L'ATMOSFERA E LE GRANDEZZE CHE LA CARATTERIZZANO



L'atmosfera è la massa gassosa che avvolge la terra e che la segue nei suoi movimenti di rotazione e rivoluzione. Ha densità crescente dal livello del suolo fino ai limiti dell'attrazione terrestre.

LA STRUTTURA DELL'ATMOSFERA
L'aria è un miscuglio di diversi gas, fra i quali l'azoto col 78% e l'ossigeno col 21%. L'aria inoltre contiene sempre una certa quantità di vapore acqueo, che può variare da percentuali trascurabili fino ad arrivare al 5% del volume.
L'atmosfera si estende verticalmente dalla superfice terrestre fino a circa 100 Km.
Lo strato più basso, a contatto con la superfice terrestre, si chiama troposfera e si estende per un'altezza variabile da circa 8000 metri sulla verticale dei poli, fino a 20000 metri sulla verticale dell'equatore (massima all'equatore minina ai poli).
I fenomeni meteorologici e i voli con gli aeromobili hanno luogo nella troposfera.

L'ATMOSFERA STANDARD
Al fine di avere per l'atmosfera parametri costanti è stato internazionalmente convenuto di istituire l'atmosfera standard i cui valori rappresentano la media delle differenti condizioni atmosferiche esistenti sulla Terra.
Tra tutti i dati caratteristici abbiamo:
.gradiente termico verticale: costante fino alla tropopausa, pari a circa 6,5° ogni 1000 metri (2° ogni 1000 piedi).
.gradiente di pressione: è la legge con la quale il valore della pressione varia con la quota.

LA PRESSIONE
Poichè anche le molecole d'aria vanno soggette all'attrazione terrestre, la forza che il loro peso esercita sull'unità di area della superficie terrestre costituisce la pressione atmosferica. Lo strumento per misurare tale pressione è il barometro.
Possiamo altresì definire la pressione atmosferica come il peso della colonna d'aria che sovrasta l'unità di superficie.
Le unità di misura della pressione sono il millibar e l'hectopascal fra loro equivalenti.

Le superfici isobariche.
Se i parametri dell'atmosfera corrispondessero ai valori di quella standard sulla Terra ci sarebbe sempre una pressione di 1013 hpa al livello del mare, la cui superficie sarebbe perciò coincidente con la superficie isobarica (cioè superficie soggetta a uguale pressione) di 1013 hpa. Pertanto ogni 27 piedi (8 metri ca.) si incontrerebbe una superficie isobarica inferiore (di 1 hpa) ed esattamente parallela alla superficie del mare, quindi una pressione di 850 mb corrisponde all'incirca ad una quota di 1500 m.
Il rapporto fra la differenza di pressione esistente fra due superfici bariche e la distanza verticale esistente fra di esse, si chiama gradiente barico verticale.
Nell'atmosfera reale però le superfici isobariche non sono generalemente superfici piane equidistanti, bensì superfici ondulate la cui distanza reciproca può variare in più o in meno da punto a punto.
Tagliando il "pacco" delle superfici isobariche con un piano orizzontale corrispondente al livello del mare, esse lasciano delle tracce che rappresentano il luogo dei punti di uguale pressione. Queste linee sono appunto chiamate isobare.

Le conformazioni bariche.
L'insieme di più isobare costituisce una conformazione barica.
Quando un serie di isobare chiuse su se stesse hanno al centro l'alta pressione, esse formano un anticiclone, indicato con la lettera A (o H);
quando invece hanno al centro la bassa pressione, esse formano un ciclone, indicato con la lettera B (o L).
Quando una zona di alta pressione si insinua (o si estende) fra due zone di basse pressioni, si dice che forma un promontorio o cuneo (tempo buono),
mentre quando una zona di bassa pressione si insinua (o si estende) fra due alte pressioni si dice che forma una saccatura (tempo perturbato).
La zona compresa fra (due alte e) due basse pressioni prende il nome di sella dove generalmente si verificano forti cambi di direzione e forza del vento e manifestazioni temporalesche.
Facendo il rapporto fra la differenza di pressione esistente fra due isobare e la loro distanza misurata in linea retta, si ottiene il gradiente barico orizzontale. Questo è la causa degli sospamenti della masse d'aria da un punto all'altro della Terra, e quindi è all'origine dei venti. Quanto più vicine sono le isobare, tanto più veloce è il vento.

LA TEMPERATURA
Se l'atmosfera fosse quella standard, la temperatura decrescerebbe dal suolo verso l'alto, con un gradiente termico verticale di 6,5° ogni 1000 metri e la stessa atmosfera sarebbe in quiete, senza spostamenti di masse d'aria.
In pratica però la superficie terrestre viene riscaldata in modo molto vario per due ragioni principali:
.il diverso irraggiamento solare nel tempo e nello spazio, e
.la diversa capacità termica delle varie parti della superficie terrestre.
Infatti durante il giorno sopra le rocce e le spiagge sabbiose asciutte l'aria in vicinanza del suolo è maggiormente riscaldata per irraggiamento.

I moti convettivi.
Le diverse temperature della superficie terrestre provocano anche un diverso riscaldamento dell'aria sovrastante: questo disuniforme riscaldamento fa nascere i moti convettivi dell'aria.
Un moto convettivo consiste in una colonna d'aria ascendente, una discendente, e due masse d'aria che si muovono in senso opposto l'una all'altra parallelamente al terreno, la prima al suolo, e la seconda in quota.
Es.
Nel caso di calma di vento al suolo, l'attività termoconvettiva in pianura e nelle valli da origine a bolle termiche che si sollevano.
Le nuvole convettive si sviluppano secondo un modello tipico della propagazione del calore nei liquidi, per spostamento di particelle, come in una pentola in ebollizione.

Le curve di stato.
Come abbiamo visto il gradiente termico nell'atmosfera standard dell'atmosfera standard ha il valore costante di 6,5° ogni 1000 metri pertanto l'andamento della temperatura fino alla tropopausa è rappresentabile da una curva lineare, al di sopra la curva si mantiene parallela all'asse delle ordinate ad una temperatura costante di 56,5°.
In pratica però la variazione della temperatura con la quota può avere andamenti molto vari; in alcuni casi può accadere che la temperatura, anzichè diminuire, aumenti con la quota, e dia così luogo ad un'inversione termica.
.Al suolo il fenomeno dell'inversione termica può essere dovuto all'aria a contatto con il suolo, particolarmente fredda nelle notti serene, viene raffreddata in maggior misura di quella posta ad una certa altezza. E nel caso in cui contenga una certa quantità di vapore acqueo può dar luogo alla nebbia (nebbia di irraggiamento, nebbia di avvezione).
.In quota l'inversione termica può dar luogo a nubi stratificate.

L'UMIDITA'
L'atmosfera contiene sempre, in quantità più o meno elevate, acqua nel suo stato aeriforme, cioè vapore acqueo.
L'umidità può essere espressa in tre diversi modi: umidità assoluta, umidità specifica e umidità relativa.
- si definisce umidità assoluta la quantità in grammi di vapore acqueo contenuta in un metro cubo di aria umida (gr/m3),
- si definisce umidità specifica la quantità in grammi di vapore acqueo contenuta in un Kg di aria umida (gr/kg),
- si definisce umidità relativa il rapporto tra il contenuto di vapore nell'aria ed il contenuto che sarebbe richiesto per la saturazione (cont.vap./cont. x sat.).
Il vapore acqueo non è visibile ad occhio nudo.
Quando il rapporto tra l'umidità contenuta e la massima contenibile è uguale a 1 l'aria è divenuta satura (cioè contiene tutto il vapore che le è consentito in funzione della temperatura) e la temperatura alla quale l'aria diventerebbe satura, se raffreddata senza subire variazioni di pressione, si chiama temperatura del punto di rugiada.
Quando si conoscono la temperatura ambiente e la temperatura di rugiada di una località il pilota potrà prevedere la formazione di nebbia, se le due temperature sono uguali o molto vicine.