Scienze della Terra

Obiettivi della lezione

• Elenca le proprietà delle correnti d’aria all’interno di una cella di convezione.
• Descrivi come le celle ad alta e bassa pressione creano venti locali e spiega come si formano diversi tipi di venti locali.
• Discuti come le celle globali di convezione conducono alle cinghie globali del vento.

il Vocabolario

• trasporto
• Chinook winds (venti di Foehn)
• haboob
• zona di alta pressione
• jet stream
• venti catabatici
• land breeze
• in basso a zona di pressione
• monsone
• mountain breeze
• polar anteriore
• rainshadow effetto.
• Vento di Santa Ana
• brezza di mare
• brezza di valle

Introduzione

alcuni principi di base andare un lungo cammino verso spiegare come e perché si muove l’aria: l’aria Calda ascendente crea una zona di bassa pressione al suolo. L’aria proveniente dall’area circostante viene aspirata nello spazio lasciato dall’aria in aumento. L’aria scorre orizzontalmente nella parte superiore della troposfera; il flusso orizzontale è chiamato avvezione. L’aria si raffredda finché non scende. Dove raggiunge il suolo, crea una zona di alta pressione. L’aria che scorre da aree di alta pressione a bassa pressione crea venti. L’aria calda può contenere più umidità dell’aria fredda. L’aria che si muove alle basi delle tre principali celle di convezione in ciascun emisfero a nord ea sud dell’equatore crea le cinture di vento globali.

La pressione dell’aria e i venti

All’interno della troposfera sono celle di convezione (Figura sotto).

L’aria che si muove orizzontalmente tra le zone di alta e bassa pressione fa vento. Maggiore è la differenza di pressione tra le zone di pressione più velocemente si muove il vento.

La convezione nell’atmosfera crea il tempo del pianeta. Quando l’aria calda sale e si raffredda in una zona di bassa pressione, potrebbe non essere in grado di trattenere tutta l’acqua che contiene come vapore. Alcuni vapori d’acqua possono condensarsi per formare nuvole o precipitazioni. Quando l’aria fredda scende, si scalda. Poiché può quindi contenere più umidità, l’aria discendente evapora l’acqua sul terreno.

L’aria che si muove tra grandi sistemi di alta e bassa pressione crea le cinture eoliche globali che influenzano profondamente il clima regionale. Sistemi di pressione più piccoli creano venti localizzati che influenzano il tempo e il clima di un’area locale.

Una guida online alla pressione dell’aria e ai venti dell’Università dell’Illinois si trova qui:http://ww2010.atmos.uiuc.edu/%28Gh%29/guides/mtr/fw/home.rxml.

Venti locali

I venti locali derivano dallo spostamento dell’aria tra piccoli sistemi di bassa e alta pressione. Le celle ad alta e bassa pressione sono create da una varietà di condizioni. Alcuni venti locali hanno effetti molto importanti sul tempo e sul clima di alcune regioni.

Brezze di terra e di mare

Poiché l’acqua ha un calore specifico molto alto, mantiene bene la sua temperatura. Quindi l’acqua si riscalda e si raffredda più lentamente della terra. Se c’è una grande differenza di temperatura tra la superficie del mare (o un grande lago) e la terra accanto ad essa, si formano regioni di alta e bassa pressione. Questo crea venti locali.

• Le brezze marine soffiano dall’oceano più fresco sulla terra più calda in estate (figura sotto). Dov’è la zona di alta pressione e dov’è la zona di bassa pressione? Le brezze marine soffiano a circa 10-20 km (da 6 a 12 miglia) all’ora e abbassano la temperatura dell’aria fino a 5-10°C (da 9 a 18°F).
• Le brezze di terra soffiano dalla terra al mare in inverno. Dov’è la zona di alta pressione e dov’è la zona di bassa pressione? Un po ‘ di aria più calda dall’oceano sale e poi affonda sulla terra, causando la temperatura sulla terra a diventare più calda.

Le brezze di terra e di mare creano il clima piacevole per cui è conosciuta la California meridionale. L’effetto delle brezze terrestri e marine si fa sentire solo circa 50 a 100 km (30 a 60 miglia) nell’entroterra. Questo stesso effetto di raffreddamento e riscaldamento si verifica in misura minore durante il giorno e la notte, perché la terra si riscalda e si raffredda più velocemente dell’oceano.

Venti monsonici

I venti monsonici sono versioni su larga scala di brezze terrestri e marine; soffiano dal mare sulla terra in estate e dalla terra sul mare in inverno. I venti monsonici si verificano dove le terre estive molto calde sono vicino al mare. I temporali sono comuni durante i monsoni (Figura sotto).

Il monsone più importante del mondo si verifica ogni anno nel subcontinente indiano. Più di due miliardi di residenti in India e nel sud-est asiatico dipendono dalle piogge monsoniche per la loro acqua potabile e di irrigazione. Ai tempi delle navi a vela, i turni stagionali dei venti monsonici trasportavano merci avanti e indietro tra l’India e l’Africa.

Brezze di montagna e valle

Le differenze di temperatura tra montagne e valli creano brezze di montagna e valle. Durante il giorno, l’aria sui pendii di montagna viene riscaldata più dell’aria alla stessa elevazione su una valle adiacente. Mentre il giorno progredisce, l’aria calda sale e attira l’aria fresca dalla valle, creando una brezza di valle. Di notte i pendii della montagna si raffreddano più rapidamente della valle vicina, il che fa sì che una brezza di montagna scorra in discesa.

Venti katabatici

I venti katabatici si muovono su e giù per i pendii, ma sono brezze di montagna e di valle più forti. I venti katabatici si formano su un’area di terra alta,come un altopiano. L’altopiano è solitamente circondato su quasi tutti i lati da montagne. In inverno, l’altopiano si raffredda. L’aria sopra l’altopiano si raffredda e sprofonda dall’altopiano attraverso le lacune nelle montagne. La velocità del vento dipende dalla differenza di pressione dell’aria sull’altopiano e sui dintorni. I venti katabatici si formano su molte aree continentali. Venti katabatici estremamente freddi soffiano sull’Antartide e sulla Groenlandia.

Venti di Chinook (venti di Foehn)

I venti di Chinook (o venti di Foehn) si sviluppano quando l’aria viene forzata su una catena montuosa. Ciò avviene, ad esempio, quando i venti occidentali portano aria dall’Oceano Pacifico sulle montagne della Sierra Nevada in California. Mentre l’aria relativamente calda e umida sale sul lato sopravento delle montagne, si raffredda e si contrae. Se l’aria è umida, può formare nuvole e far cadere pioggia o neve. Quando l’aria affonda sul lato sottovento delle montagne, forma una zona di alta pressione. Il lato sopravvento di una catena montuosa è il lato che riceve il vento; il lato sottovento è il lato in cui l’aria affonda.

L’aria discendente si riscalda e crea forti venti secchi. Chinook venti possono aumentare le temperature più di 20 ° C (36 ° F) in un’ora e rapidamente diminuire l’umidità. La neve sul lato sottovento della montagna scompare si scioglie rapidamente. Se le precipitazioni cadono mentre l’aria sale sopra le montagne, l’aria sarà secca mentre affonda sulle dimensioni sottovento. Questa aria secca e affondante provoca un effetto rainshadow (Figura sotto), che crea molti dei deserti del mondo.

I venti di Santa Ana

I venti di Santa Ana vengono creati nel tardo autunno e in inverno quando il Grande Bacino ad est della Sierra Nevada si raffredda, creando una zona di alta pressione. L’alta pressione costringe i venti in discesa e in senso orario (a causa di Coriolis). La pressione dell’aria aumenta, quindi la temperatura aumenta e l’umidità diminuisce. I venti soffiano attraverso i deserti sud-occidentali e poi corrono in discesa e verso ovest verso l’oceano. L’aria è forzata attraverso canyon che tagliano le montagne di San Gabriel e San Bernardino (Figura sotto).

I venti di Santa Ana arrivano spesso alla fine della lunga stagione di siccità estiva della California. I venti caldi e secchi asciugano ancora di più il paesaggio. Se un incendio inizia, può diffondersi rapidamente, causando devastazione su larga scala (Figura sotto).

Venti del deserto

Le alte temperature estive nel deserto creano forti venti, che sono spesso associati a tempeste monsoniche. I venti del deserto raccolgono polvere perché non c’è tanta vegetazione per trattenere lo sporco e la sabbia. (Figura sotto). Un haboob si forma nei downdraft sulla parte anteriore di un temporale.

I diavoli di polvere, chiamati anche vortici, si formano quando il terreno diventa così caldo che l’aria sopra di esso si riscalda e sale. L’aria scorre nella bassa pressione e inizia a girare. I diavoli di polvere sono piccoli e di breve durata ma possono causare danni.

Circolazione atmosferica

Poiché più energia solare colpisce l’equatore, l’aria si riscalda e forma una zona di bassa pressione. Nella parte superiore della troposfera, metà si muove verso il Polo Nord e metà verso il Polo Sud. Mentre si muove lungo la parte superiore della troposfera si raffredda. L’aria fresca è densa e quando raggiunge una zona di alta pressione affonda a terra. L’aria viene risucchiata verso la bassa pressione all’equatore. Questo descrive le cellule di convezione a nord ea sud dell’equatore.

Se la Terra non ruotasse, ci sarebbe una cella di convezione nell’emisfero settentrionale e una nel sud con l’aria che sale all’equatore e l’aria che affonda a ciascun polo. Ma poiché il pianeta ruota, la situazione è più complicata. La rotazione del pianeta significa che l’effetto Coriolis deve essere preso in considerazione. L’effetto Coriolis è stato descritto nel capitolo Oceani della Terra.

Diamo un’occhiata alla circolazione atmosferica nell’emisfero settentrionale come risultato dell’effetto Coriolis (Figura sotto). L’aria sale all’equatore, ma mentre si muove verso il polo in cima alla troposfera, devia verso destra. (Ricorda che sembra deviare a destra perché il terreno sottostante si muove.) A circa 30 ° N di latitudine, l’aria dall’equatore incontra l’aria che scorre verso l’equatore dalle latitudini più alte. Quest’aria è fresca perché proviene da latitudini più elevate. Entrambi i lotti di aria scendono, creando una zona di alta pressione. Una volta a terra, l’aria ritorna all’equatore. Questa cella di convezione è chiamata Cella di Hadley e si trova tra 0° e 30 ° N.

Ci sono altre due cellule di convezione nell’emisfero settentrionale. La cella di Ferrell è compresa tra 30 ° N e 50 ° a 60 ° N. Questa cella condivide il suo lato meridionale, discendente con la cella di Hadley a sud. Il suo arto ascendente settentrionale è condiviso con la cella polare situata tra 50°N e 60°N e il Polo Nord, dove scende l’aria fredda.

Ci sono tre cellule di circolazione dell’immagine speculare nell’emisfero australe. In quell’emisfero, l’effetto Coriolis fa sì che gli oggetti sembrino deviare verso sinistra.

Cinture di vento globali

I venti globali soffiano nelle cinture che circondano il pianeta. Le cinture di vento globali sono enormi e i venti sono relativamente costanti (Figura sotto). Questi venti sono il risultato del movimento dell’aria nella parte inferiore delle principali celle di circolazione atmosferica, dove l’aria si muove orizzontalmente da alta a bassa pressione.

Cinture eoliche globali

Diamo un’occhiata alle cinture eoliche globali nell’emisfero settentrionale.

• Nella cella di Hadley l’aria dovrebbe spostarsi da nord a sud, ma è deviata a destra da Coriolis. Quindi l’aria soffia da nord-est a sud-ovest. Questa cintura è gli alisei, così chiamati perché al tempo delle navi a vela erano buoni per il commercio.
• Nella cella di Ferrel l’aria dovrebbe spostarsi da sud a nord, ma i venti soffiano effettivamente da sud-ovest. Questa cintura è i venti occidentali o occidentali. Perché pensi che un volo attraverso gli Stati Uniti da San Francisco a New York City richieda meno tempo rispetto al viaggio inverso?
• Nella cella polare, i venti viaggiano da nord-est e sono chiamati i polar easterlies

Le cinture di vento sono chiamate per le direzioni da cui provengono i venti. I venti occidentali, ad esempio, soffiano da ovest a est. Questi nomi valgono anche per i venti nelle cinture di vento dell’emisfero australe.

Questa video conferenza discute il modello a 3 celle della circolazione atmosferica e le cinghie eoliche globali risultanti e le correnti eoliche superficiali (5a): http://www.youtube.com/watch?v=HWFDKdxK75E (8:45).

Venti e precipitazioni globali

Oltre al loro effetto sulle fasce eoliche globali, le aree di alta e bassa pressione create dalle sei celle di circolazione atmosferica determinano in modo generale la quantità di precipitazioni che una regione riceve. Nelle regioni a bassa pressione, dove l’aria sta aumentando, la pioggia è comune. Nelle aree ad alta pressione, l’aria che affonda provoca l’evaporazione e la regione è solitamente asciutta. Effetti climatici più specifici saranno descritti nel capitolo sul clima.

Fronti polari e flussi a getto

Il fronte polare è la giunzione tra il Ferrell e le celle polari. In questa zona di bassa pressione, l’aria relativamente calda e umida della cella di Ferrell si imbatte nell’aria relativamente fredda e secca della cella polare. Il tempo in cui questi due si incontrano è estremamente variabile, tipico di gran parte del Nord America e dell’Europa.

La corrente a getto polare si trova in alto nell’atmosfera dove le due cellule si uniscono. Una corrente a getto è un fiume d’aria che scorre veloce al confine tra la troposfera e la stratosfera. I flussi a getto si formano dove c’è una grande differenza di temperatura tra due masse d’aria. Questo spiega perché la corrente a getto polare è la più potente del mondo (Figura sotto).

I flussi a getto si muovono stagionalmente proprio come l’angolo del Sole nel cielo si muove a nord ea sud. La corrente a getto polare, nota come “la corrente a getto”, si sposta a sud in inverno e a nord in estate tra circa 30°N e 50° a 75°N.

Riepilogo della lezione

• I venti soffiano dalle zone di alta pressione alle zone di bassa pressione. Le zone di pressione vengono create quando l’aria vicino al suolo diventa più calda o più fredda dell’aria vicina.
• I venti locali possono essere trovati in una valle di montagna o vicino a una costa.
• I modelli di vento globale sono a lungo termine, venti costanti che prevalgono intorno a una grande porzione del pianeta.
• La posizione delle cinture eoliche globali ha una grande influenza sul tempo e sul clima di un’area.

Domande di revisione

1. Disegna un’immagine di una cella di convezione nell’atmosfera. Etichettare le zone di bassa e alta pressione e dove si trova il vento.
2. In quali circostanze i venti saranno molto forti?
3. Dato quello che sai sulle cellule di convezione su scala globale, dove viaggieresti se fossi interessato a sperimentare una pioggia calda e abbondante?
4. Descrivi la circolazione atmosferica per due luoghi in cui è probabile trovare deserti e spiega perché queste regioni sono relativamente calde e secche.
5. Come potrebbero i monsoni indiani essere ridotti in grandezza? Che effetto avrebbe una riduzione di questi importanti monsoni su quella parte del mondo?
6. Perché il nome “mangiatore di neve” è una descrizione adatta di Chinook winds?
7. Perché l’effetto Coriolis fa sì che l’aria appaia muoversi in senso orario nell’emisfero settentrionale? Quando l’effetto Coriolis fa sì che l’aria appaia muoversi in senso antiorario?
8. I marinai una volta si riferivano a una parte dell’oceano come alla stasi. Questa è una regione dove spesso non c’è vento, quindi le navi diventerebbero calmate per giorni o addirittura settimane. Dove pensi che la stasi potrebbe essere relativa alle cellule di circolazione atmosferica?
9. Immagina che la corrente a getto si trovi più a sud del solito per l’estate. Com’è il tempo nelle regioni appena a nord della corrente a getto, rispetto a un’estate normale?
10. Dare una descrizione generale di come si formano i venti.

Ulteriori letture/Collegamenti supplementari

• Sistemi di alta e bassa pressione animazioni, Bureau of Meteorology, Governo australianohttp://www.bom.gov.au/lam/Students_Teachers/pressure.shtml

Punti da considerare

• In che modo i venti locali influenzano il tempo in un’area?
• In che modo le cinture eoliche globali influenzano il clima in un’area?
• Quali sono i principi fondamentali che controllano il modo in cui circola l’atmosfera?