CORSO DI METEOROLOGIA
GENERALE E AERONAUTICA
2 - Termodinamica dell’Atmosfera
GRANDEZZE TERMODINAMICHE - SCALE TERMOMETRICHE
PROPAGAZIONE DEL CALORE - ALBEDO
BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO
ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA
Dr. Marco Tadini
meteorologo
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Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica
Termodinamica dell’Atmosfera
GRANDEZZE TERMODINAMICHE
Q
energia
– esprime la capacità di un corpo a compiere lavoro
Q
energia cinetica
– posseduta da un corpo grazie al suo movimento
– proporzione al quadrato della velocità Ec=½mv2
Q
temperatura (di un solido, liquido o gas)
– relativamente alle particelle costituenti è:
Q
Q
Q
indice del loro grado di agitazione
correlata alla loro velocità media ⇒ en. cinetica media
calore
– forma di energia
– da un corpo ad altro con diversa temperatura
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Termodinamica dell’Atmosfera
SCALE TERMOMETRICHE
DEFINIZIONI E CONVERSIONI
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Termodinamica dell’Atmosfera
PROPAGAZIONE DEL CALORE
Q
conduzione
– tipico dei solidi
– tra due corpi a contatto o tra parti stesso corpo
Q
convezione
– tipico dei fluidi
– correnti convettive:
Q
si scalda una sezione di fluido
Q
le molecole si spostano all’interno del fluido
Q
trasporto di energia cinetica ⇒ trasporto di calore
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Termodinamica dell’Atmosfera
PROPAGAZIONE DEL CALORE
Q
irraggiamento (trasferimento radiativo)
– propagazione nel vuoto alla velocità luce
– tipico del sistema Sole - Terra
– assenza di materia
– onde elettromagnetiche assorbite e trasformate in calore
– corpo emittente:
Q
quantità di radiazione emessa dipende dalla temperatura
– corpo assorbente:
Q
quantità di radiazione assorbita dipende dalla superficie
Q
albedo: rapporto tra radiazione riflessa e radiazione totale
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Termodinamica dell’Atmosfera
TRASFERIMENTO RADIATIVO
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
NATURA DELLA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
E DEFINIZIONE DI SPETTRO ELETTROMAGNETICO
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Termodinamica dell’Atmosfera
TRASFERIMENTO RADIATIVO
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
LEGGE DELL’INVERSO DEL QUADRATO DELLA DISTANZA
E DEFINIZIONE DI EQUILIBRIO RADIATIVO
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Termodinamica dell’Atmosfera
TRASFERIMENTO RADIATIVO
LEGGI DEL CORPO NERO
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Termodinamica dell’Atmosfera
TRASFERIMENTO RADIATIVO
RELAZIONE TRA ALBEDO - TEMPERATURA E ALBEDO
CARATTERISICA DI ALCUNE SUPERFICI TERRESTRI
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Termodinamica dell’Atmosfera
BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO
Q
Sole e Terra emettono energia con un massimo:
– Sole: regione visibile VIS dello spettro elettromagnetico
– Terra: regione infrarossa IR dello spettro elettromagnetico
Q
radiazione solare VIS raggiunge il suolo terrestre
– atmosfera trasparente a radiazione solare VIS
– riscaldamento Terra per assorbimento di radiazione solare IR
Q
Q
Terra emette radiazione infrarossa IR
emissione IR Terra parzialmente dispersa nello spazio
– parziale assorbimento di radiazione IR da parte atmosfera
– riscaldamento atmosfera e riemissione di radiazione IR
Q
Terra assorbe emissione IR atmosfera
– riscaldamento Terra (effetto serra)
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Termodinamica dell’Atmosfera
BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO
MASSIMI DI EMISSIONE ENERGETICA SOLARE
(VISIBILE) E TERRESTRE (INFRAROSSO)
Sole e Terra presentano emissione caratteristica di corpi neri,
rispettivamente a temperature di 6000 K e 255 K
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BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO
EFFETTO SERRA
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BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO
Q
il sistema Terra + atmosfera:
– riceve 100 unità di radiazione dal Sole:
Q
Q
30 disperse (albedo totale)
70 assorbite:
– 19 da nubi e atmosfera
– 51 dal suolo
Q
la superficie terrestre emette:
– 6 unità IR disperse nello spazio
– 111 unità assorbite IR dall’atmosfera
Q
l’atmosfera terrestre emette:
– 64 unità IR disperse nello spazio
– 96 unità assorbite dalla superficie terrestre
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Termodinamica dell’Atmosfera
BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO
Q
il sistema Sole / Terra + atmosfera:
– unità IR disperse nello spazio: 64+6=70
⇒ bilancio con le 70 assorbite
⇒ equilibrio radiativo
Q
la superficie terrestre:
– unità ricevute: 51 sole + 96 IR = 147
– unità disperse: 6 IR +111 IR = 117
⇒ fuori bilancio
Q
Q
vi è radiazione in eccesso da dissipare (30 unità)
altrimenti la superficie terrestre brucerebbe
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BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO
Q
trasferimento di calore sensibile (7 unità):
–
–
–
Q
sensibile: che si può misurare (termometri)
calore si sposta da una località all’altra
variazioni di temperatura in superficie
trasferimento di calore latente (23 unità):
– calore assorbito dall’acqua che evapora
– CALORE LATENTE DI EVAPORAZIONE
Q
–
–
–
600 calorie per trasformare in vapore 1 gr acqua
le correnti convettive trasportano vapore (e energia)
vapore che condensa restituisce la stessa energia
CALORE LATENTE DI CONDENSAZIONE
Q
600 cal per ogni gr di vapore che condensa
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BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO
RADIAZIONE SOLARE INCIDENTE
E BILANCIO ENERGETICO
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BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO
TRASFERIMENTO DI CALORE
SENSIBILE E LATENTE
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ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA
Q
curva insolazione solare
– ha il massimo a mezzogiorno
Q
curva emissione IR terrestre
– ha il massimo alcune ore dopo
Q
Q
Q
tempo necessario a superficie terrestre per assorbire
radiazione solare VIS e riemettere radiazione IR
l’aria si scalda assorbendo radiazione infrarossa
temperatura massima giornaliera viene registrata nel
primo pomeriggio
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ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA
Q
sovrapponendo le due curve di emissione:
– se curva insolazione supera curva emissione IR:
⇒ aumento della temperatura
– temperatura sale fino curva IR supera curva sole:
⇒ incrocio tra due curve segna massima diurna
⇒ circa metà pomeriggio
– temperatura cala fino curva sole supera curva IR:
⇒ incrocio tra due curve segna minima notturna
⇒ subito dopo sorgere del sole
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ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA
MASSIME E MINIME GIORNALIERE IN FUNZIONE
DELLE CURVE DI IRRAGGIAMENTO SOLARE E DI
EMISSIONE INFRAROSSA TERRESTRE
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Termodinamica dell’Atmosfera
ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA
Q
notte:
– forte emissione IR e assenza di irraggiamento
– con cielo sereno radiazione IR dispersa nello spazio
– il terreno si raffredda (raffreddamento radiativo)
– l’aria è un cattivo conduttore di calore
– solo lo strato di aria vicino suolo diviene freddo
– al suolo aria più densa che a quote successive
– assenza di rimescolamento convettivo
– alterato il profilo termico della bassa troposfera
– si forma una inversione termica
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ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA
RISCALDAMENTO DIURNO E
DEFINIZIONE DI CALORE SPECIFICO
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ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA
RAFFREDDAMENTO NOTTURNO E
FORMAZIONE DI INVERSIONE TERMICA
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