Il ciclo idrologico. Idrologia - A.A. 17/18 - R. Deidda Cap 1 - Ciclo idrologico e cenni atmosfera ( 1 / 14 )

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1 Il ciclo idrologico Idrologia - A.A. 17/18 - R. Deidda Cap 1 - Ciclo idrologico e cenni atmosfera ( 1 / 14 )

2 Il ciclo idrologico: immagazzinamenti e scambi di acqua Idrologia - A.A. 17/18 - R. Deidda Cap 1 - Ciclo idrologico e cenni atmosfera ( 2 / 14 )

3 Leggi di emissione di un corpo nero Legge di Planck: ɛ(λ) = 2πhc 2 λ 5 (exp hc 1) KλT ɛ(λ) = emissione specifica di energia radiante (per unità di superficie, di tempo e di lunghezza d onda) sulla lunghezza d onda λ. h = costante di Planck c = velocità della luce K = costante di Boltzmann T = temperatura assoluta in gradi Kelvin (5800K sole, 288K terra) Legge di Vien (localizzazione massimo): λ max T = 2897µmK Legge di Stefan-Boltzmann (si ottiene integrando la legge di Planck su tutte le lunghezze d onda λ): I = σt 4 I = irradiamento integrale (per unità di superficie e di tempo) Idrologia - A.A. 17/18 - R. Deidda Cap 1 - Ciclo idrologico e cenni atmosfera ( 3 / 14 )

4 Emissione specifica di energia radiante di sole e terra Idrologia - A.A. 17/18 - R. Deidda Cap 1 - Ciclo idrologico e cenni atmosfera ( 4 / 14 )

5 Bilancio termico nel sistema Terra-atmosfera Lunghezze d onda tipiche dell emmisione di sole e terra: Sole: emissione sulle onde corte, prevalentemente visibile. Terra-atmosfera: emissione su onde lunghe, prevalentemente infrarosso L equilibrio energetico globale (Fig. 1.3) L energia (radiante) emessa dal sistema Terra-atmosfera (E u ) è mediamente in equilibrio con l energia (radiante) immessa nel sistema e proveniente dal sole (E e ). Gli squilibri locali fra energia emessa e ricevuta dalla terra Nella Fig. 1.4 è rappresentata schematicamente l energia emessa e ricevuta dalla terra alle diverse latitudini: nelle zone equatoriali E e > E u : accumulo di energia (T ) nelle zone polari E e < E u : diminuzione di energia (T ) La circolazione atmosferica e la circolazione marina ridistribuscono questa energia (... e trasportano acqua) Idrologia - A.A. 17/18 - R. Deidda Cap 1 - Ciclo idrologico e cenni atmosfera ( 5 / 14 )

6 Bilancio energetico del sistema Terra-atmosfera Idrologia - A.A. 17/18 - R. Deidda Cap 1 - Ciclo idrologico e cenni atmosfera ( 6 / 14 )

7 Energia entrante e uscente alle diverse latitudini Idrologia - A.A. 17/18 - R. Deidda Cap 1 - Ciclo idrologico e cenni atmosfera ( 7 / 14 )

8 Schemi di circolazione atmosferica Idrologia - A.A. 17/18 - R. Deidda Cap 1 - Ciclo idrologico e cenni atmosfera ( 8 / 14 )

9 Cenni di stabilità atmosferica: moti verticali (convezione) Origine della convezione verticale: Convezione forzata: es. dall orografia Convezione libera: galleggiamento termico I gradienti termici delle adiabatiche: Gradiente termico di una adiabatica secca: dt dz = 10 K Km Gradiente termico di una adiabatica umida o satura (Fig. 1.7): richiede qualche equazione della termodinamica dei gas. Gradiente termico medio in troposfera: dt dz = 5 8 K Km La convezione libera si può verificare quando il gradiente locale è maggiore in valore assoluto di quello adiabatico. Idrologia - A.A. 17/18 - R. Deidda Cap 1 - Ciclo idrologico e cenni atmosfera ( 9 / 14 )

10 Profilo verticale di temperatura in atmosfera Idrologia - A.A. 17/18 - R. Deidda Cap 1 - Ciclo idrologico e cenni atmosfera ( 10 / 14 )

11 Adiabatica secca, adiabatica satura e curve di stato Idrologia - A.A. 17/18 - R. Deidda Cap 1 - Ciclo idrologico e cenni atmosfera ( 11 / 14 )

12 Cenni sui modelli meteorologici Equazioni prognostiche (derivate nel tempo) che descrivono esplicitamente i processi: 2 equazioni del moto orizzontale (Navier-Stokes per fluidi comprimibili) 1 equazione del moto verticale (modelli idrostatici e non) 1 equazione termodinamica 1 equazione conservazione dell acqua 1 equazione di continuità Processi generalmente parametrizzati: radiazione precipitazione strato limite planetario scambi termici e idrici suolo-atmosfera Idrologia - A.A. 17/18 - R. Deidda Cap 1 - Ciclo idrologico e cenni atmosfera ( 12 / 14 )

13 Alcuni centri meteorologici attualmente operativi in Europa, in Italia e in Sardegna ECMWF (European Center for Medium-Range Weather Forecast), Reading, UK - Modello di circolazione generale (GCM) a circa 16 km - Modelli EPS (Ensemble Prediction System): 51 membri a 31 km ISPRA (Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale), Roma - Modello ad area limitata (LAM) a circa 10 km Centri regionali: es. Dipartimento Specialistico Regionale Idrometeoclimatico dell ARPA Sardegna: LAM a circa 5 km Input ed output sono discretizzati sia nel tempo che nello spazio Input: analisi. Risultato di osservazioni di diversa natura (navi radar, profiler, radiosonde etc.... dati telerilevati) Output: diversi campi meteorologici, fra cui anche la precipitazione Idrologia - A.A. 17/18 - R. Deidda Cap 1 - Ciclo idrologico e cenni atmosfera ( 13 / 14 )

14 Campi previsti dai modelli meteorologici (es. ECMWF) Idrologia - A.A. 17/18 - R. Deidda Cap 1 - Ciclo idrologico e cenni atmosfera ( 14 / 14 )