Il miscuglio di gas che costituisce l'atmosfera e che avvolge come un immenso oceano invisibile il pianeta terra, si estende fino a 150- 200 chilometri di altitudine. I tre quarti di tutta l'atmosfera si trovano però in quella regione dello spazio chiamata troposfera il cui limite superiore è di circa 7 Km ai poli, di 13 km nelle medie latitudini e di 18 Km circa all'equatore. Anticamente si credeva che l'atmosfera fosse senza peso. Bisogna arrivare a Galileo Galilei per accertare che, nonostante la sua natura impalpabile, un metro cubo d'aria, al livello del mare, pesa circa 1,3 Kg. Pertanto, ogni porzione di atmosfera è sottoposta al peso degli strati immediatamente sovrastanti: è, appunto, tale peso che impedisce all'aria di disperdersi negli spazi interplanetari. Al peso esercitato su una superficie unitaria, ad esempio 1 cm², di una colonna d'aria che si estenda fino ai limiti dell'atmosfera, viene dato il nome di pressione atmosferica. In condizioni normali, tale peso al livello del mare, si aggira intorno a 1.033 g per cm².
1. La pressione e lo stato del tempo
La pressione atmosferica ha un ruolo fondamentale nelle vicende meteorologiche poichè i fenomeni più importanti traggono la loro origine dalla variazione nello spazio e nel tempo di tale fattore. In particolare, la differenza di pressione fra aree geografiche diverse determina lo spostamento delle masse d'aria e quindi il vento il quale trasferisce sul luogo di arrivo le condizioni meteorologiche associate alla particolare massa d'aria. Considerata l'importanza fondamentale che la pressione atmosferica riveste nel caratterizzare le condizioni del tempo, la maggior parte delle carte meteorologiche mostra la distribuzione attuale o prevista della pressione nelle zone prese in esame.Nelle medie latitudini, il valore medio annuo della pressione, al livello del mare, si aggira intorno ai 1.013 hPa; tuttavia la pressione locale può subire ampie oscillazioni diurne o stagionali intorno a tale valore. le variazioni più notevoli sono quelle legate al passaggio delle perturbazioni che si muovono fra i 30° ed i 60° di latitudine o alle masse di aria fredde che, d'inverno, ristagnano nelle ampie distese continentali prossime al circolo polare.
I valori locali della pressione, considerati a se stanti, non hanno significato di prognosi; lo hanno invece se confrontati con i valori simultaneamente rilevati nelle zone adiacenti per mettere in risalto le aree di alta o di bassa pressione. Però, pur costituendo una regola alquanto grossolana, si può affermare empiricamente che i valori inferiori a 1.000 hPa sono associati a condizioni di tempo perturbato, mentre i valori superiori a 1.024 hPa sono accompagnati da tempo buono. Molto di più ci dirà, invece, la tendenza barometrica, cioè la variazione della pressione in un determinato intervallo di tempo.
Nelle carte meteorologiche di previsione i punti con uguale valore di pressione atmosferica vengono uniti da una linea che prende il nome di isobara.
Per tracciare le isobare si parte in genere dal valore di riferimento di 1.000 hPa (millibar) indicato con il segno 00. Si procede poi ad unire i valori di pressione di 4 hPa in 4 hPa: così 04 indica 1.004 hPa, 08 indica 1.008 hPa,12 indica 1.012 hPa e così via. Si procede nello stesso modo anche per valori di pressione inferiore e cioè: 96 indica 996 hPa, 92 indica 992 hPa e così di seguito. A volte sulle carte si formano delle linee chiuse di alta pressione che, indicate con la lettera H (high) o A (alta), rappresentano gli anticicloni, mentre all'opposto le linee chiuse di bassa pressione, indicate con L (low) oppure B (bassa) rappresentano i cicloni depressivi. Altre configurazioni che spesso appaiono sulle carte bariche sono:
le saccature e cioè delle zone in cui si protende una bassa pressione;
i promontori e cioè delle zone in cui si protende un'alta pressione;
i campi barici livellati e cioè delle zone in cui le differenze di pressione sono molto piccole o inesistenti;
le selle
ovvero una zona di pressioni relativamente basse comprese tra due
anticicloni e due depressioni;
i pendii
ovvero la zona avente pressione regolarmente decrescente con isobare
approssimativamente rettilinee e parallele.
Il gradiente barico orizzontale è la differenza di pressione tra due punti distanti tra loro un grado di meridiano (111 chilometri) e situati sulla linea di massima pendenza delle isobare. In pratica, il gradiente barico orizzontale (G) viene misurato dal rapporto tra la differenza di pressione (dp) tra due punti e la distanza (dl) fra i punti stessi:
G = dp / dl
Gradiente barico alto significa: isobare più ravvicinate e velocità del vento più alta.
Gradiente barico basso significa: isobare meno ravvicinate e velocità del vento più bassa.
Oltre che al suolo occorre costruire l'andamento del campo barico anche in quota e questo si ottiene considerando l'andamento delle superfici a pressione costante. Particolarmente importante per le previsioni è la superficie a 500 hPa, che corrisponde ad un livello di quota attorno ai 5.500 metri dal suolo. Per spiegare il procedimento di costruzione della mappa si farà riferimento a questa superficie. Durante il radiosondaggio vengono misurati i dati di altezze corrispondenti alla pressione di 500 hPa e questi, che ovviamente possono variare da stazione a stazione, vengono riportati su una carta geografica. Anche in questo caso i dati di uguale valore vengono uniti con linee di livello, definite isoipse (linee di uguale altezza), ed in pratica si costruisce sulla superficie di 500 hPa una vera e propria mappa topografica: si può infatti pensare che la superficie sia tagliata da piani orizzontali distanti in altezza 60 metri (6 decametri) e le intersezioni proiettate sulla carta geografica rappresentano le isoipse. Queste altezze si misurano in metrogeopotenziale, unità che si ottiene dal metro lineare con una correzione legata al variare della gravità andando dai Poli all'Equatore. Tuttavia nella pratica operativa la correzione è trascurabile in modo che metrogeopotenziale e lineare vengono fatti coincidere. Anche per le carte in quota si definiscono le configurazioni tipiche in precedenza indicate per le carte al suolo e la corrispondenza fra l'andamento al suolo ed in quota ha particolare importanza per individuare la natura ed il tipo di fenomeni. Si può anche dimostrare che in quota l'aria si muove approssimativamente lungo le isoipse, lasciando alla propria destra valori più elevati e alla propria sinistra valori più bassi dell'altezza di metrogeopotenziale. La rappresentazione delle isoipse nelle carte è quindi di fondamentale importanza per l'individuazione del movimento delle masse d'aria alle varie quote.
2. La misura della pressione atmosferica
La pressione atmosferica si misura con un barometro a mercurio oppure con un barometro o barografo a capsule aneroidi. Gli strumenti possono essere graduati in millimetri di mercurio (mmHg), in millibar (mb) oppure in hettoPascal (hPa).
Per passare da mmHg a mb (hPa) si tengano presenti le seguenti relazioni:
mb (hPa)= 4/3 mmHg
viceversa
mmHg= 3/4 mb (hPa)
Un’atmosfera
metrica (atm=1) corrisponde a:
1,01325
Bar
1013,25
hPa (mb)
101325
Pascal (Pa)
10,33
Metri di colonna d’acqua (m.c.a)
760
Millimetri di mercurio (mmHg)
10,1325
Newton/
cm² (N/ cm²)
1,033
Chilogrammo/
cm² (Kg/ cm²)
14,69 Pound/inch² (psi)
bar= unità di misura della pressione pari ad 1 milione di barie. In meteorologia è molto usato il sottomultiplo millibar, uguale ad 1/1000 di bar. La baria è l'unità di misura della pressione nel sistema CGS ed equivale alla pressione di un dine per cm². Un milione di barie, cioè un bar, corrispondono alla pressione di una colonna di mercurio alta 750,07 mm
Il barometro o il barografo possono essere collocati ovunque purchè al riparo dagli urti o dai raggi solari. Infatti, il barometro non misura la proprietà di un dato campione di aria, ma solo la pressione esercitata dall'atmosfera circostante, che ha lo stesso valore sia all'aperto che al chiuso. Se si vuole confrontare il dato del proprio barometro con quello simultaneamente rilevato dalle stazioni meteorologiche è indispensabile, per esigenze di omogeneità, che il valore letto sia opportunamente corretto come se l'osservazione fosse stata effettuata alla latitudine di 45°, al livello del mare e a 0°C di temperatura. Particolari tavole permettono di eseguire rapidamente la correzione se il rilevamento è stato effettuato con un barometro analogico. Le moderne stazioni meteo correggono il dato automaticamente previo l'inserimento dell'altitudine alla quale è posizionata la stazione stessa.
3. Le variazioni locali della pressione atmosferica.
Su una data località, la pressione atmosferica varia di continuo, con un tipico andamento periodico diurno che, in condizioni di tempo non perturbato, risulta evidente sul diagramma di un barografo. Tale andamento è indicato da due minimi intorno alle ore 04:00 e alle ore 16:00 locali e da due massimi intorno alle ore 10:00 ed alle ore 22:00 locali.
L'ampiezza dell'oscillazione varia secondo la latitudine: è trascurabile ai Poli, inferiore ad 1 hPa alle medie latitudini, può essere superiore a 4 hPa all'Equatore. le variazioni locali di pressione più significative, ai fini dell'evoluzione del tempo, sono quelle determinate dallo spostamento delle masse d'aria. Così un afflusso di aria più fredda di quella preesistente nella verticale del luogo causa un aumento di peso della colonna d'aria sovrastante e quindi un aumento della pressione. Viceversa un afflusso di aria più calda al suolo determina una diminuzione della pressione. Anche il raffreddamento notturno ed il riscaldamento diurno degli strati prossimi al suolo determinano rispettivamente un aumento ed una diminuzione della pressione atmosferica.
4. Tendenza barometrica ed evoluzione del tempo
Fra i fattori meteorologici indicativi per la previsione locale del tempo, la variazione di pressione osservata in un breve periodo è quella più significativa. Infatti, se la pressione atmosferica al suolo tende a diminuire, la bassa pressione che così si origina richiama masse d'aria dalle zone circostanti. Ora non potendo le masse d'aria accumularsi, sono costrette a sollevarsi trasportando l'aria dagli strati prossimi al suolo verso l'alto dove, a causa del raffreddamento, il vapore acqueo si condensa e diviene visibile sotto forma di nubi.
La tendenza barometrica rappresenta la quantità di variazione subita dalla pressione atmosferica in un dato periodo di tempo, tipicamente tre ore. La tendenza barometrica ci può fornire indizi per prevedere l'evoluzione delle condizioni meteorologiche.
Una diminuzione di pressione di 2 o 3 hPa in 3 ore è segno che le condizioni del tempo tendono a peggiorare. Se la diminuzione di pressione supera i 4 o 5 hPa, sempre in tre ore, vuol dire che il peggioramento del tempo è già in atto e che i massimi effetti saranno avvertiti entro le successive due ore.
Osservando sul barometro l'andamento della pressione, in presenza di una diminuzione costante e pronunciata potremo dedurne che una perturbazione si sta avvicinando fino a transitare su di noi.
In
termini generali, si può dire quanto segue:
1) una variazione positiva molto forte può indicare l'avvento di un
cuneo di alta pressione che porta un temporaneo miglioramento.
2) Una variazione negativa molto marcata preannuncia un rapido
peggioramento della situazione, con afflusso di aria molto fredda in
inverno e temporali durante l'estate, solitamente seguiti da un
altrettanto rapido miglioramento.
3) Variazioni graduali portano a situazioni generalmente più
persistenti:
a) una graduale diminuzione della pressione predice condizioni di maltempo durevoli;
b)
un lento costante aumento lascia
intravedere l'avvento di alte pressioni stabili.
5. Le variazioni della pressione con l'altezza
A mano a mano che si va verso l'alto, diminuisce l'altezza della colonna d'aria sovrastante l'osservatore e di conseguenza diminuisce anche la pressione atmosferica. Tuttavia, il decremento è più rapido negli strati prossimi al suolo essendo qui l'aria più densa. Con ottima approssimazione si può calcolare che nei primi 1.500 metri la pressione diminuisca di 1 hPa per ogni 8,3 metri di ascesa, a 3.000 metri di 1 hPa ogni 10 metri e a 9.000 metri di 1 hPa ogni 50 metri.
La rapidità di variazione della pressione con la quota, negli strati prossimi al suolo, si può notare dai valori indicati dal barometro. Così, due barometri ugualmente tarati e posti ad una diversa altezza di appena 32 metri, mostreranno una differenza di ben 4 hPa.
Il gradiente barico verticale esprime la diminuzione della pressione al crescere dell'altezza lungo la verticale.
6. La variazione orizzontale della pressione
La pressione varia orizzontalmente da luogo a luogo. A parte l'influenza esercitata dai grandi centri barici permanenti o semipermanenti ( anticiclone delle Azzorre, ciclone d'Islanda) e dalle perturbazioni che interessano vaste aree geografiche, a parità di latitudine e di altezza la distribuzione orizzontale della pressione dipende da numerosi fattori locali quali la natura e la copertura del terreno, l'orografia, la temperatura, l'intensità dell'irraggiamento notturno e la radiazione solare assorbita dal suolo. Tali fattori fanno si che all'interno dei grandi centri barici a scala planetaria si vengano a determinare, localmente, dei nuclei secondari di alta e bassa pressione, interessanti aree la cui estensione è dell'ordine dei 10-100 chilometri. Se si fa riferimento alla sola topografia locale, è bene tener presente che, durante la notte, negli avvallamenti si accumula aria più fredda per drenaggio dalle zone circostanti con conseguente aumento della pressione. le catene montuose costituiscono spesso un ostacolo per gli afflussi di aria fredda la quale interessa, di solito, gli strati più bassi dell'atmosfera. In tali condizioni, l'accumulazione di aria nel versante sopravvento determina un aumento della pressione atmosferica locale. Per fare un esempio, in presenza di intensi afflussi di aria fredda proveniente da Nord Ovest, tra gli opposti versanti dell'arco alpino vengono a determinarsi dislivelli barici di 10-15 hPa.
I gradienti barici orizzontali normali sono di circa 1 hPa per 100 chilometri, ma da tale differenza di pressione, apparentemente modesta, trae origine la forza motrice che da luogo al movimento della masse di aria. Nelle aree di alta pressione, i gradienti barici sono deboli, mentre risultano più forti nelle aree di bassa pressione.
