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1 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Introduzione Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B (2000-2006) CADSES.

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1 1 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Introduzione Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS La convezione atmosferica e lequilibrio atmosferico locale Dario B. Giaiotti UMFVG ARPA OSMER 01 marzo 2005 Lezione I Corso sul tempo violento e locale LSW (Local Severe Weather)

2 2 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 La troposfera - definizione Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS Terra Troposfera Stratosfera Mesosfera Termosfera km C Troposfera 0 Temperatura

3 3 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Lequilibrio della troposfera su scala planetaria I Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS Terra Troposfera PN PS SOLE Meno energia/m 2 Più energia/m 2 A livello planetario lenergia proveniente dal sole viene ripartita in modo non omogeneo sulla superficie terrestre e nella troposfera

4 4 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Lequilibrio della troposfera su scala planetaria II Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS Terra Troposfera PN PS Più energia/m 2 Meno energia/m 2 Gli scompensi energetici vengono continuamente compensati, altrimenti il sistema non sarebbe in equilibrio Trasferimento dellenergia Atmosfera Oceani

5 5 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Concetto: lequilibrio termico Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS Gli squilibri energetici tendono sempre ad essere compensati I sistemi fisici tendono sempre a raggiungere un equilibrio Energia Riscaldamento Gradiente Termico variazione di temperatura con la distanza Alta temperaturaBassa temperatura Flusso di energia La temperatura è un indice che rivela il contenuto energetico di un sistema

6 6 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Le perturbazioni atmosferiche Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS Terra PN PS Le perturbazioni atmosferiche sono uno dei veicoli per il trasposto dellenergia dalle zone più calde a quelle più fredde del pianeta

7 7 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Bilancio energetico giornaliero Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS Terra Troposfera Terra Troposfera Giorno EntranteUscente Notte Totale 0 Intera Giornata 0 Circa in equilibrio nelle 24 ore Notte

8 8 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 La diminuzione della temperatura con laltezza Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS C 0 km La diminuzione della temperatura con laltezza è conseguenza della composizione chimica della troposfera e dellattrazione di gravità esercitata dalla Terra sul gas troposferico Per laria secca la riduzione sarebbe di circa 1 C ogni 100m A causa della presenza di umidità il valore medio è di circa 0.6 C ogni 100m (Gradiente termico verticale) Temperatura Giorno Notte

9 9 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Concetto: la temperatura potenziale Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS C 0 km hPa La temperatura cala con laltezza e con essa la pressione. La temperatura dipende dalla pressione Esiste unaltra quantità che dipende sia dalla temperatura e pressione che dal contenuto dacqua dellaria: la densità Per confrontare le caratteristiche di due volumi daria si deve portarli alla medesima pressione Alla stessa pressione la densità dei due volumi dipende solo dalla temperatura e dallacqua contenuta La temperatura dellaria ridotta ad una medesima pressione (1000 hPa) è la temperatura potenziale Temperature Temperature potenziali

10 10 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 La stratificazione della troposfera Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS La troposfera è in equilibrio se laria più densa è sovrastata da quella meno densa Aria poco densa Temperatura potenziale alta Aria molto densa Temperatura potenziale bassa Stabile Gravità terrestre Aria molto densa Temperatura potenziale bassa Instabile Aria poco densa Temperatura potenziale alta Moto verticale sfavorito Moto verticale FAVORITO Terra

11 11 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Gradiente termico verticale e stabilità Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS C 0 km hPa Temperature potenziali Come mai, in condizioni di stabilità, laria in quota è più fredda ma meno densa di quella nei bassi strati? Perché si trova ad una pressione inferiore, ma la sua temperatura potenziale è maggiore di quella dellaria che sovrasta Quindi, la temperatura cala con laltezza, ma di quel tanto richiesto dalla diminuzione di pressione, senza creare squilibri

12 12 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Gradiente termico verticale in caso di instabilità Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS C 0 km hPa Temperature potenziali Se per qualche motivo la temperatura potenziale degli strati superiori è più bassa di quelli inferiori …. …. aria più densa sovrasta aria meno densa. Instabilità atmosferica.

13 13 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Densità e stabilità della troposfera Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS Quando la troposfera è instabile lenergia non è ripartita equamente Aria poco densa Aria molto densa Stabile Aria molto densa Instabile Aria poco densa Ripartizione energetica equilibrata tra i diversi strati troposferici Ripartizione energetica NON equilibrata tra i diversi strati troposferici Terra Necessario un trasferimento di energia

14 14 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 La convezione atmosferica: sintesi Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS La convezione atmosferica è il movimento spontaneo dellaria nel verso opposto a quello della forza di gravità, cioè dal basso verso lalto ( ne conseguono anche moti in verso opposto) La convezione atmosferica è principalmente dovuta allinstabilità atmosferica ( esistono anche altre concause ) Lo scopo principale della convezione è quello di equilibrare gli scompensi energetici esistenti tra gli strati superiori ed inferiori dellatmosfera Alla scala locale, nella troposfera la convezione è il meccanismo più efficiente per la compensazione degli squilibri energetici

15 15 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 La convezione nei bassi strati troposferici Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS Coinvolge solo la parte bassa della troposfera C 0 km Presente quasi esclusivamente di giorno Strato Instabile Convezione Strato Stabile

16 16 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 La convezione profonda: i temporali Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS Viene coinvolta tutta la troposfera, ci si ferma alla tropopausa a causa della forte stabilità della stratosfera Può manifestarsi sia di giorno che di notte C 0 km Strato Instabile Convezione o Strato Stabile Strato Instabile Convezione Strato MOLTO Stabile

17 17 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Fase iniziale di un temporale Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS Necessaria instabilità non solo nei bassi strati Necessario innesco della convezione INGREDIENTI NECESSARI CARATTERISTICHE DI QUESTA FASE Significativo afflusso di aria dai bassi strati Prevalenza di moti ascendenti (updraft) Velocità di salita dellaria 10 m/s Possibile asimmetria della struttura e delle correnti ascendenti Inizio della formazione di precipitazione durante la conclusione di questa fase Osservazione dei primi echo radar Condensazione dellacqua presente nellaria durante lascesa Scarsa presenza di attività elettrica

18 18 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Fase matura di un temporale Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS CARATTERISTICHE DI QUESTA FASE Coesistenza di forti correnti ascendenti (updraft) e forti correnti discendenti (downdraft) updraft downdraft La presenza del downdraft coincide con linizio della precipitazione La presenza del downdraft è dovuta allazione meccanica della precipitazione sullaria e al raffreddamento dellaria prodotto dalla evaporazione della precipitazione nella fase discendente (evaporazione = sottrazione energia) Nei casi di temporali non particolarmente violenti la velocità dellaria nel downdraft è inferiore a quella dell updraft Giunta al suolo, laria del downdraft è densa e genera un piccolo fronte detto gust front Forte precipitazione, fulmini, updraft e downdraft alla massima intensità, max echo radar Durata della fase matura nel caso di temporali non violenti circa 10 minuti Incudine

19 19 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Fase terminale di un temporale Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS CARATTERISTICHE DI QUESTA FASE Azione distruttiva del downdraft sull updraft Il gust front distrugge la convergenza al suolo che favorisce lupdraft. Lupdraft cessa di esistere La precipitazione continua e il dowdraft anche se indebolito è lunica corrente dominante Permanenza dellincudine, orfana del suo cumulonembo di origine Durata totale del temporale: il tempo necessario all updraft per giungere alla tropopausa (10-12 km) e al downdraft per uccidere la convergenza al suolo. Totale poco più di 1/2 ora.

20 20 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Il ruolo dellacqua nella convezione atmosferica Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS Le manifestazioni meteorologiche non sono il risultato di processi fisici macroscopici. moti verticali di masse daria variazioni di temperatura di grandi volumi daria Anche i processi microscopici sono molto importanti condensazione del vapore acqueo evaporazione dellacqua La presenza di acqua nellatmosfera condiziona fortemente il suo equilibrio ed i suoi moti infatti essa può esistere in tutte e tre le fasi: solida, liquida e gassosa.

21 21 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Le fasi dellacqua nella troposfera Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS Nella troposfera ci sono le condizioni perché lacqua possa esistere in ciascuna nelle tre fasi Fase solida T 0 C (circa) Fase liquida 0 C < T (circa) Fase vapore diverse T

22 22 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Passaggi di fase e loro energie Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS Fase solida Fase liquida Fase vapore Energia Energia ceduta allambiente Energia chiesta allambiente Nei passaggi di fase dellacqua energia viene ceduta o chiesta allambiente che circonda le molecole dacqua 335 J/g 2500 J/g Livello energetico

23 23 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Il ruolo dellacqua nellupdraft Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS C 0 km hPa La condensazione del vapore acqueo incrementa linstabilità Energia Ulteriore accelerazione verso lalto Lupdraft si intensifica Condensazione

24 24 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Il ruolo dellacqua nellupdraft: esempi Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS Cumulus congestus Notevole contributo della condensazione allupdraft Base del cumulo Indica la quota alla quale inizia la condensazione Importante osservare la quota alla quale inizia la condensazione Esercizio: osservare la base del cumulo e stimarne laltezza in km confrontandola con riferimenti terrestri. Annotare il tutto e fare statistica a fine stagione

25 25 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Il ruolo dellacqua nel downdraft Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS C 0 km hPa Ulteriore accelerazione verso il basso Il downdraft si intensifica evaporazione Levaporazione dellacqua aumenta la stabilità

26 26 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Il ruolo dellacqua nel downdraft: esempi Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS Precipitazione intensa e downdraft Precipitazione in aria secca Evaporazione della pioggia Virga Base del cumulonembo

27 27 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Esercizi proposti Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS Conclusione della lezione I Esercizio a) Esercizio b)

28 28 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Title of slide Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS

29 29 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 I palloni sonda e il profilo verticale dellatmosfera Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS

30 30 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Atmosfera stabile Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS

31 31 UMFVG - OSMER ARPA FVG Corso LSW anno 2005 Atmosfera instabile Work part-financed by the European Union Community Initiative INTERREG III B ( ) CADSES - project FORALPS


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