Corso di meteorologia

1. Corso di meteorologia 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. Coordinatrica progetto: Prof G. Biazzo… Realizzato da Valentina Riggi e Alessandro Vetri (Classe IV AL) Fonti: Nuovo Ecosfera (Gabriele Scalmana, Editrice La Scuola Storia Previsioni

2. Storia 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

3. Cronologia 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

4. 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 Usala 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

5. Atmosfera terrestre Approfondimenti sulla struttura dell’atmosfera

6. 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 ATMOSFERICIche 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.

7. 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.

8. Fenomeni atmosferici Venti Precipitazioni

9. I venti 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.Ladirezione 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.

10. Le precipitazioni • 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

11. 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.

12. Previsioni del tempo 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.