
STRUTTURA DELL’ATMOSFERA
home
Scale e dimensioni
Regione
Dimensione
Tempi
Microscala
Da alcuni cm a Da 1 sec
qualche km
qualche ora
Mesoscala
Processi
legati
ad
Da qualche ora ad influenza orografica e
Da 1 a 1000 km
1 settimana
trasporto di energia da
micro a macroscala
Macroscala (scala sinottica)
> 1000 km
> 1 settimana
Struttura atmosfera
Processi
a Fenomeni
di
natura
turbolenta del PBL
Processi
su
scala
continentale o planetaria
home
La struttura dell’atmosfera
Termosfera (o
ionosfera)
Situata ad oltre 80 km di altezza, contiene particelle di gas ionizzate
o dissociate, è ionizzata e quasi completamente rarefatta
Mesosfera
Raggiunge un’altezza di 45-50 km e la luce solare scinde le
molecole
Stratosfera
Si trova ad un’altezza di 30 km ed è caratterizzata dalla formazione
e dall’accumulo di ozono
Troposfera
Ha uno spessore di circa 10 km, caratterizzata dalla presenza degli
organismi viventi e sede dei diversi fenomeni climatici e
meteorologici, è caratterizzata dalla presenza di gran parte delle
nuvole e da intensi moti d’aria
Struttura atmosfera
home
La struttura dell’atmosfera
(US-Standard-Atmosphere)
Struttura atmosfera
home
La struttura dell’atmosfera: numeri
Quota geometrica (m)
Quota Geopotenziale (m)
Pressione (hPa)
Temperatura (°C)
Densità (kg/m3)
10000
9984.30
265
-49.90
0.41
9000
8987.28
308
-43.42
0.47
8000
7989.95
357
-36.93
0.53
7000
6992.31
411
-30.45
0.59
6000
5994.35
472
-23.96
0.66
5000
4996.08
540
-17.47
0.73
4000
3997.49
617
-10.98
0.82
3000
2998.59
701
-4.49
0.91
2000
1999.37
795
2.00
1.01
1000
999.84
899
8.50
1.11
0
0
1013
15.00
1.23
home
Struttura atmosfera
Da cosa è composta l’atmosfera?
Principalmente da pochi ed importanti gas, presenti soprattutto nei primi chilometri di
atmosfera, e poi sempre più rarefatti.
Gas
permanenti
%
volume
Tempo di
permanenza
Azoto
78
106
Ossigeno
20.9
10
Anidride
carbonica
0.03
15
Argon
0.93
-
Gas variabili
simbolo
Quote
Ozono
O3
25-70 Km
Vapor d’acqua
H20
Sino a 12-18 Km
pulviscolo
-
Nei primi Km
-
Struttura atmosfera
home
RICAPITOLANDO:
La densità
densità dell’
dell’atmosfera varia con la quota
La pressione decresce con la quota
La temperatura non sempre decresce con la quota
home
Ecco la terra con i primi
100 Km di atmosfera: la
parte che ci interessa,
ovvero dove accadono
tutti i fenomeni
meteorologici,
praticamente non si
vede, avendo uno
spessore piccolissimo,
circa 12 Km.
Struttura atmosfera
home
LA RADIAZIONE SOLARE
home
L’energia disponibile sulla Terra è tutta legata alla
radiazione solare
Il sole ci invia sulla terra piccoli pacchetti di energia che poi
poi
dovranno distribuirsi su di una superficie pari 4 volte la superficie
superficie
di un cerchio di raggio pari a quello della Terra.
Radiazione solare
home
Distribuzione dell’energia sulla superficie terrestre
A parità di energia, essa sarà distribuita in maniera differente
su aree differenti.
Radiazione solare
home
LA CIRCOLAZIONE GENERALE
home
Perché esistono i fenomeni meteorologici (ovvero, perché ci
piove in testa?)
Questione di ridistribuzione di energia:
chi ne ha tanta ne cede un poco della sua a chi ne ha poca!
Ma chi fornisce l’energia?
Il sole!
L’energia che arriva sulla superficie terrestre è maggiore all’equatore che ai
poli, a causa della posizione della terra rispetto al sole.
Per poter ridistribuire il calore in eccesso, l’equatore ne invia un poco ai poli.
Questo movimento di calore determina, in maniera assai semplificata, la
circolazione delle masse d’aria.
Se la terra fosse ferma, ecco come apparirebbe il movimento delle masse
d’aria (cella di Hadley):
circolazione
home
Cella di Hadley idealizzata
home
L’effetto di Coriolis
La terra gira: dunque ci sono altre forze in gioco, tra cui la famosa forza
di Coriolis, che tende a far girare tutto quello su cui si posa.
Oltre a girare, è inclinata sul suo asse di circa 23 gradi.
Inoltre la superficie terrestre è rugosa, ovvero crea attrito.
Il risultato, rispetto a prima, è un poco più complicato, ma il succo
rimane quello:
circolazione
home
home
home
Le tre celle viste in sezione
circolazione
home
Esempio di circolazione in 3 dimensioni
circolazione
home
La circolazione dall’alto …
Ecco come potrebbe apparire la
circolazione delle masse d’aria sulla
superficie terrestre vista dall’alto
Ed al suolo …
circolazione
home
Ondulazioni a grande e media scala
Ridge
Ridge
Trough
circolazione
home
Saccatura-promontorio (in quota)
circolazione
home
CARTE METEOROLOGICHE
home
La pressione sulle carte meteo
Pressione ridotta al livello del mare
il valore misurato da una stazione in quota viene ed estrapolato al livello
del mare (al valore di pressione misurato alla quota z0 viene sommata la
pressione di una colonna d’aria di altezza z0). Le isobare sono le linee
che uniscono i punti con la medesima pressione ridotta al livello del
mare
Pressione in quota
a differenza della pressione al suolo, per la quota si utilizza una
grandezza differente, detta “altezza geopotenziale”, espressa in metri o
decametri, ed esprime l’altezza a cui è portata una massa d’aria unitaria
per opera delle forze gravitazionali. In pratica, fissata una pressione (ad
esempio 500 hPa), si visualizza a che quota è presente tale pressione. La
topografia assoluta è la carta che riporta per le superfici isobariche
principali (850 hPa, 700 hPa, 500 hPa, 300 hPa, 200 hPa) le linee di
uguale altezza (altezza geopotenziale)
Carte meteo
home
Gli altri parametri meteo
Temperatura:
Isoterme: le linee di ugual temperatura; vengono generalmente utilizzate per la
rappresentazione della temperatura in quota. Le isoterme al suolo sarebbero
eccessivamente influenzate dalle condizioni locali e si usano solo in casi specifici.
Isalloterme: le linee di ugual variazione di temperatura nel tempo, generalmente
considerate ad intervalli di 24 ore
Precipitazioni:
Isoiete: le linee di ugual precipitazione
Vento:
Isotache: le linee di ugual velocità
Rappresentazione vettoriale: vettori che indicano direzione, verso ed intensità del
campo di vento
Carte meteo
home
Altezza geopotenziale a
500 hPa
Pressione al livello del
mare
Temperatura ad 850 hPa
Vento a 300 hPa
Precipitazioni
Vento al suolo
home
esempi
home
Altezza geopotenziale e temperatura a 500 hPa
L
H
home
Precipitazione e pressione al suolo
Scala intensità
Data validità
home
Vento e temperatura a 700 hPa
Validità scadenza
Scala temperatura
Inizio corsa modello
Dimensione intensità 30 m/s
home
Rappresentazione dei fronti e della pressione al livello del
mare
Carte meteo
home
Simbologia usata
nelle carte al suolo
I dati di una stazione meteorologica
I principali simboli meteorologici che descrivono il
tempo relativo all’ultima ora e simboli convenzionali
dei principali 10 tipi di nubi
Carte meteo
home
Fenomenologia meteo della saccatura-promontorio
Bassa pressione:
Alta pressione:
Cielo sereno o poco nuvoloso
Cielo nuvoloso o coperto
Sviluppo di nubi cumuliformi (rovesci,
temporali)
Venti deboli o assenti (raffiche in
prossimità dei temporali)
Inversione termica, nebbie e foschie
Irraggiamento notturno
Precipitazioni estese anche di lunga
durata
Venti forti
Possibilità di formazione di nubi basse
nelle valli
circolazione
home
Ciclone sull’Italia
home
Anticiclone sull’Italia
home
Anticiclone con goccia fredda
home
I PARAMETRI METEOROLOGICI
home
La pressione
Forza esercitata su una superficie qualsiasi
da tutte le porzioni di aria sovrastanti
(pressione idrostatica)
Unità di misura:
1 hPa = 100 Pa = 1 mb = 0.001 Bar
Andamento con la quota:
p = p0 exp [-0.0034 (z - z0)/T]
La pressione decresce con la quota non
linearmente. Ma con buona
approssimazione si può dire che nei primi
3000 metri di quota la pressione decresca
di 1 hPa ogni 10 metri.
Parametri meteo
home
Andamento della pressione durante il giorno
hPa
6
12
18
ore
Utilizzando un normale altimetro è possibile misurare i cambiamenti di
pressione:
se durante la notte la quota del rifugio aumenta, la pressione diminuisce
se la quota del rifugio diminuisce, la pressione aumenta
Variazioni significative sono dell’ordine di almeno100 metri in 12 ore.
Variazioni non significative sono dell’ordine di 10-20 metri in 12 ore.
home
Parametri meteo
Variazione della pressione al suolo
A causa di variazioni delle
masse d’aria in quota!
Perché le masse hanno
velocità differenti!
Parametri meteo
home
Perché ci sono moti verticali intensi!
Parametri meteo
home
La pressione al suolo d’estate…(in genere)
Parametri meteo
home
La pressione al suolo d’inverno … (in genere)
Parametri meteo
home
La temperatura
Lo zero termico: la quota alla quale la
temperatura dell’aria in atmosfera libera
passa da valori positivi a valori negativi
Il gradiente termico verticale: γ = -6.5 °C /
km, ovvero la temperatura decresce
mediamente di 6.5 °C ogni chilometro
Le inversioni termiche: uno strato d’aria
dove la temperatura anziché diminuire con
la quota aumenta.
Parametri meteo
home
La temperatura varia strutturalmente nel corso della giornata a
seconda della tipologia del sito e del periodo dell’anno.
Variazione della temperatura nel giorno
Parametri meteo
home
La temperatura può avere degli effetti immediati sulla
stratificazione delle nubi, ed in genere dell’aria
Effetto dell’inversione termica sulla copertura del cielo
Parametri meteo
home
Zero termico
home
Umidità relativa
L’umidità relativa rappresenta il contenuto in percentuale (%) di vapor d’acqua in
atmosfera.
Cosa c’e’ da sapere?
L’unità di misura è il percento (%)
Il valore rappresentato da tale numero non è una stima assoluta; questo significa
che se l’umidità in una determinata località vale 98%, questo non significa che la
quantità di vapor d’acqua presente è elevata
Esiste un andamento strutturale durante il giorno dell’umidità relativa,
anticorrelato con la temperatura
Parametri meteo
home
Andamento dell’umidità relativa nel giorno
Parametri meteo
home
La distribuzione dell’umidità nello spazio dipende alla struttura
anemologica
Parametri meteo
home
Il vento
Cosa c’e’ da sapere?
L’unità di misura del vento è il metro al secondo
(m/s)
Il vento è una grandezza vettoriale, in altre parole
è una grandezza caratterizzata da tre numeri:
la direzione
l’intensità
il verso
La direzione del vento è sempre intesa come
direzione di provenienza. Vento da Nord-Ovest
significa che il flusso d’aria proviene da Nord-Ovest
e si dirige (evidentemente) a Sud-Est
home
Parametri meteo
Scala di intensità del vento
Esiste una scala dell’intensità del vento chiamata scala Beaufort, in cui il
vento è suddiviso solamente per intensità e non per direzione
0
Calma
0-0.2
1
Bava di vento
0.3-1.5
2
Brezza leggera
1.6-3.3
3
Brezza tesa
3.4-5.4
4
Vento moderato
5.5-7.9
5
Vento teso
6
Vento fresco
10.8-13.8
7
Vento forte
13.9-17.1
8
Burrasca
17.2-20.7
9
Burrasca forte
20.8-24.4
10
Tempesta
24.5-28.4
11
Tempesta violenta
28.5-32.6
12
Uragano
8-10.7
> 32.7
Parametri meteo
home
Vento e neve
il vento gioca un importantissimo ruolo nel
trasporto ed accumulo della neve (effetto
meccanico)
il vento gioca un importante ruolo sui processi
di metamorfismo della neve (effetto meccanico
e termico)
home
Meccanismi di trasporto eolico
Rotolamento: velocità vento sino a 18 Km/h (5
m/s). Possibili accumuli: trascurabili.
Saltazione: velocità vento tra 18 e 36 Km/h (510 m/s). Possibili accumuli sino a 10 cm.
Sospensione e turbolenza: velocità vento tra 36
e 100 Km/h. Possibili accumuli: sino a 40 cm con
velocità vento sino a 54 Km/h (15 m/s); sino a 80
cm con velocità vento sino a 72 Km/h (20 m/s);
anche sino a 200 cm per velocità superiori a 72
Km/h.
home
home
Effetto termico del vento
vento secco/freddo induce la sublimazione di cristalli di neve raffreddando la
superficie e deumidificando il manto nevoso; rallenta l’eventuale metamorfismo da
debole gradiente in atto
vento umido/freddo cede vapore e quindi accelera la sinterizzazione; il fenomeno si
evidenzia nella formazione di sottili strati superficiali più densi, anche se fragili e a
debole resistenza, che, interagendo sulla circolazione di calore e vapore con gli strati
sottostanti, possono dare il via al metamorfismo da gradiente elevato. Su neve in
fusione questo tipo di vento porta a croste ghiacciate
vento secco/caldo (foehn) riscalda la superficie più di quanto si raffreddi per perdita di
umidità (sublimazione o fusione veloce in funzione della temperatura)
vento umido/caldo cede vapore al manto nevoso riscaldandolo e umidificandolo
home
Venti locali
Brezza di lago, brezza di valle,
brezza marine.
Se ci sono, il tempo è
sicuramente bello …
PER SAPERNE DI PIU’
Parametri meteo
home
LE NUBI
home
SISTEMI FRONTALI
home
Fronte freddo
Uno strato d’
d’aria che si muove in modo
tale che l’
l’aria fredda (più
(più densa) avanzi
e sposti l’
l’aria calda (meno densa)
Il considerevole innalzamento dell’
dell’aria
calda in prossimità
prossimità del fronte genera
nuvole convettive
Si possono avere precipitazioni su entrambi i settori
del fronte
Si hanno precipitazioni di natura convettiva, a
carattere temporalesco
fronti
home
Fenomenologia del fronte freddo
Prima del fronte
In prossimità
prossimità del fronte
Dopo il fronte
Nuvole
Inizialmente banchi di altocumuli. Poi ammassamento di
cumulo-nembi
Rovesci di pioggia, spesso
fulmini e tuoni
Rasserenamento assai rapido
Pressione
In diminuzione
In aumento, a volte assai
brusco
In aumento
Vento
Da sudovest, umido
Da ovest a nordovest,
tempestoso e freddo, anche a
raffiche
Da nordovest, meno forte e
freddo
Temperatura
Stazionaria
In diminuzione
In diminuzione
Visibilità
Visibilità
Scarsa
Cattiva
Progressivamente migliore
tempo
Minaccioso per
ammassamento di nubi oscure
ad ovest ed anche a nordovest
Cielo interamente coperto con
nuvole nere in rapido
movimento e possibilità di
temporali
Improvvise schiarite alternate
a rovesci di pioggia
home
fronti
Fronte caldo
Uno strato d’
d’aria che si muove in
modo tale che l’
l’aria fredda (più
(più
densa) arretri e venga sostituita
dall’
dall’aria calda (meno densa)
Innalzamenti contenuti dello strato
di aria calda in prossimità
prossimità del
fronte danno origine a nuvole
stratiformi
Le precipitazioni sono localizzate sul settore
caldo del fronte
Sono precipitazioni stratificate e persistenti
In inverno possono cadere come nevischio o
pioggia gelata
fronti
home
Fenomenologia del fronte caldo
Prima del fronte
In prossimità
prossimità del fronte
Dopo il fronte
Nuvole
Passaggio di cirri seguito da
campi di nuvole stratificate
Basse nuvole piovose:
nembostrati
Dissoluzioni delle nubi
Pressione
In diminuzione
In diminuzione
Costante, a volte in
diminuzione
Vento
Da sudest a sud, piuttosto forte
Sud, in rafforzamento
Da sudovest a ovest, piuttosto
forte e caldo
Temperatura
In diminuzione
In aumento
In aumento
Visibilità
Visibilità
Progressivamente peggiore
Cattiva
Progressivamente migliore
Tempo
Grigio, eventualmente
pioviggine
Nuvolosità estesa, pioggia
continua
Pioggia in diminuzione
fronti
home
Tipologia frontale
Fronte stazionario
Un fronte freddo che non si muove o si muove molto lentamente
Fronte occluso
Un fronte freddo si muove tipicamente più
più rapidamente di un fronte caldo
Un fronte freddo può raggiungere e sorpassare un fronte caldo
Più
Più in dettaglio:
fronti
home
Fronti occlusi
Aria Calda
Fronte occluso di tipo freddo
Aria fredda
Aria Calda
Fronte occluso di tipo caldo
Aria fredda
home
fronti
Ciclogenesi
Inizia la ciclogenesi
L
Il ciclone si approfondisce
Il ciclone raggiunge lo stadio maturo
L
L
Il ciclone si occlude
fronti
home