CORSO DI METEOROLOGIA GENERALE E AERONAUTICA 2 - Termodinamica dell Atmosfera

Transcript

1 CORSO DI METEOROLOGIA GENERALE E AERONAUTICA 2 - GRANDEZZE TERMODINAMICHE - SCALE TERMOMETRICHE PROPAGAZIONE DEL CALORE - ALBEDO BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA Dr. Marco Tadini meteorologo U.M.A. Home Page - Ufficio Meteorologico Aeroportuale ufficiometeo.itit

2 energia GRANDEZZE TERMODINAMICHE esprime la capacità di un corpo a compiere lavoro energia cinetica posseduta da un corpo grazie al suo movimento proporzione al quadrato della velocità E c =½mv 2 temperatura (di un solido, liquido o gas) relativamente alle particelle costituenti è: indice del loro grado di agitazione correlata alla loro velocità media en. cinetica media calore forma di energia da un corpo ad altro con diversa temperatura 2

3 SCALE TERMOMETRICHE DEFINIZIONI E CONVERSIONI 3

4 conduzione PROPAGAZIONE DEL CALORE tipico dei solidi tra due corpi a contatto o tra parti stesso corpo convezione tipico dei fluidi correnti convettive: si scalda una sezione di fluido le molecole si spostano all interno del fluido trasporto di energia cinetica trasporto di calore 4

5 PROPAGAZIONE DEL CALORE irraggiamento (trasferimento radiativo) propagazione nel vuoto alla velocità luce tipico del sistema Sole - Terra assenza di materia onde elettromagnetiche assorbite e trasformate in calore corpo emittente: quantità di radiazione emessa dipende dalla temperatura corpo assorbente: quantità di radiazione assorbita dipende dalla superficie albedo: : rapporto tra radiazione riflessa e radiazione totale 5

6 TRASFERIMENTO RADIATIVO RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA NATURA DELLA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA E DEFINIZIONE DI SPETTRO ELETTROMAGNETICO 6

7 TRASFERIMENTO RADIATIVO RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA LEGGE DELL INVERSO DEL QUADRATO DELLA DISTANZA E DEFINIZIONE DI EQUILIBRIO RADIATIVO 7

8 TRASFERIMENTO RADIATIVO LEGGI DEL CORPO NERO 8

9 TRASFERIMENTO RADIATIVO RELAZIONE TRA ALBEDO - TEMPERATURA E ALBEDO CARATTERISICA DI ALCUNE SUPERFICI TERRESTRI 9

10 BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO Sole e Terra emettono energia con un massimo: Sole: regione visibile VIS dello spettro elettromagnetico Terra: regione infrarossa IR dello spettro elettromagnetico radiazione solare VIS raggiunge il suolo terrestre atmosfera trasparente a radiazione solare VIS riscaldamento Terra per assorbimento di radiazione solare IR Terra emette radiazione infrarossa IR emissione IR Terra parzialmente dispersa nello spazio parziale assorbimento di radiazione IR da parte atmosfera riscaldamento atmosfera e riemissione di radiazione IR Terra assorbe emissione IR atmosfera riscaldamento Terra (effetto( serra) 10

11 BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO MASSIMI DI EMISSIONE ENERGETICA SOLARE (VISIBILE) E TERRESTRE (INFRAROSSO) Sole e Terra presentano emissione caratteristica di corpi neri, rispettivamente a temperature di 6000 K e 255 K 11

12 BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO EFFETTO SERRA 12

13 BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO il sistema Terra + atmosfera: riceve 100 unità di radiazione dal Sole: 30 disperse (albedo totale) 70 assorbite: 19 da nubi e atmosfera 51 dal suolo la superficie terrestre emette: 6 unità IR disperse nello spazio 111 unità assorbite IR dall atmosfera l atmosfera terrestre emette: 64 unità IR disperse nello spazio 96 unità assorbite dalla superficie terrestre 13

14 BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO il sistema Sole / Terra + atmosfera: unità IR disperse nello spazio: 64+6=70 bilancio con le 70 assorbite equilibrio radiativo la superficie terrestre: unità ricevute: 51 sole + 96 IR = 147 unità disperse: 6 IR +111 IR = 117 fuori bilancio vi è radiazione in eccesso da dissipare (30 unità) altrimenti la superficie terrestre brucerebbe 14

15 BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO trasferimento di calore sensibile (7 unità): sensibile: che si può misurare (termometri) calore si sposta da una località all altra variazioni di temperatura in superficie trasferimento di calore latente (23 unità): calore assorbito dall acqua che evapora CALORE LATENTE DI EVAPORAZIONE 600 calorie per trasformare in vapore 1 gr acqua le correnti convettive trasportano vapore (e energia) vapore che condensa restituisce la stessa energia CALORE LATENTE DI CONDENSAZIONE 600 cal per ogni gr di vapore che condensa 15

16 BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO RADIAZIONE SOLARE INCIDENTE E BILANCIO ENERGETICO 16

17 BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO TRASFERIMENTO DI CALORE SENSIBILE E LATENTE 17

18 ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA curva insolazione solare ha il massimo a mezzogiorno curva emissione IR terrestre ha il massimo alcune ore dopo tempo necessario a superficie terrestre per assorbire radiazione solare VIS e riemettere radiazione IR l aria si scalda assorbendo radiazione infrarossa temperatura massima giornaliera viene registrata nel primo pomeriggio 18

19 ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA sovrapponendo le due curve di emissione: se curva insolazione supera curva emissione IR: aumento della temperatura temperatura sale fino curva IR supera curva sole: incrocio tra due curve segna massima diurna circa metà pomeriggio temperatura cala fino curva sole supera curva IR: incrocio tra due curve segna minima notturna subito dopo sorgere del sole 19

20 ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA MASSIME E MINIME GIORNALIERE IN FUNZIONE DELLE CURVE DI IRRAGGIAMENTO SOLARE E DI EMISSIONE INFRAROSSA TERRESTRE 20

21 notte: ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA forte emissione IR e assenza di irraggiamento con cielo sereno radiazione IR dispersa nello spazio il terreno si raffredda (raffreddamento( radiativo) l aria è un cattivo conduttore di calore solo lo strato di aria vicino suolo diviene freddo al suolo aria più densa che a quote successive assenza di rimescolamento convettivo alterato il profilo termico della bassa troposfera si forma una inversione termica 21

22 ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA RISCALDAMENTO DIURNO E DEFINIZIONE DI CALORE SPECIFICO 22

23 ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA RAFFREDDAMENTO NOTTURNO E FORMAZIONE DI INVERSIONE TERMICA 23