|
L'atmosfera e' l'involucro gassoso che avvolge la Terra fino ad un'altezza di 700-1000 chilometri.
Il ciclo dell'acqua
Il Ciclo dell'acqua e' l'insieme dei processi (evaporizzazione, traspirazione, condensazione, precipitazione, infiltrazione e deflusso) che consente all'acqua di lasciare gli oceani, immettersi nell'atmosfera, raggiungere le terre emerse per poi ritornare negli oceani.
Nello schema sono rappresentate le distribuzoni e la circolazione dell'acqua sul nostro pianeta. I numeri tra parentesi indicano la quantita' di acqua contenuta in ciascun serbatoio di accumulo, espressa in milioni di chilometri cubi.
Il motore del ciclo idrologico e' il Sole, il riscaldamento, infatti, favorisce l'evaporazione delle acque superficiali e il vapore acqueo entra in atmosfera per essere trasportato ovunque dagli spostamenti delle masse d'aria. Sotto forma di pioggia, neve, grandine e precipitazione occulta (brina e rugiada), l'acqua torna poi sulla superficie terrestre.
Tra l'atmosfera, gli oceani e la superficie terrestre avviene un continuo scambio di materia e di energia che regola il comportamento dell'atmosfera stessa, lo spostamento delle masse d'aria e la formazione dei sistemi perturbati.
Le masse d'acque occupano il 70% circa della superficie terrestre: il 60.7% nell'emisfero Boreale, l'80.9% nell'emisfero Australe.
Distribuzione percentuale di acqua e terre emerse nei due emisferi in relazione alla latitudine.
|
Pacifico |
Atlantico |
Indiano |
Altri mari |
| Superficie (km2) |
165.250.000 |
82.440.000 |
73.440.000 |
39.930.000 |
| Volume (km3) |
707.560.000 |
323.610.000 |
291.030.000 |
48.110.000 |
| Profondita' media (m) |
4.282 |
3.926 |
3.963 |
1.205 |
| Profondita' massima (m) |
11.034
(Fossa delle Marianne) |
9.218
(Fossa di Portorico) |
7.450
(Fossa di Giava) |
|
Tabella 1 - Confronto caratteristiche di oceani e mari.
Componenti dell'atmosfera
Azoto, ossigeno, argo e vapore acqueo rappresentano insieme circa il 99.96% del volume dell'atmosfera, dunque quasi la totalita'. Il restante 0.04% e' costituito da componenti minoritari o gas in traccia e da microscopiche particelle liquide o solide.
| Componenti |
Formula o simbolo |
Peso molecolare |
Concentrazione |
Notazioni |
| Azoto |
N2 |
28.0134 |
78.084% |
Costante |
| Ossigeno |
O2 |
31.9988 |
20.946% |
Costante |
| Argo |
Ar |
39.948 |
0.917% |
Costante |
| Biossido di Carbonio |
CO2 |
44.0098 |
370 ppm |
Variabile a livello del suolo |
Tabella 2 - Principali componenti dell'atmosfera.
La Pressione Atmosferica
La pressione atmosferica misura il peso totale esercitato su una superficie unitaria orizzontale della colonna d'aria sovrastante.
p = F / S
dove: p=pressione, F=Forza, S=Superficie
1 Pascal = 1 Pa = 1 N/m2
In realta' per misurare la pressione atmosferica si usa l'HectoPascal (hPa)
1 hPa = 100 Pascal = 100 N/m2 = 1 millibar
Geopotenziale e altezza geopotenziale
L'energia necessaria pe sollevare un chilogrammo di aria fino a una quota z si chiama energia geopotenziale Ep ed e' espressa dalla seguente relazione:
Ep = gz
dove g e' l'accelerazione di gravita'.
Per comodita', si introduce l'altezza geopotenziale Z, dividendo l'energia geopotenziale Ep per il valore g0 dell'accelerazione di gravita' a livello del mare, pari a 9.81 m/s2.
Z = (g/g0) z
L'aria in quota si muove in senso antiorario intorno a un minimo di geopotenziale e in senso orario intorno a un suo massimo.
Rappresentazione topografica di una superficie isobarica.
In condizione di equilibrio verticale (assenza di moti verticali) la diminuzione dp subita dalla pressione atmosferica per uno spostamento verticale verso l'alto dz, e' pari al peso del volume d'aria:
dp = - g dz
dove il segno meno sta a ricordare che la pressione p diminuisce con l'altitudine z.
La pressione decresce con la quota piu' rapidamente in presenza di aria fredda che di aria calda, cosiche', a parita' di pressione p0 al livello del mare, la pressione alla quota Z sara' piu' bassa nella colonna d'aria fredda che in quella calda.
In una colonna d'aria fredda, pertanto, tendera' a formarsi una bassa pressione man mano che la quota aumenta. Viceversa, in una colonna d'aria calda, la pressione con l'aumentare della quota, tende ad assumere valori piu' alti.
Le isobare sono l'intersezione della superficie isobarica con il piano orizzontale z=0 e sono visualizzate da linee i cui punti hanno tutti la medesima pressione al livello del mare, le isoipse invece, non sono riferite a livello del mare, e uniscono punti alla stessa pressione nell'atmosfera.
Principali strutture bariche
Una volta tracciate le isobare o le isoipse nell'area geografica di interesse, i raggruppamenti di linee, formano delle strutture che sono chiamate saccature se hanno la gobba rivolta verso i settori sud e promontori, quelli con la gobba rivolti verso i settori nord. Quando poi queste strutture di linee si chiudono in forme piu' o meno circolari, allora si chiamano cicloni e anticicloni.
Esempio di distribuzione della pressione al suolo con indicazioni delle principali strutture bariche.
I cicloni possono essere immaginati come la parte piu' bassa dell'avvallamento della superficie isobariche mentre le saccature sono i pendii che degradano verso il fondo valle. Gli anticicloni sono la parte piu' alta della superficie isobarica, mentre i promontori sono la dorsale che risale verso la cima piu' alta.
I Cicloni
I cicloni (o depressioni) sono strutture bariche concentriche e chiuse, con valori decrescenti dalla periferia al centro. Il vento ruota intorno al centro in senso antiorario nell'emisfero Nord e orario nell'emisfero Sud.
I cicloni possono essere raggruppati in quattro categorie: permanenti, mobili, orografici e tropicali.
I cicloni permanenti sono quelli generati dalla circolazione generale dell'atmosfera intorno a 60 gradi di latitudine. I piu' famosi soni il Ciclone dell'Islanda e il Ciclone delle Aleutine.
I cicloni mobili (o cicloni extratropicali) sono associati ai fronti, le tipiche perturbazioni delle latitudini medio-alte.
I cicloni orografici si generano sottovento a una catena montuosa, quando investita da veloci correnti aeree.
I cicloni tropicali si generano tra i 10 e 30 gradi di latitudine sia nord che sud, dove le acque superficiali degli oceani superano i 26-27 gradi. Le forti correnti ascensionali convettive che si generano al di sopra di tali aree vengono ulteriormente amplificate dalle enormi quantita' di calore immesse, nell'aria in ascesa, dalla condensazione dell'aria fortemente umida.
Gli Anticicloni
Gli anticicloni sono strutture bariche concentriche e chiuse, con valori crescenti dalla periferia al centro. Il vento ruota intorno al centro in senso orario nell'emisfero Nord e antiorario nell'emisfero Sud. Negli anticicloni le isobare sono mlto piu' distanti tra di loro che nei cicloni.
Gli anticicloni possono essere raggruppati in tre categorie: permanenti, mobili e orografici.
Gli anticicloni permanenti (o subtropicali) sono quelli che staziano in permanenza intorno a 30, 40 gradi di latitudine e si estendono fine al limite della troposfera. Tale e' l'anticiclone delle Azzorre dal quale si staccano frequentemente cellule di alta pressione che si allungano verso le isole Britanniche o l'Europa centro-occidentale, dove tendono a stazionare per lunghi periodi impedendo il normale movimento delle perturbazioi atlantiche che di conseguenza deviano verso latitudini piu' alte senza poter raggiungere il bacino Mediterraneo.
Gli anticicloni mobili (o di chiusura) sono quelli che chiudono una famiglia di fronti.
Gli anticicloni orografici si generano sopravento a una catena montuosa, in presenza di venti piu' o meno intensi trasversali alla bariera orografica.
Il vapore acqueo nell'atmosfera
L'acqua e' presente nell'atmosfera in tutte le forme: solida, liquida, gassosa.
La fase solida e' tipica di alcune precipitazioni come neve e grandine. Allo stato liquido invece l'acqua si trova in atmosfera sia nelle goccioline sferiche (droplet) che costituiscono le nebbie e le nubi medio-basse, sia nelle gocce di pioggia (raindrop) presenti all'interno di tali nubi.
La maggior parte dell'acqua presente nell'atmosfera si trova sotto forma di vapore. La quantita' di vapore acqueo contenuta nell'atmosfera determina il grado di umidita' dell'aria.
Il vapore saturo
La pressione atmosferica a livello del mare e' circa 100-1020 hPa. La pressione di vapore e' la frazione della pressione atmosferica dovuta al vapore acqueo e vale alle nostre latitudini circa 20 hPa. La pressione di vapore saturo, rappresenta la pressione parziale esercitata nell'atmosfera, dal vapore acqueo in condizioni di saturazione e di equilibrio con una massa d'acqua pura separata dall'atmosfera da una superficie piana.
Quanto piu' elevata e' la temperatura dell'aria, tanto maggiore e' la quantita' di vapore acqueo che puo' essere contenuta in quel volume d'aria.
L'Umidita' assoluta
Esprime la densita' del vapore acqueo nell'atmosfera, ovvero quanti grammi di vapore acqueo sono contenuti in 1 m3 di aria.
L'Umidita' relativa
E' il rapporto percentuale U tra la quantita' di vapore contenuta in un certo volume d'aria e la quantita' massima di vapore saturo che, alla stessa temperatura, potrebbe essere contenuta nel medesimo volume.
L'umidita' relativa non esprime quindi la quantita' effettiva di vapore acqueo presente nella massa d'aria, ma soltanto la sua vicinanza alla saturazione.
Gli esseri viventi non sentono la quantita' effettiva di vapore presente nell'aria, ma la vicinanza o meno dell'aria alla saturazione. Ad esempio un'umidita' relativa dell'80% e' gradevole a 10 gradi, ma e' insopportabile con una temperatura di 30 gradi.
Suddivisione dell'atmosfera secondo il gradiente termico verticale
L'atmosfera e' suddivisa secondo il gradiente termico verticale in quattro strati fondamentali, che sono dall'alto verso il basso:
- termosfera
- mesosfera
- stratosfera
- troposfera
Profilo verticale della temperatura (la scala delle pressioni sulla destra e logaritmica).
Gli aspetti piu' significatici dell'atmosfera standard sono:
- Pressione al livello del mare: 1013.25 hPa = 1 atm = 760 mmHg = 1033 g/cm2 = 1.033 Kg/cm2 (valore medio alla latitudine di 45 gradi sulla base di osservazioni pluriennali)
- Temperatura al livello del mare: 121.15 gradi C
- peso molecolare dell'aria: 28.96
- gradiente termico verticale nella troposfera: 6.5 gradi C per chilometro
- altezza della troposfera: 11 chilometri
| Z (m) |
P (mmHg) |
P (hPa) |
T (gradi C) |
|
Z (m) |
P (mmHg) |
P (hPa) |
T (gradi C) |
| 0 |
760.0 |
1013.3 |
15.0 |
|
7000 |
308.0 |
410.6 |
-30.5 |
| 500 |
716.0 |
954.6 |
11.8 |
|
8000 |
267.0 |
356.0 |
-37.0 |
| 1000 |
674.1 |
898.7 |
8.5 |
|
9000 |
230.6 |
307.4 |
-43.5 |
| 1500 |
634.2 |
845.6 |
5.3 |
|
10000 |
198.3 |
264.4 |
-50.0 |
| 2000 |
596.3 |
795.0 |
2 |
|
12000 |
145.0 |
193.3 |
-56.5 |
| 2500 |
560.2 |
746.8 |
-1.3 |
|
14000 |
105.8 |
141.0 |
-56.5 |
| 3000 |
525.9 |
701.1 |
-4.5 |
|
16000 |
77.2 |
102.9 |
-56.5 |
| 3500 |
493.3 |
657.6 |
-7.8 |
|
18000 |
56.3 |
75.0 |
-56.5 |
| 4000 |
462.3 |
616.4 |
-11.0 |
|
20000 |
41.1 |
54.7 |
-56.5 |
| 4500 |
433.0 |
577.3 |
-14.3 |
|
22000 |
30.0 |
39.9 |
-56.5 |
| 5000 |
405.2 |
540.2 |
-17.5 |
|
24000 |
21.9 |
29.1 |
-56.5 |
| 5500 |
378.8 |
505.1 |
-20.8 |
|
25000 |
18.7 |
24.9 |
-56.5 |
| 6000 |
353.9 |
471.8 |
-24 |
|
30000 |
8.5 |
11.3 |
-56.5 |
Tabella 3 - Valori di pressione e temperatura dell'atmosfera in funzione dell'altitudine.
La Troposfera
La troposfera e' lo strato adiacente al suolo, avente uno spessore di una decina di chilometri, e nel quale la temperatura diminuisce con la quota di circa 6.5 gradi per chilometro.
Schema della stratificazione dell'atmosfera.
Strati dell'atmosfera, sede di particolari fenomeni fisici e chimici
- Ozonosfera
- Ionosfera
- Magnetosfera
La Pioggia
| Tipologia di pioggia |
Quantita' di precipitazione (mm/h) |
Diametro delle gocce (mm) |
Velocita' di caduta al suolo (m/s) |
Densita' di atmosfera (mg/m3) |
| Nebbia secca |
Tracce |
0.01 |
0.003 |
6 |
| Nebbia umida |
0.05 |
0.1 |
0.25 |
56 |
| Nebbia piovigginosa |
0.25 |
0.2 |
0.75 |
93 |
| Pioggia leggera |
2-4 |
0.45 |
2 |
139 |
| Pioggia moderata |
4-6 |
1 |
4 |
278 |
| Pioggia forte |
>6 |
1.5 |
5 |
883 |
| Acquazzone |
>30 |
2 |
6 |
1852 |
| Nubifragio |
>60 |
3 |
8 |
5401 |
Tabella 4 - Classificazione dei vari tipi di pioggia.
Le Nubi
Le nubi presentano una grande varieta' di forma e dimensioni. Per convenzione sono state suddivise in tre regioni in base allo sviluppo verticale.
|
Regioni polari |
Medie latitudini |
Regioni tropicali |
| Nubi alte |
3-4 km |
5-13 km |
6-18 km |
| Nubi medie |
2-4 km |
2-7 km |
2-8 km |
| Nubi basse |
0-2 km |
0-2 km |
0-2 km |
Tabella 5 - Classificazione delle nubi in base alla quota e alla latitudine.
Di norma alle medie latitudini le nubi alte sono costituite solo da aghi di ghiaccio e quelle basse da gocciolini liquide.
In genere le nubi formate da goccioline d'acqua hanno contorni ben delineati e se abbastanza spesse, presentano ombre proprie nella parte inferiore; le nubi costituite da cristalli di ghiaccio hanno invece una struttura sfilacciata e contorni non ben definiti. Con le prime si formano corone lucenti intorno al Sole o alla Luna, con le seconde si formano gli aloni.
In relazione al rapporto tra dimensioni orizzontali e vegetali, le nubi vengono distinte in:
nubi cumuliformi
sono caratterizzate da dimensioni orizzontali paragonabili al loro sviluppo verticale; spesso si presentano come formazioni isolate associate a moti convettivi. Quando questi moti sono particolarmente intensi, l'estensione verticale della nube puo' superare quella orizzontale: e' il caso delle nubi temporalesche (cumulonembi) che possono estendersi dagli strati prossimi al suolo fino a notevoli altezze, spesso oltre la troposfera. In generale le nubi cumuliformi si formano per una rapida ascesa di aria umidadeterminata dal riscaldamento degli strati d'aria prossimi al suolo (convenzione termica), dal sollevamento forzato da una catena montuosa o quando aria piu' calda viene violentemente sollevata da aria piu' fredda in veloce movimento orizzontale (fronte freddo). Le nubi cumuliformi possono essere alte, medie o basse.
nubi stratiformi
le dimensioni orizzontali sono nettamente prevalenti rispetto al loro spessore verticale. Il loro aspetto e' abbastanza uniforme come conseguenza della stratificazione termica dell'aria in cui si formano e dell'assenza di moti convettivi. Le nubi stratiformi, molto simili agli estesi banchi di nebbia che si osservano al suolo nelle fredde giornate autunnali e invernali, si formano per raffreddamento isobarico di uno strato d'aria al di sotto del punto di saturazione, per trasporto orizzontale (avvezione) di aria piu' calda al di sopra di una strato d'aria piu' fredda o per una lenta risalita di aria dal suolo al di sopra di una massa d'aria piu' fredda (scorrimento ascendente caratteristico di un fronte caldo). Le nubi stratiformi possono essere alte, medie o basse.
nubi stratocumuliformi
presentano uno sviluppo orizzontale predominante rispetto a quello verticale, ma manifestano una irregolarita' di spessore che richiama l'aspetto delle nubi cumuliformi, evidenziando una debole convenzione in un'atmosfera essenzialmente stabile. Possono essere medie e basse.
In genere dalle nubi stratiformi si hanno precipitazioni di debole o moderata intensita', diffuse e spesso persistenti, mentre a quelle cumuliformi sono associate precipitazioni intense, a volte violente (grandine), localizzate nello spazio e di breve durata.
Tenendo anche conto della morfologia, le nubi sono suddivise in 10 generi, descritti nella seguente tabella.
|
Nome |
Simbolo |
Caratteristiche |
| alte |
Cirri |
CI |
a carattere stratiforme di aspetto sottile e filiforme |
| Cirrocumuli |
CC |
a carattere cumuliforme di piccole dimensioni apparenti e con massa tondeggiante |
| Cirrostrati |
CS |
a carattere stratiforme sottile, ondulati, generalmente translucidi, separati o in piccoli gruppi |
| medie |
Altocumuli |
AC |
a carattere cumuliforme di medie dimensioni apparenti |
| Altostrati |
AS |
a carattere stratiforme, traslucidi od apachi |
| basse |
Stratocumuli |
SC |
a carattere stratiforme irregolari |
| Strati |
ST |
a carattere stratiforme e continuo molto regolare |
| Cumuli |
CU |
a carattere cumuliforme, convessi o conici |
| Nembostrati |
NS |
a carattere stratiforme ma di considerevole spessore |
|
Cumulonembi |
CB |
cumuli a forte sviluppo verticale, associati a fenomeni temporaleschi |
Tabella 6 - Classificazione generale delle nubi. Nella colonna Simbolo sono riportati i codici internazionali.
(Tratto da "La meteorologia in mare" di Raffaello Bellofiore, Paolo Corazzon, Andrea Giuliacci. - Collana Meteo - Edizione Alpha Test)
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L'Atmosfera