Transcript of METEOROLOGIA e TERMODINAMICA didattica della fisica – SSIS 2008/9 Al servizio di una fisica...
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- METEOROLOGIA e TERMODINAMICA didattica della fisica SSIS 2008/9
Al servizio di una fisica socialmente utile meteorologia: bastano i
proverbi o c di meglio? statistica: la scienza delle previsioni ci
azzecca di pi di maghi ed indovini?
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- Meteorologia in breve considerazioni preliminari: approcci
deterministici e stocastici motivazioni di fondo: aspetti
climatologici, ecologici, protezione civile, aereonautici,
marittimi meteo casalinga e professionale grandezze fisiche di
interesse strumentazione, osservazioni, elaborazioni
modellizzazione di base meteorologia ed internet
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- Rilevazione sinottica dei dati meteorologici nuvole: tipologia,
copertura vento al suolo: velocit e direzione pressione e tendenza
temperatura: attuale, min/max punto di rugiada ed umidit visibilit
orizzontale precipitazioni: qualit, quantit stato del suolo e del
mare, fenomeni speciali
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- Strumentazione di base anemometro vento termometro temperatura
barometro pressione psicrometro umidit pluviometro precipitazioni
radiometro irraggiamento eliografo esposizione
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- Postazione meteorologica: capannina gli standard di
acquisizione di dati meteorologici posizionamento errori da
minimizzare: esposizione solare diretta e mancata ventilazione
(errore di capannina)
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- Atmosfera terrestre troposfera composizione modello base:
collegamenti alla teoria cinetica dei gas grandezze in gioco:
importanza dei valori numerici
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- Misure di pressione pressione esercitata da un gas: peso o
urti? esperienze per la caratterizzazione fisica della pressione
barometria: gravitazionale ed aneroide unit di misura (Pascal,
Torr, bar) riduzione della misura (QNH, QFE, QNE) tendenze
barometriche
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- Variazione di pressione e temperatura con la quota povera
conduzione di calore adiabaticit densit decrescente con la quota
utilizzo della legge dei gas ideali utilizzo di calcolo
differenziale/integrale verifica sperimentale una
simulazionesimulazione
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- Misure di temperatura concetto di temperatura equilibrio
termico termometria di base: termometro ideale a gas, elementi
termosensibili termometri a mercurio/alcool scale e tarature campi
di temperatura variazioni/escursioni temperature estreme e medie
gradienti verticali
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- Richiami di termodinamica classica legge di Stevino, dP= gdz;
legge di stato per i gas ideali, =M/V=MP/nRT=mP/RT; dipendenza
della pressione dalla quota, dP/P= (mg/RT)dz; ipotesi isoterma,
T=cost=25C P(z)=P 0 exp( Az), A= mg/R=3 10 3 K/m. Ipotesi
adiabiatica: variazione della temperatura con la quota: P 1 T
=cost, T(z)=T 0 Bz, B=( 1)mg/( R)=6.1 10 3 K m 1 (gradiente
verticale di circa 6C per km di altezza). Variazione integrata di
pressione/temperatura: dz z
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- Umidit atmosferica quantit di vapore dacqua nellaria e il gas
(4% di volume in media, P g =40 hPa) fondamentale per i fenomeni di
evaporazione e condensazione. equazione di Clausius-Clapeyron S LG
cond/evap fus/solidsubl 0.3 MJ/kg2.8 MJ/kg 2.5 MJ/kg T P S L V PT
PC
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- pressione - tensione di vapore acqueo (e) collegamento con il
modello microscopico, forze intermolecolari di natura dipolare.
dipendenza di e* dallinterfaccia: curvatura, purezza, dimensioni,
stato-fase dellacqua. gradienti di pressione causati dalla
differenza e* ghiaccio
- Umidit assoluta e relativa misura della quantit di vapore
dacqua in aria e valore riferito alla quantit massima alla stessa
temperatura (saturazione): f = 100 e/e* (%). valore relativo
dellinformazione alta/bassa umidit: f=100% a =0C vuole dire che
e=e*(0C)=6 hPa (frazione di vapore 0.6%), f=20% a 40C vuole dire
che e=0.2e*(40C)=20 hPa (frazione di vapore 2%). Laria con f=100%
contiene meno vapore di quella con f=20%. valori confortevoli a 20C
da 40% a 70%. dipendenza dalla temperatura: 90% a 0C (umidit
relativa esterna) implica a 20C che f int =e/e*(20C)= f ext
e*(0C)/e*(20C)=90 (6.1/23.4)=23% temperatura di rugiada (dew
point): avviene la condensazione a partire da condizioni di non
saturazione a T R, f = 1005(TT R ) sensazione di afa per T R
>16C, inibizione dei processi di evaporazione corporea. Dipende
sia dallumidit che dalla temperatura. Per f=100% T afa =16C. Per
T=40C f afa =20%.
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- Misura di umidit e punto di rugiada Igrometro a capelli
risposta non lineare (allungamento 2.5% per variazione di f da 0 a
100%) Psicrometro differenza di temperature di aria secca e umida:
f 100 k(T T B ) rilevamento ottico della condensazione del vapore
dacqua
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- Radiazione emissione continua di radiazione e/m dal sole.
massimo spettrale nel visibile; significativi scambi energetici
nellinfrarosso dovuti alla terra ed alle nubi; scambi di calore con
latmosfera dovuti a radiazione calore sensibile
(conduzione+convezione) calore latente (evaporazione+convezione) la
radiazione emessa dalla terra in gran parte assorbita dalle nubi
(effetto serra); riscaldamento dellatmosfera tramite i flussi
termici terrestri.
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- Venti elemento attivo, dinamico dellaria grandezza vettoriale
venti orizzontali (movimento di masse daria, trasporto di sostanze,
scambi convettivi orizzontali) dovuti a gradienti barici venti
verticali (evoluzione delle nubi, precipitazioni) dovuti a
gradienti termici forze di Coriolis agenti su masse in moto
anemometria effetti sul corpo umano (wind chill) forza barica forza
di Coriolis B A gradointensitvel (km/h) 1debole0-18 2moderata18-36
3forte36-60 4molto forte60-90 5fortissima>90 Con vento debole, a
0C la sensazione di fresco, con vento molto forte la pelle esposta
gela.
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- Nuvole formazione per condensazione di vapore dacqua: le nuvole
non sono vapore dacqua sono acqua o ghiaccio; necessit di nuclei di
condensazione (pulviscolo atmosferico o sostanze in soluzione,
minore pressione di vapore saturo e ricettori dellenergia di
condensazione); dimensioni delle gocce in nube: da 1 a 50 m;
Meccanismi della genesi: riscaldamento locale e convezione
verticale ascesa forzata da scontri di masse daria a diverse
temperature (fronti) ascesa forzata da irregolarit orografiche
raffreddamento locale per conduzione con il suolo freddo
(nebbia)
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- Tipi di nuvole classificazione in base alla forma: nubi isolate
strati interrotti strati ininterrotti classificazione in base alla
quota: strato basso (fino a 2-3 km, acqua) strato intermedio (fino
a 5-7 km, acqua e ghiaccio) strato alto (oltre i 7 km,
ghiaccio)
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- Piano superiore Cirrocumuli oltre i 7 km segno di instabilit e
peggioramento delle condizioni meteorologiche Cirri e cirrostrati
segno di una perturbazione distante
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- Piano intermedio Altocomuli associati ad una depressione in
avvicinamento Altostrati associati ad una debole perturbazione ma
con pressione elevata
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- Piano basso Stratocumulo (sottile)
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- Nubi isolate Cumulo umile o del bel tempo. Cumulonembo
temporalesco Lenticolare da ondulazione orografica
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- Precipitazioni crescita di gocce o cristalli in nube e caduta
per gravit tipi di precipitazione pioggia (sottile, massiva,
ghiacciata) neve (asciutta, bagnata) grandine fenomeni elettrici
(temporali) formazione attraverso la fase ghiaccio: stato saturo
rispetto lacqua pura liquida ma sovrassatura rispetto il
ghiaccio.
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- dinamica atmosferica: cicloni, anticicloni e fronti masse daria
su scala continentale originate da vaste aree con condizioni
stazionarie ed uniformi, modificazioni dovute a vari influssi
locali nel loro moto. Importanza dei venti in quota: dalle correnti
a getto alla frammentazione in celle di instabilit
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- Ciclogenesi e frontogenesi chiusura delle ondulazioni
atmosferiche in celle depressionarie; scontro di masse daria di
differente temperatura; nascita dei fronti e distinzione fra aree
cicloniche ed anticicloniche valori della pressione relativi: P
1025 hPa area A.
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- Dinamica dei fronti atmosferici mescolamento verticale di masse
daria con differenti temperature Effetto della forza di Coriolis
nel processo di mescolamento: creazione del fronte come superficie
di passaggio fra le zone calde e fredde Moto dei fronti vincolati
al ciclone, rotazione antioraria.
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- Lettura di carte meteorologiche
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- Situazioni tipiche associate a fronti e cicloni il fronte
freddo seguito da aria fredda, quello caldo da aria calda in quota
il fronte freddo molto pi rapido di quello caldo il fronte occluso
segna lo spegnimento del ciclone le nubi prevalgono lungo i fronti
ed al centro del ciclone (forti correnti ascendenti) a seguito del
fronte freddo in estate si hanno annuvolamenti variabili o intensi
(temporali) i fronti caldi invernali sono relativamente attivi
(contrasto di temperature) in un anticiclone vi calma relativa di
vento ed accompagnato da inversione termica sulla zona alpina vi
usualmente attenuazione dei fenomeni per effetto della barriera
orografica le perturbazioni rilevanti provengono da ovest sono
rilevanti i fenomeni di sbarramento (Stau e Favonio - Foehn)
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- Risorse Internet (I) weather.noaa.gov/weather/metar.shtml Stato
meteo attuale (METAR) e previsioni (TAF) con cadenza di 20
(codificato ed in chiaro)
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- Risorse Internet (II) Istituto S.Michele allAdige database
storici
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- Risorse Internet (III) Meteotrentino Bollettino per la
Protezione Civile
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- Risorse Internet (IV) RADAR METEO Monte Macaion
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- Risorse Internet (V) EUMETSAT (meteosat)
http://www.eumetsat.int/
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- Bibliografia essenziale Il tempo in montagna (G. Kappenberger e
J. Kerkmann) Zanichelli Corso di fisica generale Termodinamica e
Fisica Molecolare (D. V. Sivuchin) EDEST Physical Principles of
Micro-Meteorological Measurements (P. Schwerdtfeger) Elsevier
Meteorologia e Strumenti (A. Cicala) Libreria Universitaria -
Torino