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Didattica generale

Cenni di Meteorologia

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Per prevedere l'evolversi della situazione meteorologica è necessario analizzare ed elaborare una serie di dati.

5 Cenni di Meteorologia La Meteorologia esamina tutti i fenomeni che avvengono all'interno dell'atmosfera. L'atmosfera è costituita dal 78% di Azoto e dal 21% da OSSIGENO, e il restante 1% da ALTRI GAS.

L'atmosfera è sottilissima: il 90,5% è contenuta nei primi 20 km su 6000 Km di raggio terrestre, in pratica 2 cm su un mappamondo del diametro di 12 metri. (Il Bilancio Radiativo terrestre).

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La pressione è il carico esercitato da una colonna di atmosfera sull'unita di superficie (circa 1 kg/cm 2). La Pressione (peso/unità di superficie) diminuisce con la quota.

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La Terra è immersa in una massa d'aria che esercita sulla sua superficie un carico pari a 1.033 grammi per centimetro quadrato, se il carico è misurato sul livello del mare ad una temperatura di 0° C e a 45° di latitudine.

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Questo carico è dovuto alla gravità e al peso degli strati soprastanti. Quindi la pressione dell'aria è massima alla superficie della Terra, e diminuisce progressivamente salendo in altitudine. (Dizionario Meteorologico:ABC Meteo)

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Per prevedere l'evolversi della situazione meteorologica è necessario analizzare ed elaborare una serie di dati come la temperatura, l'umidità e la pressione atmosferica. Inoltre vanno studiati e tenuti in considerazione i venti, le correnti e le idrometeore. Queste ultime comprendono tutti i fenomeni atmosferici che riguardano la condensazione del vapore acqueo come le nubi e le precipitazioni di pioggia, neve e così via. Le indicazioni piu utili per una previsione del tempo si ottengono non dal valore assoluto della pressione, ma dalle variazioni nelle ultime ore. Per poter rappresentare le pressioni e le temperature dell'atmosfera al suolo e in quota nei vari punti della Terra, si realizzano apposite carte.(Approfondimento sull'Inversione termica).

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La carta delle isobare: rappresenta la distribuzione delle pressioni. Dal greco isos, uguale, e baros, peso, di uguale pressione, le linee isobare sono linee che uniscono tra loro punti di uguale pressione atmosferica, in modo analogo alle linee isoipse (di ugual quota) che si usano per rappresentare i rilievi su una carta topografica.

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9 Cenni di Meteorologia Poichè la pressione di una massa d'aria dipende dalla sua quota e dalla temperatura, per poter confrontare tra loro i valori di pressione in diverse zone a diverse quote e a diverse temperature, è necessario "uniformare" i dati, prima di riportarli in carta.

Isallobare: La pressione si misura con il barometro. L'unità di misura è l'atmosfera, pari al carico esercitato da una colonnina di mercurio di 760 millimetri con sezione di 1 centimetro quadrato. In meteorologia si usava un'unità di misura differente, il millibar, che corrisponde a circa 1/1.000 di un'atmosfera.

L'unita di misura in meteorologia è l'ettopascal (hPa) = 100 Pascal (SI). Prima si usavano anche i millibar, pari agli hPa, Altre unità: millimetri di mercurio (mmHg) e le atmosfere: 1 atm = 760 mmHg = 1013,2 mbar = 101320 Pa = 1013,2 hPa 101320 Pa = 1013,2 hPa. Esistono semplici regole per trasformare una misura in hPa in una in mmHg o viceversa: per passare da hPa a mmHg, si moltiplica per 3/4; per passare da mmHg a hPa si moltiplica per 4/3. La pressione dipende da vari fattori: altitudine, temperatura, umidita.

Salendo di quota la pressione diminuisce. Non esiste una relazione precisa tra quota e pressione.

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Vari fattori (temperatura e umidità) possono influenzare i risultati. Si può assumere alle basse quote una variazione della pressione con la quota di: 1 hPa ogni 8 metri.

10 Cenni di Meteorologia La pressione scende quando sale la temperatura. Infatti, se la temperatura aumenta l'aria si dilata, andando ad occupare un volume maggiore benché la sua massa rimanga costante. Così si verifica una diminuzione del peso e quindi della pressione esercitata. Viceversa, quando la temperatura scende si avranno degli aumenti di pressione. Anche l'umidità gioca un ruolo importante nelle variazioni di pressione. Infatti, se nell'aria è presente vapore acqueo, significa che esso ha sostituito altri elementi più pesanti come azoto o ossigeno. Da ciò deriva che più l'aria è umida, più è leggera, e di conseguenza esercita una minore pressione.

Sulla Terra esistono zone sottoposte a pressioni diverse ma l'aria tende a spostarsi dalle zone a maggiore carico, quindi ad alta pressione, alle zone a bassa pressione, sottoposte a un carico minore. Il vento è quindi uno spostamento d'aria tra due punti in condizioni di pressione differenti.

Variazioni di Pressione

Nelle ore più calde l'aria a contatto con il suolo si riscalda, si dilata e, spinta dalla forza di Archimede, sale nell'atmosfera. Si accumulano molecole d'aria nella parte alta dell'atmosfera, e l'aria diverge verso l'esterno della colonna. Al suolo la pressione diminuisce (negli alti strati aumenta). Al contrario, un raffreddamento del suolo causa un raffreddamento degli strati più bassi dell'atmosfera che, più pesanti, cadranno lentamente verso il suolo; il vuoto lasciato negli strati alti richiama aria dalle zone circostanti. La pressione al suolo aumenta perché è cresciuto il numero di molecole d'aria contenute nella colonna in esame (negli alti strati si registra un calo della pressione).

Alta pressione

Vasta area in cui la pressione atmosferica ha un valore più alto che nelle zone circostanti. Nelle carte al suolo il suo centro è contraddistinto dalla lettera H, è indice di bel tempo. un area di alte pressioni è chiamata Anticiclone. I venti nelle zone di alta pressione soffiano in verso orario nell'emisfero nord, antiorario in quello sud.

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Bassa Pressione

Vasta area in cui la pressione atmosferica ha un valore inferiore alle zone circostanti. Nelle carte al suolo il suo centro è contraddistinto dalla lettera L, è indice di brutto tempo. un area di bassa pressione è chiamata Ciclone o Depressione. I venti nelle zone di bassa pressione soffiano in verso antiorario nell'emisfero nord, orario in quello sud. (Analisi sulla Goccia Fredda, Cut Offa Goccia Fredda, Cut Off)

Variazioni di pressione abbinate

28 Cenni di Meteorologia Nelle zone cicloniche l'aria è spinta da moti ascensionali verso l'alto, da dove poi viene spinta verso l'esterno della colonna. Il numero di molecole nella colonna diminuisce e la pressione al suolo cala. In una zona anticiclonica l'aria è spinta dall'alto verso il basso, richiamando molecole d'aria negli alti strati della colonna. Il numero totale di molecole nella colonna aumenta e la pressione al suolo cresce. Variazioni della pressione dipendono anche dall'arrivo di masse d'aria con caratteristiche termiche diverse. Aria calda in quota, più leggera, comporta un calo della pressione, mentre aria fredda, più pesante, causa un aumento della pressione. (Approfondimento sui cicloni tropicali: depressioni, tempeste, uragani cicloni tropicali: depressioni, tempeste, uragani).

L'aria converge nelle regioni di bassa pressione e si alza. Il Vapore condensa e forma nuvole e precipitazioni. La bassa pressione porta tempo nuvoloso ed umido. L'aria diverge dalle regioni ad alta pressione e si abbassa, riscaldandosi. L'alta pressione porta tempo bello e secco.

Anche a livello del mare la pressione atmosferica può variare. Poiché il vapore acqueo pesa circa la metà degli altri gas, l'aria, quando è umida, risulta più leggera dell'aria secca. Anche l'aria calda è più leggera dell'aria fredda e tende a salire verso l'alto. Dove ci sono masse d'aria calda e umida avremo zone di bassa pressione, mentre dove l'aria è fredda e secca, avremo zone di alta pressione. Le masse d'aria non si muovono solo in senso verticale ma anche in orizzontale spostandosi da zone di alta pressione e zone di bassa pressione.

La Brezza

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La brezza è l'esempio di come la radiazione solare sia la principale fonte di energia. Il sole riscalda la terra, e la differenza tra le proprietà della terra e del mare porta a delle variazioni di temperatura dell'aria. L'aria calda tende a galleggiare su quella fredda. L'espansione raffredda l'aria. Ha origine la circolazione di brezza.

Cosa succede quando masse di aria si incontrano ai fronti?

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L'aria fredda solleva l'aria calda. Si formano nuvole e precipitazioni.

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Su scale differenti la stessa cosa accade all'intero pianeta. Da un bilancio annuale dell'energia ricevuta dalla terra è facile accorgersi di alcune disparità: i poli ricevono meno energia delle zone tropicali. I tropici si riscaldano maggiormente dando vita ad una circolazione meridiana. L'aria salirebbe ai tropici e scenderebbe ai poli.

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La Rotazione Terrestre

Circolazione atmosferica parte prima: Circolazione teorica e circolazione reale

Circolazione atmosferica parte seconda: la cella di Hadley

Circolazione atmosferica parte terza: la cella di Ferrel

Circolazione atmosferica parte quarta: le celle polari.

La rotazione terrestre induce una rottura della circolazione tra i tropici ed il polo in tre celle. Come è possibile? La fisica è stata sviluppata partendo da sistemi non rotanti, per applicarla a sistemi in rotazione è necessario introdurre delle forze apparenti. La velocità del vento e la sua direzione dipendono dall'intensità del gradiente di pressione esistente tra una zona di alta e una di bassa pressione.

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Nell'emisfero Nord, per via della rotazione della terra il vento tende a circolare in senso orario attorno alle aree di alta pressione, ed in senso antiorario attorno alle depressioni. Lo schema generale della circolazione atmosferica segue un meccanismo di circolazione termica a circuito chiuso chiamato cellula di Hadley, dal nome del suo scopritore, George Hadley, studioso del XVIII secolo.(Approfondimenti su come la Corrente a Getto ti costruisce o ti smonta una depressione).

Struttura su scala globale

Il ciclo dell'acqua, insieme dei passaggi dell'acqua dagli oceani, all'atmosfera, alle terre emerse, e ancora agli oceani, comporta variazioni dello stato fisico dell'acqua ed è costantemente alimentato dall'energia solare.

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Il riscaldamento solare causa l'evaporazione di parte dell'acqua superficiale di oceani, fiumi, laghi e organismi viventi; il vapore acqueo così formatosi entra nell'atmosfera. Processi di condensazione portano l'acqua al suolo sotto forma di precipitazioni. Parte dell'acqua di precipitazione penetra nel suolo per infiltrazione, mentre una parte dà origine ad un deflusso superficiale che arriva ai fiumi e quindi agli oceani.

Fronti Nuvolosi

Quando una massa d'aria calda e umida (normalmente di origine tropicale) incontra masse d'aria più fredda (proveniente dal nord) si crea un fronte.

Fronte Caldo

Si genera quando una massa calda in movimento raggiunge e viene a contatto con una massa d'aria più fredda. Si manifesta visivamente come una banda nuvolosa molto estesa. Genera normalmente precipitazioni di debole intensità. (Approfondimento sui sistemi Prefrontali)

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Fronte Freddo

Si genera quando una massa fredda in movimento raggiunge e viene a contatto con una massa d'aria più calda!! Si manifesta visivamente come una banda nuvolosa molto meno estesa del fronte caldo. Genera normalmente precipitazioni di forte intensità.

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Il Vento

I venti principali sono generati dalla differenza di valori di pressione tra diverse aree geografiche. La loro intensità è in relazione alla differenza di pressione tra le due aree. I venti hanno nomi diversi a seconda della direzione dominante e talvolta anche in relazione alla zona geografica considerata. (I Venti reali).

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Direzione del vento

La direzione del vento è quella di provenienza. la direzione dalla quale soffia rispetto all'osservatore; essa si può esprimere in diversi modi: In gradi rispetto al NORD (da 0° a 360°) In riferimento ai punti cardinali (es. da sud-est) Nel gergo meteo-marino attraverso la direzione in relazione ai quattro quadranti il I da 0° a 90°, II da 90° a 180°, III da 180° a 270°, IV da 270° a 360°, con il nome proprio ( Maestrale, Scirocco, ecc…)

Scale Meteorologiche

1.Scala planetaria:fenomeni che si estendono su 10,000-40,000 km e che perdurano da settimane a mesi

2.Scala sinottica:fenomeni estesi 100-10,000 km che come i fronti le masse e le grandi perturbazioni perdurano per giorni o settimane.(Approfondimento sulle onde di Rossby, le correnti occidentali e gli anticicloni di blocco)

3.Sistemi a Mesoscala: come le brezze ed i temporali questi fenomeni operano su scale temporali di ore-giorni e si estendono su dimensioni orizzontali da 1 a 100 km

4.Microscala: come i tornado e le trombe marine sono limitati a scale spaziali inferiori al chilometro, perdurando meno di un'ora. Alcuni effetti come l'accelerazione di Coriolis operano solo ad alcune scale (Planetaria e sinottica), mentre su scale più piccole il loro effetto è trascurabile rispetto ad altri.

Le forze Importanti

Forze che agiscono sulla massa daria (approfondimento sulle Masse d'aria: classificazione e caratteristiche): Differenze di pressione, Forza di gravità, Forza di Coriolis, Attrito. Quindi, generalizzando, si possono distinguere zone di alta pressione in corrispondenza delle regioni polari e di quelle subtropicali, e zone di basse pressioni nelle regioni equatoriali e temperate. La differenza tra le alte pressioni subtropicali e le depressioni equatoriali dà origine a uno spostamento d'aria verso l'equatore. Il risultato dell'equilibrio di queste forze sono gli alisei. Gli alisei hanno direzione e velocità più o meno costanti e soffiano da nord-est nell'emisfero boreale e da sud-est nell'emisfero australe.

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Se la Terra non girasse su se stessa i venti si muoverebbero da nord e da sud in direzione dell'equatore, ma a causa del moto di rotazione terrestre da ovest verso est, vengono deviati (forza di Coriolis). Ci sono venti che cambiano direzione nel corso dell'anno: i monsoni. Per sei mesi soffiano dal mare verso il continente e per il resto dell'anno spirano da terra verso l'oceano. Altri venti sono solo locali e variabili, cioè non soffiano costantemente come gli alisei: quelli che più interessano l'Italia sono lo scirocco (vento caldo che arriva dall'Africa), il libeccio (da sud-ovest), il maestrale (dalla Francia), la tramontana (da nord). Il vento essendo un vettore si misura dandone intensità e direzione. La direzione si esprime come angolo rispetto al nord, mentre la velocità si esprime in m/s. Sono molto diffuse anche altre unità di misura: 1 nodo=1,862 Km/h [moltiplicare per 2] 1Km/h=0,27 m/s [dividere per 4].

Unità di misura del vento

Nella nautica la velocità del vento si esprime generalmente in NODI. Il nodo rappresenta l'unità di misura corrispondente al miglio marino che indica le distanze sul mare. Quindi 1 NODO = 1.862 Km/h. Per convertire i NODI in Km/h: Km/h = nodi per 2 – 10%. Esempio: 50 nodi per 2 =100 – 10% = 90 km/h. La forza del vento nei bollettini viene solitamente indicata in gradi BEAUFORT. la conversione dalla forza Beaufort sarà, per esempio: forza 5 = 4 per 5 = 20 nodi.

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Il Moto Ondoso

Poiché le onde sono generate principalmente dal vento, osservarle attentamente può dare utili indicazioni sul vento che le ha generate: Il moto ondoso può propagarsi più velocemente e più lontano di quanto non possa fare il vento che l'ha generato; Se l'onda lunga di un vento lontano si fa più corta e più alta è probabile che quel vento stia rinforzando o che il vento si sta avvicinando; Se l'onda lunga diventa più bassa e morbida significa che il vento che l'ha generata sta calando oppure che questo si sta allontanando; Quando il vento soffia dal largo verso la costa, il moto ondoso genera dapprima un aumento del livello dell'acqua in porto e quindi la risacca. Il moto ondoso dipende: Dalla forza, dalla direzione del vento e dalla durata della sua azione sul mare. Dal FETCH che in pratica è la distanza di mare libero che un'onda può percorrere senza ostacoli. Dalla corrente che, se è contraria rispetto alle onde generate dal vento, fa si che queste risultino più alte, più ripide e più corte. Dalla profondità dei fondali, poiché le onde frangono più facilmente dove i fondali sono più bassi.

Le Nuvole

Mini atlante illustrato delle nuvole. Le 10 nubi principali

" Il nuvolario ". Atlante schematico delle nubi

Cos'è una nuvola? Insieme di gocce d'acqua o chicchi di ghiaccio Formazione: condensazione o sublimazione intorno a omonimi nuclei. Tipi: Nube calda: > 0°C, Nube fredda: < 0° C, Nube mista. Dissoluzione: Dissoluzione: per ingrossamento delle gocce/chicchi che precipitano, per evaporazione.(Il temporale).

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Perché piove? Le nubi sono composte da gocce d'acqua e da aghetti di ghiaccio di piccolissime dimensioni. Se la temperatura del cielo raggiunge i - 40 ° C, gli aghetti di ghiaccio tendono ad ingrossarsi a spese delle goccioline d'acqua. Quando diventano sufficientemente pesanti, i cristalli precipitano verso terra. Quando il suolo e l'aria più vicina alla superficie hanno temperature molto basse, l'acqua può arrivare a terra in forma di neve. Viceversa, se la temperatura è troppo alta, come accade nelle regioni desertiche, l'acqua finisce per evaporare prima di giungere sul terreno. Le nubi sono costituite da piccolissime gocce d'acqua e da aghetti di ghiaccio in sospensione che si formano attorno a microscopici, invisibili nuclei di pulviscolo, che sono presenti nell'atmosfera.

PS:Immagini dell'articolo prese da presentazioni universitarie e corsi di meteorologia in rete.

Paolo Lui mpi end

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