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  1. MATERIA: Materia ARGOMENTO: L’atmosfera terrestre REPARTO ADDESTRAMENTO ASSISTENZA AL VOLO

  2. OBIETTIVO: Conoscere le principali caratteristiche dell’atmosfera terrestre. TAPPE: 1-Le forze che la sorreggono ; 2-I confini dell’atmosfera; 3-La composizione dell’aria. 4-Struttura termica verticale Reparto Addestramento Assistenza al Volo

  3. gravità terrestre (intesa come forza risultante della gravità e della forza centrifuga, derivante dalla rotazione terrestre). • pressione atmosferica (tenuto conto che i gas tendono ad occupare tutto il volume) e che la pressione atmosferica tende a distribuire questa massa gassosa addensandone di più nei bassi strati e via via in modo decrescente con l’h. 1. Le forze che la sorreggono Reparto Addestramento Assistenza al Volo

  4. In realtà l’ineguale distribuzione dell’energia solare (dovuta alle caratteristiche astronomiche e fisiche del globo) determina differenze di pressione tra punti posti alla stessa altezza, e mette l’aria in movimento rispetto alla terra. 1. Le forze che la sorreggono Reparto Addestramento Assistenza al Volo

  5. 2. I confini dell’atmosfera Reparto Addestramento Assistenza al Volo

  6. 2. I confini dell’atmosfera Se ne deduce che mentre il 50% della massa atmosferica totale è concentrata nei primi 5,5 Km circa, il 99,7% di essa non va oltre ai 40Km. Reparto Addestramento Assistenza al Volo

  7. 3. La composizione dell’aria Nei primi 100 Km di altezza, ciò che chiamiamo “aria” risulta costituito da un miscuglio di gas, alcuni dei quali, come l’azoto, l’ossigeno ed i gas nobili, sono presenti ovunque in percentuali fisse; altri, come l’anidride carbonica, presentano piccole variazioni percentuali in tempi lunghi; altri ancora, come l’ozono, il vapor d’acqua ed il cosiddetto “pulviscolo atmosferico”, oltre ad essere presenti in quantità variabili, hanno anche quote di esistenza preferenziali. Reparto Addestramento Assistenza al Volo

  8. COMPONENTI VARIABILI DELL’ARIA COMPONENTI PERMANENTI DELL’ARIA 2. La composizione dell’aria Reparto Addestramento Assistenza al Volo

  9. 2. La composizione dell’aria AZOTO ed OSSIGENO costituiscono insieme circa il 99% dell’aria. Nonostante ciò non hanno alcun ruolo nella produzione e evoluzione dei fenomeni meteorologici. Fondamentale è invece il VAPORE ACQUEO. OZONO (O3) tra 25-70 Km di quota. Il suo spessore se fosse portato a P e T a l.d.m. sarebbe uno strato di 2-3 mm. Costituisce invece uno SCUDO eccezionale contro la radiazione U.V. (lunghezza d’onda 0,3 micron) MECCANISMO DI COSTRUZIONE-DISTRUZIONE DELLA MOLECOLA DI O3 Reparto Addestramento Assistenza al Volo

  10. 3. La composizione dell’aria VAPORE ACQUEO (max 12-18 Km di h) si ottiene per evaporazione dalle superfici liquide - dipende molto dalla T. CALORE LATENTE: per evaporare 1 gr. di H2O fornire 600 cal. che vengono restituite quando condensa (rispettivamente con perdita e produzione di calore). Evap. e condens. sono processi continui e continuo è lo scambio di energia (vedi energia x cicloni, tornado, temporali…) N.B. il vapore acqueo assorbe radiazione I.R. (trattiene calore con cielo nuvoloso). Reparto Addestramento Assistenza al Volo

  11. T=1400°C (600km) km 120 TERMOSFERA 80 Mesopausa 75 MESOSFERA 60 Stratopausa 50 STRATOSFERA 20 Tropopausa 14 TROPOSFERA l.m.m -85 -55 0 15 °C 4. Struttura termica verticale (1) nella Troposfera la Temp. diminuisce con h (var. con LATITUD. e STAGIONI) (2) nella Stratosfera la Temp.aumenta (inv.term. Impedisce mov.verticali quindi le nubi) (3) nella Mesosfera la Temp. diminuisce nuovamente (4) nella Termosfera la Temp. aumenta in modo esponenz. (concetto cinetico-statistico)

  12. 4. Struttura termica verticale LA RADIAZIONE SOLARE Tutti i corpi con temperatura maggiore dello zero assoluto (-273°C) hanno la proprietà di irraggiare nello spazio “granuli d’energia” sotto forma di onde elettromagnetiche. Questi granuli sono detti “fotoni” e presentano un contributo energetico inv.prop. alla lunghezza d’onda. Il sole, radiatore ideale, ha una temp. superficiale di 6000°C ed emette radiazioni su un vastissimo spettro: dai raggi gamma (10-6 micron) fino a radiazioni con lunghezze d’onda di qualche Km. Soltanto quella con spettro compreso tra 0,15 e 14 micron (tra U.V. e I.R.) giunge ai confini con la mesosfera. Quella con lunghezza d’onda inferiore a 0,15micron (alto contenuto energetico) raggiY, raggiX e parte degli U.V. vengono assorbite nella termosfera (ecco una spiegazione delle alte temp). La radiazione oltre i 14micron, a basso contenuto energetico) viene riflessa nella ionosfera. Reparto Addestramento Assistenza al Volo

  13. 4. Struttura termica verticale NUBI Meccanismo di riscaldamento eschema di bilancio termico. Reparto Addestramento Assistenza al Volo

  14. SINTESI: Quali sono le forze che agiscono sull’atmosfera?? Pressione atmosferica e gravità terrestre Quali sono i componenti permanenti dell’aria? N2 O2 A C2 O2. Quali sono i componenti variabili dell’aria? O3 H2O Na Cl C . Come viene suddivisa termicamente l’atmosfera? Troposfera stratosfera mesosfera termosfera. Reparto Addestramento Assistenza al Volo

  15. Prima dello sviluppo del telegrafo (1850) impossibile organizzare reti osservative, ma: • - nel 1707 Defoe notò p<0 prima delle burrasche • - nel 1743 Franklin dedusse l’estensione di un sistema di nubi (<300 Km) ed il suo moto apparentemente controvento dalla statistica sulla visibilità delle eclissi • Fitz Roy: cicloni delle medie latitudini (extratropicali) dovuti al contrasto termico tra messe d’aria calde e fredde • Scuola norvegese (1910-1920): dopo la 1° guerra mondiale elaborarono una teoria a tutt’oggi valida analizzando i dati delle stazioni meteo ed il tipo e moto delle nubi • La 2° guerra mondiale favorì l’uso degli aerei e l’impiego dei radiosondaggi  scoperta delle correnti a getto e delle loro interazioni con i fronti • 1960: primi satelliti meteo  conferma della teoria norvegese, rilevazione di maggiori dettagli sulle strutture alla mesoscala Sistemi a grande scala: storia

  16. La ciclogenesi • Situazione tipica: famiglie di cicloni extratropicali e fronti in vari stadi di sviluppo estesi per migliaia di Km sull’oceano, di forma ondulata, in moto da O verso E • Ogni ciclone ha un suo ciclo di vita e si trova in un determinato stadio di essa

  17. Il fronte che collega queste depressioni è il fronte polare  zona di rapida transizione termica che separa le masse d’aria (calde) delle basse latitudini da quelle (fredde) delle alte latitudini • Nelle mappe i fronti sono sempre disegnati come appaiono in superficie (= al suolo) • Non è detto che la differenza tra le masse d’aria sia solo termica: possono anche esistere fronti dovuti a differenze di umidità ( densità) Fronte • Fronte: sottile zona di transizione tra due masse d'aria, (non è però una superficie netta come quella degli oceani) estesa orizzontalmente per 100-200 Km e verticalmente per 1-3 Km. • La zona di transizione presenta discontinuità nelle grandezze meteo, è molto sottile rispetto alla sua estensione (100m-1Km) ed è disposta obliquamente

  18. Tale linea di separazione può ondularsi rispetto ad una distribuzione puramente “zonale” (Ovest-Est) • L’ondulazione avviene per diversi fattori: • la distribuzione irregolare di terre ed oceani, le diverse caratteristiche termiche delle superfici • Tali fattori sono attivi prevalentemente nella bassa troposfera, ed è infatti qui che avvengono i principali fenomeni di ciclogenesi • Sono anche presenti cicli stagionali (monsoni, spostamento ICTZ, ecc.) • Secondo la teoria norvegese, la ciclogenesi è provocata dal movimento del fronte polare • Oggi si sa che la causa è il contrasto tra masse d’aria diverse Morfologia del fronte

  19. Fasi di evoluzione di una depressione: I • Fase (a) • Presenza di convergenza  circolazione ciclonica (per conservazione della vorticità)  moti ascendenti verticali  sviluppo di consistente massa di nubi medie stratificate • Si generano quindi fronti di irruzione di aria fredda e calda

  20. Fasi di evoluzione di una depressione: II • Fase (b) • formazione nubi alte, ispessimento nubi medie  precipitazioni continue nell’area del fronte caldo; • Divergenza nell’alta troposfera maggiore della convergenza nella bassa troposfera (attrito)  pressione in diminuzione vicino alla cresta dell’onda • Fronti molto obliqui rispetto al suolo

  21. Fasi di evoluzione di una depressione: III • Fase (c) • Amplificazione dell’onda frontale; diminuzione della pressione nella cresta frontale con formazione di un minimo barico (10hPa); ventiintensità di burrasca; nubi: cumulonembi (f.f.) e nembostrati (f.c.) con estesi banchi di As e Cs; precipitazioni consistenti • Sviluppo di un intenso nucleo di corrente a getto a 200-300 hPa allineato al f.f.

  22. Fasi di evoluzione di una depressione: IV • Fase (d) • Nella depressione ampiezza logitudinale  ampiezza trasversale; riduzione dell’area del fronte caldo  occlusione (l’aria fredda scaraventa in alto l’aria calda) • Spostamento verso N (e verso O) del minimo depressionario e del fronte occluso; allineamento della corrente a getto col f.f. (e non col f.o.) • Contrasto termico nel f.o. < che nel f.f.

  23. Fasi di evoluzione di una depressione: V • Fase (e) • Ulteriore diminuzione dei contrasti termici  il centro della depressione rimane freddo (nucleo freddo, o goccia fredda) • Si mantengono nubi e piogge per diversi giorni  il f.o. spiralizza attorno al minimo con venti forti • Dopo alcuni giorni la depressione “si colma” (per attrito)

  24. Fronti in una depressione “matura” Fronte caldo Minimo barico Fronte occluso Fronte freddo B

  25. Le depressioni tendono a muoversi verso E fino alla comparsa dell’occlusione • Poi tendono a rimanere quasi stazionarie, ruotando attorno ad un centro fisso (il minimo) • Il residuo del f.f. possiede ancora un notevole contrasto termico; esso tende a svincolarsi dalla depressione ed a procedere verso SE acuendo il proprio contrasto termico Le famiglie di depressioni • Tale contrasto può provocare ulteriori eventi ciclogenetici simili al primo, e così via  si generano “famiglie” di depressioni (anche 6 o più), ognuna “figlia” delle altre, distese in obliquo dalle latitudini subpolari a quelle subtropicali • Alla fine il “vecchio” vortice si smorza e “muore”, lasciando dietro di sé una scia di sistemi che hanno ricoperto una regione estesa per oltre due settimane

  26. Prodotto dallo scorrimento dell’aria calda sull’aria fredda (come piano inclinato) • L’aria calda si solleva e si raffredda sino al punto di rugiada,  condensazione del vapore acqueo  nubi a carattere stratificato più spesse (Ns  precipitazioni), poi nubi via via più sottili (As, Ci, Cs) • Evaporazione della pioggia  aumento dell'umidità  nubi basse (St, nebbie) Fronte caldo • Tipologie di fronte caldo: quelli a gradiente termodinamico stabile (nubi: strati continui e compatti, con limiti superiori appiattiti e precipitazioni a carattere continuo) e quelli a gradiente termodinamico instabile (saturo), nei quali la parte superiore delle nubi basse forma rigonfiamenti che possono dare origine a Cb.

  27. L’aria fredda essendo più pesante si propaga a contatto con il suolo (per attrito si forma il “naso”) e scalza l’aria calda preesistente che è costretta forzatamente a salire • Salendo l’aria calda si raffredda sino al punto di rugiada,  condensazione del vapore acqueo  nubi a carattere convettivo (sviluppo verticale): Cu, Tc, Cb • L’estensione verticale dello strato freddo è modesta (max 2-3 Km) Fronte freddo • Tipologie di fronte freddo: se l'aria calda che precede l'aria fredda è convettivamente stabile  nubi = Ns con forti precipitazioni e possibile presenza di nubi basse (Sc); • Se invece l'aria calda è convettivamente instabile  nubi = Cb con forti rovesci e/o a temporali, precipitazioni più intense ma in zone ristrette; dietro il fronte, Ac

  28. A mano a mano che il settore caldo si chiude fino quasi a scomparire dalla superficie del suolo ed a rimanere solamente in quota, si forma il fronte occluso • Si distingono due tipi di occlusioni: • fredda (l'aria dietro al fronte freddo è più fredda di quella davanti al fronte caldo  agisce come un cuneo  il fronte al suolo ha carattere freddo) • calda (l'aria dietro al fronte freddo è più calda di quella davanti al fronte caldo  sale sopra  il fronte al suolo ha carattere caldo) . • In ogni caso, l'aria calda è • sempre sollevata dalla • superficie. Fronte occluso

  29. Esempio di mappa: alluvione Piemonte 2000 Depressioni Fronti caldi Fronti freddi