Clima e parametri climatici 1

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1 Corso di Fisica Tecnica Ambientale Architettura-energia-ambiente: introduzione alla sostenibilità Laboratorio Integrato 1 anno CLASARCH indirizzo sostenibilità Clima e parametri climatici 1 Università IUAV - Venezia Tempo atmosferico e clima Ogni regione terrestre al passare del tempo è caratterizzata da specifiche condizioni meteo. Il tempo atmosferico (Weather) è una combinazione locale e momentanea dei fattori meteorologici. L insieme delle condizioni meteorologiche che si verificano in una regione mediate su lungo periodo (usualmente 30 anni) è detto clima (Climate).

2 Fattori che determinano il clima Fattori astronomici La radiazione solare che è condizionata da: moto di rivoluzione terrestre inclinazione asse terrestre moto di rotazione forma sferica della Terra eccentricità dell orbita Fattori geografici Latitudine distribuzione masse terrestri e marine distanza dal mare correnti marine e venti prevalenti rilievo e esposizione topografica presenza di laghi e corpi idrici tipo di suolo presenza o meno di vegetazione

3 Scale climatiche Clima scala [m] Esempio Macroclima Clima del bacino mediterraneo, del continente europeo, dei paesi nordici Mesoclima Nei paesi nordici mesoclimi che caratterizzano le zone costiere e quelle montane. Clima locale Nelle zone montane è possibile definire un clima locale delle valli ed un clima locale delle vette. Microclima le situazioni climatiche che, all interno del clima locale di una singola valle, caratterizzano uno dei suoi versanti o una data località

4 Sfericità della superficie terrestre La sfericità della superficie terrestre fa si che nello stesso istante in parti diverse della terra la radiazione solari incida sul suolo con angoli diversi. La stessa potenza incidente si distribuisce su aree diverse. L intensità è maggiore intorno all equatore e minore intorno ai poli. La stessa energia si distribuisce su aree diverse Inclinazione della radiazione solare Fattori astronomici L intensità della radiazione su di una superfici, I [W/m 2 ], dipende dall angolo di incidenza dei raggi solari. A = A n cosϑ n θ Maggiore è l angolo di incidenza e minore è l intensità. La stessa energia si distribuisce su di una superficie più grande. A Acos θ I W W = = cosϑ = In An An cosϑ cosϑ La legge del coseno

5 Il moto di rivoluzione e inclinazione asse Fattori astronomici Radiazione solare: il moto di rivoluzione L eclittica è l orbita che la terra compie attorno al sole. Si chiama così perchè il piano che la contiene è quello in cui si verificano le eclissi. L eclittica è inclinata rispetto al piano dell equatore di circa 23,27. Questo angolo (assieme al suo complementare pari a 66,33) sono significativi per l identificazione del parallelo che definisce i Tropici ed i Circoli polari. Inclinazione dell asse terrestre

6 Il moto di rivoluzione solistizio invernale equinozio Il moto di rivoluzione fa si che nello stesso luogo si abbiano diverse condizioni di incidenza della radiazione in tempi diversi dell anno Fattori astronomici Eccentricità dell orbita L eccentricità dell orbita terrestre fa si che i tratti di orbita siano percorsi con velocità diverse (leggi di Keplero): le stagioni hanno durate diverse nei due emisferi; la terra si trova al perielio durante l inverno boreale. emisfero emisfero dal al durata Boreale Australe primavera autunno 21 marzo 21 giugno 92 giorni 21 ore estate inverno 21 giugno 23 settembre 92 giorni 9 ore autunno primavera 23 settembre 22 dicembre 90 giorni inverno Estate 22 dicembre 21 marzo 89 giorni

7 La radiazione a diverse latitudini L insolazione dell emisfero settentrionale a varie latitudini durante il corso dell anno (Strahler 1971)

8 Insolazione annuale 45 N Diverse giaciture

9 Insolazione annuale per diversi orientamenti di una superficie

10 Radiazione solare incidente sulle pareti esterne di un edificio di forma allungata in senso orizzontale per diversi orientamenti dell asse maggiore Guadagni solari medi superficiali pareti perimetrali [Wh/(m 2 *giorno)] Guadagni solari medi superficiali pareti perimetrali [Wh/(m2*giorno)] gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic asse N-S asse E-O gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic asse N-S asse E-O Edificio isolato In presenza di ostruzioni urbane costituite da edifici simili disposti parallelamente ad una distanza pari all altezza

11 L atmosfera L atmosfera è l involucro gassoso che avvolge il pianeta Terra. Essa è costituita da una serie di stati con caratteristiche diverse. La sua parte più bassa troposfera è la sede dei fenomeni meteorologici. E questa che ha un ruolo fondamentale nel trasporto di energia e materia tra punti diversi della superficie terrestre.

12 Altitudine Monte Bianco 4382 m vulcano Cotopaxi in Mexico vicino al tropico, il limite delle nevi perenni è intorno ai 5000 m. La temperatura diminuisce di circa 0,6-1 C in 100m. Come risultato si possono avere coperture nevose permanenti sulle cime, mentre più in basso si hanno foreste in cui raramente si vede la neve. Altitudine In Italia nelle zone alpine che variano da 500 a 3000 m si hanno climi che vanno dal temperato al nivale. Temperature basse sono causa di saturazione del suolo; l altitudine inoltre aumenta le precipitazioni (e rende prevalente la neve sulla pioggia). A elevate altezze la stagione di crescita delle piante è più breve, il ghiaccio è più frequente e solido, l inverno è più lungo e rigido. L agricultura è fortemente colpita. Alcune coltivazioni sono possibili a bassa quota e nei fondovalle. Più in alto si hanno i pascoli e oltre la brughiera. Le colture più delicate (frutteti e vigneti) possono esistere solo in zone riparate, lontano dalle cime fredde e ventose a causa delle frequenti gelate primaverili. Le aree in cui può ristagnare aria fredda sono ugualmente da evitare.

13 I moti dell aria in atmosfera Le masse d aria si spostano da zone a alta pressione a zone a bassa pressione.

14 I moti dell aria in atmosfera Le masse d aria si spostano da zone a alta pressione a zone a bassa pressione. I moti dell aria in atmosfera Moti atmosferici verticali e orizzontali tra zone ad alta pressione e zone a bassa pressione

15 La forza di Coriolis Le masse fluide in moto lungo i meridiani subiscono una deviazione verso destra nell emisfero boreale e verso sinistra nell emisfero australe. Il tutto dipende dalla diversa velocità tangenziale alle diverse latitudini: massima all equatore, zero ai poli.

16 Venti prevalenti Correnti oceaniche e venti prevalenti ridistribuisco no l energia tra aree diverse della superficie terrestre.

17 La circolazione atmosferica In conseguenza del diverso irraggiamento solare sulle diverse zone della superficie terrestre si vengono a creare aree ad elevata pressione e aree a bassa pressione. Le locali condizioni geografiche interferiscono con la circolazione generale. La radiazione solare: diretta, diffusa e globale Sulla superficie terrestre arriva radiazione diretta dal sole e radiazione diffusa dalla volta celeste. La somma di radiazione diretta e diffusa viene indicata come radiazione globale. diretta diffusa Il rapporto tra radiazione diffusa e radiazione globale dipende dalla copertura del cielo: valori vicini a 1 con cielo coperto valori 0,15-0,20 con cielo sereno. In ogni caso l energia totale ricevuta dalla superficie terrestre in un giorno coperto (soprattutto diffusa) risulta molto più bassa di quella ricevuta in un giorno sereno (diretta+diffusa).

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19 Clima secco ed escursione termica

20 Clima umido ed escursione termica

21 Diverso comportamento terra-mare Milano Venezia Località latitudine temperatura media gennaio temperatura media marzo Venezia ,4 C 8,6 C Milano ,7 C 9,4 C

22 Diverso comportamento terra-mare Le diverse località riportate in tabella si trovano tutte intorno alla latitudine di 52 N, ma con diverso rapporto con le masse d acqua e continentali. L escursione termica annua può essere considerata un indice di continentalità del clima. Luogo Area geografica Escursione annuale Valencia Irlanda 7,8 C Oxford Inghilterra 13,4 C Munster Germania 16 C Varsavia Polonia 21 C Kursk Russia 29,2 C Oremburg Russia (Urali) 36,9 C Barnaul Siberia 39,8 C Brezza di mare e di terra

23 Diversa esposizione La temperatura varia con l esposizione. Le associazioni vegetali possono essere molto diverse sui due versanti di un rilievo, così il livello vegetativo.

24 Diversa esposizione ai venti Il favonio La differenza di temperatura tra stau e fohn è dovuta ai processi di espansione e compressione adiabatica dell aria. La presenza di catene montuose influisce non solo sul regime dei venti ma anche sul contenuto di vapore delle masse Nell Ovest degli USA avviene ad esempio questo fenomeno: l aria umida proveniente dall Oceano Pacifico incontra la catena di monti, salendo di quota l aria umida si raffredda (per espansione adiabatica) fino alla temperatura di rugiada, si formano quindi nubi ed hanno luogo precipitazioni, sull altro versante della catena montuosa, l aria ora deumidificata discende riscaldandosi, dunque non hanno luogo precipitazioni.

25 Micro Clima

26 Tipo di copertura del terreno L isola di calore

27 Azione del vento Profili di velocità nello strato limite atmosferico in funzione della rugosità superficiale

28 Azione del vento Profili di velocità in corrispondenza di un rilievo

29 Vento e architettura Linee di flusso in corrispondenza di un ostacolo

30 Vento e architettura I restringimenti accelerano il vento Separazione del flusso lungo uno spigolo Azione del vento concentrazione del vento deviazione del vento Azione delle barriere naturali sul vento restringimento del passaggio - accelerazione del flusso d aria

31 Anomalie climatiche la combinazione di: quota non elevata, inclinazione rivolta a Sud, Montagne a Nord, grande lago a Sud creano un clima subtropicale a Lugano, anche se la latitudine è quella del Quebec (46 N) Grandezze climatiche Per definire il clima di un luogo si devono considerare gli andamenti su lungo periodo (20-30 anni) dei parametri fisici che permettono di definire le condizioni in cui si trova l atmosfera. E necessario analizzare statisticamente i dati rilevati per le seguenti grandezze: intensità della radiazione solare diretta e diffusa temperatura dell aria umidità relativa dell aria velocità e la direzione del vento intensità delle precipitazioni nuvolosità e copertura del cielo

32 Classificazione dei climi di Koppen Climi caldi umidi, aridi, umidi temperati caldi, microtermici, polari

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35 I climi italiani Alpi: clima d'alta montagna con estate umida Appennini: temperato fresco sub-oceanico umido Bacino padano e fascia costiera adriatica settentrionale: temperato subcontinentale Costa ligure e tirrenica: temperato caldo con inverno umido ed estate secca Costa adriatica del sud e ionica: temperato caldo localmente arido con inverno umido e lunga estate secca Sicilia e Sardegna: da temperato caldo con estate secca ad arido con lunga estate secca.

36 I climi d Italia