CICLOGENESI E CICLONI EXTRATROPICALI

-parte seconda-
di Puppo Francesco.

Come si può percepire nelle giornate caratterizzate da fenomeni meteorologici dinamici e instabili, la troposfera ed in generale tutta l’atmosfera si presenta come un sistema complesso e dinamico, regolato da continui processi chimico-fisici che, oltre a rendere possibile la vita sulla Terra, concorrono nell’insieme a sviluppare gli eventi atmosferici e a modificarne le condizioni e proprietà, in atto sulla superficie del pianeta.
Una prova evidente di tale dinamicità può essere di certo la ciclogenesi ovvero la formazione dei cicloni, con la loro conseguente evoluzione, che alle nostre latitudini vengono definiti “extratropicali” e che spesso comportano episodi di tempo perturbato nel nostro Paese.
A causa del contrasto energetico che insiste tra le basse e alte latitudini, le celle atmosferiche permettono gli scambi di calore tra le regioni polari ed equatoriali, in modo tale da garantire un equilibrio energetico globale. L’afflusso di aria calda in quota in spostamento verso le latitudini polari determina la formazione di forti correnti in quota, che spirano verso est e vengono definite westerlies. Tali correnti occidentali con direzione lungo i paralleli sono situate proprio sull’interfaccia tra la massa d’aria calda e quella fredda impedendo che ci siano scambi tra esse e provocando un progressivo riscaldamento all’equatore e un raffreddamento ai poli. In questa situazione di equilibrio il contrasto di temperatura (o meglio, il gradiente termico) aumenta, come pure il gradiente barico (ovvero la differenza di pressione). Entrambi i forti gradienti sono capaci di far insorgere venti molto intensi noti come correnti a getto (dall’inglese, jet stream), che scorrono all’interno delle westerlies a 10 km di altezza circa e che possono arrivare a velocità comprese in media tra i 150-250 km/h.
Più i gradienti aumentano, più le westerlies si fanno intense e più facilmente si formano le jet stream, che cominciano ad oscillare lungo i meridiani a causa degli ostacoli orografici o all’alternarsi di superfici oceaniche e continentali, capaci di modificare il gradiente barico. Le oscillazioni generate raggiungono una lunghezza di 3000-4000 km, poichè riescono ad assumere una spiccata sinuosità, e tali onde sono in grado di portare l’aria fredda ad aggirare l’aria calda, costretta a penetrare in quella fredda portando alla formazione di una depressione che tende ad approfondirsi nel tempo. La parte avanzante, in questo caso, di una massa d’aria costituisce un fronte: si avrà quindi un fronte freddo avanzante verso l’aria calda e un fronte caldo, nello stesso movimento di quello freddo. Ma in sostanza, un ciclone in cosa consiste? Il ciclone è una struttura di bassa pressione, ove la pressione atmosferica diminuisce spostandosi dall’esterno verso il suo centro, associata alla formazione di sistemi frontali. I cicloni si estendono dal suolo fino ai limiti della troposfera (circa 10 km) e possono avere una larghezza orizzontale di 1000-3000 km. Hanno un tempo di vita breve, intorno ai 5-7 giorni, in confronto agli anticicloni di blocco che possono durare quasi un mese, in particolari condizioni.
Infine, la zona più “ciclogenetica” viene considerata quella ad est del Nord America dove la corrente oceanica fredda del Labrador incontra la calda corrente del Golfo. E qui entrano in gioco i venti occidentali: spirando verso oriente, spingono i cicloni formati o in formazione verso l’Europa.
Tale descrizione sulla formazione dei vortici depressionari è stata recentemente rivista ed integrata con una teoria più moderna definita baroclina, la quale permette di studiare e analizzare più approfonditamente i fenomeni meteorologici, mantenendo ancora valida la teoria sopra esposta.
In conclusione, lo sviluppo di un ciclone è associato allo sviluppo dei relativi sistemi frontali, fattori determinanti per quello che comunemente viene detto “brutto tempo” ma che, in verità, se compresi rivelano la capacità dell’atmosfera di restituire alla Terra un bilancio energetico il più possibile equilibrato.
PS: si consiglia la lettura dell’articolo sulla circolazione atmosferica generale per una maggiore comprensione della ciclogenesi disponibile sulla pagina Facebook o sul sito di Serenissima Meteo.
SISTEMI FRONTALI CICLONICI NEL PROSSIMO ARTICOLO.
A presto!

CIRCOLAZIONE ATMOSFERICA GENERALE

🔹Buongiorno amici di Serenissima Meteo 🔹

Questa mattina vi proponiamo un’interessante articolo di didattica meteo:

CIRCOLAZIONE ATMOSFERICA GENERALE: parte prima.
di Puppo Francesco

Da prolungati periodi di tempo soleggiato e temperature primaverili, ad improvvise interruzioni di eventi meteo perturbati, calo delle temperature e della pressione che nell’insieme vanno a definire quello che la collettivamente viene chiamato “brutto tempo”. La meteorologia che caratterizza un determinato luogo geografico è infatti diretta conseguenza ed effetto dell’estrema dinamicità della nostra atmosfera, dei suoi meccanismi e principi, ma soprattutto delle sue proprietà fisiche, oltre che chimiche che contribuiscono a renderla un sistema complesso, ma affascinante al tempo stesso.
La circolazione atmosferica generale viene considerata in meteorologia come l’insieme di quei meccanismi fisici che l’involucro gassoso attorno la Terra attiva per equilibrare le differenze bariche (cioè riguardanti la pressione atmosferica) e termiche, instaurate e situate su regioni della superficie terrestre. Ecco che il principale strato atmosferico coinvolto in tale processo risulta essere proprio la troposfera, cioè la parte di atmosfera con un’altezza dal suolo di circa 8-15 km dove si concentrano intensi fenomeni di circolazione aerea quali correnti e venti con la funzione di apportare una completa uniformità pressoria e di temperatura sulla superficie del pianeta.
Analizziamo ora più nel dettaglio cosa provoca tali differenze termico-bariche e cosa regola quindi i citati meccanismi di circolazione.
Il motore fondamentale della circolazione a scala globale è il Sole, o meglio, la sua radiazione elettromagnetica che raggiunge la Terra; infatti i raggi solari impattando sulla Terra, da ritenersi quasi di forma sferica, vengono assorbiti con diversa inclinazione, e ciò determina una distribuzione energetica in funzione della latitudine; cioè una stessa quantità di radiazione, viene distribuita su una superficie sempre più estesa man mano che ci si sposta ad elevate latitudine. Questo permette un maggior riscaldamento nella fascia equatoriale rispetto a quella polare. Infatti l’inclinazione della Terra di 23° rispetto alla perpendicolare del piano dell’eclittica (cioè il piano ideale su cui poggia il Sistema Solare) fa in modo che nella zona fra i due tropici i raggi incidano quasi perpendicolarmente sulla superficie; al contrario, alle alte latitudini l’angolazione diviene sempre più marcata, quindi la quantitá di radiazione ricevuta su metro quadro dal terreno detto anche flusso radiante, risulta inferiore rispetto alla fascia equatoriale; sempre per tale motivo tra il circolo polare artico e il polo nord, e analogamente 6 mesi dopo nel polo sud, si realizza il periodo semestrale di buio durante nel quale vi è la totale assenza di radiazione. Questi fattori concorrono a formare il bilancio radiativo globale, che si è osservato essere nettamente positivo alle basse latitudini, mentre risulta negativo verso la fascia polare. Ora è logico pensare che l’aria all’equatore aumenti costantemente il surplus energetico mentre ai poli, per gli stessi motivi, aumenti quello negativo; nella realtá non è così: l’atmosfera infatti interviene proprio per “livellare” questa disomogenea distribuzione termica , rimuovendo il surplus di calore dalla fascia equatoriale per compensare il deficit energetico delle zone polari.Come si realizza tutto ciò?
Questo livellamento trova il suo motore in primis dai fenomeni di convezione molto attivi alle latitudini equatoriali a causa del forte irraggiamento; ciò porta all’ascesa e raffreddamento adiabatico delle masse d’aria, e quindi alla loro successiva condensazione; in questa fase viene però liberato il calore latente di evaporazione che rallenta il raffreddamento verticale. Ipotizzando che la Terra non si muovesse, ci sarebbe una unica grande e semplice circolazione di aria per cui le masse d’aria presenti nei bassi strati all’ equatore si porterebbero in quota perchè più leggere per poi essere trasportate verso i poli raffreddandosi durante il percorso; qui discenderebbero verso la superficie perchè più dense; si rimpiazzerebbe così l’aria fredda in uscita che nel frattempo si era mossa verso l’equatore chiudendo in tal modo questo elementare circuito termico.
Tuttavia come è noto, la Terra compie un moto di rotazione attorno il proprio asse e per tale motivo i flussi atmosferici sono soggetti alla forza apparente di Coriolis che fa parte della complessa equazione di conservazione della quantità di moto. Il fisico francese Gustave de Coriolis, da cui questa forza trae il nome, per primo descrisse la forza apparente che consiste, per il nostro emisfero e per un osservatore posto sulla Terra, in una deviazione verso destra di un oggetto in movimento con direzione equatore-polo, mentre la deviazione avviene a sinistra nell’emisfero australe. La fisica ci insegna che tale deviazione si osserva solo sulla Terra e non dallo spazio (da qui l’aggettivo forza apparente). Riassumendo, per la forza di Coriolis e per gli altri termini dell’equazione di conservazione della quantità di moto come la forza di gradiente, si generano dei venti detti geostrofici che alle latitudini attorno ai 30 gradi risultano molto intensi ed orientati da ovest verso est; tali flussi di intensità crescente con la quota, sono chiamati westerlies (dall’inglese, “venti occidentali”), presenti quindi in ambedue gli emisferi. I venti occidentali più importanti, sono quelli inseriti tra due celle principali della circolazione atmosferica planetaria quella di Hadley e la cella di Ferrel, a cui si aggiunge più a nord di latitudine la cella polare; altri venti più deboli, ma nord orientali chiamati Alisei appartengono invece solo alla cella di Hadely. Quindi, con una visione più aderente alla realtà vediamo che si formano celle più complesse di quella semplice esaminata in precedenza. Le prime due celle sovrintendono al tipo di circolazione atmosferica che troviamo alle medie latitudini, ove le westerlies, come detto, occupano un ruolo determinante: infatti spirando da ovest verso est, a causa dell’interazione con l’orografia che trovano nel loro percorso, generano delle ondulazioni con ampiezze lungo i meridiani chiamate onde di Rossby. Tali ondulazioni favoriscono i trasferimenti di aria fredda polare da nord verso sud e altrettante risalite da sud verso nord di aria calda subtropicale o equatoriale. Infine oltre il trasferimento meridiano delle masse d’aria, le onde di Rossby fungono da nastro trasportatore; infatti ruotando continuamente, come un serpentone attorno alla Terra, trasportano i principali sistemi frontali che in gran parte costituiscono il tempo meteorologico che noi tutti conosciamo.
PS: per una maggiore comprensione dei parametri meteo fare riferimento agli articoli sulla Radiazione Solare e la Temperatura, presenti nel sito e nella pagina Facebook di Serenissima Meteo.

CICLOGENESI E CICLONI EXTRATROPICALI nel prossimo articolo. A presto!

CUMULI PICCOLI, MEDI E CONGESTI 🌤️☁️🌦️

Dal latino: cumulus humilis, mediocris e congestus

Si tratta di nubi presenti principalmente durante la stagione primaverile ed estiva, riconoscibili grazie alla loro forma a cavolfiore e dai contorni netti e ben definiti.
Queste tre specie si sviluppano in modo verticale, grazie alla spinta dei moti convettivi* (in montagna più frequenti grazie all’orografia che funge la “trampolino” a queste masse d’aria in ascesa).
Prendiamo come esempio una zona pianeggiante durante una giornata soleggiata, ma con una certa variabilità atmosferica.
L’irraggiamento diurno riscaldando il suolo fa sollevare delle masse d’aria calda in cui è presente anche dell’umidità.
Queste “bolle” di aria caldo-umida essendo più leggere dell’aria circostante iniziano a salire verso l’alto, dove incontrando pressione e temperatura più bassa si espandono e diventano sempre più umide. Una volta raggiunto il livello di saturazione* si formeranno le nubi tramite il processo di condensazione*.
Qui troviamo la base dei cumuli, composta da goccioline d’acqua allo stato liquido e generalmente situata tra i 1000-2000 m d’altezza.
Maggiore instabilità favorirà lo sviluppo verticale di queste nubi, grazie anche al calore latente* generato durante la condensazione. La massa d’aria infatti tenderà a raffreddarsi più lentamente, venendo spinta sempre più in alto.
Lo spessore dei cumuli varia a seconda della specie: cumuli piccoli (100-700 m), cumuli medi (600-2000 m), cumuli congesti (2000-7000 m). Sulla sommità dei cumuli più alti troveremo per la maggior parte goccioline sopraffuse*.
Le precipitazioni sono assenti nelle prime due specie, mentre nei cumuli congesti possono presentarsi anche a carattere di rovescio.

🔴 Parole chiave:
▪️Moti convettivi: In questo caso nei fluidi, traporto di calore verso una zona fredda e viceversa.
▪️Saturazione: Quantitativo massimo di vapore acqueo contenibile in una massa d’aria a una certa temperatura.
▪️Condensazione: passaggio di stato dalla fase gas alla fase liquida.
▪️Calore latente: Quantità di energia scambiata (sotto forma di calore) durante il passaggio di stato da aeriforme a liquido.
▪️Sopraffusione: processo di raffreddamento di un liquido al di sotto della sua temperatura di solidificazione, senza che avvenga effettivamente la solidificazione stessa.

▪️Foto di Vincenzo Baldan da Dolo, 10/04/19 (cumuli medi)
▪️Foto di Matteo Moro da Thiene, 17/04/19 (cumuli piccoli)
▪️Foto di Cristiano Corte da Venezia, 10/04/19 (cumuli congesti)

📝 Articolo a cura di Matteo Moro.

RADIAZIONE: DESCRIZIONE FISICA, INFLUENZA SULLA METEOROLOGIA E… CURIOSITÀ

Dai processi biologici che regolano il bioritmo delle piante ai fenomeni meteorologici, la Terra è un sistema complesso nel quale viventi e non viventi si trovano ad interagire tra loro, modificandosi ed evolvendosi.
Tutto ciò avviene grazie alla presenza del Sole, o meglio, grazie alla sua emissione di radiazione elettromagnetica che raggiunge l’atmosfera terrestre e successivamente la superficie planetaria nei mari e nelle terre emerse, innescando i processi fisici dai quali, ad esempio, la meteorologia dipende, e senza i quali essa sarebbe completamente diversa.

Ma più precisamente la radiazione in cosa consiste?
La radiazione solare è un flusso di energia che, partito dalla superficie della nostra stella, viaggia ad una velocità di circa 300.000 km/s trasportando un’immensa quantità di energia. Un’onda elettromagnetica è un fenomeno ondulatorio dato da un’onda nel campo elettrico e nel campo magnetico ed è descritto matematicamente come soluzione dell’equazione delle onde, a sua volta ottenuta a partire dalle equazioni di Maxwell secondo la teoria dell’elettrodinamica classica. È anche un fenomeno di natura quantistica data la presenza di un flusso di fotoni, secondo il modello Standard. Quando queste particelle incontrano un atomo possono interagire cedendo pacchetti di energia ben definiti, detti quanti.
Il sole, attraverso la fusione nucleare converte gli atomi di idrogeno in elio, liberando energia come radiazione elettromagnetica verso lo spazio interplanetario secondo l’equazione di Einstein, dai raggi X alle onde radio.
Per la Terra, comunque, la sua presenza è indispensabile. Dà luogo a molti processi fisici, chimici e biologici osservabili sul pianeta come, ad esempio, le basse e alte pressioni, i venti, le distribuzioni di calore su scala planetaria, il ciclo dell’acqua e addirittura la vita stessa, sia animale che vegetale.
Giunta sulla Terra, la radiazione interagisce con la materia. La capacità di un corpo di assorbire la radiazione dipende dalla composizione, secondo la legge del corpo nero. Un corpo nero è un oggetto ideale capace di assorbire tutte le radiazioni che riceve, senza riflessione, e di emettere la massima quantità di energia ad una determinata temperatura. La legge di Planck infatti impone che ad una certa temperatura di un corpo corrisponde un insieme di lunghezze d’onda.
Il top dell’atmosfera (TOA) riceve dal Sole mediamente 1366 W/m² (costante solare) di energia radiativa all’equatore. La quantità di energia però varia in base all’inclinazione dell’asse terrestre e dalla latitudine ed è maggiore rispetto a quella che arriva alla superficie poiché l’atmosfera ne assorbe una parte. È risaputo che lo strato di ozono occupa un ruolo di protezione dalla luce UV per la salute umana. Altri gas, come il vapore acqueo e l’anidride carbonica, assorbono i raggi infrarossi, mentre non assorbono la luce visibile, diffondendo principalmente le lunghezze d’onda dell’azzurro-violetto. Ecco perché il cielo appare di colore blu.
Nel dettaglio, l’energia assorbita complessivamente dall’atmosfera risulta essere il 20 % della radiazione proveniente dal Sole, poiché una parte di quest’ultima viene riflessa dall’alta atmosfera verso lo spazio e una parte invece raggiunge la superficie terrestre.
Oltre che dalle nubi e dai gas, le onde elettromagnetiche sono parzialmente riflesse anche dalla superficie. L’intensità della riflessione dipende dalle caratteristiche chimico-fisiche dei corpi. In campo meteorologico si parla di albedo ovvero il rapporto fra l’energia riflessa e quella totale incidente sulla superficie di un dato corpo, e più il valore di questo rapporto si avvicina a 1 maggiore è la riflettività. Da questo calcolo si scopre ad esempio che la neve ha un’albedo di circa 0.9 quindi un’elevata riflessione, mentre le rocce scure un basso albedo che comporta però una maggior capacità di assorbimento. Infatti, il 45 % della radiazione totale viene assorbita dalla superficie che si trasforma in calore. Complessivamente sulla Terra la radiazione incidente varia in base alla latitudine, alla nuvolosità, al tipo di terreno e altro, provocando un riscaldamento fortemente positivo attorno alla fascia equatoriale e inferiore altrove. Per colmare quindi il surplus energetico tropicale e il deficit alle alte latitudini è necessario un flusso di energia che ridistribuisca il calore nel globo, più uniformemente possibile. Questo flusso di calore è governato dalle correnti oceaniche e dai moti atmosferici, che si manifestano come fenomeni meteorologici durante i quali il suddetto calore viene ceduto o acquistato. Ecco che i venti, le perturbazioni, i fronti e gli altri fenomeni meteo come gli uragani sono la diretta manifestazione dei processi di bilanciamento energetico globale.

Fonte : Idee per insegnare le Scienze della Terra di Elvidio Lupia Palmieri e Maurizio Parotto – OSSERVARE E CAPIRE LA TERRA, © Zanichelli 2010

A cura di Puppo Francesco

EQUINOZIO DI PRIMAVERA: DESCRIZIONE, ETIMOLOGIA E SIGNIFICATO DELLE STAGIONI

A

h, la primavera. Chi di noi non associa questa stagione al risveglio della Natura, dalla fioritura nel verde dei prati agli animali selvatici che ripopolano i loro ambienti dopo il letargo invernale? Non a caso infatti, per la sensibilità collettiva, l’inizio di questa stagione, cioè l’equinozio di primavera, è un evento atteso e molto apprezzato, ma forse poco conosciuto dal punto di vista scientifico.
In sostanza, quindi, l’equinozio in cosa consiste?
L’equinozio, dal latino aequinoctium cioè “stessa notte”, è quel momento della rivoluzione terrestre (moto della terra attorno al sole) in cui i raggi solari giungono perpendicolari all’asse di rotazione terrestre, con conseguente uguale durata del periodo diurno e notturno del giorno equinoziale. Accade, però, anche un altro effetto interessante: i raggi solari, giungendo perpendicolari sull’asse di rotazione, creano lo stesso angolo anche all’equatore cosicché nella fascia equatoriale il Sole apparirà allo zenith ovvero perfettamente sulla verticale dell’osservatore (Fig. 2). Durante gli altri giorni dell’anno, invece, a causa dell’inclinazione dell’asse terrestre di mediamente 23 gradi rispetto al piano dell’orbita terrestre attorno al Sole, avviene una costante variazione dell’angolazione della radiazione del Sole che incide la superficie del nostro pianeta. Solo nei giorni equinoziali, quindi, la radiazione in arrivo dal Sole incontra la Terra con un angolo di 90°. Inoltre, come è risaputo, i giorni equinoziali ricorrono due volte all’anno e segnano l’arrivo delle stagioni astronomiche della Terra, come i solstizi. Ma mentre nell’emisfero boreale l’equinozio di marzo sancisce l’inizio della primavera, esso segna l’inizio dell’autunno nell’emisfero australe creando una sorta di opposizione delle stagioni tra i due emisferi. Questo discorso vale anche con i solstizi, in quanto l’inizio dell’estate nel nostro emisfero equivale all’inizio dell’inverno nell’emisfero meridionale.
Per essere precisi, però, le stagioni (primavera, estate, autunno, inverno) suddivise in base agli equinozi e i solstizi, sono definite astronomiche in quanto dipendono da fattori astronomici e cioè dalle posizioni che la Terra assume durante l’anno rispetto al Sole, e di conseguenza dall’angolazione della radiazione solare, come sopra esposto.
Infatti, la suddivisione delle quattro stagioni che conosciamo fin dall’infanzia non corrisponde a quella che si attribuisce alle stagioni meteorologiche poiché quest’ultime dipendono dai cambiamenti climatici che avvengono in una zona geografica nel corso dell’anno.
L’alternarsi delle stagioni definite meteorologiche avviene invece con un processo lento e graduale poiché dipende dalle variazioni delle condizioni climatiche come ad esempio la temperatura e la piovosità. Sebbene il confine tra una stagione e l’altra non sia un preciso istante temporale, per convenzione internazionale si è adottata comunque una divisione cronologica per facilitare un’analisi e un confronto fra le fasi stagionali nell’ambito climatologico e di conseguenza agevolarne lo studio.

Le stagioni meteorologiche sono così suddivise:
Primavera: 1° Marzo – 31 Maggio
Estate: 1° Giugno – 31 Agosto
Autunno: 1° Settembre – 30 Novembre
Inverno: 1° Dicembre – 28/29 Febbraio
Si nota così che esse sono divise per trimestri “interi” e che la stagione meteorologica ha un “anticipo” della sua corrispettiva stagione astronomica di poco meno di un mese.
Per questi motivi, stagioni meteorologiche e astronomiche non coincidono esattamente, ma sono comunque approssimabili poichè i fenomeni astronomici influenzano la meteorologia del nostro pianeta, ovvero la Terra.

EQUINOZIO E PASQUA 2019…UNA CURIOSITA’.

La Pasqua cattolica cade nella prima domenica dopo la prima Luna piena che segue l’Equinozio di primavera.
Questo dice la definizione ma manca qualche dettaglio senza il quale quest’anno si arriverebbe ad un paradosso.
Difatti, la Primavera astronomica del 2019 inizierà il 20 marzo, alle 22:58 (ora italiana); di contro il prossimo plenilunio sarà il 21 marzo alle 2:43 (ora italiana).
Poche ore di differenza, quindi, che fanno ricadere la Luna piena già nel periodo primaverile, secondo le regole dell’Astronomia. Viene quindi da pensare che la Pasqua – vista la definizione – cadrà domenica prossima (24 marzo).
E invece non sarà così!

Dov’è il problema?
Nel fatto che questa regola fu messa nero su bianco durante il Concilio di Nicea (nel 325 d.C.), in un periodo nel quale la Primavera astronomica cadeva quasi sempre il 21 marzo, data che quindi fu considerata per convenzione come universale per l’evento.
Pertanto il conteggio per la Pasqua non dovrà seguire il calendario astronomico anno dopo anno, ma partirà sempre e comunque dal 21 marzo, data nella quale quest’anno cade anche il plenilunio.
E siccome la regola dice che la Pasqua cade nella prima domenica dopo la prima Luna piena che segue l’Equinozio, ecco che il Plenilunio ormai prossimo non deve essere conteggiato, dato che coincide con lo stesso giorno dell’Equinozio. Occorrerà invece attendere il successivo Plenilunio, che arriverà venerdì 19 aprile alle 13:12 (italiane).

Va da sé che la Pasqua del 2019 cadrà domenica 21 aprile.

A cura di Puppo Francesco