Adriano Mazzarella Alberto Fortelli ELEMENTI DI METEOROLOGIA E CLIMATOLOGIA

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3 Adriano Mazzarella Alberto Fortelli ELEMENTI DI METEOROLOGIA E CLIMATOLOGIA

4 Copyright MMXI ARACNE editrice S.r.l. via Raffaele Garofalo, 133/A B Roma (06) ISBN I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica, di riproduzione e di adattamento anche parziale, con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi. Non sono assolutamente consentite le fotocopie senza il permesso scritto dell Editore. I edizione: gennaio 2011

5 INDICE PREFAZIONE PRESENTAZIONE AUTORI... XIII XV CAPITOLO I: IL TEMPO ATMOSFERICO Cos è il tempo I fattori che determinano le condizioni del tempo La radiazione solare L atmosfera La fisica della pressione atmosferica Zone di alta pressione (campi anticiclonici) Zone di bassa pressione e cicloni delle medie latitudini La misura della pressione Gli strumenti per la misura della pressione atmosferica: i barometri...14 a) Barometro a mercurio...14 b) Barometro aneroide...16 c) Barometro elettronico a cella di carico La temperatura La fisica della temperatura L andamento termico giornaliero L andamento termico stagionale L andamento termico con la quota La misura della temperatura Gli strumenti per la misura della temperatura: i termometri...22 a) Termometri a liquido...22 b) Termometri a minima, a massima e a minima e massima...22 c) Termometri bimetallici...23 V

6 1.2.4 L umidità La fisica dell umidità La misura dell umidità relativa...25 a) Igrometro a capelli...25 b) Lo psicrometro...26 c) L igrometro elettronico La temperatura di rugiada La condensazione La nuvolosità Il vento...30 CAPITOLO II: LA CIRCOLAZIONE GENERALE DELL ATMOSFERA Le leggi che regolano i moti atmosferici Cenni sulla circolazione generale dell atmosfera La Circolazione Teorica di Hadley La circolazione atmosferica reale Un modello della circolazione osservata Le anomalie della circolazione generale dell atmosfera...47 CAPITOLO III: I FENOMENI ATMOSFERICI Le meteore Le idrometeore La pioggia La pioggia congelantesi La neve La pioggia mista a neve La neve tonda Il nevischio o neve granulosa La grandine La gragnuola (o granuli di ghiaccio) La pioviggine La nebbia La foschia La rugiada La brina...53 VI

7 La galaverna La calabrosa Il vetrone Le fotometeore Arcobaleno Alone Corona solare o lunare Iridescenza Le litometeore La caligine Tempesta di polvere o di sabbia Le elettrometeore Il temporale Il fulmine globulare I vortici atmosferici La tromba d aria La tromba marina Il diavolo di polvere (dust devil) La pioggia: approfondimenti La genesi delle precipitazioni Teoria dei cristalli di ghiaccio Teoria della coalescenza Osservazioni sulle due teorie La classificazione delle piogge La nebbia: approfondimenti La nebbia da irraggiamento La nebbia da avvezione La nebbia da evaporazione Lo smog...82 CAPITOLO IV: I SISTEMI ATMOSFERICI RESPONSABILI DEL TEMPO I fronti meteorologici Classificazione dei fronti Fronti mobili...86 VII

8 Fronte caldo Fronte freddo Fronte occluso Fenomeni associati al passaggio di un fronte Fenomeni da fronte caldo Fenomeni da fronte freddo Fenomeni da fronte occluso Rappresentazione dei fronti sulle carte del tempo Linea di instabilità Principali sistemi a scala sinottica responsabili delle condizioni meteorologiche sull Europa e sul Mediterraneo Depressione d Islanda Anticiclone delle Azzorre Anticiclone russo-siberiano Principali sistemi a meso-scala responsabili delle condizioni meteorologiche sull Italia Le depressioni sottovento alla catena alpina del Mar Ligure Depressione sullo Ionio CAPITOLO V: LE NUBI La fisica macroscopica delle nubi Classificazione delle nubi: cenni storici La classificazione delle nubi La classificazione geometrica delle nubi Le nubi stratiformi Le nubi cumuliformi La classificazione delle nubi su base dinamica Le nubi frontali Le nubi orografiche La classificazione altimetrica delle nubi Le nubi della regione superiore o nubi alte..117 a) Cirrus Valore previsionale attribuibile ai cirri b) Cirrostratus Valore previsionale attribuibile ai cirrostrati VIII

9 c) Cirrocumulus Valore previsionale attribuibile ai cirrocumuli Le nubi della regione intermedia o nubi medie a) Altostratus Valore previsionale attribuibile agli altostrati b) Altocumulus Valore previsionale attribuibile agli altocumuli c) Nimbostratus Valore previsionale attribuibile ai nembostrati Le nubi della regione inferiore o nubi basse 126 a) Stratocumulus Valore previsionale attribuibile agli stratocumuli b) Cumulus Valore previsionale attribuibile ai cumuli Le nubi a grande sviluppo verticale: i Cumulonimbus Valore previsionale attribuibile ai cumulonembi a) Mammatus b) Shelf cloud (nube a mensola) c) Whale s mouth CAPITOLO VI : IL VENTO Il vento Caratteri distintivi del vento Classificazione descrittiva dei venti Vento teso turbolento a raffiche groppi Venti costanti periodici I venti costanti I venti periodici Le brezze Brezze di mare e di terra Brezze di monte e di valle La Rosa dei Venti I venti tipici del Mediterraneo centrale La tramontana IX

10 6.6.2 Il grecale La Bora Lo scirocco Il libeccio Il maestrale Föhn Stau Andamento del vento con la quota Misura del vento Cicloni tropicali e tornado I cicloni tropicali I tornado La regola di Buys Ballot La regola dei venti incrociati per la previsione del tempo Il vento e il mare CAPITOLO VII: CENNI DI CLIMATOLOGIA MEDITERRANEA La scienza del clima Cenni di Climatologia mediterranea Le situazioni meteorologiche tipiche del Mediterraneo centrale La primavera Estate L autunno L inverno Il clima d Italia regione per regione Valle d Aosta Piemonte Lombardia Trentino Alto Adige Veneto Friuli Venezia Giulia Liguria Emilia Romagna Toscana X

11 Umbria Marche Abruzzo e Molise Lazio Puglia Campania Basilicata Calabria Sicilia Sardegna CAPITOLO VIII: DATI, UNITA DI MISURA ED ELEMENTI DI STATISTICA Le grandezze fisiche fondamentali La misura delle grandezze fisiche Errori nelle misure XI

12 Siamo nani, sulle spalle di giganti che ci hanno preceduto Bernardo di Chartres ( )

13 PREFAZIONE In questo inizio di XXI secolo di clima e cambiamenti climatici si parla di solito secondo un metodo ben collaudato: il sentito dire, l articolo sommario ma ben scritto, le frasi ad alto contenuto terroristico diventano elementi centrali di convinzioni ben radicate nella psiche della gente (come se i climatologi fossero ingegni minori, di vichiana memoria). Perché tutto questo? Il discorso sarebbe lungo ma basterebbe seguire le vicende delle strutture che in Italia, a partire dall Unità, si sarebbero dovute occupare di Scienze della Terra (solida e fluida) per farsi un idea abbastanza precisa e tragica della situazione. Come superare questa situazione vergognosa? I rimedi sono tanti ma uno dei più incisivi è l educazione e la formazione dei giovani: specialmente all Università dove si dovrebbe formare la classe dirigente di domani. Nei corsi di laurea di Scienze Naturali e Scienze Geologiche per fortuna esistono degli insegnamenti di Meteorologia e Climatologia e nel Dipartimento di Scienze della Terra della Federico II sono tenuti dal prof. Adriano Mazzarella. Il professore in questione è climatologo fisico di lungo corso e tutti i suoi lavori sono testimonianza di una ricerca approfondita a disposizione di tutte quelle persone che farebbero bene a parlare meno e leggere di più. A questo rigore si accompagna una buona dose di coraggio (incoscienza?) nel sostenere posizioni minoritarie nel mondo scientifico ma sempre motivate da una ricerca rigorosa ed appassionata. Ma tutto questo non ha impedito al Nostro di dedicarsi ad un altro gravoso e difficile compito: riorganizzare, far funzionare ed aprire al mondo della Scuola e dei cittadini di questa difficile città il prestigioso Osservatorio Meteorologico di San Marcellino in funzione (senza lacune) fin dal A coronamento di tutte queste attività mancava un elemento importante che il professore ha deciso di introdurre scrivendo un libro insieme ad un altra figura di meteorologo di smisurata passione e consolidata fama, l ingegnere Alberto Fortelli: già animatore di siti web (vedi campanialive), esperto XIII

14 installatore di strumentazioni all avanguardia ma soprattutto custode di una capacità, che non teme confronti, di interpretazione dei segnali che l atmosfera incessantemente ci invia ventiquattro ore su ventiquattro (e si sospetta che lui utilizzi tutte queste ore ma non ci ha voluto dire come!). Buoni libri di meteorologia e climatologia nella nostra lingua non sono molto frequenti e spesso maturati in ambiti culturali diversi dall Università e con finalità non specificamente formative. Un problema è quello della matematizzazione degli argomenti proposti che spesso risulta eccessiva rispetto alla cultura fisicomatematica degli studenti. In questo caso i due autori hanno deciso di raccogliere anche questa formidabile sfida e scrivere un testo universitario dove la fisica del fenomeno si chiarisce attraverso ragionamenti che vengono sviluppati a partire da quei principi generali della fisica, facendo così emergere il senso più profondo e la straordinaria bellezza di quei processi. Avete capito bene la bellezza : un fenomeno meteorologico dispiega tutto il suo fascino man mano che riusciamo a spiegarci il divenire di certi accadimenti e collegarli secondo una logica rigorosa. Gli argomenti trattati toccano tutti i settori della materia per dare la possibilità agli studenti di acquisire conoscenze, di approfondire le cause dei fenomeni e (ed è questo l obbiettivo più ambizioso e difficile da raggiungere) diventare essi stessi dei lettori (nel senso di legere = raccogliere) degli interpreti di ciò che in ogni istante della loro vita li avvolgerà, li coinvolgerà, e non solo in senso fisico. Prof. Alessandro Panizza XIV