Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera Parte III

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1 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera Parte III
Istituto Tecnico Aeronautico Statale “Euclide” Seminari di Meteorologia Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera Parte III A cura di Vittorio Villasmunta Previsore del Servizio Meteorologico dell’Aeronautica Militare Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

2 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

3 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Prerequisiti Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

4 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Conoscenza approfondita del messaggio TEMP e relativa decodifica Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

5 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Materiale necessario Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

6 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Diagramma termodinamico (nomogramma di Herlofson) carta penna matita matite colorate (rosso, giallo, verde, blu) gomma righello Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

7 Parte III: il diagramma aerologico
Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera Parte III: il diagramma aerologico Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

8 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Il messaggio TEMP, contiene dati di pressione, temperatura, temperatura del punto di rugiada, direzione ed intensità del vento, rilevati alle diverse quote. Per poter compiere uno studio adeguato dello stato termodinamico dell’atmosfera, abbiamo bisogno di vedere come queste grandezze variano con la quota. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

9 Nomogramma di Herlofson
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10 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
A prima vista … il diagramma termodinamico appare come un guazzabuglio di linee che corrono in tutte le direzioni. Tuttavia, dopo un studio attento e approfondito, scoprirete con piacere che esso è veramente … Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

11 … un guazzabuglio di linee che corrono in tutte le direzioni.
Scherzi a parte, una volta che la mente ha imparato a distinguere le diverse linee, tutto comincia ad avere un senso. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

12 Il nostro “scudo protettivo”
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13 Il nostro “laboratorio” di ricerche
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14 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
thermodynamic diagram = diagramma termodinamico temperature = temperatura dew point temperature = temperatura del punto di rugiada moisture = umidità air pressure = pressione atmosferica wind = vento atmosphere = atmosfera sounding = sondaggio weather balloon = pallone aerologico radiosonde = radiosonda radiosonde observations (raob) = osservazioni mediante radiosonda adiabatic processes = processi adiabatici Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

15 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Le isobare Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

16 Perché in scala logaritmica ?
Il diagramma ha come coordinata verticale la pressione p in scala logaritmica log p Perché in scala logaritmica ? Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

17 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
9000 300 8000 7000 400 6000 500 5000 metri hPa 4000 600 3000 700 2000 800 1000 900 1000 scala lineare scala logaritmica Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

18 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Le isobare sono linee rette, equiscalate di 10 hPa e parallele all’asse delle ascisse. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

19 Le isobare corrono orizzontalmente.
La diversa spaziatura riflette il fatto che la pressione decresce esponenzialmente rispetto all’altezza. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

20 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Infatti, la pressione atmosferica si dimezza a circa 5500 metri, a 9000 è circa 1/3, a è ormai 1/10. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

21 il restante 50% tra 5500 metri ed i confini estremi dell’atmosfera
il 50% dell’atmosfera terrestre è compreso tra superficie e 5500 metri. 5500 m Monte Bianco Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

22 Se non usassimo una scala logaritmica per le pressioni …
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23 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Le isoterme Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

24 Sulle ascisse si leggono i valori della temperatura
Le isoterme sono inclinate di 45° 5 10 15 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

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Le isoterme sono linee rette, graduate in °C, equidistanti e inclinate dal basso a sinistra, verso l’alto a destra. Esse sono poste in evidenza da fasce verdi e bianche alternate di 10° in 10°. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

26 Perché le isoterme sono inclinate ?
??? Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

27 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
10 20 30 -60 -50 -40 -30 -20 -10 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

28 La temperatura, nella troposfera, in genere diminuisce con la quota …
Le temperature più basse alle quote più elevate. Le temperature più alte alle quote più basse. 10 20 30 -60 -50 -40 -30 -20 -10 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

29 ruotale di 45°… e il gioco è fatto !
Come rappresentare tutte le isoterme in uno spazio limitato ? -60 -50 -40 -20 -10 10 20 30 10 20 30 -60 -50 -40 -30 -20 -10 ruotale di 45°… e il gioco è fatto ! -30 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

30 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
I valori delle isoterme si riconoscono facilmente perché sono ruotati in senso antiorario. isoterma 5 5 5 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

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zoom Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

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Le isoterme sono tracciate per ogni unità. Però il valore è trascritto solo ogni 5°C. 1 2 3 4 Le isoterme corrispondenti ai valori stampati hanno uno spessore maggiore. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

33 Le adiabatiche per aria secca
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34 Processi che avvengono senza scambio di calore con l'esterno
PROCESSI ADIABATICI Processi che avvengono senza scambio di calore con l'esterno Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

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Se una particella d’aria si solleva dal suolo, essa, in condizioni adiabatiche, si raffredda per espansione di circa 1° ogni 100 metri. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

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Quanto detto, però, è vero finché non interviene la condensazione del vapore acqueo. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

38 Adiabatiche per aria secca
Linee che mostrano le variazioni di temperatura subite da una massa d’aria secca o umida non satura che si muova verticalmente senza condensare. FORMULA DI POISSON Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

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=(B$4+273)*((A8/B$5)^0,286)-273 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

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Le adiabatiche per aria secca sono linee leggermente ricurve, che intersecano l’isobara 1000 hPa a intervalli si 2°C. Esse hanno andamento da destra in basso, verso sinistra in alto. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

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… intervalli di 2°C ISOTERME ADIABATICHE SECCHE 11° 10° 12° Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

42 Le adiabatiche per aria satura
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Quando il vapore acqueo comincia a condensare, rilascia circa 600 calorie per grammo, e quindi la particella d’aria, ricevendo questo “contributo” si raffredda in misura minore. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

44 Adiabatiche per aria satura
linee che evidenziano la variazione di temperatura per una particella d’aria satura in movimento verticale Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

45 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Le adiabatiche per aria satura sono le curve che intersecano l’isobara 1000 hPa a intervalli di 2°C e divergono verso l’alto tendendo a disporsi parallelamente alle adiabatiche secche. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

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Consideriamo una particella d’aria che, a 1000 hPa, possieda una temperatura di 20°C. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

47 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Se essa viene sollevata sino a 850 hPa, che temperatura avrà se il processo è adiabatico secco? Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

48 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Se essa viene sollevata sino a 850 hPa, che temperatura avrà se il processo è adiabatico saturo? Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

49 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Qual è il massimo valore di vapor saturo ad una data temperatura e ad una data pressione ? Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

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Le isoigrometriche Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

51 g/kg Rapporto di mescolanza
Quantità di vapore acqueo in grammi contenuta in 1 kg di aria secca. g/kg Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

52 Rapporto di mescolanza alla saturazione
Indica il numero di grammi di vapore acqueo necessario per saturare 1 chilogrammo d'aria secca a temperatura e pressione fissate. g/kg Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

53 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Le isoigrometriche esprimono il rapporto di mescolanza, e sono rappresentate da curve tratteggiate, inclinate dal basso a sinistra, verso l’alto a destra e graduate (in g per kg di aria secca) lungo il bordo inferiore del nomogramma. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

54 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Isoigrometriche linee curve che uniscono, per ogni valore di temperatura e pressione, tutti i punti nei quali la massa d’aria satura ha lo stesso rapporto di mescolanza. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

55 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Alla temperatura di 20°C e pressione di 1000 hPa, sono necessari … grammi di vapore acqueo per saturare la massa d’aria. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

56 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Alla temperatura di … e pressione di 1000 hPa, sono necessari … grammi di vapore acqueo per saturare la massa d’aria. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

57 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Facciamo una prova. Se mantengo la pressione a 1000 hPa, e aumento la temperatura dell’aria, saranno necessari più grammi di acqua o meno, per saturare la massa d’aria? Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

58 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Esercizio: Pressione: 1000 hPa Ricava il rapporto di mescolanza alla saturazione per le temperature di 10°C, 12°C, 15°C e 18°C. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

59 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Si vede anche che una stessa massa d’aria secca diventa satura molto rapidamente a basse temperature mentre, quando la temperatura è elevata, può “contenere” una quantità d’acqua maggiore. 11 g 14 g 20 g Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

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In una massa d’aria, quindi, può esservi una quantità variabile d’acqua. Per esprimere sinteticamente quanta acqua realmente è realmente presente rispetto al valore massimo, usiamo l’umidità relativa. Quando diciamo che l’umidità relativa è del 50%, intendiamo dire che vi è la metà dell’acqua che potrebbe esserci al massimo. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

61 Esempio: A 20°C, 1000 hPa, l’Ur è 50%
14 g 20 g 11 g Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

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Applicazione pratica Conoscendo temperatura, pressione e umidità relativa, determinare l’umidità assoluta dell’aria al momento della misura. In altre parole,vogliamo conoscere quanta acqua realmente è presente nell’atmosfera alla quota considerata. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

63 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Pressione: 900 hPa Temperatura: 15°C Umidità relativa: 50% 15°C 900 hPa Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

64 Cerchiamo l’isoigrometrica passante per il punto individuato:
900 hPa Leggiamo sul bordo inferiore il valore indicato Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

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66 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Poiché l’umidità relativa è del 50%, il suo contenuto reale d’acqua sarà: 12 x 50/100 = 6 g Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

67 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Esercizio isobare Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

68 Scrivi i nomi delle linee rappresentate
… … … … Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

69 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

70 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Riporto del vento Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

71 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

72 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

73 Esempi di diagrammi termodinamici
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74 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

75 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

76 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

77 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

78 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

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Dove e come ? Partendo dal TEMP, riportando manualmente punto per punto i dati sul diagramma. Su internet, già plottati. Utilizzando un software specifico come, ad esempio RAOB, oppure Digital Atmosphere. Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera

81 Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera
Domande ? Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera