Didattica circolazione atmosferica

Vento geostrofico e bilancio termico

La forza di Coriolis è data da un corpo in rotazione, sulla terra è massima ai poli e minima all'equatore.

Consideriamo un punto A posto all'estemità di un disco in rotazione e un punto B posto al centro di esso, il movimento rettilineo del punto B verso l'estremità del corpo circolare verrà percepito con una deviazione paragonabile alla velocitâ di rotazione del disco dal punto A sempre fermo all'estremità del corpo in movimento.

In realtà il punto B avrà un movimento rettilineo poichè non soggetto in questo caso a forze estranee in grado di deviarne la propria direzione, questo processo si manifesta pergiunta al punto A come forza apparente del punto B.

Sulla terra avviene la stessa cosa, considerando che la terra ruota sul proprio asse da Ovest verso Est, un individuo che si sposta dal polo verso l'equatore, subità una sorta di deviazione Occidentale rispetto al punto di partenza, mentre un individio che dall'equatore si sposta verso il polo, subità una deviazione Orientale, poichè la rotazione è massima ai poli e minima all'equatore, non in senso di velocità di rotazione (che è massima all'equatore e nulla ai poli, essendo un punto stabile) ma in senso di posizione apparente.

Lo stesso effetto si manifesta continuamente sulla circolazione atmosferica, questo spiega la presenza di 3 distinte celle di circolazione per entrambi gli emisferi terrestri, indotte da ovvi fattori di insolazione tra le diverse latitudini e dalla forza di Coriolis.

Se la terra non avesse un proprio moto di rotazione sul proprio asse, le masse d'aria si sposterebbero unicamente in senso meridiano, ossia dall'equatore al polo andando a compensare il Deficit di calore alle alte latitudini, ma senza subirne delle deviazioni in senso zonale.

La forza di Coriolis spiega pure come tempeste, anticicloni e depressioni, assumano una caratteristica pressapoco rotatoria, nell'emisfero Boreale le depressioni (moti ascendenti) assumono un movimento antiorario, mentre gli anticicloni (moti discendenti) assumono un movimento in senso orario, nell'emisfero Australe anticicloni e depressioni hanno movimenti opposti a quelli dell'emisfero Boreale.

Nella libera atmosfera in assenza di atrito con il suolo, generalmente nell'emisfero Boreale una massa d'aria che si sposta da Sud Ovest verso Nord Est sarà soggetta ad un'aumento della forza di Coriolins subendo una deviazione in senzo zonale, pertanto tenderà a deviare verso Sud Est, mentre una massa d'aria che si sposta verso da Nord Ovest verso Sud Est, sarà soggetta ad una diminuzione della forza di Coriolis, pertanto subità una deviazione in senso Meridiano, deviando verso Nord Est.

I venti nella libera atmosfera, non soggetti all'attrito con il suolo, scorrono circa parallelamente alle linee bariche o le linee del geopotenziale a causa del bilanciamento della forza del gradiente di pressione e la forza di Coriolis, il bilancio delle due forze viene definito: bilancio geostrofico.

Se il vento geostrofico descrive il movimento dei venti tra un minimo e un massimo di pressione, il vento termico descrive il movimento dei venti tra un massimo e un minimo di temperature in senso orizzontale, è il caso dello Westerline (venti Occidentali delle medie latitudini) che scorrono tra masse d'aria fredda presente alle alte latitudini e masse d'aria più calde presenti alle basse latitudini, il proprio movimento prettamente zonale che va da Ovest verso Est tende ad aumentare proporzionatamente all'aumento dell'altezza, divenendo massima tra l'alta troposfera e la bassa stratosfera in corrispondenza dei maggiori contrasti termici presenti tra i tropici e il polo, questo consente almeno in parte di spiegare anche lo Jet Stream.

L'insieme dei fattori visto a tutte le altezze, può spiegare in base all'aria presente in quota, la formazione di anticicloni e depressioni ai vari livelli della troposfera.

Inanzitutto è bene considerare che l'aria calda risulta essere meno densa e più leggera dell'aria fredda e in grado di contenere una quantità di vapore acquo superiore, mentre l'aria fredda risulta essere più densa e pesante, pertanto in presenza di una massa d'aria relativamente mite in quota e relativamente fresca al suolo, comporterà ad una situazione di stabilità atmosferica, inibendo la possibilità del manifestarsi moto convettivi significativi, viceversa una massa d'aria fredda che sovrasta una massa d'aria calda, consentirà lo sviluppo di un moto ascendente di quest'ultima risultando essere più leggera dell'aria fredda sovrastante, la risalita della massa d'aria sarà sostituita da aria richiamata dall'esterno dal centro di bassa pressione.

Per stabilità media il gradiente termico verticale porta a far calare le temperature di 6,5°C ogni 1000 metri di quota, se il calo è inferiore a tale valore, si parla di stabilità atmosferica, mentre se il calo termico con la quota è superiore, si parla di instabilità atmosferica, in quest'ultimo caso la conseguente saturazione del vapore acqueo sprigiona a propria volta calore latante che talvolta tende ad aumentare il movimento ascendente della massa d'aria, sopratutto in presenza di temporali o di sistemi frontali più organizzati.

Inoltre se il vento geostrofico che come detto precedentemente descrive il movimento dei venti tra centri di alta e bassa pressione, seguendo le linee del geopotenziale, ad una certa altezza trasposta masse d'aria calda o fredda, il vento termico ne provoca una deviazione con l'altezza: in senso orario, nel caso di avezione di aria più calda, in senso antiorario nel caso di aria fredda.

Anche lo Jet Stream solitamente scorre parallelamente alle linee di pressione o del geopotenziale, salvo eccezioni, in prossimità della parte più attiva della corrente a getto, può succedere che la forza di Coriolis con la latitudine, non vari in funzione all'aumento della forza del gradiente di pressione tra centri di alta e bassa pressione, di conseguenza le velocissime correnti a getto, possono subile una deviazione in senso Meridiano rispetto alle linee del geopotenziale, dovuto al maggior effetto del gradiente barico rispetto alla forza di Coriolis, si tratta generalmente di aree molto ristrette che comprendono solamente la parte più intensa dello Jet Stream e spesso anche in presenza di un sistema frontale.

Questi sono aspetti fisici della nostra atmosfera che assumono un'importanza primaria sia dal punto di vista meteorologico, sia dal punto di vista climatico.

Flavio Scolari

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