Fisica masse d'aria in movimento

SPOSTAMENTI DI MASSE D’ARIA NELL’ATMOSFERA

Una massa d'aria può subire uno spostamento verticale per due motivi:

• Perché costretta a salire o scendere spinta dal vento (fhoen) lungo un rilievo. Viene quindi a trovarsi in regioni con diversa pressione atmosferica; come avviene per tutti i gas, il processo di espansione o di compressione è accompagnato da raffreddamento o da riscaldamento. La trasformazione può essere considerata adiabatica per via della bassa capacità dell'aria di trasmettere il calore per conduzione agli strati vicini.

• Quando il sole scalda una zona di terreno più di un altra: l'aria che si trova sulla zona più calda si scalda e, soprattutto, diviene più calda dell'aria circostante. Dal momento che l'aria calda è meno densa di quella fredda, la massa d’aria (che prende a questo punto proprio la forma di una bolla) inizia a salire. Salendo però, incontra il gradiente pressorio verticale; dovrà cioè attraversare zone con pressione via via minore. Questa progressiva diminuzione della pressione causa una dilatazione della bolla d'aria che, di conseguenza, si raffredda sempre più. Da notare che l'aria secca risulta essere quasi del tutto trasparente alla radiazione solare; gli strati d'aria lontani dal suolo si riscaldano pochissimo durante il giorno e si raffreddano in modo trascurabile durante la notte, anche perché l'aria è un pessimo conduttore del calore.

Dimostreremo che durante la salita l'aria si raffredda di circa 1 grado per ogni 100 metri di dislivello e, questa variazione di temperatura rispetto all'altezza è detta “gradiente adiabatico dell'aria secca”. Si tratta di una quantità importante perché nell'atmosfera il gradiente adiabatico rappresenta in pratica la massima variazione possibile di temperatura che si può osservare con una variazione di quota (ed è anche un valore facile da ricordare!).
Le trasformazioni che subisce l'aria umida sono in generale più complesse specialmente a causa dei processi di condensazione e di evaporazione del vapore acqueo. Durante la condensazione si libera calore, mentre con l'evaporazione il calore viene assorbito. La variazione di temperatura che si misura in presenza di condensazione del vapore è dunque inferiore che nell'aria secca. A seconda della quantità di umidità che condensa la variazione di temperatura con la quota è dell'ordine di circa 0.5-0.6 gradi per ogni cento metri, quindi anche della metà rispetto all'aria secca. Infatti, la variazione della pressione con l’altezza dal suolo è espressa dalla seguente relazione:


Ad un’altezza di 1000 metri la pressione atmosferica sarà quindi:

Ricordiamo ora che per una trasformazione adiabatica vale la relazione:

Se la temperatura a livello del mare, dove la pressione è di 101300 Pa, è di 293 K, la temperatura a 1000 metri di altezza sarà, ricordando che l’aria viene considerato come un gas biatomico (g=7/5):

Quindi, ogni 100 metri la temperatura dell’aria diminuisce di 1 °C.