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CORSO DI METEOROLOGIA GENERALE E AERONAUTICA
CORSO DI METEOROLOGIA GENERALE E AERONAUTICA 2 - Termodinamica dell’Atmosfera GRANDEZZE TERMODINAMICHE - SCALE TERMOMETRICHE PROPAGAZIONE DEL CALORE - ALBEDO BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA Dr. Marco Tadini meteorologo U.M.A. Home Page - Ufficio Meteorologico Aeroportuale www.ufficiometeo.it Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera GRANDEZZE TERMODINAMICHE Q energia – esprime la capacità di un corpo a compiere lavoro Q energia cinetica – posseduta da un corpo grazie al suo movimento – proporzione al quadrato della velocità Ec=½mv2 Q temperatura (di un solido, liquido o gas) – relativamente alle particelle costituenti è: Q Q Q indice del loro grado di agitazione correlata alla loro velocità media ⇒ en. cinetica media calore – forma di energia – da un corpo ad altro con diversa temperatura 2 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera SCALE TERMOMETRICHE DEFINIZIONI E CONVERSIONI 3 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera PROPAGAZIONE DEL CALORE Q conduzione – tipico dei solidi – tra due corpi a contatto o tra parti stesso corpo Q convezione – tipico dei fluidi – correnti convettive: Q si scalda una sezione di fluido Q le molecole si spostano all’interno del fluido Q trasporto di energia cinetica ⇒ trasporto di calore 4 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera PROPAGAZIONE DEL CALORE Q irraggiamento (trasferimento radiativo) – propagazione nel vuoto alla velocità luce – tipico del sistema Sole - Terra – assenza di materia – onde elettromagnetiche assorbite e trasformate in calore – corpo emittente: Q quantità di radiazione emessa dipende dalla temperatura – corpo assorbente: Q quantità di radiazione assorbita dipende dalla superficie Q albedo: rapporto tra radiazione riflessa e radiazione totale 5 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera TRASFERIMENTO RADIATIVO RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA NATURA DELLA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA E DEFINIZIONE DI SPETTRO ELETTROMAGNETICO 6 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera TRASFERIMENTO RADIATIVO RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA LEGGE DELL’INVERSO DEL QUADRATO DELLA DISTANZA E DEFINIZIONE DI EQUILIBRIO RADIATIVO 7 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera TRASFERIMENTO RADIATIVO LEGGI DEL CORPO NERO 8 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera TRASFERIMENTO RADIATIVO RELAZIONE TRA ALBEDO - TEMPERATURA E ALBEDO CARATTERISICA DI ALCUNE SUPERFICI TERRESTRI 9 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO Q Sole e Terra emettono energia con un massimo: – Sole: regione visibile VIS dello spettro elettromagnetico – Terra: regione infrarossa IR dello spettro elettromagnetico Q radiazione solare VIS raggiunge il suolo terrestre – atmosfera trasparente a radiazione solare VIS – riscaldamento Terra per assorbimento di radiazione solare IR Q Q Terra emette radiazione infrarossa IR emissione IR Terra parzialmente dispersa nello spazio – parziale assorbimento di radiazione IR da parte atmosfera – riscaldamento atmosfera e riemissione di radiazione IR Q Terra assorbe emissione IR atmosfera – riscaldamento Terra (effetto serra) 10 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO MASSIMI DI EMISSIONE ENERGETICA SOLARE (VISIBILE) E TERRESTRE (INFRAROSSO) Sole e Terra presentano emissione caratteristica di corpi neri, rispettivamente a temperature di 6000 K e 255 K 11 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO EFFETTO SERRA 12 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO Q il sistema Terra + atmosfera: – riceve 100 unità di radiazione dal Sole: Q Q 30 disperse (albedo totale) 70 assorbite: – 19 da nubi e atmosfera – 51 dal suolo Q la superficie terrestre emette: – 6 unità IR disperse nello spazio – 111 unità assorbite IR dall’atmosfera Q l’atmosfera terrestre emette: – 64 unità IR disperse nello spazio – 96 unità assorbite dalla superficie terrestre 13 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO Q il sistema Sole / Terra + atmosfera: – unità IR disperse nello spazio: 64+6=70 ⇒ bilancio con le 70 assorbite ⇒ equilibrio radiativo Q la superficie terrestre: – unità ricevute: 51 sole + 96 IR = 147 – unità disperse: 6 IR +111 IR = 117 ⇒ fuori bilancio Q Q vi è radiazione in eccesso da dissipare (30 unità) altrimenti la superficie terrestre brucerebbe 14 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO Q trasferimento di calore sensibile (7 unità): – – – Q sensibile: che si può misurare (termometri) calore si sposta da una località all’altra variazioni di temperatura in superficie trasferimento di calore latente (23 unità): – calore assorbito dall’acqua che evapora – CALORE LATENTE DI EVAPORAZIONE Q – – – 600 calorie per trasformare in vapore 1 gr acqua le correnti convettive trasportano vapore (e energia) vapore che condensa restituisce la stessa energia CALORE LATENTE DI CONDENSAZIONE Q 600 cal per ogni gr di vapore che condensa 15 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO RADIAZIONE SOLARE INCIDENTE E BILANCIO ENERGETICO 16 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera BILANCIO TERMICO ATMOSFERICO TRASFERIMENTO DI CALORE SENSIBILE E LATENTE 17 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA Q curva insolazione solare – ha il massimo a mezzogiorno Q curva emissione IR terrestre – ha il massimo alcune ore dopo Q Q Q tempo necessario a superficie terrestre per assorbire radiazione solare VIS e riemettere radiazione IR l’aria si scalda assorbendo radiazione infrarossa temperatura massima giornaliera viene registrata nel primo pomeriggio 18 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA Q sovrapponendo le due curve di emissione: – se curva insolazione supera curva emissione IR: ⇒ aumento della temperatura – temperatura sale fino curva IR supera curva sole: ⇒ incrocio tra due curve segna massima diurna ⇒ circa metà pomeriggio – temperatura cala fino curva sole supera curva IR: ⇒ incrocio tra due curve segna minima notturna ⇒ subito dopo sorgere del sole 19 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA MASSIME E MINIME GIORNALIERE IN FUNZIONE DELLE CURVE DI IRRAGGIAMENTO SOLARE E DI EMISSIONE INFRAROSSA TERRESTRE 20 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA Q notte: – forte emissione IR e assenza di irraggiamento – con cielo sereno radiazione IR dispersa nello spazio – il terreno si raffredda (raffreddamento radiativo) – l’aria è un cattivo conduttore di calore – solo lo strato di aria vicino suolo diviene freddo – al suolo aria più densa che a quote successive – assenza di rimescolamento convettivo – alterato il profilo termico della bassa troposfera – si forma una inversione termica 21 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA RISCALDAMENTO DIURNO E DEFINIZIONE DI CALORE SPECIFICO 22 Corso di Meteorologia Generale e Aeronautica Termodinamica dell’Atmosfera ESCURSIONE TERMICA GIORNALIERA RAFFREDDAMENTO NOTTURNO E FORMAZIONE DI INVERSIONE TERMICA 23
