L'ATMOSFERA E I FENOMENI ATMOSFERICI - Climate ...
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L'ATMOSFERA E I FENOMENI
ATMOSFERICI
L’atmosfera L’atmosfera è un involucro aeriforme che circonda la Terra, costituito da un miscuglio di gas: prevalentemente azoto, ossigeno e piccole quantità di altri gas. L’atmosfera è trattenuta dalla forza di gravità e si estende per centinaia di chilometri, diventando sempre più rarefatta verso l’alto.
Nell’atmosfera, circa il 50% dell’aria è concentrato nei primi 5 km di altitudine e il 90% non supera i 16 km; oltre questa quota, l’aria si fa sempre più rarefatta. A una quota di 100 km è presente solo lo 0,00003% di tutti i gas che costituiscono l’atmosfera, ma tracce di atmosfera sono presenti anche molto al di sopra di questa quota; anzi, si può affermare che non esiste un limite esterno netto dell’atmosfera, ma che essa sfuma gradualmente verso lo spazio interplanetario
La struttura dell’Atmosfera L’atmosfera ha caratteristiche diverse a mano a mano che ci si allontana dalla superficie della Terra. In base alle variazioni di temperatura, di densità e di composizione si possono individuare cinque zone concentriche separate da intervalli di discontinuità detti pause: ★ la troposfera ★ la stratosfera ★ la mesosfera ★ la termosfera ★ l’esosfera
L’andamento della temperatura nell’atmosfera
La troposfera La troposfera è la fascia più densa dell’atmosfera; in essa è concentrata la maggior parte dei gas atmosferici e del vapore acqueo. La troposfera ha uno spessore medio di circa 10 km e in essa avvengono tutti i fenomeni meteorologici, come la formazione delle nuvole, le precipitazioni (pioggia, neve e grandine), i temporali e gli spostamenti di masse d’aria (vento). La temperatura della troposfera diminuisce con l’altitudine di circa 6 °C ogni 1000 m; la sua composizione è costante ed è mantenuta tale dal continuo movimento orizzontale e verticale delle masse d’aria. Il limite superiore della troposfera è costituito dalla tropopausa che separa la troposfera dalla stratosfera.
La stratosfera La stratosfera è la fascia che circonda la Terra fino a un’altezza di 50 km; essa deve il suo nome al fatto che è costituita da gas stratificati a seconda del peso specifico. La temperatura dell’aria dapprima decresce (fino a un’altitudine di 20 km) e poi, tra i 20 e i 50 km, aumenta progressivamente; questo aumento di temperatura è dovuto alla presenza di uno strato di ozono. Lo strato di ozono, detto anche ozonosfera, costituisce uno schermo per i raggi ultravioletti; esso, infatti, assorbe la maggior parte di queste radiazioni solari e trasforma la loro energia in calore. Questo spiega l’aumento di temperatura in corrispondenza di questa fascia. La superficie di separazione tra la stratosfera e la successiva mesosfera è chiamata stratopausa.
La mesosfera La mesosfera è la fascia che circonda la Terra fino a un’altezza di circa 80 km. Essa è costituita da gas estremamente rarefatti; qui la temperatura diminuisce rapidamente con l’aumentare dell’altitudine e raggiunge valori molto bassi, che sono compresi tra i -70 °C e i -90 ° C. La maggior parte dei meteoriti provenienti dallo spazio si disintegra in questo strato. Il fenomeno è visibile nella notte sotto forma di scie luminose chiamate “stelle cadenti” La superficie di separazione tra la mesosfera e la successiva termosfera è chiamata mesopausa.
La termosfera La termosfera è la fascia che circonda la Terra tra gli 80 e i 600 km di altitudine, dove la temperatura aumenta fino a 2000 °C. In essa le molecole sono estremamente rarefatte e si muovono a una velocità elevatissima. All’interno della termosfera (e anche nella parte più alta della mesosfera) sono presenti delle particelle ionizzate, cioè dotate di carica elettrica, prodotte dall’azione del vento solare. Queste particelle elettricamente cariche riflettono le onde radio, consentendo le comunicazioni a grande distanza e, inoltre, sono responsabili dei fenomeni luminosi, detti aurore polari, che si possono osservare alle latitudini più elevate.
L’esosfera L’esosfera è la fascia più esterna dell’atmosfera, che si estende oltre i 600 km di altitudine; qui l’aria è ancora più rarefatta e le poche particelle di gas si muovono a velocità talmente elevate da sfuggire al campo gravitazionale terrestre.
La composizione della troposfera La composizione della troposfera è oggi ben nota: l’aria secca è un miscuglio i cui costituenti principali sono l’azoto (78,09%), l’ossigeno (20,94%), l’anidride carbonica (0,03%) e una piccola percentuale di altri gas, tra cui ricordiamo l’argon, il neon, il metano, l’ossido di carbonio, l’ozono e l’anidride solforosa (questi ultimi gas sono presenti soprattutto in prossimità dei centri abitati). Nell’aria vi sono anche particelle solide (pulviscolo atmosferico) che vengono trasportate dal vento; esse sono costituite prevalentemente da minerali provenienti dalla disgregazione della parte solida della Terra. L’aria, inoltre, non è mai completamente secca, ma contiene quantità variabili di vapore acqueo.
Come avviene il riscaldamento dell’Atmosfera? Il Sole produce senza sosta una notevole quantità di energia e la emette sotto forma di onde elettromagnetiche. La superficie terrestre assorbe le radiazioni che hanno attraversato l’atmosfera e si riscalda. Come conseguenza, emette anch’essa energia, sotto forma di calore. Le radiazioni emesse dalla Terra (verso l’alto) hanno una lunghezza d’onda maggiore di quelle che provengono direttamente dal Sole e non riescono ad attraversare l’atmosfera, che le rimanda indietro, verso la superficie terrestre. Questo comportamento dell’atmosfera viene solitamente chiamato effetto serra.
I responsabili dell’assorbimento del calore emesso dalla Terra – i cosiddetti gas serra – sono principalmente il vapore acqueo, l’anidride carbonica, gli ossidi di azoto e il metano. La presenza di questi gas nell’atmosfera fa sì che la temperatura superficiale della Terra sia attualmente circa 35 °C più alta di quella che si avrebbe in loro assenza.
La temperatura dell’aria dipende: dall’altitudine L’atmosfera si riscalda principalmente «dal basso» per irraggiamento termico terrestre, cioè cessione di calore da parte del suolo precedentemente riscaldato dalla radiazione, anziché dall'alto ad opera dei raggi solari. Per questo motivo salendo in quota la temperatura dell’aria diminuisce progressivamente nella misura di 6 °C ogni 1000 m di quota. La diminuzione di temperatura in rapporto all’altitudine è detta gradiente termico verticale.
La temperatura dell’aria dipende: dall’inclinazione dei raggi solari I fattori che determinano l’inclinazione dei raggi solari sono vari: ● latitudine ● stagione e ora del giorno ● pendenza del versante e sua esposizione
La temperatura dell’aria dipende: dalla distribuzione delle terre emerse e dei mari Il fenomeno dipende dal fatto che terre e acque hanno un diverso comportamento termico: in genere, cioè, le rocce si riscaldano e si raffreddano più rapidamente di quanto faccia l’acqua.
La temperatura dell’aria dipende: dalla copertura vegetale La vegetazione assorbe l’energia solare utilizzandola per le proprie funzioni vitali.
L’umidità dell’aria
Il vapore acqueo è uno dei componenti più
importanti dell’atmosfera. È presente in quantità
molto variabili, a seconda dei periodi dell’anno e
delle diverse regioni della Terra.
La quantità di vapore acqueo presente nell’aria è
definito con il termine: Umidità
Igrometro - misuratore di umidità dell'ariaL’umidità (assoluta e relativa)
L’umidità assoluta è la quantità di vapore acqueo (in
grammi) che si trova in 1 mc d’aria.
L’aria non può contenere una quantità illimitata di vapore
acqueo: giunta alla quantità massima possibile, si dice che è
satura.
Raggiunto il punto di saturazione (detto anche punto di
rugiada) il vapore acqueo inizia a condensare formando
minuscole goccioline di acqua allo stato liquido. Il limite di saturazione di vapore acqueo
dipende dalla temperatura: più essa è
alta, più vapore può essere contenuto in
un volume d’aria.L’umidità (assoluta e relativa)
L’umidità relativa è il rapporto tra l’umidità assoluta e il limite di
saturazione (cioè l’umidità «massima» a una certa temperatura).
L’umidità relativa si esprime in percentuale, secondo la formula:
umidità relativa = umidità assoluta / umidità massima x 100.
L’umidità relativa dell’aria satura è del 100%.
Poichè la capacità dell’aria di contenere vapore
acqueo aumenta con la temperatura, ne consegue
che, lasciando invariate la quantità di vapore
acqueo contenuta in un certo volume d’aria e la
pressione, l’umidità relativa diminuisce
all’aumentare della temperatura e viceversa.
Questo perchè al crescere della temperatura è
richiesta una maggiore quantità di vapore acqueo
per raggiungere la saturazione.L’umidità (assoluta e relativa)
Un esempio:
Con un valore di umidità assoluta di 4,8 grammi per metro cubo
● ad una temperatura di 0 gradi centigradi questo
corrisponde ad un’umidità relativa pari al 100%, il vapore
acqueo in eccesso condensa e si forma una nebbia
consistente
● ad una temperatura di 30 gradi centigradi l’umidità relativa
è pari al 15% e l’aria risulta secca ed asciuttaCome si formano le nubi? Condensazione e Brinamento Se la temperatura di una massa d’aria satura di vapore acqueo diminuisce, il vapore in eccesso si condensa. La condensazione è il passaggio dell’acqua dallo stato aeriforme a quello liquido. Se la temperatura è molto bassa, il vapore passa direttamente allo stato solido (brinamento). Il risultato di questi processi è la formazione di goccioline liquide, del diametro di circa 1/100 di mm, o di microscopici aghi di ghiaccio.
Come si formano le nubi? Le goccioline di acqua si formano intorno ai nuclei di condensazione, particelle piccolissime di sali, polveri, ceneri ecc., che offrono una superficie su cui l’acqua può condensarsi. A causa della loro leggerezza, le goccioline d’acqua e gli aghetti di ghiaccio rimangono sospesi nell’aria: si formano così le nebbie (in prossimità del suolo) e le nuvole (ad altezze maggiori).
Come si formano le nubi? La diminuzione di temperatura di una massa di aria avviene solitamente per risalita verso l’alto. La pressione infatti diminuisce e l’aria si espande, causando la diminuzione della temperatura. Così il vapore acqueo in essa contenuto, raggiunto il punto di saturazione, condensa Ad esempio, quando una massa d’aria umida incontra una montagna, per superarla è costretta a salire. Sul versante di salita si formano le nuvole e spesso piove.
Come si formano le nubi? Causa dello spostamento verso l’alto può essere anche l’incontro con un’altra massa d’aria più densa che si incunea sotto la prima. Anche in questo caso la risalita dell’aria provoca il suo raffreddamento fino al raggiungimento del punto di saturazione e la condensazione del vapore acqueo, con formazione delle nubi.
I vari tipi di nubi In meteorologia, le nubi vengono classificate a seconda della loro altitudine e della loro estensione; si distinguono pertanto 3 famiglie: ● le nubi alte ● le nubi medie ● le nubi basse Alle suddette, occorre aggiungere un'altra famiglia, quella delle nubi a sviluppo verticale, che si sviluppano in altezza.
Le nubi alte Sono caratterizzate dal prefisso "cirro-" che dal latino significa "ricciolo". Hanno l'aspetto di ciuffi soffici e delicati, si formano tra i 6000 ed i 12.000 m di quota. Sono composte essenzialmente da cristalli di ghiaccio trasportati dai venti, e non apportano alcuna precipitazione.
Le nubi alte: Cirri Sono formate da strie biancastre, sottili, quasi trasparenti, molto alte. La forma e' facile da ricordare, infatti è quella di una striscia terminante con un ricciolo ad uncino. Sono formati da cristalli di ghiaccio a causa della temperatura molto bassa alla quale si formano.
Le nubi alte: Cirrostrati Nubi molto alte e sottili, biancastre e quasi trasparenti, tendendo a conferire al cielo un aspetto lattiginoso. I loro cristalli di ghiaccio diffondono luce e creano un alone o un velo sottile attorno al Sole o alla Luna. Se si presentano dopo i cirri, indicano l'arrivo di una perturbazione.
Le nubi alte: Cirrocumuli
Sono le nubi associate al famoso cielo "a pecorelle"; formate da piccoli fiocchi o
batuffoli bianchi disposti in file o gruppi; ricordano agli altocumuli, ma, ovviamente,
sono più alti e sono sempre accompagnati da cirri e da cirrostrati.
La loro altezza varia tra i 5000 e i 7000 metri. Di solito annunciano l'arrivo della
pioggia.
“cielo a pecorelle ... pioggia a catinelle”Le nubi medie Sono caratterizzate dal prefisso "alto-" e sono composte da goccioline d'acqua e/o da cristalli di ghiaccio. Si formano a quote comprese tra i 2000 e i 6000 metri.
Le nubi medie: Altostrati Si presentano come una distesa nuvolosa più o meno densa di colore grigio o blu, liscia inferiormente. Poiché velano il Sole e la Luna, possono sembrare macchie luminose, ma, diversamente dai cirrostrati, non creano aloni. Queste nubi producono neve leggera o pioggia fine e fitta, ma di solito sono così alte che le loro precipitazioni evaporano prima di raggiungere il terreno.
Le nubi medie: Altocumuli Sono costituiti da nubi distinte molto vicine tra loro a costituire strati di aspetto ondulato e fibroso che assumono forme bizzarre di colore bianco o grigio. Sono in realtà formati da estese file di cumuli, collocati a quote medie e con la parte inferiore più scura. Si sviluppano tra i 2500 e i 5000 metri di altitudine. Quando un altocumulo passa davanti al sole o alla luna può prodursi il fenomeno della 'corona', visibile più spesso di notte.
Le nubi basse Sono caratterizzate dal suffisso "-strato". Queste nubi si trovano al di sotto dei 2000 metri di quota, generano abbondanti piogge o nevicate, in relazione alla temperatura.
Le nubi basse: Strati Gli strati sono nubi basse, poco spesse e grigie, che si formano ad altitudini di 610 m circa: si possono vedere quindi a pochi metri dall'orizzonte con la basa estesa ed uniforme. Si possono presentare a banchi o coprire totalmente il cielo, spesso derivano dalla nebbia formatasi al suolo. Dato il loro limitato spessore, di norma non danno luogo ad alcun fenomeno, se non ad una riduzione di visibilità quando la loro base è molto bassa.
Le nubi basse: Nembostrati Si tratta di nubi stratificate basse, generalmente di color grigio scuro dalla base spesso non ben definita. Il cielo si presenta buio e tetro e spesso per la loro presenza si devono accendere le luci; quando giungono al suolo si parla di nebbia.
Le nubi a sviluppo verticale: Cumuli Sono nubi bianche simili a "panna montata", che non lasciano filtrare la luce solare: possono essere bianchi e soffici, con cime arrotondate e basi appiattite, che si formano a basse quote nei giorni caldi e soleggiati e indicano solitamente la persistenza del bel tempo, oppure scuri ed espansi con la sommità sagomata a cupola e protuberanze estese sopra, quando portano il brutto tempo. Sono costituiti da goccioline d'acqua in sospensione nell'aria.
Le nubi a sviluppo verticale: Stratocumuli Si presentano come una distesa continua di masse cumuliformi (rotondeggianti) oscure, generalmente allungate, il cui aspetto somiglia a rotoli senza una forma precisa, connessi tra loro mediante nubi sottili, attraverso le quali è talvolta possibile scorgere l'azzurro del cielo. Alcuni possono avere aspetto minaccioso, anche se in genere non accompagnano precipitazioni.
Le nubi a sviluppo verticale: Cumulinembi Sono nubi ad elevato sviluppo verticale, che si presentano imponenti sul cielo, a forma di torri, montagne o cupole. La sommità è generalmente bianca e spesso assume una forma a incudine o a carciofo, la base è di colore scuro intenso. Accompagnano manifestazioni temporalesche, portano forti piogge, grandine o neve, oltre a fulmini e in alcune circostanze, tornado.
Le precipitazioni Le nuvole sono composte da goccioline d’acqua (o aghetti di ghiaccio) che si muovono di continuo verso il basso ma evaporano appena incontrano strati d’aria più caldi. Quando le goccioline d’acqua (o le particelle di ghiaccio), raggiungono dimensioni tanto grandi da non poter più essere sostenute dall’aria, hanno luogo le precipitazioni. Le precipitazioni più comuni e frequenti sono in forma liquida, come pioggia; ma alle medie e soprattutto alte latitudini anche quelle solide (neve e grandine) non sono rare.
Le precipitazioni temporalesche Il temporale è un fenomeno piuttosto complesso. Le nuvole in cui si formano i temporali sono cumuliformi e sono attraversate da violente correnti ascendenti e discendenti che, per strofinìo, provocano l’accumularsi di cariche elettriche positive e negative. Si generano così differenze di potenziale elettrico che sono la causa dei fulmini. Il fenomeno elettrico è seguito da un fenomeno acustico: il tuono. Il fulmine scalda intensamente l’aria e la fa espandere molto rapidamente in modo simile a un’esplosione. Un temporale di solito è accompagnato da forti scrosci di pioggia e, talvolta, anche da grandine.
La pressione atmosferica Anche l’aria ha un peso che grava sulla superficie terrestre, per via dell’attrazione gravitazionale che la «attira» verso il centro della Terra. Il rapporto tra il peso dell’aria e la superficie su cui essa grava si chiama pressione atmosferica. La pressione atmosferica è espressa spesso in millimetri di mercurio (mmHg, dove Hg è il simbolo chimico del mercurio). In meteorologia si usa il millibar (mb). Nel Sistema Internazionale l’unità di pressione è il pascal (Pa).
La pressione atmosferica Il primo scienziato che dimostrò che l’aria esercita una pressione misurabile fu Evangelista Torricelli, il quale nel 1643 osservò sperimentalmente che la pressione dell’aria è equivalente a quella esercitata da una colonnina di mercurio avente la sezione di un centimetro quadrato e alta 760 mm
Il barometro a mercurio
Nell’eseguire il suo esperimento, Torricelli prese un
tubicino di vetro a fondo cieco, della sezione di un
cm2 e lungo circa 1 m; quindi, lo riempì di mercurio,
tappò l’estremità libera con un dito e poi, tenendolo
verticale, lo immerse capovolto in una bacinella
aperta contenente anch’essa mercurio. Poi tolse il
dito: il mercurio scese lungo il tubicino, ma dopo
qualche oscillazione si arrestò all’altezza di 76 cm
dalla superficie del mercurio contenuto nella
bacinella.
La pressione esercitata dalla colonna d’aria sovrastante il
mercurio della bacinella impedisce al mercurio contenuto nel
tubo di scendere ulteriormente.I fattori che influenzano la pressione atmosferica La pressione atmosferica non è costante: in una stessa località varia da momento a momento; e, spostandosi sulla superficie terrestre, varia da luogo a luogo. I fattori che determinano questi cambiamenti della pressione atmosferica sono tre. 1. La pressione diminuisce con l’altitudine. 2.La pressione diminuisce al crescere della temperatura dell’aria. 3.La pressione esercitata su una superficie da una massa di aria umida (cioè che contiene vapore acqueo) è minore di quella esercitata sulla stessa superficie da una massa di aria secca di pari volume.
La pressione atmosferica diminuisce con l’altitudine La pressione atmosferica è massima al livello del mare e diminuisce con l’altitudine perchè, salendo di quota, diminuisce lo spessore della massa d’aria sovrastante. A 2000 m di quota la pressione atmosferica diminuisce del 20%, mentre a 5000 m è circa la metà di quella misurabile a livello del mare.
La pressione atmosferica diminuisce con la temperatura La densità dell’aria dipende dalla temperatura. L’aria calda, a parità di volume, pesa meno dell’aria fredda ed esercita una pressione minore sulla superficie terrestre.
La pressione atmosferica diminuisce con l’umidità L’aria umida è più leggera dell’aria secca perchè il vapore acqueo è più leggero dell’azoto e dell’ossigeno. Il numero di particelle presenti in un dato volume d’aria dipende dalla temperatura. Perciò, a parità di temperatura, nell’aria umida un certo numero di particelle di vapore acqueo (più leggere) sostituiscono un ugual numero di particelle di azoto e di ossigeno (più pesanti). Così l’aria umida pesa meno dell’aria secca ed esercita sulla superficie terrestre una pressione minore.
I venti Le differenze di pressione atmosferica danno origine ai movimenti di masse d’aria che chiamiamo venti. L’aria si muove sempre da un’area di alta pressione (o anticiclone, dove è più densa e quindi più pesante) a un’area di bassa pressione (o ciclone, dove è meno densa e meno pesante).
I venti Perché l’aria esce da un palloncino gonfio se lo buchiamo? Questo succede perché l’aria all’interno del palloncino si trova a una pressione maggiore rispetto all’aria esterna. In generale, possiamo dire che le masse d’aria si spostano da una zona in cui la pressione è maggiore verso una zona in cui la pressione è minore.
Le brezze Per comprendere meglio il rapporto tra pressione, temperatura e formazione dei venti, facciamo un esempio che prenda in considerazione il fenomeno delle brezze marine. Nelle ore più calde di una bella giornata estiva spira di solito un leggero vento fresco, che si muove dal mare verso la costa, chiamato brezza di mare; di notte il movimento dell’aria si inverte, il vento spira dalla terraferma verso il mare e si ha la brezza di terra. Questi movimenti d’aria sono dovuti alla differenza di pressione (gradiente barico) che si determina tra la massa d’aria che si trova sopra il mare e quella che si trova sopra la terraferma.
La brezza di mare Durante il giorno, il suolo lungo la costa si riscalda maggiormente e più rapidamente rispetto al mare; l’aria che si trova a contatto con il suolo, riscaldandosi a sua volta, diventa più leggera e la pressione atmosferica diminuisce. L’aria sovrastante il mare, invece, è più fresca e, essendo più pesante, ha una pressione maggiore. Durante il giorno quindi, l’aria sul mare tenderà a spostarsi verso la terraferma, rimpiazzando l’aria calda che tende a salire verso l’alto, e dando così origine alla brezza di mare.
La brezza di terra Durante la notte la situazione si inverte: l’aria sul mare è più calda e più leggera di quella sovrastante la terraferma, perché l’acqua si raffredda meno e più lentamente rispetto al suolo; il flusso di aria si dirigerà, quindi, dalla costa verso il mare e si avrà la brezza di terra. In realtà i flussi d’aria appena descritti non sono solo orizzontali; infatti, l’aria, salendo di quota si raffredda e tende a ridiscendere altrove compiendo così un movimento circolare.
I monsoni Un fenomeno analogo alle brezze è quello che si manifesta stagionalmente in aree ben più vaste, lungo le coste dell’oceano indiano, a causa del diverso riscaldamento delle terre e dei mari: i monsoni. Mentre d’estate l’aria al di sopra della terraferma si riscalda maggiormente (bassa pressione) rispetto a quella al di sopra dell’oceano (alta pressione), provocando un flusso d’aria dal mare verso il continente (monsone estivo). D’inverno l’area di bassa pressione si stabilizza sopra l’oceano causando un flusso d’aria dal continente verso l’oceano (monsone invernale).
La circolazione generale dell’atmosfera Mentre su scala locale i venti soffiano in modo irregolare e discontinuo, su scala globale si possono individuare alcune fasce ben delimitate, in cui essi spirano secondo direzioni prevalenti. Ad esempio, nell’emisfero boreale, alle basse latitudini gli alisei sono venti che soffiano costantemente da Nord-Est verso Sud-Ovest, mentre i venti occidentali spirano alle medie latitudini da Sud-Ovest verso Nord-Est. Analoghi sistemi di venti costanti esistono anche nell’emisfero australe.
La circolazione generale dell’atmosfera
La causa dei venti costanti è da attribuirsi al diverso riscaldamento della superficie terrestre con la latitudine.
L’aria calda ed umida equatoriale tende a risalire (bassa pressione), mentre l’aria fredda dei poli tende a
restare in basso (alta pressione).
Imponenti masse d’aria salgono raffreddandosi per poi scendere altrove, compiendo di fatto un ciclo che
viene chiamato cella convettiva.
In ogni emisfero sono state
individuate tre celle
convettive:
● la cella di Hadley
(equatoriale)
● la cella di Ferrel
(temperata)
● la cella PolareLa circolazione generale dell’atmosfera La cella equatoriale (di Hadley) All’equatore i raggi del Sole, quasi perpendicolari alla superficie terrestre per tutto l’anno, scaldano le masse d’aria vicine al suolo, le quali, umide e calde, tendono perciò a salire. Sull’Equatore si stabilizza una fascia di bassa pressione in cui le piogge sono molto abbondanti. L’aria salita in quota sopra la fascia equatoriale, ormai povera di umidità, non può salire ulteriormente perché è diventata troppo pesante; si dirige quindi verso nord e verso sud per poi scendere, più fredda e asciutta, in prossimità del 30° parallelo in corrispondenza delle zone desertiche che si estendono ai tropici. L’aria discendente fredda e asciutta crea una fascia di alta pressione in cui non piove quasi mai; il deserto del Sahara, quello di Gobi in Asia e anche i deserti messicani si trovano proprio in questa fascia.
La circolazione generale dell’atmosfera La cella temperata (di Ferrel) e la cella polare Ad altre latitudini si completano altri due cicli: uno che, in prossimità del 60° parallelo, porta in risalita l’aria umida proveniente dalle medie latitudini e dà origine ad abbondanti precipitazioni piovose o nevose, e l’altro che porta aria fredda e secca discendente a livello dei poli dove si origina una zona di alta pressione. In prossimità dei poli le precipitazioni sono molto scarse in quanto l’aria discendente è fredda e secca.
Il movimento delle masse d’aria è complicato dalla rotazione terrestre Il movimento orizzontale dell’aria, dovuto alle differenze di pressione atmosferica, non avviene in linea retta, ma subisce una deviazione rispetto alla traiettoria rettilinea: nell’emisfero nord, la deviazione è diretta verso est per i venti che provengono da sud e verso ovest per i venti che provengono da nord. Ciò è dovuto al moto di rotazione attorno al proprio asse che la Terra compie. Tale moto è responsabile dell’effetto Coriolis, secondo cui tutti i corpi in libero movimento sulla superficie terrestre subiscono una deviazione verso destra nell’emisfero nord e verso sinistra nell’emisfero sud. La spiegazione di questo fenomeno è da ricercare nella diversa velocità di rotazione dei punti a diversa latitudine sulla superficie terrestre.
Cosa sono le perturbazioni atmosferiche? Oltre alle alte e basse pressioni permanenti, alle quali si associano condizioni meteorologiche relativamente stabili, esistono anche anticicloni e cicloni temporanei, che sono responsabili di frequenti mutamenti del tempo. Gli anticicloni determinano condizioni di «bel tempo». Infatti, a causa della pressione più elevata, l’aria – più densa – si muove verso il basso e verso l’esterno, e abbassandosi si riscalda; quindi, la sua umidità relativa diminuisce e non si formano nuvole. I cicloni danno invece luogo a movimenti dell’aria dall’esterno verso il centro (dove essa risale) e causano il raffreddamento dell’aria e la formazione di nuvole e precipitazioni. Perciò essi vengono chiamati anche perturbazioni atmosferiche.
Cosa sono le perturbazioni atmosferiche? Le perturbazioni atmosferiche più rilevanti sono costituite dai cicloni extratropicali (le «nostre» perturbazioni) e dai cicloni tropicali. I cicloni extratropicali sono perturbazioni di grande estensione dovute all’incontro, a bassa quota, di due masse d’aria: una fredda e secca, proveniente dalle zone polari, e una calda e umida, proveniente dalle zone tropicali. Si muovono da Ovest a Est, spinti dai venti occidentali, con velocità di un migliaio di chilometri al giorno.
Cosa sono le perturbazioni atmosferiche? I cicloni tropicali sono aree di bassa pressione molto pronunciata, con estensione meno ampia di quella dei cicloni extratropicali. I cicloni tropicali interessano le regioni situate in due fasce comprese all’incirca tra i 5° e i 30° di latitudine, sia a Nord che a Sud dell’Equatore e possono causare danni enormi. Si spostano dalla zona di formazione, muovendosi da Est verso Ovest, spinte dagli alisei.
Le masse d’aria e i fronti Se una massa d’aria fredda, in rapido movimento, incontra una massa d’aria calda, la spinge violentemente verso l’alto incuneandosi sotto di essa. La superficie di contatto tra le due masse d’aria è detta fronte freddo. La risalita dell’aria calda determina la formazione di una fascia di imponenti nubi cumuliformi dall’aspetto scuro e minaccioso, che generano intense precipitazioni spesso a carattere temporalesco, di pioggia, neve o grandine.
Le masse d’aria e i fronti Anche quando una massa d’aria calda in rapido movimento investe una massa d’aria fredda, la massa d’aria calda scorre sopra l’aria fredda generando tra le due masse una superficie di contatto inclinata che viene chiamata fronte caldo. Il fronte caldo ha una bassa pendenza (dell’ordine dell’1%). Lungo la superficie del fronte sale continuamente aria calda che si raffredda formando nuvole stratiformi che danno luogo a precipitazioni continue e di debole intensità. Se la massa d’aria calda è molto umida, accanto alle nuvole stratiformi si formano anche nubi cumuliformi, le piogge si trasformano in rovesci e si possono avere temporali.
Le masse d’aria e i fronti Infine, se un fronte caldo e un fronte freddo vengono a contatto, si forma un fronte occluso. Il fronte occluso genera precipitazioni e nubi miste perché assume le caratteristiche di entrambi i sistemi che lo hanno generato
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