Alcune pagine di approfondimento
| Sito: | Moodle@Units |
| Corso: | 774SM - FISICA DELL'ATMOSFERA 2023 |
| Libro: | Alcune pagine di approfondimento |
| Stampato da: | Utente ospite |
| Data: | sabato, 23 novembre 2024, 06:11 |
Descrizione
In questa sezione sono raccolte delle pagine di approfondimento, degli esercizi, dei grafici, file di misure e di simulazioni, che potrebbero essere utili allo studente per approfondire i temi trattati a lezione ed in preparazione dell'esame.
La sezione va considerata sperimentale
1. Andamento della pressione atmosferica con l'altezza
La pressione atmosferica diminuisce all'aumentare dell'altezza e la funzione che descrive tale comportamento è continua con la derivata prima e seconda continua. Vedi il semplice modello del profilo verticale della temperatura atmosferica, sviluppato durante il corso.
Per confrontare questo risultato con la realtà, qui sotto viene riportato il grafico delle misure di pressione, eseguite in verticale per mezzo di un pallone sonda che è stato lanciato dalle zone centrali della pianura friulana. Il lancio è avvenuto il 16 marzo 2020, alle ore 12:00 UTC, e la risoluzione spaziale delle misure è di 10 m, mentre la precisione delle misure corrisponde a 0.1 hPa.
Le misure si estendono dalla superficie sino alla tropopausa. Si noti l'andamento monotono decrescente della pressione e la continuità della curva e delle sue derivate.
2. Misura del profilo termico verticale nella troposfera
La temperatura troposferica, generalmente, diminuisce all'aumentare dell'altezza, a causa dell'espansione adiabatica dell'aria. Vedi il semplice modello del profilo verticale della temperatura atmosferica, sviluppato durante il corso.
Ad ogni modo le misure mostrano che esistono delle eccezioni a tale regola generale; tali eccezioni sono definite come: inversioni termiche.
Qui sotto viene riportato il grafico delle misure di temperatura, eseguite in verticale per mezzo di un pallone sonda che è stato lanciato dalle zone centrali della pianura friulana. Il lancio è avvenuto il 16 marzo 2020, alle ore 12:00 UTC, e la risoluzione spaziale delle misure è di 10 m, mentre la precisione delle misure corrisponde a 0.1 C
Si noti come la temperatura mediamente diminuisce con l'altezza, ma vi sono delle inversioni termiche, ben visibili quella a circa 3000 metri di altezza mentre accennata quella a 5000 metri. Infine è appariscente la grande inversione tra i 10 km e i 15 km, che indica il limite superiore della troposfera e l'inizio della tropopausa, che separa la troposfera dallo strato superiore, la stratosfera.
3. Pressione e temperatura nella troposfera
Qui sotto viene riportato il grafico delle misure di pressione e temperatura, eseguite in verticale per mezzo di un pallone sonda che è stato lanciato dalle zone centrali della pianura friulana. Il lancio è avvenuto il 16 marzo 2020, alle ore 12:00 UTC, e la risoluzione spaziale delle misure è di 10 m, mentre la precisione delle misure di pressione è di 0.1 hPa, mentre quella della temperatura corrisponde a 0.1 C.
3.1. Esercizio sulla modellazione dell'andamento della pressione con l'altezza
Questo esercizio riguarda lo sviluppo di due modelli che intendono descrivere l'andamento della pressione con la quota. I modelli sono sviluppati a partire dai principi fondamentali, in particolare utilizzando la conservazione della quantità di moto, impiegando l'equazione di stato del gas atmosferico.
Allo studente, si suggerisce di leggere il testo dell'esercizio e di provare a risolverlo autonomamente. Al termine, nel paragrafo successivo viene riportata la soluzione ed alcuni grafici per il confronto dei risultati.
Non esistono prescrizioni per la realizzazione dei grafici, quindi qualsiasi software può essere impiegato.
L'esercizio è corredato da una serie di misure delle principali grandezze meteorologiche, rilevate tramite pallone sonda, che serviranno allo studente per confrontare i modelli realizzati con la realtà.
3.2. Grafici supplementari
Modelli esponenziale e a gradiente con valore del gradiente pari a -8 K/km
Modelli esponenziale e a gradiente con valore del gradiente pari a -9 K/km
Modelli esponenziale e a gradiente con valore del gradiente pari a -10 K/km
Modelli esponenziale e a gradiente con valore del gradiente pari a -9 K/km e confronto con le misure
4. Pressione e massa dell'atmosfera
Esiste una relazione intima tra il campo della pressione atmosferica e la massa di fluido atmosferico. Tale legame è conseguenza dell'attrazione gravitazionale del pianeta e dalla composizione dell'atmosfera.
In questo capitolo saranno presi in considerazione degli esempi che hanno lo scopo di aumentare la consapevolezza di tale relazione.
4.1. Esercizio sulla relazione tra pressione e massa atmosferica
Esercizio sulla relazione tra pressione e massa atmosferica
Questo esercizio ha lo scopo di individuare la relazione esistente tra la pressione atmosferica, presente ad una certa altezza, e la massa d'aria compresa tra tale altezza e la superficie planetaria.
L'esercizio presuppone che sia stata acquisita la relazione tra la variazione della pressione con l'altezza e la densità dell'aria.
Allo studente, si suggerisce di leggere il testo dell'esercizio e di provare a risolverlo autonomamente. Al termine, nel paragrafo successivo viene riportata la soluzione ed alcuni grafici per il confronto dei risultati.
L'esercizio permetterà di comprendere perchè è prassi utilizzare la superficie isobarica di 500 hPa per riportare i campi atmosferici alla scala sinottica.
5. Stabilità atmosferica
Esercizio sulla stabilità atmosferica
Questi esercizi hanno lo scopo di individuare le condizioni di stabilità, o instabilità, atmosferica, a partire da misure di temperatura.
Ciascun esercizio presuppone che sia stata acquisita la relazione tra il gradiente termico verticale, anche della temperatura potenziale, e la stabilità atmosferica.
Allo studente, si suggerisce di leggere il testo degli esercizi e di provare a risolverli autonomamente. Al termine, nel paragrafo successivo viene riportata la soluzione ed alcuni grafici per il confronto dei risultati.
Il primo esercizio non richiede alcuna conoscenza di elaborazione di dati per mezzo di un software. Tutte le informazioni necessarie sono già sintetizzate nei grafici.
Il secondo invece necessita di elaborazione dati che può essere condotta per mezzo di software già pronti, come un foglio di calcolo, oppure la conoscenza di un linguaggio di programmazione per realizzare il software. Lo studente ha tre file di misure da poter utilizzare per verificare quante sono le situazioni di stabilità
6. Costruire modelli della realtà
Guida alla costruzione di modelli della realtà a partire da ipotesi di lavoro, evidenze osservative e sperimentali, principi fondamentali.
6.1. Cicloni atmosferici e loro classificazione
In questa sezione di approfondimento trovate alcuni appunti che illustrano l'approccio unitario nella descrizione dei cicloni atmosferici, siano essi tropicali o extra-tropicali. Vengono utilizzate tre grandezze scalari che individuano uno spazio tridimensionale, in cui ogni punto corrisponde ad una configurazione del ciclone.
Cicloni atmosferici parte a
Cicloni atmosferici parte b