Clima e parametri climatici

Corso di Fisica Tecnica Ambientale –Architettura-energia-ambiente: introduzione alla sostenibilità
Laboratorio Integrato 1°anno CLASARCH indirizzo sostenibilità
Clima e parametri climatici
1
Università IUAV - Venezia
Tempo atmosferico e clima
Ogni regione terrestre al passare del
tempo è caratterizzata da specifiche
condizioni meteo.
Il tempo atmosferico (Weather) è una combinazione locale
e momentanea dei fattori meteorologici.
L’insieme delle condizioni meteorologiche che si
verificano in una regione mediate su lungo periodo
(usualmente 30 anni) è detto clima (Climate).
Fattori che determinano il clima
Fattori astronomici
La radiazione solare che è
condizionata da:
•
•
•
•
•
moto di rivoluzione terrestre
inclinazione asse terrestre
moto di rotazione
forma sferica della Terra
eccentricità dell’orbita
Fattori geografici
•
•
•
•
•
•
•
•
Latitudine
distribuzione masse terrestri e
marine
distanza dal mare
correnti marine e venti
prevalenti
rilievo e esposizione topografica
presenza di laghi e corpi idrici
tipo di suolo
presenza o meno di vegetazione
Scale climatiche
Clima
scala [m]
Esempio
Macroclima
105 ÷ 107
Clima del bacino mediterraneo,
del continente europeo,
dei paesi nordici
Mesoclima
103 ÷ 105
Nei paesi nordici mesoclimi
che caratterizzano le zone
costiere e quelle montane.
Clima locale
102 ÷ 103
Nelle zone montane è
possibile definire un clima
locale delle valli ed un clima
locale delle vette.
Microclima
10-2 ÷ 102
le situazioni climatiche che,
all’interno del clima locale di una
singola valle, caratterizzano uno
dei suoi versanti o una data località
Sfericità della superficie terrestre
La sfericità della superficie terrestre fa
si che nello stesso istante in parti
diverse della terra la radiazione solari
incida sul suolo con angoli diversi.
La stessa potenza incidente si distribuisce
su aree diverse. L’intensità è maggiore
intorno all’equatore e minore intorno ai
poli.
La stessa energia si distribuisce su
aree diverse
Fattori astronomici
Inclinazione della radiazione solare
L’intensità della radiazione su di una
superfici, I [W/m2], dipende dall’angolo
di incidenza dei raggi solari.
A = An
cosϑ
n
θ
Maggiore è l’angolo di incidenza e
minore è l’intensità. La stessa energia
si distribuisce su di una superficie più
grande.
I=
W
An
cos ϑ
=
W
⋅ cos ϑ = I n ⋅ cos ϑ
An
A
Acos θ
La legge del coseno
Il moto di rivoluzione e inclinazione asse
Fattori
astronomici
Radiazione solare: il moto di rivoluzione
L’eclittica è l’orbita che la terra
compie attorno al sole. Si chiama
così perchè il piano che la
contiene è quello in cui si
verificano le eclissi.
L’eclittica è inclinata rispetto al
piano dell’equatore di circa
23°,27. Questo angolo (assieme al
suo complementare pari a 66°,33)
sono significativi per
l’identificazione del parallelo che
definisce i Tropici ed i Circoli
polari.
Inclinazione dell’asse terrestre
Il moto di rivoluzione
equinozio
solistizio invernale
Il moto di rivoluzione fa si che nello stesso luogo si abbiano diverse condizioni di
incidenza della radiazione in tempi diversi dell’anno
Fattori astronomici
Eccentricità dell’orbita
L’eccentricità
dell’orbita
terrestre fa si che i tratti di
orbita siano percorsi con
velocità diverse (leggi di
Keplero):
• le
stagioni hanno durate
diverse nei due emisferi;
• la
terra si trova al perielio
durante l’inverno boreale.
emisfero
Boreale
primavera
estate
autunno
inverno
emisfero
Australe
autunno
inverno
primavera
Estate
dal
al
durata
21 marzo
21 giugno
23 settembre
22 dicembre
21 giugno
23 settembre
22 dicembre
21 marzo
92 giorni 21 ore
92 giorni 9 ore
90 giorni
89 giorni
La radiazione a diverse latitudini
L’insolazione
dell’emisfero
settentrionale a varie
latitudini durante il
corso dell’anno
(Strahler 1971)
Insolazione annuale 45°N
Diverse giaciture
Insolazione annuale per diversi orientamenti di una superficie
Radiazione solare incidente sulle pareti esterne di un edificio
di forma allungata in senso orizzontale per diversi
orientamenti dell’asse maggiore
Guadagni solari medi superficiali pareti perimetrali
2
[Wh/(m *giorno)]
Guadagni solari medi superficiali pareti perimetrali
[Wh/(m2*giorno)]
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic
asse N-S
asse E-O
Edificio isolato
3000
gen feb mar apr mag giu lug ago set
asse N-S
asse E-O
ott nov dic
In presenza di ostruzioni urbane costituite da
edifici simili disposti parallelamente ad una
distanza pari all’altezza
L’atmosfera
L’atmosfera è l’involucro
gassoso che avvolge il pianeta
Terra.
Essa è costituita da una serie di
stati con caratteristiche diverse.
La sua parte più bassa
“troposfera” è la sede dei
fenomeni meteorologici.
E’ questa che ha un ruolo
fondamentale nel trasporto di
energia e materia tra punti
diversi della superficie
terrestre.
Altitudine
Monte Bianco 4382 m
vulcano Cotopaxi in Mexico vicino al
tropico, il limite delle nevi perenni è
intorno ai 5000 m.
La temperatura diminuisce di circa 0,6 - 1°C in 100m. Come risultato si possono
avere coperture nevose permanenti sulle cime, mentre più in basso si hanno
foreste in cui raramente si vede la neve.
Altitudine
In Italia nelle zone alpine che variano da 500 a 3000 m si hanno climi che vanno dal
temperato al nivale.
Temperature basse sono causa di saturazione del suolo; l’altitudine inoltre aumenta le
precipitazioni (e rende prevalente la neve sulla pioggia). A elevate altezze la stagione di
crescita delle piante è più breve, il ghiaccio è più frequente e solido, l’inverno è più lungo e
rigido.
L’agricultura è fortemente colpita. Alcune coltivazioni sono possibili a bassa quota e nei
fondovalle. Più in alto si hanno i pascoli e oltre la brughiera.
Le colture più delicate (frutteti e vigneti) possono esistere solo in zone riparate, lontano
dalle cime fredde e ventose a causa delle frequenti gelate primaverili. Le aree in cui può
ristagnare aria fredda sono ugualmente da evitare.
I moti dell’aria in atmosfera
Le masse d’aria si spostano da zone a alta pressione a zone a bassa pressione.
I moti dell’aria in atmosfera
Le masse d’aria si spostano da zone a alta
pressione a zone a bassa pressione.
I moti dell’aria in atmosfera
Moti atmosferici verticali e orizzontali tra zone ad alta pressione e zone a bassa
pressione
La forza di Coriolis
Le masse fluide in moto lungo
i meridiani subiscono una
deviazione
verso
destra
nell’emisfero boreale e verso
sinistra
nell’emisfero
australe.
Il tutto dipende dalla diversa
velocità
tangenziale
alle
diverse latitudini: massima
all’equatore, zero ai poli.
Venti prevalenti
Correnti
oceaniche e
venti
prevalenti
ridistribuisco
no l’energia
tra aree
diverse della
superficie
terrestre.
La circolazione atmosferica
In conseguenza del diverso irraggiamento
solare sulle diverse zone della superficie
terrestre si vengono a creare aree ad elevata
pressione e aree a bassa pressione.
Le locali condizioni geografiche
interferiscono con la circolazione
generale.
La radiazione solare: diretta, diffusa e globale
Sulla
superficie
terrestre
arriva
radiazione diretta dal sole e radiazione
diffusa dalla volta celeste.
La somma di radiazione diretta e
diffusa viene indicata come radiazione
globale.
Il rapporto tra radiazione diffusa e
radiazione globale dipende dalla
copertura del cielo:
diretta
diffusa
• valori
vicini a 1 con
coperto
• valori
0,15-0,20 con
sereno.
cielo
cielo
In ogni caso l’energia totale ricevuta dalla superficie terrestre in un giorno coperto
(soprattutto diffusa) risulta molto più bassa di quella ricevuta in un giorno sereno
(diretta+diffusa).
Clima secco ed escursione termica
Clima umido ed escursione termica
Diverso comportamento terra-mare
Milano
Venezia
Località
Venezia
Milano
latitudine
45° 30’
45° 26’
temperatura media gennaio
3,4 °C
1,7 °C
temperatura media marzo
8,6 °C
9,4 °C
Diverso comportamento terra-mare
Le diverse località riportate in tabella si trovano tutte intorno alla latitudine di 52°
N, ma con diverso rapporto con le masse d’acqua e continentali.
L’escursione termica annua può essere considerata un indice di continentalità del
clima.
Area geografica
Escursione annuale
Irlanda
7,8°C
Oxford
Inghilterra
13,4 °C
Munster
Germania
16°C
Varsavia
Polonia
21°C
Kursk
Russia
29,2 °C
Russia (Urali)
36,9°C
Siberia
39,8 °C
Luogo
Valencia
Oremburg
Barnaul
Brezza di mare e di terra
Diversa esposizione
La temperatura varia con
l’esposizione. Le associazioni
vegetali possono essere molto
diverse sui due versanti di un
rilievo, così il livello vegetativo.
Diversa esposizione ai venti
Il favonio
La differenza di temperatura tra stau e fohn è dovuta ai processi di
espansione e compressione adiabatica dell’aria.
La presenza di catene montuose influisce non solo sul regime
dei venti ma anche sul contenuto di vapore delle masse
Nell’Ovest degli USA avviene ad esempio questo fenomeno:
•
l’aria umida proveniente dall’Oceano Pacifico incontra la catena di monti,
•
salendo di quota l’aria umida si raffredda (per espansione adiabatica) fino alla
temperatura di rugiada, si formano quindi nubi ed hanno luogo precipitazioni,
•
sull’altro versante della catena montuosa, l’aria ora deumidificata discende
riscaldandosi, dunque non hanno luogo precipitazioni.
Micro Clima
Tipo di copertura del terreno
L’isola di calore
Azione del vento
Profili di velocità nello strato limite atmosferico in funzione della rugosità
superficiale
Azione del vento
Profili di velocità in corrispondenza di un
rilievo
Vento e architettura
Linee di flusso in corrispondenza di un ostacolo
Vento e
architettura
I restringimenti accelerano il vento
Separazione del flusso lungo uno spigolo
Azione del vento
concentrazione
del vento
restringimento del passaggio accelerazione del flusso d’aria
deviazione del vento
Azione delle barriere naturali sul vento
Anomalie climatiche
la combinazione di: quota non elevata, inclinazione rivolta a Sud, Montagne a
Nord, grande lago a Sud creano un clima subtropicale a Lugano, anche se la
latitudine è quella del Quebec (46° N)
Grandezze climatiche
Per definire il clima di un luogo si devono considerare gli andamenti su lungo
periodo (20-30 anni) dei parametri fisici che permettono di definire le
condizioni in cui si trova l’atmosfera.
E’ necessario analizzare statisticamente i dati rilevati per le seguenti
grandezze:
•
•
•
•
•
•
intensità della radiazione solare diretta e diffusa
temperatura dell’aria
umidità relativa dell’aria
velocità e la direzione del vento
intensità delle precipitazioni
nuvolosità e copertura del cielo
Classificazione dei climi di Koppen
Climi caldi umidi, aridi, umidi temperati caldi, microtermici, polari
I climi italiani
•
•
•
•
•
•
Alpi:
clima
montagna con
umida
d'alta
estate
Appennini:
temperato
fresco
sub-oceanico
umido
Bacino padano e fascia
costiera adriatica
settentrionale:
temperato
subcontinentale
Costa ligure e tirrenica:
temperato caldo con
inverno umido ed estate
secca
Costa adriatica del sud e
ionica: temperato caldo
localmente arido con
inverno umido e lunga
estate secca
Sicilia e Sardegna: da
temperato caldo con
estate secca ad arido
con lunga estate secca.
I climi d’Italia