04 – Insolazione e temperatura Scuola di Scienze e Tecnologie L-32 / L-34 – Scienze geologiche, dell’ambiente e della natura Corso di “Geografia fisica” Modulo “Fisica dell’atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci 04 – Insolazione e temperatura

L’insolazione La quasi totalità dell’energia disponibile sulla Terra proviene dal Sole, attraverso la sua REM (insolazione). La quantità di energia trasmessa dal Sole a ciascun punto della Terra dipende (oltre che dalla trasparenza locale dell’Atmosfera) dall’angolo di incidenza dei raggi solari. Quest’ultimo, dipende da tre parametri: altezza del Sole sull’orizzonte (a sua volta funzione della stagione e ora del giorno), inclinazione locale della superficie terrestre (angolo zenitale) e orientamento del versante (angolo azimutale). Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Effetto complessivo dell’inclinazione dell’asse terrestre L’effetto complessivo dell’inclinazione dell’asse di rotazione terrestre (non considerando la trasparenza dell’atmosfera) consiste in una riduzione dell’insolazione alle basse latitudini e un forte incremento alle latitudini maggiori Se l’asse di rotazione della Terra fosse perfettamente perpendicolare al piano dell’eclittica, la radiazione solare sarebbe sempre massima all’Equatore (raggi ortogonali alla superficie) e nulla ai Poli (raggi tangenti). Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Variazione stagionale dell’insolazione teorica Data l’inclinazione dell’asse terrestre, la zona di massima insolazione migra nel corso dell’anno tra i Tropici e ai Poli si hanno stagionalmente periodi più o meno lunghi (in funzione della latitudine) di insolazione teorica. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Ciclo stagionale dell’insolazione reale La distribuzione reale dell’insolazione non dipende però solamente dalla latitudine, a causa di variazioni locali della trasparenza dell’atmosfera (nuvolosità, aerosol ecc.). Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Insolazione e riscaldamento circa 5’700 °C 15 °C da -90 a +60°C circa -270 °C (zero assoluto) -23 °C da -173 a +127 °C Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Il riscaldamento della Terra Come già detto, la materia non perfettamente trasparente o riflettente interagendo con la REM assorbe energia termica e quindi si riscalda, per poi riemettere REM alla frequenza tipica della nuova temperatura raggiunta, raffreddandosi nuovamente. L’Atmosfera è, nel complesso, abbastanza trasparente per la maggior parte delle lunghezze d’onda dello spettro solare. Di conseguenza, il Sole non riscalda che marginalmente i gas della Troposfera, dato che gran parte della radiazione solare raggiunge la superficie terrestre quasi indisturbata. Terreno, acqua e vegetazione si comportano invece in modo diverso, assorbendo buona parte dell’energia trasmessa dal Sole e trasformandola in calore. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Gas serra Nella Troposfera sono presenti gas non trasparenti alla lunghezza d’onda dell’infrarosso termico (ovvero alle frequenze tipiche della temperatura della Terra), che vengono quindi assorbite (riscaldando l’aria) o riflesse verso il suolo (impedendo loro di sfuggire verso il vuoto cosmico. E’ proprio a questi gas (detti gas serra) che è dovuta la temperatura media della Terra, più alta in media di quasi 40°C rispetto alla Luna (altrettanto lontana dal Sole). Tra i gas serra più importanti abbiamo il vapore acqueo, l’anidride carbonica e il metano. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Effetto serra Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Nubi e aerosol L’acqua e il ghiaccio presenti nelle nubi, così come i componenti del pulviscolo atmosferico, invece, riflettono verso l’esterno parte della radiazione solare, riducendo l’irraggiamento effettivo della Terra da parte del Sole. L’efficacia di questi elementi dipende soprattutto dalla loro distribuzione, che varia fortemente nel tempo e nello spazio; le nubi possono riflettere fino al 60% della REM. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Bilancio della REM nell’Atmosfera Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Bilancio energetico della REM Radiazione in ingresso In arrivo dal Sole   100 Riflessione diffusa (pulviscolo ecc.) 5 Riflessione dalle nubi 21 Albedo terrestre 6 Riflessione totale 32 Assorbita nell'Atmosfera 16 Assorbita alla superficie terrestre 50 Assorbimento totale 66 Assorbimento + riflessione Radiazione in uscita Radiazione emessa dalla Terra 98 Perdita verso lo spazio 8 Assorbimento nell'atmosfera 90 Radiazione emessa dall'Atmosfera 137 60 Assorbimento alla superficie terrestre 77 Radiazione netta emessa dalla superficie terrestre Radiazione netta emessa dall'Atmosfera 47 Radiazione netta totale emessa dalla Terra 68 Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Ritardo nella risposta termica alla REM I momenti più caldi (del giorno o dell’anno) non corrispondono a quelli con maggiore insolazione, ma sono sempre sensibilmente “ritardati”, dato che anche dopo il picco della radiazione la superficie terrestre continua ad essere efficacemente riscaldata (anche se in misura progressivamente minore). Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Bilancio stagionale della radiazione Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Flussi termici In conseguenza dell’interazione tra REM e materia, si hanno flussi (ovvero spostamenti) di calore tra la superficie terrestre e l’Atmosfera, ovviamente con ciclo stagionale. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Flusso di calore latente Parte del calore prodotto è immagazzinato come calore latente (soprattutto dal vapore d’acqua). Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Differenze tra terre e acque Terraferma e bacini idrici hanno un comportamento differente per quanto riguarda il riscaldamento dovuto all’irraggiamento solare: difatti i corpi idrici si riscaldano e si raffreddano molto più lentamente (maggiore inerzia termica). In conseguenza della maggiore inerzia termica dell’acqua, i mari tenderanno ad essere più freddi delle terre nei momenti più caldi (di maggiore insolazione) e più caldi in quelli di minore insolazione (più freddi). I motivi di questa differenza di comportamento sono fondamentalmente quattro: nelle terre, tutta la radiazione è assorbita dalla superficie, mentre in acqua si distribuisce su uno spessore notevole; 2) le acque, essendo liquide, sono soggette a fenomeni di rimescolamento (e quindi scambio di masse a temperatura diversa); 3) occorre più calore per riscaldare di un grado una stessa quantità di acqua (maggior calore specifico); 4) sull’acqua l’evaporazione (che avviene assorbendo calore) è massima. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Fattori che determinano l’entità del riscaldamento Sulle terre emerse, l’entità del riscaldamento locale a parità di insolazione è determinata da diversi parametri, i principali dei quali sono: Albedo (riflettanza locale) Presenza di vegetazione (che assorbe la REM ed emette vapore acqueo) Umidità del terreno (a cui è connessa la perdita di calore per evaporazione) Umidità dell’aria (che crescendo tende a ridurre l’evaporazione dal suolo) Calore specifico del materiale (inversamente proporzionale al riscaldamento) Compattezza del materiale (l’aria è un buon isolante termico) Vento (che trasporta anche calore e che facilita l’evaporazione) Antropizzazione (influenza complessa, non univoca ma in media tendente a incrementare il riscaldamento) Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Isole di calore urbane Le zone a forte antropizzazione (città e centri industriali) producono molto calore (combustione, condizionamento, effetto joule ecc.) che si trasferisce all’atmosfera, rendendola più calda di quanto non sia nelle limitrofe aree più “naturali”, dando luogo a vere e proprie isole di calore. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Distribuzione delle temperature Nel suo insieme, quanto finora esposto fa sì che la temperatura dell’aria misurata alla superficie terrestre abbia variazioni spaziali abbastanza complesse nel corso dell’anno. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci