Cos’è la circolazione atmosferica?
Illustrazione adattata da weather.gov global circulations and jet stream pages
La radiazione solare che raggiunge la Terra passa attraverso l’atmosfera e viene assorbita o riflessa dall’atmosfera e dalla superficie terrestre. La maggior parte di questo assorbimento avviene sulla superficie terrestre, il che aumenta la temperatura della terra e dell’acqua. Una piccola quantità di calore nei primi centimetri dell’atmosfera viene trasferita dalla superficie per conduzione, il processo delle molecole che si scontrano e trasferiscono energia. Poiché le molecole dell’aria sono più distanti tra loro rispetto ai liquidi o ai solidi, non si scontrano così frequentemente come nei liquidi e nei solidi, e l’aria è un povero conduttore di calore. La maggior parte del calore viene trasferito nell’atmosfera per irraggiamento e convezione.
La luce del sole assorbita dalle superfici terrestri viene re-irradiata come calore, riscaldando l’atmosfera dal basso verso l’alto. Questo calore è assorbito e re-irradiato dai gas serra nell’atmosfera, dando luogo all’effetto serra. L’aria riscaldata si espande e diventa meno densa dell’aria fredda, quindi l’aria riscaldata vicino alla superficie della Terra sale. L’aria più fredda dall’alto affonda, e l’aria si muove orizzontalmente per sostituire l’aria calda che sale, cosa che sperimentiamo come vento sulla superficie della Terra. Questo trasferimento di calore a causa delle differenze di densità nell’aria è chiamato convezione. I modelli principali nella circolazione atmosferica intorno ai tropici (da circa latitudini di 30o N a 30oS) sono il risultato della convezione che si verifica perché le aree intorno all’equatore ricevono più luce solare rispetto alle alte latitudini (vedi assorbimento e riflessione della luce solare). Queste masse d’aria, chiamate Celle di Hadley, sorgono vicino all’equatore e viaggiano verso nord e sud, trasportando calore e acqua verso i poli.
I modelli di movimento dell’aria sono ulteriormente complicati a causa della rotazione della Terra. L’aria che si muove dall’equatore verso i poli non viaggia in linea retta, ma viene deviata a causa dell’effetto Coriolis (per saperne di più vedi link sotto), aggiungendo alla complessità dei modelli di circolazione atmosferica. Inoltre, la distribuzione ineguale dei continenti e degli oceani e la presenza di catene montuose rendono i dettagli dei modelli di circolazione atmosferica molto più complicati del modello a tre celle (mostrato sopra).
La variazione della quantità di radiazione solare assorbita e la quantità di calore che viene irradiato dalla terraferma e dagli oceani danno luogo a differenze di temperatura nell’aria su diversi tipi di terreno. Per esempio, le brezze marine si verificano perché la terra si riscalda e si raffredda più velocemente dell’acqua, così la terra è più calda durante il giorno e le brezze fluiscono dal mare verso l’interno, ma l’oceano è più caldo della terra di notte, così il vento soffia dalla terra al mare.
La circolazione atmosferica trasporta il calore sulla superficie della Terra che influenza il ciclo dell’acqua, compresa la formazione di nuvole ed eventi di precipitazione. Il movimento delle masse d’aria ci porta il nostro tempo quotidiano, e i modelli a lungo termine della circolazione determinano il clima regionale e gli ecosistemi. I modelli delle correnti oceaniche superficiali risultano dalla spinta del vento sulla superficie dell’acqua, e queste correnti trasportano anche il calore attraverso il globo. I cambiamenti nella quantità e nella distribuzione del calore nel sistema terrestre, dovuti all’aumento dell’effetto serra dovuto alle attività umane, stanno alterando i modelli di circolazione atmosferica e oceanica che, a loro volta, alterano gli ambienti di tutto il mondo.
Modelli del sistema terrestre sulla circolazione atmosferica
Questo modello mostra alcune delle relazioni di causa ed effetto tra i componenti del sistema terrestre relative alla circolazione atmosferica. Mentre questo modello non raffigura i modelli di circolazione che risultano dal riscaldamento irregolare della superficie terrestre (come mostrato sopra), riassume i concetti chiave coinvolti nella spiegazione di questo processo. Passa sopra le icone per brevi spiegazioni; clicca sulle icone per saperne di più su ogni argomento. Scarica i modelli del sistema Terra in questa pagina.
Questo modello mostra alcuni dei fenomeni aggiuntivi che alterano i modelli di circolazione atmosferica nel corso di milioni di anni, compresa la distribuzione dei continenti e degli oceani e la costruzione delle montagne. I cambiamenti nella circolazione atmosferica trasportano anche il calore che guida il ciclo dell’acqua, compresa la formazione delle nuvole e i modelli di precipitazione. A sua volta, l’energia assorbita e rilasciata nel ciclo dell’acqua contribuisce anche alla circolazione atmosferica. Mentre questo modello non rappresenta il riscaldamento irregolare della superficie terrestre che risulta nella circolazione atmosferica, riassume i concetti chiave coinvolti nella spiegazione di questo processo globale.
Come le attività umane influenzano la circolazione atmosferica
Il modello del sistema Terra qui sotto include alcuni dei modi in cui le attività umane influenzano la circolazione atmosferica aggiungendo gas serra all’atmosfera e aumentando la temperatura media della Terra. Poiché la regione artica è particolarmente sensibile al riscaldamento generale rispetto alle latitudini più basse, il gradiente di temperatura tra le medie latitudini e il polo si riduce. Questo aumenta l’ondulazione nella corrente a getto polare settentrionale. Mentre l’atmosfera continua a riscaldarsi, gli scienziati si aspettano di vedere onde nord-sud molto più profonde, che causeranno cambiamenti nella corrente a getto. Questo potrebbe comportare che il tempo, sia tempestoso che sereno, persista molto più a lungo di quanto sarebbe considerato normale su qualsiasi area particolare. Passa sopra o clicca sulle icone per saperne di più su queste cause umane di cambiamento e su come influenzano la circolazione atmosferica.
Esplora il Sistema Terra
Clicca sulle icone e sui termini in grassetto (es. ri-radiazione di calore, particelle sospese nell’aria, ecc.) in questa pagina per saperne di più su questi processi e fenomeni. In alternativa, esplora l’infografica Understanding Global Change e trova nuovi argomenti che sono di interesse e/o localmente rilevanti per te.
Per saperne di più sull’insegnamento dell’assorbimento e della riflessione della luce solare, visita la pagina Teaching Resources.
Links to Learn More
- National Weather Service: Circolazione globale
- Servizio Meteo Nazionale: La Corrente a Getto
- Centro Nazionale per la Ricerca Atmosferica: Conduzione
- Centro Nazionale per la Ricerca Atmosferica: Uno sguardo globale all’aria in movimento: Circolazione Atmosferica
- NOAA: Sistemi e modelli meteorologici
- NOAA: Cosa sono le brezze marine e perché si verificano?
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