La pressione atmosferica e i venti
Come ogni materia sottoposta all attrazione terrestre anche l atmosfera ha un peso Pressione = rapporto fra il peso dell aria e la superficie su cui agisce A livello del mare, alla latitudine di 45, alla temperatura di 0, fa equilibrio ad una colonnina di mercurio alta 760 mm. Questo valore corrisponde a 1033 g/cmq ( atmosfera ) In meteorologia si usa il millibar (mb) 760 mm = 1013 mb Nel sistema internazionale si usa il pascal (Pa) cioè la pressione esercitata dalla forza di 1 newton su 1 mq 1 ettopascal (hpa) = 1 millibar
La pressione varia in funzione dell altitudine e della temperatura Alzandosi dal livello del mare la pressione diminuisce poiché si riduce lo spessore della colonna d aria che grava sull unità di superficie La diminuzione non è costante La pressione varia in funzione della temperatura: riscaldandosi l aria si dilata, diventa meno densa, il suo peso per unità di superficie diminuisce e tende a spostarsi verso l alto (in un sistema non confinato). Raffreddandosi l aria si contrae, diventa più densa e pesante e tende a scendere.
Equazione di stato dei gas PV = nrt P = pressione; T = temperatura; V = volume di aria considerato; n = numero di moli (mole: quantità di una qualunque sostanza il cui peso in grammi è identico al suo peso molecolare, a sua volta pari alla somma dei pesi atomici che compongono le molecole); R = costante Se aumenta T aumenta anche P (che è la pressione proporzionale al numero di urti e non il peso), questo ovviamente a V costante Se V aumenta P diminuisce Se può espandersi, all'aumento di T aumenta anche V e P non cambia o addirittura diminuisce Se non può espandersi all'aumento di T allora P aumenta Nei sistemi locali non confinati se T aumenta l'aria è più leggera (piccole masse d'aria possono espandersi)
. A livello del mare la pressione è più alta sulle calotte polari che sull equatore La pressione diminuisce con l aumentare del vapor d acqua (le molecole di vapor d acqua pesano meno degli altri gas) ossigeno pm 32; azoto pm 28; acqua pm 18 TEMPERATURE ELEVATE = BASSA PRESSIONE ARIA ASCENDENTE = BASSA PRESSIONE BASSE TEMPERATURE = ALTA PRESSIONE ARIA DISCENDENTE = ALTA PRESSIONE
Distribuzione della pressione: FATTORI TERMICI FATTORI DINAMICI Zone ad alta pressione: zone anticicloniche Zone a bassa pressione: zone cicloniche Rappresentazione mediante isobare
Gradiente barico: rapporto fra la differenza di pressione fra due punti e la loro distanza Le differenze nella distribuzione orizzontale della pressione causano spostamenti d aria dalla zone anticicloniche alle zone cicloniche che tendono a ristabilire l equilibrio barico (venti)
Direzione del vento: forza di gradiente; deviazione (forza di Coriolis); attrito con la superficie
Accelerazione di Coriolis (conservazione del moto di rotazione): un corpo in movimento appare deviato nell emisfero boreale verso destra rispetto alla direzione di partenza Ac = 2Ω υ senφ Ω = velocità angolare di rotazione υ = velocità del vento φ = latitudine
Immagine da satellite ad infrarossi (in nero regioni più calde) Ben visibile la ITC
ITC = convergenza intertropicale (basse pressioni) STH = alte pressioni subtropicali
Venti: costanti (alisei) periodici (monsoni) Irregolari (fhoen) Gli alisei: velocità media 20 km/h Convergono nella ITC
Gli alisei (trade winds) sono i più costanti tra i principali sistemi di venti. Queste carte mostrano la frequenza e la costanza nei mesi di metà stagione, gennaio e luglio. Nelle aree in arancione, per esempio, il vento soffia nella direzione indicata più del 90% delle volte. Notare i monsoni inversi durante luglio in Asia meridionale
Alisei sulle coste australiane
Venti occidentali (westerlies)
Secondo la teoria classica questo sistema di venti planetari deriva esclusivamente da cause termiche (forte riscaldamento della regione equatoriale). Qui si crea una fascia continua di bassa pressione, l aria calda assume un moto ascendente, salendo si raffredda, al di sopra dei 1000 m da origine a venti contrari agli alisei (contralisei) che, freddi e asciutti, producono correnti discensionali in corrispondenza dei tropici, che giungono calde al suolo a causa della loro compressione. Secondo le teorie moderne la distribuzione delle pressioni e dei venti vicino alla superficie terrestre dipende dai processi dinamici connessi con la circolazione dell alta troposfera. Qui manca l azione frenante dell attrito e dell orografia. Aumento di velocità Inversione delle condizioni bariche; a 5000 m la pressione sulla fascia equatoriale è più alta che ai poli per cui si generano flussi d aria diretti dall equatore ai poli La rotazione terrestre devia questi flussi trasformandoli in venti occidentali (circolazione zonale)
Al di sopra dei 3000-5000 m scorrono venti occidentali veloci che nell alta troposfera possono raggiungere 300-500 km/h (correnti a getto o jet stream) Questo gigantesco flusso è particolarmente intenso sopra le zone temperate dove le correnti hanno profondità di alcuni km e larghezze di 500 km; circolano sinuosamente intorno alla Terra con altezza media di 12 km. In realtà esistono due grandi fasci di correnti: - corrente a getto subtropicale (25-35 lat. N e S) (rettilinea e regolare) - corrente a getto del fronte polare (60 N e S) (irregolare con saccature) ORIGINE NON DEL TUTTO CHIARITA: Contatto fra masse d aria calde e umide tropicali Rotazione terrestre
Corrente a getto (definizione WMO): Corrente forte e stretta, concentrata lungo un asse quasi orizzontale nell alta troposfera, con forti gradienti verticali della velocità
Se la velocità della corrente supera i 150 km/h si ha uno sviluppo rettilineo meridiano, se la velocità diminuisce la corrente forma ondulazioni (onde di Rossby) e sale di latitudine. Al di sotto dei 70 km/h le ondulazioni si approfondiscono e occupano tutto l emisfero; masse d aria polare scendono verso sud e masse d aria tropicale salgono verso nord Le onde si spezzano e formano masse d aria isolate; queste scendono sul lato equatoriale della corrente (subsidenza dinamica) originando le alte pressioni subtropicali (anticicloni) e salgono sul suo lato polare formando le basse pressioni temperate e subpolari (cicloni) della bassa troposfera.