Magg. Franco Colombo
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Temperatura ed energia
La pressione – I venti
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
• La temperatura di un
corpo è una misura di
quanta energia di moto
(energia cinetica) le
molecole di un materiale
possiedo
• Più alta è la temperatura,
maggiore è la velocità
media delle molecole
• Allo zero assoluto,
l’energia cinetica delle
molecole è nulla.
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
Le scale di temperatura
-I termometri misurano la temperatura dei corpi
-Le scale termometriche maggiormente utilizzate sono:
-Celsius o Centigrada °C
-Fahrenheit °F
-Kelvin K
Formule di conversione
°C= 5/9 (°F-32)
°F= (9/5 °C) +32
K= °C + 273
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
Il processo di trasferimento di calore
Conduzione : le molecole trasferiscono energia
per contatto diretto;
Convezione: il trasferimento di calore avviene per
mezzo di un fluido (aria o acqua) interposto tra
corpi a temperature differenti.
- In meteorologia, la convezione è
generalmente associata ai moti verticali
del fluido
- L’avvezione ha lo stesso significato
della convezione, solo che si manifesta
sul piano orizzontale.
Irraggiamento: Il trasferimento di calore non
richiede un contatto tra i corpi che scambiano
calore, e non richiede la presenza di un fluido
interposto
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
Alcuni importanti concetti termodinamici: il calore latente
1 caloria = quantità di energia necessaria per
aumentare la temperatura di un grammo d’acqua da
14,5°C a 15,5°C
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
Alcuni importanti concetti termodinamici: il processo adiabatico
È un processo che avviene senza trasferimento di calore tra il sistema (es.
una particella d’aria) e l’ambiente circostante. In un processo adiabatico ad
una compressione corrisponde sempre un riscaldamento e ad una
espansione corrisponde sempre un raffreddamento. Tutti i processi che
avvengono nell’atmosfera possono essere considerati adiabatici.
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
Alcuni importanti concetti termodinamici: la radiazione elettromagnetica
Legge di Stefan- Boltzman:
E = energia radiante
(costante di Stefan)
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
Alcuni importanti concetti termodinamici: la radiazione elettromagnetica
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Legge di Wien:
Esempio:
Spettro elettromagnetico del Sole
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
Spettro elettromagnetico del Sole e della Terra
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
Il sole, a circa 5700°C, emette circa 4x1026 Watt
La terra, a circa 15°C, emette circa 2x1017 Watt
che è esattamente l’energia che riceve dal sole: la terra è quindi in EQUILIBRIO
TERMICO
cioè emette tanta energia quanta ne riceve
(altrimenti si scalderebbe disastrosamente) ma mentre la riceve come luce visibile
dal sole, la riemette come raggi infrarossi (invisibili) in tutte le direzioni.
Anche la luna fa lo stesso ma è molto diversa dalla terra: perché?
Perché non ha un’atmosfera!!
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
L’effetto serra naturale
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
L’aria nella bassa atmosfera è riscaldata dal basso. Il sole riscalda la terra; l’aria al
di sopra si riscalda per conduzione, convezione ed irraggiamento. Un ulteriore
riscaldamento si verifica a causa del rilascio di calore latente all’interno della nube
durante il processo di condensazione.
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
• Visto che le latitudini polari ricevono un numero
maggiore di ore durante l’estate, perché non hanno
anche le temperature più alte?
• Perché le temperature massime non si registrano al
solstizio d’estate?
•Che cosa succederebbe se cambiasse l’inclinazione
dell’asse polare?
(avremo più o meno stagionalità con un angolo
maggiore?
E cosa succederebbe con l’inclinazione a 0° e 90°?)
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
Temperatura media alla superficie terrestre in gennaio (SX) e luglio (DX)
Isoterma = linea che unisce i punti alla stessa temperatura
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
Variazione termica stagionale
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
•La pressione atmosferica è causata dal peso della colonna d’aria sovrastante su una
superficie unitaria
•Essa, di conseguenza diminuisce con la quota
•A parità di pressione al suolo, la colonna di aria fredda sarà più bassa della colonna di
aria più calda
•La pressione varia enormemente con la quota, ma sono le più piccole variazioni di
pressione sul piano orizzontale a determinare i venti e i sistemi meteorologici.
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
•Gli strumenti per la misura della pressione
sono i barometri a mercurio
•La pressione si ricava misurando il peso
della colonna di mercurio
dove
è la densità del mercurio
g è la gravità
h l’altezza della colonna
di mercurio
Al livello del mare la pressione media è:
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1013.25 hpa = 76 cm Hg = 29.92 inch Hg
Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
Isobara= linea che congiunge i punti aventi la stessa pressione
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Data e ora del rilevamento
Ente che ha prodotto la mappa
Validità
Tipo di mappa
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Configurazioni bariche:
Anticiclone
1 = promontorio
2 = saccatura
3 = sella
Depressione
1
3
2
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
Le carte in quota sono mappe a
pressione costante e mostrano la
variazione dell’altezza di una
superficie isobarica.
Le linee su una mappa in quota
rappresentano l’altezza della
superficie isobarica a cui la mappa
si riferisce e sono quindi delle
ISOIPSE. Tale altezza in termini
meteorologici si chiama
GEOPOTENZIALE indicato con la
lettera z (si misura in dam geop)
Le superfici isobariche standard
maggiormente utilizzate in
meteorologia sono:
850 hpa; 700 hpa; 500 hpa; 300
hpa
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Individuare Isoipsa 5520 metri geopotenziali; promontorio e saccatura
1
2
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
Il vento
•
Le differenze di temperatura tra oceani e continenti provoca delle variazioni di
pressione
•
Le differenze di pressione danno origine alle forze che provocano i moti atmosferici
•
La forza di gradiente (PGF) si esercita ortogonalmente alle isobare ed è uguale a :
Più vicine sono le isobare maggiore è la
forza di gradiente
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
Le altre forze che agiscono sul vento sono:
•La forza di Coriolis (CF)
•La forza centripeta (c)
•La forza di gravità (g)
•L’attrito (F)
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
I venti che spirano a quote superiori ai 1000 metri sono il risultato degli effetti della
forza di gradiente (PGF) e della forza di Coriolis (CF)
Questo vento viene definito
VENTO GEOSTROFICO
f = parametro di Coriolis che dipende
dalla latitudine;
= densità dell’aria
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
Nelle vicinanze del suolo, bisogna tenere in
considerazione l’attrito esercitato dal terreno.
Questo riduce l’intensità del vento, riducendo
anche la forza di Coriolis che non risulterà più
opposta alla forza di gradiente. Il risultato è
una deviazione verso le basse pressioni del
vento.
Nel caso di configurazioni chiuse, il risultato
sarà un flusso convergente intorno ai cicloni e
un flusso divergente intorto agli anticicloni.
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Venti in quota
Venti al suolo
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
•La forza del vento dipende dal gradiente di pressione
•I venti in quota spirano parallelamente alle isobare
•Nell’emisfero nord i venti spirano in senso orario
intorno alle alte pressioni e in senso antiorario intorno
alle depressioni
•I venti al suolo sono leggermente deviati verso le
basse pressioni
•Essendo un elemento vettoriale il vento va definito
usando la direzione di provenienza e l’intensità
espressa in metri/secondo o nodi (Kts)
1 Kts = 1,852 Km/h = 0,5 m/s
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Lezione 2: Temperatura, pressione, vento
Gli strumenti per misurare il vento sono gli ANEMOMETRI
I più comuni sono a coppe di Robinson. Le coppe girano in
maniera proporzionale alla velocità del vento. Altri anemometri
sono a eliche.
Una banderuola indica invece la direzione di provenienza del
vento.
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