ATMOSFERA
Strato di gas che avvolge un corpo celeste, sempre più rarefatto
via via che ci sia allontana dalla superficie (attrazione
gravitazionale).
La maggior parte della massa atmosferica è contenuta in uno
strato sottile (il 99% entri i primi 32 km), e i modelli più comuni
considerano l’atmosfera stratificata in modo piano e parallelo o
secondo gusci sferici
I principali gas presenti nell’atmosfera terrestre sono: azoto
(78%), ossigeno (21%), argon (0.9%), anidride carbonica (0.03%).
La composizione atmosferica, se si esclude il vapor d’acqua, può
essere considerata essenzialmente costante fino a circa 100 km
sul livello del mare
* Il contenuto di questi gas può variare significativamente nel tempo e nello spazio.
Aerosol atmosferico
L’aerosol atmosferico è costituito da tutte le particelle solide e
liquide sospese in aria, con dimensioni che variano di 4 ordini di
grandezza, da pochi nanometri a decine di micron
La composizione chimica di queste particelle cambia con le
dimensioni, con il tempo e dipende dal luogo in cui si trovano e/o
sono state prodotte.
Il materiale particellare viene prodotto da una grande varietà di
fonti e di processi, di origine naturale o antropica, che vanno dalla
semplice disgregazione di materiale crostale fino a complessi
meccanismi fotochimici in troposfera
Molti componenti dell’aerosol, come polveri, pollini o fumo,
vengono rilasciati o immessi in atmosfera come particelle già
esistenti all’origine (aerosol primario); altri, invece, provengono da
processi chimici che coinvolgono precursori gassosi i quali danno
luogo a prodotti in fase condensata (aerosol secondario)
PRINCIPALI SORGENTI DI AEROSOL
Superfici continentali: le forze di natura meccanica dovute agli
agenti atmosferici erodono la superficie terrestre provocando il
distacco di particelle microscopiche che permangono per un
tempo variabile sospese in aria in funzione della loro massa.
Gli oceani: il meccanismo di formazione è legato allo scoppio
delle bolle d’aria sulla superficie del mare: l’esplosione di una fine
pellicola d’acqua sulla parete superiore della bolla genera un
insieme di goccioline che, dopo la loro elaborazione, liberano
particelle microscopiche di sale marino
Gas: gas chimicamente attivi (solfati, nitrati), emessi da sorgenti
sia naturali (decadimento organico, incendi boschivi, esplosioni
vulcaniche), sia antropiche vengono trasferiti nell’atmosfera per
mezzo di reazioni chimiche. Qui diventano possibili nuclei di
condensazione per il vapore acqueo originando aggregati di
dimensioni variabili
atmosfera standard,
medie latitudini (45°N)
Troposfera (0-10 km): caratterizzata dalla presenza degli
organismi viventi e sede dei diversi fenomeni climatici e
meteorologici (sede delle correnti e delle perturbazioni). Nella
troposfera l’aria viene scaldata dalla Terra e la temperatura
diminuisce con la quota
Stratosfera (10-50 km): caratterizzata dalla formazione e
dall’accumulo dell’ozono, che assorbe i raggi ultravioletti
provenienti dal Sole (aumento temperatura) impedendo loro di
raggiungere la Terra e provocare danni agli organismi viventi.
Mesosfera (50-100 km): la luce solare scinde le molecole
presenti (ad esempio l’H2O è scissa in atomi di idrogeno e ioni
ossidrili). Nella mesosfera la temperatura diminuisce perché non
c’è assorbimento della radiazione solare
Termosfera o ionosfera (dai 100 km in su): contiene particelle
di gas ionizzate o dissociate, è molto calda (fino ad alcune
centinaia di gradi Celsius) ed è quasi completamente rarefatta.
PBL: PLANETARY BOUNDARY LAYER
(STRATO LIMITE ATMSFERICO)
Also called atmospheric boundary layer, the region of the lower
troposhere where Earth’s surface strongly influences temperature,
moisture, and wind through the turbulent transfer of air mass. As a
result of surface friction, winds in the PBL are usually weaker than
above and tend to blow toward areas of low pressure.
The PBL is covered by a layer of warmer air, creating what is
known as a temperature inversion. The boundary between the
cooler PBL below and the warmer layer above can be visually
marked by the base of the clouds in the area.
During the day, the air within the PBL is thoroughly mixed by
convection induced by the heating of Earth’s surface, and the very
top of the PBL is an entrainment zone characterized by sporadic
and weakening turbulence.
The thickness of the PBL depends on the intensity of this surface
heating and the amount of water evaporated into the air from the
biosphere. In general, the greater the heating of the surface, the
deeper the PBL. Over deserts, the PBL may extend up to 4,000 or
5,000 m in altitude. In contrast, the PBL is less than 1,000 m
thick over ocean areas, since little surface heating takes place
there because of the vertical mixing of water.
Quando la temperatura cresce con la quota, c’è un’inversione
TURBOLENZA ATMOSFERICA
Importanti processi atmosferici, quali il trasporto di vapore
acqueo, polveri e calore, la formazione di nuvolosità e
precipitazioni, sono strettamente legati alla natura turbolenta del
moto delle masse d’aria atmosferiche.
La turbolenza ha un’apprezzabile influenza sulla propagazione
delle onde elettromagnetiche e acustiche, producendo
fluttuazione aleatorie dell’indice di rifrazione atmosferico
Il moto turbolento di un fluido viscoso è caratterizzato da un
campo di velocità variabile e dalla presenza di disomogeneità, le
cosiddette perturbazioni turbolente o vortici, che producono un
continuo rimescolamento.
In un flusso turbolento il valore istantaneo u della velocità può
essere visto come la somma di un contributo dovuto al movimento
medio con velocità ū, e di un campo additivo di fluttuazioni con
velocità u’
Se si indica con L la dimensione caratteristica del flusso, con U la
sua velocità caratteristica e con µ la viscosità cinematica del
fluido, è possibile formare una combinazione adimensionale, nota
come numero di Reynolds che rappresenta il rapporto fra le forze
di inerzia e le forze viscose, che agiscono sul fluido.
UL
Re =
µ
Le forze di inerzia portano a contatto volumi di fluido inizialmente
lontani e dotati di velocità differenti, perciò tendono a creare una
situazione in cui la velocità varia apprezzabilmente in punti vicini.
Al contrario, le forze viscose agiscono in modo da annullare i
gradienti di velocità
In atmosfera il numero di Reynolds supera il valore critico Recr (tra
2500m e 5000m) per il quale le forze di inerzia sono abbastanza
grandi rispetto a quelle viscose da poter permettere un regime
turbolento stabile. Richardson ha definito un criterio relativo allo
sviluppo e al decadimento dell’energia cinetica del flusso
turbolento in un mezzo stratificato termicamente
Le principali cause dell’insorgere della turbolenza atmosferica
risiedono in differenze spaziali di notevole scala che si verificano
nei campi di temperatura e velocità del vento. Processi atmosferici
che producono queste differenze sono ad esempio:
Attrito fra l’atmosfera e la superficie terrestre con conseguente
formazione di notevoli gradienti verticali nei profili di velocità di
vento
Riscaldamento non uniforme di diverse zone della superficie
terrestre, con sviluppo di convezione termica
Processi di formazione di nubi che liberano calore latente per
condensazione e formazione di ghiaccio e che modificano il
carattere dei campi di temperatura e velocità di vento
Sviluppo instabile di correnti in strati di inversione nella
tropopausa e nelle altra zone di interfaccia atmosferiche
Deformazioni del flusso da parte di barriere montagnose che
creano disturbi ondulatori e movimenti rotatori
