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Atmosfera e fenomeni metereologici
Santini Giorgia 5D LSU I.O.O.
- L’atmosfera – composizione e struttura Sommario
- La meteorologia
- Gli strumenti fondamentali della meteorologia - Il termometro……………………………………………………………………………………………. - Il barometro………………………………………………………………………………………... - Il pluviometro……………………………………………………………………………………..... - L’anemometro……………………………………………………………………………………... - L’igrometro………………………………………………………………………………………….
- Altri strumenti delle meteorologia ……………………………………………………….............. - Fonti…………………………………………………………………………………………………..
L’atmosfera – Composizione e struttura L’atmosfera è l’involucro gassoso che avvolge la Terra, che ha la funzione di serbatoio di ossigeno ed anidride carbonica per i viventi, di mantenimento di una certa temperatura che possa garantire la vita anche contenendo l’escursione termica, della protezione dai frammenti rocciosi vaganti nello spazio e dalle radiazioni solari ed è inoltre coinvolta nel ciclo dell’acqua. L’atmosfera non è omogenea: al crescere della quota, l’aria diventa sempre più rarefatta rendendo difficile da respirazione ai viventi. Nella sua composizione possiamo distinguere tra alta atmosfera e bassa atmosfera: La bassa atmosfera ha una composizione mantenuta costante dai moti convettivi che garantiscono il continuo rimescolamento dei gas. I principali componenti dell’aria secca sono l’azoto, l’ossigeno, piccole percentuali di gas rari e ancor minori di anidride carbonica. Nella bassa atmosfera è abbondante la presenza di pulviscolo, composto da polvere, inquinanti e prodotti residui della combustione. L’alta atmosfera invece non è omogenea in quanto i gas che la costituiscono sono stratificati a seconda della loro densità. L’atmosfera è inoltre costituita da una serie di strati sovrapposti di densità crescente, detti sfere , ed alternati da zone di transizione, dette pause. Il primo strato è la troposfera (nella quale si trova il vapore acqueo atmosferico e di conseguenza ha qui luogo la formazione di nuvole e precipitazioni), il secondo la stratosfera che comprende l’ozonosfera (l’ozono svolge la funzione di assorbire i raggi solari), segue la mesosfera, al di sopra della quale si innalza l’alta atmosfera con la termosfera e la termopausa ed infine l’esosfera che sfocia nello spazio interplanetario. L’aria pura in natura non esiste in quanto essa comprende sempre la presenza di aerosol (pulviscolo atmosferico); senza la sua presenza però non potrebbero esistere le nuvole né le precipitazioni poiché le loro molecole non si aggregherebbero senza la presenza degli aerosol che svolgono la funzione di catalizzatori. Per questo motivo, essendo l’aria “sempre inquinata”, quando parliamo di inquinamento atmosferico ci riferiamo al superamento di una certa soglia. L’inquinamento dell’aria può essere di tipo chimico oppure fisico; nel caso di quello fisico ci riferiamo a fenomeni quali quello dell’isola di calore: sulle città la temperatura del blocco di aria che le riguarda è sempre molto alta rispetto alle aree circostanti, a causa dell’aggregamento di persone, ma anche delle industrie e delle automobili. Possiamo delineare delle caratteristiche meteorologiche che influenzano la quantità di inquinamento in un determinato punto rendendo una città più inquinata di un’altra nonostante questa produca una quantità di inquinamento minore:
- Stabilità atmosferica (assenza di rimescolamento)
- Pioggia (trasporta gli aerosol scaricandoli sul terreno)
- Vento (trasporta gli aerosol spostandoli di città in città)
- Nebbia (SMOG = smoke + fog) Avendo l’aria un peso a causa dell’attrazione gravitazionale della Terra, essa esercita una pressione su ogni punto della superficie terrestre. La pressione atmosferica è quindi il risultato del rapporto tra il peso dell’aria e la superficie su cui essa agisce. Il suo strumento di misurazione è il barometro. La pressione dipende principalmente dall’altitudine, dalla temperatura e dall’umidità atmosferica (essa diminuisce con l’aumentare dell’altitudine, aumenta con in diminuire della temperatura dell’aria e aumenta al diminuire dell’umidità). La pressione atmosferica è studiata tramite le carte isobare; le differenze di pressione generano il movimento di massa d’aria parallelo alla superficie terrestre, ovvero i venti. Il concetto di alta e bassa pressione è relativo alla zona circostante.
Gli strumenti fondamentali della meteorologia Gli strumenti metereologici sono fondamentali nel processo della raccolta dei dati per quanto riguarda temperatura, umidità, pressione, vento e precipitazioni. Analizziamone alcuni. Il termometro. -> temperatura Il termometro è uno strumento di misura cruciale utilizzato per rilevare e quantificare la temperatura in diversi contesti. Questo dispositivo è composto da un bulbo o una sonda che entra in contatto con la sostanza o l’ambiente da analizzare e un indicatore graduato che visualizza la temperatura. I termometri possono essere basati su diverse tecnologie, inclusi termometri a mercurio, digitali, infrarossi e termocoppie. In termini scientifici, il principio di funzionamento di un termometro coinvolge l’uso di un termometrico, un materiale o un sistema fisico che cambia le sue proprietà in relazione alla temperatura. Misurando questa variazione (come quella del volume nel caso del termometro a mercurio), è possibile determinare la temperatura. I termometri moderni possono impiegare sensori digitali o termocoppie per convertire i cambiamenti elettrici correlati alla temperatura in letture numeriche precise. In meteorologia, Il termometro è uno strumento fondamentale per misurare la temperatura dell’aria, uno dei principali parametri utilizzati per comprendere le condizioni atmosferiche. La temperatura dell’aria è uno dei dati principali poiché influenza molti aspetti del clima, come la densità dell’aria, la capacità di trattenere l’umidità e i processi termodinamici che regolano la formazione delle nuvole e la precipitazione. Nelle stazioni meteorologiche, i termometri sono posizionati in postazioni standardizzate, spesso a una certa altezza sopra il terreno, per misurare la temperatura dell’aria. Le misurazioni vengono effettuate in vari momenti del giorno per creare una serie di dati climatici, poi utilizzati per monitorare i cambiamenti stagionali, le anomalie termiche e le tendenze a lungo termine nel clima. Il barometro -> pressione Esso è un dispositivo che sfrutta la pressione per determinare l’altezza di una colonna di mercurio o liquido in un tubo sigillato. L’unità di misura standard è l’atmosfera (atm), ma il pascal (Pa) è l’unità del sistema internazionale più comune (in meteorologia si utilizzano gli HPa). Un’altra unità di misura della pressione, in disuso e non facente parte del sistema internazionale, è il mmhg, ovvero il millimetro di mercurio, che venne utilizzata da Torricelli quando dopo aver dimostrato la possibilità di creare il vuoto in natura, misurò la pressione atmosferica con il tubo di T (il primo barometro a mercurio). Il barometro a mercurio consiste di un tubo riempito di mercurio con l’estremità superiore chiusa e quella inferiore immersa in una vaschetta contenente anch’essa mercurio. La pressione dell’aria sul mercurio della vaschetta fa innalzare o abbassare il livello del mercurio nel tubo: misurando il livello nel tubo rispetto a quello nella vaschetta si ottiene la pressione. Meno precisi ma più pratici i barometri metallici: il componente sensibile alla pressione è una scatoletta appiattita (capsula barometrica) con pareti metalliche sottili e ondulate, nella quale viene fatto il vuoto. Le variazioni di pressione provocano compressioni ed espansioni della capsula, che sono amplificate da un sistema di leve e trasmesse a un ago indicatore o a un display elettronico. Altre tipologie di barometro, sono ad esempio:
- Barometro a liquido: invece di mercurio, alcuni barometri utilizzano altri liquidi come olio o acqua colorata per misurare la pressione. La variazione dell’altezza della colonna di liquido riflette la pressione atmosferica;
- Barometro digitale: questi strumenti moderni utilizzano sensori elettronici per misurare la pressione atmosferica e forniscono letture digitali dirette. Sono comunemente utilizzati in stazioni meteorologiche e dispositivi portatili come orologi altimetrici; La misurazione della pressione in ambito meteorologico è fondamentale per le previsioni del meteo, la stazionarietà e il movimento dell’aria, l’identificazione di cicloni ed anticicloni, l’altitudine delle nuvole, identificazione di fronti metereologici caldi o freddi e per l’elaborazione dei dati in generale. Il pluviometro -> precipitazioni Il pluviometro è uno strumento meteorologico per la raccolta dati sulle precipitazioni. Misura con precisione la quantità di pioggia caduta in una determinata area. Esso è dispositivo meteorologico progettato per misurare la quantità di precipitazioni, solitamente sotto forma di pioggia. È composto da una vasca di raccolta, con un’apertura standard di 20-25 millimetri di larghezza e un sistema di misurazione annesso. Quando le precipitazioni cadono nella vasca, vengono raccolte e misurate in millimetri o pollici. Il valore ottenuto rappresenta l’altezza delle precipitazioni accumulatesi sulla superficie di raccolta. Questi dati, acquisiti in modo continuo o periodico, sono fondamentali per monitorare il clima, l’idrologia, e comprendere i fenomeni meteorologici locali e globali. Il pluviometro contribuisce alla comprensione e al monitoraggio del meteo e del clima. Le informazioni precise sulle quantità di pioggia sono fondamentali per le previsioni, poiché le precipitazioni influenzano le condizioni atmosferiche e l’evoluzione dei sistemi meteorologici. Questi dati supportano l’allerta precoce di eventi meteorologici estremi, come tempeste o inondazioni, che possono salvare vite umane e ridurre i danni materiali. Nel contesto del clima (studio del meteo in una zona, prolungato per oltre 30 anni), i dati raccolti dai pluviometri sono cruciali per studiare i modelli climatici, i cambiamenti nel tempo e l’analisi delle tendenze a lungo termine. Inoltre, aiutano nella gestione delle risorse idriche, agricoltura e pianificazione urbana, contribuendo alla sostenibilità ambientale. Anemometro -> venti Un anemometro è un dispositivo scientifico utilizzato per misurare la velocità del vento. Ne esistono diversi tipi, ma l’anemometro a coppe, uno dei più comuni, funziona secondo il principio dell’ ”Effetto Magnus”. Esso è composto solitamente da 3 coppe montate su bracci che ruotano liberamente. Quando il vento soffia sulle coppe, iniziano a girare. La velocità di rotazione delle coppe è direttamente proporzionale alla velocità del vento. Questa relazione è basata sulla legge di Betz, la quale lega la velocità del vento alla potenza meccanica disponibile. Gli anemometri moderni registrano la velocità di rotazione delle coppe tramite un sensore elettronico o magnetico, che converte questa rotazione in una lettura digitale o analogica della velocità del vento in unità di misura standard come metri al secondo (m/s) o chilometri all’ora (km/h). La misurazione della velocità del vento è fondamentale in diversi campi, quali quello meteorologico, dell’industria dell’energia eolica, nel settore nautico e dell’aviazione, in agricoltura, nel settore dell’industria edile, nella ricerca scientifica e nello sport.
Altri strumenti della meteorologia Radiosonda: viene utilizzata per raccogliere dati verticali sulla temperatura, l’umidità e la pressione atmosferica. Viene sollevata nell’atmosfera da un palloncino meteorologico e trasmette dati in tempo reale mentre si innalza; Radar meteorologico: il radar utilizza onde radio per rilevare la posizione, l’intensità e la velocità delle precipitazioni e delle particelle atmosferiche, consentendo ai meteorologi di monitorare tempeste e fronti meteorologici; Satelliti meteorologici: forniscono dati a distanza sull’atmosfera terrestre, come i dati visivi, termici e di umidità. I sensori nei satelliti permettono di monitorare le condizioni climatiche su larga scala e di raccogliere informazioni fondamentali per la previsione del tempo e la climatologia; Lidar Doppler: misura la velocità del vento in altitudini differenti tramite il principio del cambiamento di frequenza delle onde laser. Bolometro: Strumento ideato da S.P. Langley (1881) per misurare l’intensità energetica di radiazioni elettromagnetiche, schematicamente costituito da una laminetta metallica annerita che, assorbendo le radiazioni, si riscalda: la variazione di temperatura da cui, per taratura, si risale all’intensità delle radiazioni, viene valutata misurando la variazione della resistenza elettrica della lamina.
Fonti Appunti presi in classe Libro di testo: “Scienze naturali” di D. Nepgen, M. Fiorari, M. Crippa https://www.focus.it/scienza/scienze/come-funziona-il-barometro#:~:text=Il%20barometro %20a%20mercurio%2C%20inventato,vaschetta%20contenente%20anch'essa %20mercurio. https://www.meteoweb.eu/2023/10/elenco-strumenti-meteorologo/1001317791/ https://www.meteoweb.eu/2023/10/come-si-misura-la-pressione-atmosferica/1001315583/ https://www.meteoweb.eu/2023/10/cose-e-quali-sono-i-diversi-tipi-di-pluviometro/ 1001316277/ https://www.meteoweb.eu/2023/10/come-utilizzare-lanemometro-il-misuratore-del-vento/ 1001317550/ https://www.meteoweb.eu/2023/10/cose-igrometro-strumento-misura-umidita/1001315968/ https://www.treccani.it/enciclopedia/bolometro/
