MATERIA: Materia ARGOMENTO:ARGOMENTO: L’atmosfera terrestre REPARTO ADDESTRAMENTO ASSISTENZA AL...

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ARGOMENTO:ARGOMENTO:ARGOMENTO:ARGOMENTO: L’atmosfera terrestre

REPARTO ADDESTRAMENTO ASSISTENZA AL VOLO

OBIETTIVO:OBIETTIVO:Conoscere le principali caratteristiche

dell’atmosfera terrestre.

TAPPE:TAPPE:

1-Le forze che la sorreggono ;

2-I confini dell’atmosfera;

3-La composizione dell’aria.

4-Struttura termica verticale

Reparto Addestramento Assistenza al Volo

1. Le forze che la sorreggono

•gravità terrestre (intesa come forza risultante della gravità e della forza centrifuga, derivante dalla rotazione terrestre).

•pressione atmosferica (tenuto conto che i gas tendono ad occupare tutto il volume) e che la pressione atmosferica tende a distribuire questa massa gassosa addensandone di più nei bassi strati e via via in modo decrescente con l’h.


1. Le forze che la sorreggono

In realtà l’ineguale distribuzione dell’energia solare (dovuta alle caratteristiche astronomiche e fisiche del globo) determina differenze di pressione tra punti posti alla stessa altezza, e mette l’aria in movimento rispetto alla terra.


2. I confini dell’atmosfera

0

200

400

600

800

1000

Km 0 5,5 10 20 40

Hpa/mb 1000 500 250 50 2,7

P. riduz.% 100% 50% 25% 5% 0,27%

1 2 3 4 5


2. I confini dell’atmosfera

Se ne deduce che mentre il 50% della massa atmosferica

totale è concentrata nei primi 5,5 Km circa, il 99,7% di

essa non va oltre ai 40Km.

5,5 KmResto


3. La composizione dell’aria

Nei primi 100 Km di altezza, ciò che chiamiamo “aria” risulta costituito da un miscuglio di gas, alcuni dei quali, come l’azoto, l’ossigeno ed i gas nobili, sono presenti ovunque in percentuali fisse; altri, come l’anidride carbonica, presentano piccole variazioni percentuali in tempi lunghi; altri ancora, come l’ozono, il vapor d’acqua ed il cosiddetto “pulviscolo atmosferico”, oltre ad essere presenti in quantità variabili, hanno anche quote di esistenza preferenziali.


Componenti Simbolo % Vol.

Azoto N2 78,08

Ossigeno O2 20,94

Argon A 0,93

Anidr. Carb. CO2 0,03

Gas nobili Ne,Kr,Xe

Idrogeno H Tracce

Elio He Tracce

COMPONENTI PERMANENTI DELL’ARIA

Componenti FormulaQuote di

concentrazione

Ozono O3 da 25 a 70 Km

Vapor d'acqua H2O fino ai 12-18 Km

Pulviscolo NaCl, C, nei primi Km

ecc.

COMPONENTI VARIABILI DELL’ARIA





AZOTO ed OSSIGENO costituiscono insieme circa il 99% dell’aria.Nonostante ciò non hanno alcun ruolo nella produzione e evoluzionedei fenomeni meteorologici. Fondamentale è invece il VAPORE ACQUEO.

OZONO (O3) tra 25-70 Km di quota. Il suo spessore se fosse portato a P e T a l.d.m. sarebbe uno strato di 2-3 mm. Costituisce invece uno SCUDO eccezionale contro la radiazione U.V. (lunghezza d’onda 0,3 micron)

MECCANISMO DI COSTRUZIONE-DISTRUZIONE DELLA MOLECOLA DI O3

VAPORE ACQUEO (max 12-18 Km di h) si ottiene per evaporazione dalle superfici liquide - dipende molto dalla T.

CALORE LATENTE: per evaporare 1 gr. di H2O fornire 600 cal. che vengono restituite quando condensa (rispettivamente con perdita e produzione di calore). Evap. e condens. sono processi continui e continuo è lo scambio di energia (vedi energia x cicloni, tornado, temporali…)N.B. il vapore acqueo assorbe radiazione I.R. (trattiene calore con cielo nuvoloso).



l.m.m15 °C0-55-85

1420

5060

7580

120

km T=1400°C(600km)

Tropopausa

Stratopausa

Mesopausa

TROPOSFERA

STRATOSFERA

MESOSFERA

TERMOSFERA

(1) nella Troposfera la Temp. diminuisce con h (var. con LATITUD. e STAGIONI)(2) nella Stratosfera la Temp. aumenta (inv.term. Impedisce mov.verticali quindi le nubi)(3) nella Mesosfera la Temp. diminuisce nuovamente(4) nella Termosfera la Temp. aumenta in modo esponenz. (concetto cinetico-statistico)

4. Struttura termica verticale

LA RADIAZIONE SOLARE

Tutti i corpi con temperatura maggiore dello zero assoluto (-273°C) hanno la proprietà di irraggiare nello spazio “granuli d’energia” sotto forma di onde elettromagnetiche. Questi granuli sono detti “fotoni” e presentano un contributo energetico inv.prop. alla lunghezza d’onda.Il sole, radiatore ideale, ha una temp. superficiale di 6000°C ed emette radiazioni su un vastissimo spettro: dai raggi gamma (10-6 micron) fino a radiazioni con lunghezze d’onda di qualche Km. Soltanto quella con spettro compreso tra 0,15 e 14 micron (tra U.V. e I.R.) giunge ai confini con la mesosfera. Quella con lunghezza d’onda inferiore a 0,15micron (alto contenuto energetico) raggiY, raggiX e parte degli U.V. vengono assorbite nella termosfera (ecco una spiegazione delle alte temp). La radiazione oltre i 14micron, a basso contenuto energetico) viene riflessa nella ionosfera.



NUBI

Meccanismo di riscaldamento e schema di bilancio termico.



SINTESI:SINTESI:


Quali sono le forze che agiscono sull’atmosfera?? Pressione atmosferica e gravità terrestre

Quali sono le forze che agiscono sull’atmosfera?? Pressione atmosferica e gravità terrestre

Quali sono i componenti permanenti dell’aria? N2 O2 A C2 O2.

Quali sono i componenti permanenti dell’aria? N2 O2 A C2 O2.

Quali sono i componenti variabili dell’aria? O3 H2O Na Cl C .

Quali sono i componenti variabili dell’aria? O3 H2O Na Cl C .

Come viene suddivisa termicamente l’atmosfera? Troposfera stratosfera mesosfera termosfera.

Come viene suddivisa termicamente l’atmosfera? Troposfera stratosfera mesosfera termosfera.

Sistemi a grande scala: storia•Prima dello sviluppo del telegrafo (1850) impossibile organizzare reti osservative, ma:

- nel 1707 Defoe notò p<0 prima delle burrasche

- nel 1743 Franklin dedusse l’estensione di un sistema di nubi (<300 Km) ed il suo moto apparentemente controvento dalla statistica sulla visibilità delle eclissi

•Fitz Roy: cicloni delle medie latitudini (extratropicali) dovuti al contrasto termico tra messe d’aria calde e fredde

•Scuola norvegese (1910-1920): dopo la 1° guerra mondiale elaborarono una teoria a tutt’oggi valida analizzando i dati delle stazioni meteo ed il tipo e moto delle nubi

•La 2° guerra mondiale favorì l’uso degli aerei e l’impiego dei radiosondaggi scoperta delle correnti a getto e delle loro interazioni con i fronti

•1960: primi satelliti meteo conferma della teoria norvegese, rilevazione di maggiori dettagli sulle strutture alla mesoscala

La ciclogenesi

•Situazione tipica: famiglie di cicloni extratropicali e fronti in vari stadi di sviluppo estesi per migliaia di Km sull’oceano, di forma ondulata, in moto da O verso E

•Ogni ciclone ha un suo ciclo di vita e si trova in un determinato stadio di essa

Fronte•Il fronte che collega queste depressioni è il fronte polare zona di rapida transizione termica che separa le masse d’aria (calde) delle basse latitudini da quelle (fredde) delle alte latitudini

•Nelle mappe i fronti sono sempre disegnati come appaiono in superficie (= al suolo)

•Non è detto che la differenza tra le masse d’aria sia solo termica: possono anche esistere fronti dovuti a differenze di umidità ( densità)

•Fronte: sottile zona di transizione tra due masse d'aria, (non è però una superficie netta come quella degli oceani) estesa orizzontalmente per 100-200 Km e verticalmente per 1-3 Km.

•La zona di transizione presenta discontinuità nelle grandezze meteo, è molto sottile rispetto alla sua estensione (100m-1Km) ed è disposta obliquamente

Morfologia del fronte•Tale linea di separazione può ondularsi rispetto ad una distribuzione puramente “zonale” (Ovest-Est)

•L’ondulazione avviene per diversi fattori:

la distribuzione irregolare di terre ed oceani, le diverse caratteristiche termiche delle superfici

•Tali fattori sono attivi prevalentemente nella bassa troposfera, ed è infatti qui che avvengono i principali fenomeni di ciclogenesi

•Sono anche presenti cicli stagionali (monsoni, spostamento ICTZ, ecc.)

•Secondo la teoria norvegese, la ciclogenesi è provocata dal movimento del fronte polare

•Oggi si sa che la causa è il contrasto tra masse d’aria diverse

Fasi di evoluzione di una depressione: I

Fase (a)

•Presenza di convergenza circolazione ciclonica (per conservazione della vorticità) moti ascendenti verticali sviluppo di consistente massa di nubi medie stratificate

•Si generano quindi fronti di irruzione di aria fredda e calda

Fasi di evoluzione di una depressione: II

Fase (b)

•formazione nubi alte, ispessimento nubi medie precipitazioni continue nell’area del fronte caldo;

•Divergenza nell’alta troposfera maggiore della convergenza nella bassa troposfera (attrito) pressione in diminuzione vicino alla cresta dell’onda

•Fronti molto obliqui rispetto al suolo

Fasi di evoluzione di una depressione: III

Fase (c)

•Amplificazione dell’onda frontale; diminuzione della pressione nella cresta frontale con formazione di un minimo barico (10hPa); ventiintensità di burrasca; nubi: cumulonembi (f.f.) e nembostrati (f.c.) con estesi banchi di As e Cs; precipitazioni consistenti

•Sviluppo di un intenso nucleo di corrente a getto a 200-300 hPa allineato al f.f.

Fasi di evoluzione di una depressione: IV

Fase (d)

•Nella depressione ampiezza logitudinale ampiezza trasversale; riduzione dell’area del fronte caldo occlusione (l’aria fredda scaraventa in alto l’aria calda)

•Spostamento verso N (e verso O) del minimo depressionario e del fronte occluso; allineamento della corrente a getto col f.f. (e non col f.o.)

•Contrasto termico nel f.o. < che nel f.f.

Fasi di evoluzione di una depressione: V

Fase (e)

•Ulteriore diminuzione dei contrasti termici il centro della depressione rimane freddo (nucleo freddo, o goccia fredda)

•Si mantengono nubi e piogge per diversi giorni il f.o. spiralizza attorno al minimo con venti forti

•Dopo alcuni giorni la depressione “si colma” (per attrito)

Fronti in una depressione “matura”

Fronte caldo

Minimo barico

Fronte occluso

Fronte freddo

B

Le famiglie di depressioni•Le depressioni tendono a muoversi verso E fino alla comparsa dell’occlusione

•Poi tendono a rimanere quasi stazionarie, ruotando attorno ad un centro fisso (il minimo)

•Il residuo del f.f. possiede ancora un notevole contrasto termico; esso tende a svincolarsi dalla depressione ed a procedere verso SE acuendo il proprio contrasto termico

•Tale contrasto può provocare ulteriori eventi ciclogenetici simili al primo, e così via si generano “famiglie” di depressioni (anche 6 o più), ognuna “figlia” delle altre, distese in obliquo dalle latitudini subpolari a quelle subtropicali

•Alla fine il “vecchio” vortice si smorza e “muore”, lasciando dietro di sé una scia di sistemi che hanno ricoperto una regione estesa per oltre due settimane

Fronte caldo

•Prodotto dallo scorrimento dell’aria calda sull’aria fredda (come piano inclinato)

•L’aria calda si solleva e si raffredda sino al punto di rugiada, condensazione del vapore acqueo nubi a carattere stratificato più spesse (Ns precipitazioni), poi nubi via via più sottili (As, Ci, Cs)

•Evaporazione della pioggia aumento dell'umidità nubi basse (St, nebbie)

•Tipologie di fronte caldo: quelli a gradiente termodinamico stabile (nubi: strati continui e compatti, con limiti superiori appiattiti e precipitazioni a carattere continuo) e quelli a gradiente termodinamico instabile (saturo), nei quali la parte superiore delle nubi basse forma rigonfiamenti che possono dare origine a Cb.

Fronte freddo

•Tipologie di fronte freddo: se l'aria calda che precede l'aria fredda è convettivamente stabile nubi = Ns con forti precipitazioni e possibile presenza di nubi basse (Sc);

•Se invece l'aria calda è convettivamente instabile nubi = Cb con forti rovesci e/o a temporali, precipitazioni più intense ma in zone ristrette; dietro il fronte, Ac

•L’aria fredda essendo più pesante si propaga a contatto con il suolo (per attrito si forma il “naso”) e scalza l’aria calda preesistente che è costretta forzatamente a salire

•Salendo l’aria calda si raffredda sino al punto di rugiada, condensazione del vapore acqueo nubi a carattere convettivo (sviluppo verticale): Cu, Tc, Cb

•L’estensione verticale dello strato freddo è modesta (max 2-3 Km)

Fronte occluso•A mano a mano che il settore caldo si chiude fino quasi a scomparire dalla superficie del suolo ed a rimanere solamente in quota, si forma il fronte occluso

•Si distingono due tipi di occlusioni:

fredda (l'aria dietro al fronte freddo è più fredda di quella davanti al fronte caldo agisce come un cuneo il fronte al suolo ha carattere freddo)

calda (l'aria dietro al fronte freddo è più calda di quella davanti al fronte caldo sale sopra il fronte al suolo ha carattere caldo) .

In ogni caso, l'aria calda è

sempre sollevata dalla

superficie.

Esempio di mappa: alluvione Piemonte 2000

Depressioni

Fronti caldi

Fronti freddi

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