fenomeni atmosferici

La Meteorologia è una branca della scienza che
studia i fenomeni fisici responsabili del tempo
atmosferico. Si basa sull’ osservazione, sulla
misurazione e sulla previsione dei fenomeni fisici,
quali il vento, i fronti e le nubi e delle variabili ad
esso legati.
Fonti: Nuovo
Ecosfera
(Gabriele
Scalmana,
Editrice La
Scuola
Coordinatrica
progetto:
Prof
G. Biazzo…
Realizzato da
Valentina
Riggi e
Alessandro
Vetri (Classe
IV AL)
Il termine deriva dal greco Мετεορολογία e significa logos (discorso
intorno alle) meteore (oggetti che cadono dal cielo). Gli oggetti che
cadono più spesso nel nostro pianeta sono le idrometeore, vale a dire
particelle costituite da acqua nella sua forma liquida (pioggia) o solida
(neve, cristalli, grandine o graupel)
Dopo le prime intuizioni dei greci si è dovuto attendere fino alla
seconda metà del XX secolo quando, con l’arrivo dei calcolatori
elettronici, l’uomo ha avuto la possibilità di eseguire in un tempo
ragionevole le tante operazioni che costituiscono un modello
meteorologico.
E’ molto lunga la lista di tutti i meteorologi che da diversi anni a questa
parte hanno contribuito a potenziare questa branca della scienze, a
partire da Aristotele, passando da Fahrenheit e Halley fino ad arrivare
all’invenzione degli odierni satelliti.
Dai un’occhiata alla cronologia della storia della meteorologia
Antichità
350 a.C. – Aristotele scrive la Meteorologia
25 a.C. – Pomponio definisce il sistema delle zone climatiche
Medioevo
1430 – Nicola Cusano inventa il primo igrometro per la misurazione dell’umidità
XVII secolo
1637 – Cartesio nell’ opera Les météores discute su vari fenomeni atmosferici
1661 – Robert Boyle misura la pressione atmosferica trovandola equivalente a quella di una
colonna d’aria di circa 10 metri
1686 – Edmund Halley precisa la relazione fra pressione barometrica e altitudine
XVIII secolo
1702 – Gottfried leibniz realizza il primo barometro metallico portatile
1714 – Gabriel Fahrenheit definisce una scla attendibile per i valori della temperatura
1742 – Andreas Celsius, un astronomo svedese, propone la scala centigrada per la temperatura
XIX secolo
1835 – Gustave Coriolis capisce che la rotazione della Terra causa una piccola forza dipendente
dalla velocità, oggi nota come Effetto Coriolis
1898 – Il Weather Buraeu (fondato nel 1890) costituisce una rete di allarmi per gli uragani
nelle Indie occidentali
XX secolo
1900 – Uragani colpiscono Galveston, nel Texas, uccidendo più di 6000 persone
1925 – Il “Tri-state-tornado” attraversa Missouri, Illinois e Indiana uccidendo 700 persone
1935 – Il “Great Labor day Hurricane” uccide 500 persone ed è considerato il primo uragano di
categoria 5 ad aver raggiunto la terraferma
1951 – Viene fondata negli Usa la WMO (World meteorological organization)
1971 – Ted Fujita introduce la scala di Fujita per identificare la forza dei tornadi
1975 – Viene mandato in orbita il primo satellite geostazionario con il compito di tracciare lo
sviluppo degli uragani.
1988 – Viene introdotto negli USA il radr climatico WSR-88D, che consente l’uso di diversi
metodi di rilevamento delle condizioni meteo.
XXI secolo
2003 – Gli esperti mettono in azione il primo sistema di controllo per gli uragani nel Pacifico
orientale
Approfondimenti sulla struttura dell’atmosfera
L’atmosfera terrestre è divisibile in può porzioni, ognuna
con una propria denominazione.
Le parti che la compongono sono esattamente 5: la
troposfera, la stratosfera, la mesosfera, la ionosfera o
termosfera e l’esosfera
 La Troposfera è la parte più prossima alla superficie
terrestre e pur essendo molto sottile, data la sua
comprimibilià, contiene i 2\3 della massa di tutta
l’atmosfera.
Trascurando il vapor acqueo e il pulviscolo che sono
presenti in quantità variabili, l’aria della troposfera, è
composta da gas azoto (78%), gas ossigeno(21%), gas argo
(0,9%), anidride carbonica (0,03%) e tracce di altri gas
(elio, idrogeno…). La sua temperatura diminuisce di circa
6° ogni 100m, per cui alla sommità della troposfera vi è una
temperatura di circa –50°.
La troposfera è
importantissima per la branca della meteorologia, perché
in
essa
avvengono
tutti
i
FENOMENI
ATMOSFERICI
che interessano la vita umana: nubi,
venti, precipitazioni. L’aria dell’ alta atmosfera è infatti
secca e non da origine ad alcun tipo di fenomeno
atmosferico. L’ultima parte della troposfera è chiamata
TROPOPAUSA, uno starto sottile in cui fluiscono i jet
stream, velocissimi “fiumi d’aria” che avvolgono la terra ad
una velocità di 400 km\h.
La Stratosfera invece va dalla tropopausa a circa 55 km di altitudine. L’aria si fa sempre più secca
e quindi priva di pulviscolo, anche se oggi con l’aumentare di oggetti lanciati in orbita, tra cui satelliti e
aggeggi vari, anche l’alta atmosfera si sta sporcando notevolmente. Per azione dell’energia solare il gas
ossigeno si trasforma, in parte, in gas ozono. Quest’ultimo ferma i raggi ultravioletti del sole che
riscaldano l’aria, sicché verso la parte sommitale della stratosfera vi è una temperatura di circa 17°C.
La presenza dell’ ozono svolge una funzione importantissima sulla terra, perché se vi giungessero i
raggi ultravioletti in dosi elevate, questi danneggerebbero irrimediabilmente gli organismi, provocando
ulcere, scottature e morte. Per questo è importante diminuire l’utilizzo di sostanze inquinanti per
l’ozono quali i clorofluorocarburi, CFC, presenti tra le altre nelle bombolette spray.
La Mesosfera va da 55 km a 90 km d’altitudine. Venendo anche lei riscaldata dal basso, anche la
sua temperatura diminuisce con l’altitudine cosicché alla sua sommità (mesopausa) essa misura –80°.
 la Ionosfera giunge fino a 50 km d’altitudine. La radiazione solare, molto energetica a questa quota,
dissocia i gas azoto e ossigeno, arricchendo l’ambiente di ioni, donde il nome. Questo assorbimento di
energia produce un aumento di temperatura, che in questo strato raggiunge le centinaia di gradi. Ma
nella ionosfera, nonostante la temperatura sia elevata, un ipotetico astronauta vi morirebbe di freddo
senza un’ opportuna protezione. Questo perché le molecole d’aria sono molto rarefatte e quindi non
darebbero la sensazione di caldo ad un organismo umano. Questa altissima rarefazione dell’aria ha
anche come conseguenza che il suono non si trasmette. Il suono infatti è trasportato dalle vibrazioni
delle particelle d’aria. Se queste sono troppo poche non si “urtano” sufficientemente e il suono non si
trasmette. La presenza di ioni provocano inoltre lo stupendo spettacolo delle aurore polari, dovuta
all’eccitazione e alla diseccitazione degli ioni con produzione di luci.
 Infine l’ Esosfera va da 550 km d’altitudien fino ad un limite indefinito di fusione con lo spazio
interplanetario (circa 5000 km) Comprende, oltre agli ioni dell’aria, protoni ed elettroni provenienti
dal Sole attraverso il vento solare e vengono intrappolati dal campo magnetico terrestre.
Venti
Precipitazioni
Il fenomeno del vento è strettamente legato al concetto di pressione, che dal punto di vista fisico,
non è altro che una grandezza derivata da una forza applicata su una superficie. Consideriamo infatti
due regioni, ad una certa distanza, una ad alta pressione ed una a bassa pressione. Per ragioni
prettamente fisiche l’aria tenderà ad andare dall’alta, dove “pesa” di più, alla bassa pressione, dove
“pesa” di meno.
Avremo così un vento, ossia lo spostamento di una massa d’aria per
compensazione barica (cioè per compensare una differenza di pressione).
La zona di bassa pressione, dove il vento arriva, si chiama anche zona
anticiclonica o ciclone in quanto spesso, il vento vi porta delle nubi e quindi
anche maltempo. La zona di alta pressione invece si chiama anche zona
anticiclonica o anticiclone e, spesso, vi è bel tempo. I parametri più
importanti di un vento sono la velocità e la direzione. La velocità dipende
dalla differenza di pressione fra A e B e dalla loro distanza. La velocità si
misura con l’ anenometro. La velocità di un vento si misura con la scala di
Beaufort. La direzione invece, che si rileva con la caratteristica “manica a
vento”, è governata dalla legge di Ferrel ( o effetto Coriolis). Questa legge
afferma che, nel nostro emisfero, una massa d’aria (ma vale anche per
l’acqua, e quindi per le correnti), tende a deviare sempre verso destra. I
venti instaurano così un moto rotatorio orario d’aria nelle zone
anticicloniche (A) e uno antiorario in quelle cicloniche (B). Un vento è
dunque una massa d’acqua che si sposta. La temperatura di quest’aria però
può variare. Diremo dunque che quando una massa d’aria calda si sposta
essa produce un fronte caldo, una massa d’aria fredda produce invece un
fronte freddo. Le due masse, raggiunta la zona ciclonica (B), possono
mescolarsi, formando un fronte occluso, molto instabile in quanto l’aria
calda e umida tende a raffredarsi. Il vapore contenuto, quindi, diviene
acqua dando luogo alle precipitazioni.
Origine di un vento:
A è la zona di alta pressione
(anticiclonica) e B quella di bassa
pressione (ciclonica). Il vento teorico
(tratteggiato) va da A a B, ma quello
reale, deviato dalla rotazione della Terra
(Legge di Ferrel), piega, nel nostro
emisfero, verso destra.
Per spiegare meglio come avvengono le precipitazioni, bisogna prima precisare
che la troposfera contiene vapore acqueo. La quantità di vapore presente
nell’aria è detta umidità. Essa si misuar con strumenti chiamati igrometri che
danno l’umidità relativa, cioè la percentuale di vapore di fatto presente,
rispetto al massimo che ci potrebbe stare senza condensare, alle condizioni
dell’aria in esame. Se, ad esempio, misuro un’ umidità relativa del 50% (caso presente quando non
piove), significa che in quell’aria vi è la metà del vapore necessario per dare origine ad acqua liquida,
senza variare le condizioni di temperatura e pressione.
Una massa d’aria può però raffreddarsi per cause varie: viene spinta verso l’alto da un vento o dal
calore, oppure si scontra con un’altra massa d’aria più fredda o con un suolo più freddo (esempio:una
montagna). Al diminuire della temperatura , l’umidità relativa aumenta e può raggiungere il 100%,
detto anche vapor saturo o punto di rugiada. A queste condizioni il vapore condensa: si formano tante
minutissime goccioline sospese nell’aria, che possono precipitare al suolo in varie forme, dando le
precipitazioni meteoriche. Se il vapore condensa solo nei bassi strati vicino al suolo, esso dà origine
alla nebbia. La nebbia è un fenomeno tipicamente invernale. Le sue goccioline tolgono trasparenza
all’aria per cui la visibilità è scarsa; in pratica si tratta di nubi al suolo. Quando la condensazione
avviene solo aderente al terreno, ad esempio durante le notti primaverili, abbiamo la rugiada. A
temperature molto basse, il vapore non solo condensa, ma addirittura gela, producendo brina e
galaverna.
Se il vapore condensato interessa un volume notevole di aria, abbiamo le nubi. Ad esse si
attribuiscono nomi diversi a seconda della loro forma:
 CIRRI: nubbi filiformi e alte (oltre 6000 m), formate da aghetti di ghiaccio
 CUMULI: nubi a sviluppo verticale, da 500 m fino ai cirri, danno il cielo “a pecorella
 STRATI: nubi allungate a tappeto, piuttosto grigie (fino a 3000 m)
 NEMBI: nubi scure, cariche d’acqua, basse, foriere di grandi piogge.
Spesso, questi tipi fondamentali di nubi possono fondersi,
dando vita a stratocumuli, nembostarti e così via. Le
goccioline presenti in una nube possono unirsi
divenire pesanti e precipitare sotto forma di pioggia.
Invece, nei cumulonembi, nubi a imponente sviluppo verticale e percorse
da forti correnti ascensionali, le gocce d’acqua arrivano molto in alto
cosicché ghiacciano. Il granellino di ghiaccio può salire e scendere più
volte ricoprendosi di vari strati, finché, divenuto pesante, cade a
terra come grandine. I chicchi di grandine raggiungono anche i 5 cm
di diametro e sono disastrosi per le culture.
Quando inoltre la temperatura è bassa anche negli strati inferiori
dell’ atmosfera (come in inverno), le goccioline d’acqua si
raffreddano e passano dallo stato liquido a quello solido, cioè galano
in minutissimi cristalli di ghiaccio. Questi si aggregano, secondo una
caratteristica simmetria esagonale, e cadono sotto forma di neve.
Per l’economia moderna, per i trasporti e per il turismo,
è importante prevedere lo stato del tempo. Le conoscenze
sulla strutture e i fenomeni della troposfera, sono però
ancora imprecise, per cui le previsioni hanno una
buona probabilità di correttezza fino al massimo di una
settimana, cioè nel breve periodo.
Le previsioni si fanno raccogliendo tutti i
dati disponibili (temperatura, pressione,
nuvolosità, venti…) sia a terra che in quota,
mediante radar o sonde meteorologiche e
fissandoli su carte sinottiche, dalle quali l
’esperto può indurre l’andamento futuro del
tempo. Esistono accordi internazionali tra
gli stati garantiti anche dall’ ONU per
scambiare le informazioni tra le varie
stazioni
meteorologiche.
Oggi
la
previsione
è
ulteriormente favorita dai grandi calcolatori, che elaborano moltissimi dati in un tempo brevissimo e
dai satelliti meteorologici che inviano immagini in diretta dall’ alto. Questi ultimi spesso viaggiano ad
un altezza di circa 36000 km in orbite geostazionarie, cioè con la stessa velocità angolare della
terra, sicché “guardano” e tengono sotto controllo sempre la medesima regione.