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20 L' Atmosfera

Se non vi piace il tempo a Ithaca, aspettate qualche minuto. Diventerà peggiore.
Mark Twain

 

20.1   Circolazione intorno ai Fronti e ai Centri di Bassa Pressione

Poiché la terra gira e l'aria si muove, esistono gli importanti effetti di Coriolis.¹ Non capirete mai come i sistemi meteo funzionano fino a quando non presterete attenzione a ciò.
Siamo abituati a vedere la rotazione dei sistemi tempotaleschi rappresentati nei bollettini meteo, ma dovreste ricordarvi che anche una grande porzione di aria, che appare assolutamente ferma sulla mappa meteo, in realtà sta ruotando, a causa della rotazione della terra.

Qualsiasi porzione di aria che sembra ruotare sulla mappa deve ruotare più velocemente o più lentamente della superficie sottostante. (In particolare, l'aria in un temporale generalmente ruota più velocemente.)

Sulla base della loro esperienza giornaliera, la gente pensa di capire come l'aria si comporta:

• Sanno che la corrente di aria da un ventilatore si muove in linea retta, senza particolare tendenza a curvare a destra o a sinistra.
• Sanno che una volta che il ventilatore è spento, il flusso d'aria non durerà molto a lungo o andrà molto lontano prima di essere vinto dall'attrito.

Tuttavia, quando consideriamo i modelli esterni del flusso d'aria che la natura ha generato, la storia cambia completamente. In una porzione di aria che è larga molte miglia , spessa un miglio e un miglio distante dalla superficie, vi possono essere modelli di flusso d'aria che durano ore o giorni, perché vi è molto più inerzia e molto meno attrito. Durante queste ore o giorni, la terra continuerà a ruotare, in modo che gli effetti di Coriolis diventeranno molto importanti.

Nota: In questo capitolo, userò il simbolo § per indicare frasi e parole che sono corrette nell'emisfero nord ma che devono essere invertite nell'emisfero del sud. I lettori nell'emisfero nord possono ignorare il simbolo §.

20.1.1   Flusso intorno a un basso livello

Supponiamo di trovarci in una situazione dove non c' è vento e dove tutto è in equilibrio. Scegliamo la terra che ruota come nostra struttura di riferimento, che è una scelta tradizionale e ragionevole. In questo struttura che ruota osserviamo un campo centrifugo, così come il solito campo gravitazionale, ma l'aria è distribuita in tal modo che sua pressione è in equilibrio con quei campi.

Allora supponiamo che la pressione improvvisamente cambi, così che ci sarà una regione dove la pressione è più bassa della sopraccennata pressione di equilibrio.

In alcuni casi la regione di pressione bassa è approssimativamente dello stesso formato in ogni direzione, nel qual caso è denominata centro di bassa pressione (o semplicemente bassa ) ed è segnato con una grande "L" sulle mappe meteo (B in italiano NdT). In altri casi, la regione di bassa pressione è abbastanza lunga e sottile, nel qual caso è denominato depressione ed è contrassegnato da "trof" sulla mappa. Si veda figura 20.1.

In entrambi i casi, abbiamo un gradiente di pressione . Ogni particella di aria è sottoposta a una forza non bilanciata dovuta al gradiente di pressione.

Inizialmente, ogni particella di aria si muove direttamente verso l'interno, nel senso del gradiente di pressione, ma ogni volta che si muove è sottoposta alle grandi forze oblique di Coriolis, come appare nella figura figura 20.2. Entro breve, il movimento sarà una circolazione quasi completamente in senso antiorario intorno al basso livello, come appare figura 20.3 e questo modello persiste durante la maggior parte della durata della regione a bassa pressione. Se siete esposti sottovento alle posizioni come quella contrassegnaste A, il gradiente di pressione verso sinistra è equilibrata  dalla forza di Coriolis verso destra ed il vento soffia in linea retta parallela alla depressione. Alle posizioni come quella contrassegnata B, il gradiente di pressione è più forte della forza di Coriolis. La risultante netta delle forze fa deflettere l'aria.

Figura 20.1: Forza iniziale vicino ad una regione di bassa pressione

 

 

 

Figura 20.2: Movimento iniziale vicino ad una regione di bassa pressione

 

Figura 20.3: Movimento costante vicino ad una regione di bassa pressione

 

 

Ora dobbiamo considerare l'attrito (oltre che le altre forze accennate appena). Il senso della forza frizionale sarà opposto al senso di movimento. Ciò ridurrà la velocità circolatoria e permetterà che l'aria si muova gradualmente a spirale verso l'interno.

La semplice deduzione che l'aria debba scorrere da una regione ad alta pressione verso una regione di bassa pressione è corretta soltanto negli strati più bassi dell'atmosfera, in cui l'attrito è dominante. Se non fosse per attrito, il livello basso non otterrebbe mai riempito. Aogni data altezza ù, l'attrito è  trascurabile in modo che l'aria in alto circola intorno alla regione di bassa pressione.

 

Il lettore attento può aver notato una somiglianza fra l'aria nella figura 20.2 ed il bean-bag nella figura 19.12. Nel primo caso, qualcosa tira verso l'interno ed aumenta il suo movimento circolatorio “a causa” della forza di Coriolis e nell'altro caso qualcosa tira verso l'interno ed aumenta il relativo movimento circolatorio “a causa”  della conservazione del momento  angolare. Per un bean-bag, potete analizzarlo in un modo o nell’altro ed ottenete la stessa risposta. Inoltre per un semplice centro a bassa pressione, potete analizzarlo in un modo o nell’altro ed ottenete la stessa risposta. Per una depressione, tuttavia, non c’è un modo conveniente per applicare l'argomento di conservazione.

In alcun caso, non è corretto pensare che l'aria giri intorno ad un livello basso in parte a causa della conservazione del momento angolare e in parte a causa della forza di Coriolis. Quelli sono solo due modi di guardare la stessa cosa; non sono cumulativi.

20.1.2 Fronti e Depressioni

Come detto precedentemente, ogni volta che il vento soffia in linea retta, è necessaria una minore pressione sulla sinistra per equilibrare la forza di Coriolis alla destra (assumendo che stiate affrontando il sottovento). In particolare, il modello classico del vento caratterizzato da un fronte freddo (come appare in figura 20.4) è associato con una depressione, (come appare in figura 20.5). La forza generata dalla pressione bassa è l'unica cosa che potrebbe generare il caratteristico modello frontale di flusso.

 

Figure 20.4: Vento in prossimità di un Fronte

 

Figure 20.5: Pressione in prossimità di un Fronte

 

Figure 20.6: Temperatura in prossimità di un Fronte

Lo spostamento del vento è ciò che definisce l'esistenza del fronte. L’aria scorre in una direzione sul lato del fronte mentre dall’altra parte scorre in senso opposto (come mostrato in figura 20.4.

Il fronte è solitamente orientato in modo approssimativo in senso Nord/Sud ed il sistema intero viene trasportato verso Est trasportato dai prevalenti venti che provengono da Ovest. In questo caso, abbiamo il classico scenario del fronte freddo, come appare in figura 20.4, figura 20.5 e figura 20.6.Davanti al fronte, circolano correnti d'aria umida e calda da Sud, mentre dietro il fronte, circolano correnti d'aria fredde e secche dal Nord. Di conseguenza la temperatura si abbassa quando passa il fronte. Tra due fronti freddi, vi è tipicamente una tendenza di riscaldamento non-frontale graduale, con i venti leggeri.

Potete usare i modelli del vento a vostro vantaggio quando volate. Se vi è un fronte o un centro di pressione vicino vicino alla rotta che state seguendo, indagate sui venti previsti in quota. Partite scegliendo un itinerario che mantiene la bassa pressione al vostro sinistra. Dopo aver regolato la vostra quota e/o la rotta troverete spesso un notevole vento in quota (o comunque un vento frontale sostanzialmente diminuito).
 
Nota: da tradizione antica, i meteorologi denominano i venti in base alla direzione da dove provengono. Un vento del sud scorre da sud a nord. Qusi tutte le altre cose vengono denominate seguendo un criterio opposto. Un aereo con rotta verso sud sta volando verso il sud. I fisici ed i matematici chiamano tutti i vettori tramite la direzione verso la quale sono diretti. Per evitare la confusione, è meglio dire”il vento dal sud”del piuttosto che “vento del sud”.

Un fronte caldo è in un certo senso lo stesso di un fronte freddo. Non è certamente l'opposto di un fronte freddo. In particolare, è egualmente una depressione ed ha lo stesso modello di flusso ciclonico.

Un fronte caldo si forma quando tipicamente quando una parte del normale fronte freddo si stacca e ruota in senso inverso da Est a Ovest fino alla direzione Nord di un forte centro di bassa pressione, come mostrato in figura 20.7.In altre parole, vicino al centro di bassa pressione il vento che circola intorno al centro è più forte della generale rotazione in senso Ovest verso Est dell’intero sistema.

Figure 20.7: Fronte Caldo

Se un fronte caldo attraversa un determinato punto, un fronte freddo deve aver attraversato quel determinato punto circa un giorno prima. Ciò non è valido per la situazione inversa: il passaggio di un fronte freddo non vuol dire che dovrete aspettarvi un fronte caldo dopo circa un giorno.Più comunemente, la pressione è più o meno ugualmente bassa lungo la maggior parte del fronte depressionario. Non ci sarà un fronte caldo e il fronte freddo sarà seguito da tempo sereno fino al successivo fronte freddo.

La bassa pressione, che può comprendere sia dronti caldi che freddi, è associata a mal tempo per una semplice ragione. La bassa pressione è originata da un movimento verso l’alto che sposta parte dell’aria, trasportandola verso la stratosfera. L’aria si raffredda adiabaticamente mentre sale. Quando l’aria raggiunge il punto di rugiada, si originano nuvole e precipitazioni. Il calore latente di condensazione rende l’aria più calda rispetto all’aria che le sta intorno, rafforzando il movimento verso l’alto.

Il flusso di ritorno dalla stratosfera (alta pressione, aria discendente molto secca, e nessuna nuvola) generalmente si verifica sopra vasti spazi aperti, non convergento in alcun tipo di fronte. Non si verificano improvvisi mutamenti di direzione del vento né improvvisi cambiamenti di temperatura. Tale situazione non è considerata una condizione meteo “significativa” e non è riportata sulle carte meteorologiche.

20.2 Pressione e venti in quota

L’aria si restringe quando si raffredda. Questo semplice concettosa alcune importanti conseguenze. Tale fatto incide sui vostri altimetri come verrà discusso nella sezione 20.2.3.Inoltre rendere ragione di alcuni fatti fondamentali che riguardano i venti in quota, come vedremo ora

20.2.1 Gradiente Termico del Vento

Coloro che non volano non sono molto preparati riguardo i venti in quota. Qualsiasi pilota che ha volato in direzione ovest durante l'inverno è adeguatamente preparato riguardo alcuni importanti fatti.

• I venti in quota tendono a provenire da ovest.
• I venti in quota sono più forti durante l'inverno.
• I venti in quota aumentano proporzionalmente all'altitudine.

Una tipica situazione è mostrata in figura 20.8. In gennaio, la temperatura media a Vero Beach, Florida, è circa di 15 gradi Centigradi (59 Fahrenheit), mentre la temperatura media a Oshkosh, Wisconsin è circa di 10 gradi Centigradi (14 Fahrenheit). Immaginate un giorno in cui i venti di superficie sono molto deboli edla pressione barometrica al livello del mare è la medesima ovunque, cioè 1013 millibars.

Figure 20.8: Thermal Gradient Wind

 

 

La pressione sopra Vero Beach diminuirà in relazione alla altitudine . In accordo con la International Standard Atmosphere (ISA), noi ci aspettiamo che la pressione sia di 697 millibars a 10,000 piedi .

Naturalmente anche la pressione sopra Oshkosh diminuirà in relazione alla altitudine ma non seguirà esattamente i parametri ISA, perchè l'aria è 25 gradi centigradi più fredda rispetto allo standard . L'aria si restringe quando diventa fredda . Nella figura, ho disegnato una pila di dieci scatole per ognuno dei due posti . Ogni scatola di VRB contiene lo stesso numero di molecole d'aria della corrispondente scatola di OSH.3 La pila di scatole a OSH è più corta che a VRB.

Il fatto che la colonna d'aria di OSH si sia ristretta ( mentre quella di VRB non lo sia ) produce un grande effetto sui venti in quota . Come menzionato prima, la pressione a VRB è 697 millibars a 10,000 piedi . Al contrario, la pressione a OSH è 672 millibars alla stessa altitudine - una differenza di 25 millibars.

Questo crea una forza enorme in aria . Questa forza produce un movimento, cioè un vento di 28 nodi verso ovest . (ancora una volta durante la maggior parte della esistenza di questo pattern di pressione , il gradiente di pressione verso sinistra è bilanciato dalla forza di Coriolis verso destra, assumendo che voi stiate affrontando il sottovento) Questo è il vento medio a 10,000 piedi , ovunque tra VRB e OSH.

Più generalmente, è da ritenersi che la pressione di superficie sia abbastanza uniforme (come normalmente accade) e che le temperature non siano uniformi (come normalmente accade, specialmente in inverno). Se voi avete basse temperature alla vostra sinistra e temperature elevate alla vostra destra, avrete un tailwind in quota . Più in alto andrete, maggiore sarà il vento . Questo è chiamato gradiente termico del vento.

La velocità del vento sarà proporzionale al gradiente di temperatura. Sopra una grande massa d'aria con temperatura uniforme non vi sarà alcun gradiente termico del vento. Ma se vi è un fronte tra una massa d'aria calda e una massa d'aria fredda, si assisterà ad un ampio cambiamento di temperatura in una distanza limitata, e ciò potrà veramente creare dei venti di quota molto forti.

Nel mese di Luglio OSH si riscalda considerevolmente, raggiungendo circa 20 gradi centigradi, mentre VRB si riscalda di meno, raggiungendo i 25 gradi circa. Questo il motivo per cui il gradiente termico del vento è più debole in estate rispetto all' inverno - in media solamente cinque nodi a 10,000 piedi.

In realtà il cambiamento di temperatura dalla Florida al Wisconsin non si verifica in modo perfettamente uniforme, in quanto ci possono essere ampi spazi con temperature relativamente uniformi separati il modo piuttosto brusco da grandienti di temperatura - fronti freddi o fronti caldi. Sopra le regioni uniformi il gradiente termico del vento sarà più debole mentre sopra i fronti diventerà più forte.

Per motivi di semplicità, in questo azione si assume che la pressione al livello del mare è la medesima in ognuno dei due posti. Inoltre si assume anche che il profilo di temperatura sopra ogni dato punto è determinato dalla temperatura di superficie e dal tasso di graduale abbassamento della " atmosfera standard".

Non dovete preoccuparvi di tali dettagli in quanto come piloti non avete la necessità di calcolare da voi stessi le previsioni dei venti in quota, . lo scopo specifico era quello di rendere le previsioni ufficiali meno sorprendenti, meno disorientranti è più facili da ricordare.

20.2.2 Altimetria

L’altimetro di un aereo non misura realmente l'altitudine. In realtà misura la pressione, la quale è in relazione con la altitudine, ma non è esattamente la stessa cosa.

Al fine di ottenere una stima dell'altitudine, l'altimetro si affida a un processo composto da due fasi. Nella prima, l’altimetro ha un pomello che potete azionare attraverso il quale vi rendete conto di quanto le condizioni atmosferiche fanno salire o scendere la pressione atmosferica. Dovreste effettuare questa regolazione sulla pista prima del decollo e, per voli molto lunghi, dovreste aggiornare la regolazione via radio. Qualora dimenticaste di farlo potreste trovarvi a una quota eccessivamente bassa, se volate verso una regione dove la pressione barometrica è più bassa. La frase mnemonica è: ``High to low, look out below'' (Dall'altro verso il basso, guardatevi bene sotto. NdT)

Gli altimetri non sono perfetti. Anche se un altimetro e un aereo sono stati controllati il giorno prima, e sono stati trovati all'interno dei parametri di tolleranza, 

- L’altimetro potrebbe essere in errore di 30 piedi quando legge 2500 ( in accordo con le tolleranze. indicate nella FAR 43 Appendix E).

- Se l’aereo vola alla velocità di 100 nodi, la quota indicata potrebbe avere un errore di ulteriori 30 piedi, dovuti a nonidealities nella regolazione della porta statica (FAR 23.1325).

- Se l'aereo sta scendendo alla velocità di 750 FPM, l'altimetro potrebbe avere un errore di ulteriori 70 piedi , causati da attrito nel meccanismo (FAR 43 Appendix E).

- Vi potrebbero essere 30 piedi di isteresi (intervallo fra una reazione e il fenomeno che l'ha scatenata NdT), qualora abbiate effettuato di recente una discesa da una quota molto alta (FAR 43 Appendix E).

Un vento che scorre sopra una superficie alare ben disegnata come la forma di una collina può produrre una bassa pressione . Un vento di 35 può produrre un errore altimetrico di 50 piedi, Vedi la sezione 3.4.1.

Il primo dei fattori sopra indicati potrebbe indurre un errore in entrambe le direzioni, mentre gli altri fattori certamente produrranno degli errori nella direzione peggiore (ovvero indicheranno una quota maggiore di quella reale???)quando effettuerete una discesa.

Inoltre, se l'aeroplano è stato in servizio per alcuni mesi dall'ultimo controllo, la calibratura potrebbe essersi spostata leggermente. Tutto sommato potrebbe essere perfettamente plausibile trovare che il tuo altimetro è in errore di 50 piedi quando è parcheggiato al suolo, e di essere in errore di 200 piedi mentre effettuate una discesa sopra un terreno collinoso.

20.2.3   High Altimeter due to Low Temperature

L’ altimetro misura la pressione e la converte nella cosiddetta quota. questa conversione è basata sull'assunto che la pressione atmosferica attuale varia con la quota nella stessa maniera in cui varierebbe la pressione atmosferica standard. la pressione diminuisce di circa il 3.5% per 100 piedi in relazione alla temperatura.

Il problema è che lo strumento non tiene conto della temperatura non standard. Per questo motivo se voi settate l'altimetro correttamente sulla pista di un posto freddo, esso diventerà inaccurato durante il volo. L'altimetro indicherà che vi trovate a una quota maggiore di quanto non siate in realtà. Questo fatto potrebbe arrecarvi problemi se voi avete contato sull’ altimetro per trovare un terreno sgombro. La frase mnemonica è HALT – Altimetro Alto a causa della Bassa Temperatura.

Per esempio, supponete di effettuare un avvicinamento strumentale verso Saranac Lake, NY, in accordo con la procedura approvata dalla FAA `”Localizer Runway 23”. L'altezza dell'aeroporto è di 1663 piedi. Ottenete una regolazione altimetrica dell'aeroporto via radio, poiché desiderate che il vostro altimetro sia il più preciso possibile quando raggiungerete la pista.

Inoltre sapete che la temperatura di superficie è di -32 gradi centigradi, che costituisce una temperatura molto bassa ma non è cosa rara in questo posto. Questo

significa che l'atmosfera è circa 45 C più fredda dell'atmosfera standard. Questo a sua volta significa che l'aria ha subito una riduzione di volume di circa il 16 %. Durante l'approccio vi troverete a essere eccessivamente bassi di circa il 16 % della vostra altezza (quota indicata) sopra l'aereoporto.

La procedura richiede il passaggio sopra l’outer marker (indicatore esterno) a 3600 MSL, e successivamente una discesa fino a 2820 MSL che costituisce l'Altitudine Minima di Discesa. Questo implica che durante l'avvicinamento finale, voi crediate di essere a 1157 piedi sopra l' aeroporto. Se fate affidamento ciecamente al vostro altrimetro, vi troverete a 1157 "piedi compressi" sopra l' aeroporto, che corrispondono solamente a circa 980 piedi reali. Vi troverete a una quota più bassa di centottanta piedi reali (210 piedi compressi) rispetto a quanto stimato: tanto per dare un senso a questo numero, ricordate che gli avvicinamenti con localizzatore sono progettati per fornire solamente 250 piedi di assenza di ostacoli.⁴

Dovrete addizionale questo errore HALT con gli errori normali dell'altimetro discussi nella sezione 20.2.2. La combinazione dei due errori potrebbe farvi trovare a una quota inferiore di 400 piedi rispetto a quanto indicato dall'altimetro, ben sotto lo spazio aereo protetto: potreste urtare gli alberi della Blue Hill, a 3.9 miglia a NordEst dell'aeroporto.

Potreste chiedervi per quale motivo non si sono ancoraverificati un gran numero di incidenti-- specialmente da quando la Quota di Discesa Minima (Minimum Descent Altitude) è stata ridotta (1117 piedi, fino alla metà dell'anno 2001). Le possibili spiegazioni sono:

• La maggior parte dei piloti usa l'avvicinamento ILS piuttosto che quello con lo localizzatore. Questo implica la guida verticale elettronica la quale non è influenzata dalla temperatura.
• In inverno la atmosfera reale ha un margine di errore minore rispetto alla atmosfera standard specialmente alle quote più basse così gli errori sono generalmente minori rispetto a quanto la semplice teoria potrebbe suggerire.
• La FAA ha sopra stimato l'altezza degli alberi. Come criterio standard hanno assunto che vi siano piccole strutture e alberi che raggiungono i 200 piedi al di sopra della superficie di atterraggio ma gli alberi sopra la Blue Hill sono probabilmente più vicini a 100 piedi. Ciò può essere di aiuto ma non dobbiamo fare affidamento su questo. Gli alberi continuano a crescere e altri alberi nelle vicinanze sono più alti di 150 piedi. Inoltre se qualcuno costruisce una torre di 150 piedi sulla cima della Blue Hill, la FAA non cambierà la MDA per questa procedura di atterraggio e pertanto potrebbero esserci dei problemi per la sicurezza.
• La nuova MDA fissata a 1157 piedi è di circa 40 piedi più alta di quanto vi dovreste aspettare semplicemente basandosi sull'altezza della collina. Ho già detto che ciò costituisce una sorta di sconto per effetto del vento che soffia sopra la superfice collinosa come specificato prima.

Benché "normalmente" non accadano incidenti, noi comunque dobbiamo fare qualcosa per aumentare il marginie di errorie.

 

Esiste un modo semplice per migliorare la situazione: quando è freddo voi dovrete applicare la compensazione di temperatura a tutte le quote critiche per per la presenza di ostacoli.

Potete fare a mente un calcolo approssimato: se è freddo aggiungete il 10 %; se è molto molto freddo aggiungete il 20%. Una compensazione approssimata e comunque meglio che nessuna compensazione.

Le percentuali sono applicate alla quota al di sopra del campo o più precisamente all'altezza sopra la stazione che vi invia inviando i parametri del vostro altimetro. Nel nostro esempio, il 20% di 1157 corrisponde a circa 230. Bisogna aggiungere 230 a 2820 per ottenere 3050, che è il numero che desiderate vedere sul vostro altimetro durante l'avvicinamento finale. Potete notare che 3050 rappresenta una peculiare somma: 1663 di piedi reali più 1387 di piedi compressi.

Per una maggiore precisione, potete usare la seguente formula. La quota indicata che volete vedere è:

dove F è la quota del campo, A_r la quota reale che intendete avere (così A_r-F la quota sopra il campo in piedi reali), l è il margine di errore standard (2 ^°C per mille piedi), T_f è la temperatura sul campo, 273.15 è la conversione da gradi Centigradi alla temperatura assoluta (Kelvin), e 15 C = 288.15 K è la temperatura a livello del mare della atmosfera standard.

Potrebbe essere utile effettuare questo calcolo per un range di temperature e tabellare i risultati. Un esempio è illustrato nella table 20.1. Fate una riga per ogni quota critica, non solo per la Quota di Discesa Minima (MDA). Poi, per ogni volo trovate la colonna che meglio si adatta alle condizioni di temperature e scrivete ciascun valore relativo al livello di avvicinamento.

Table 20.1: Saranac Lake Critical Altimeter Readings

Può essere pericoloso non avere in debito conto della compensazione di temperatuta. Infatti se vivete nel New Jersey per molti anni senza avere la necessita di conoscere questo metodo -- ma potreste fare un volo per Saranac Lake in un paio di ore e trovarvi una spiacevole sorpresa.

La correzione HALT è importante laddove le temperature sono inferiori allo standard e la quota sopra il campo di volo è una piccola frazione della quota sopra la stazione che vi fornisce i dati i regolazione del vostro altimetro. Questo può succedere in due situazione:

• Quando effettuate un avvicinamento strumentale, è necessario aggiungere 200 piedi di compensazione; questo può fare la differenza tra un incidente e un atterraggio sicuro.
• Quando volate su alte montagne potrebbe esere necessaria una compensazione molto alta; 12.000 piedi compressi potrebbero non bastare per passare sopra una montagna di 10,000 piedi.

20.3   Venti Prevalenti e Venti Stagionali

Una particella di aria avra una densità minore se ha:

• una temperatura più alta,
• un punto di rugiada più alto, e/o
• una minore pressione.

Se la particella di aria è meno densa dell'aria circostante, essa sarà soggetta a una forza ascensionale.⁵

20.3.1   Patterns di Circolazione Primaria

Come tutti sanno, i tropici sono più caldi e più umidi delle regioni popolari. Pertanto vi è una tendenza permanente ad avere aria ascensionale all'equatore e aria in discendente al poli.⁶ Questo spiega il motivo per cui le regioni equatoriali sono note per avere un tempo atmosferico generalmente nuvoloso e piovigginoso e anche il motivo per cui le regioni polari hanno eccezionali cieli limpidi.

Potreste pensare che l'aria a livello dell'equatore salga, viaggi presso il poli a quote elevate, e, raggiunto i poli, torni indietro verso l'equatore a quote basse. La situazione reale è un po' più complicata, molto più simile a quella mostrata nella figura 20.9. In ciascun emisfero esistono tre enormi cellule di circolazione. In buona approssimazione troviamo aria ascensionale a livello delle equatore, aria discendente a 25 gradi di latitudine, aria ascendente a 55 gradi di latitudine e aria discendente al poli. Questo aiuta a capire il motivo per cui esistono grandi aree desertiche vicino alla latitudine di 25 gradi in diverse parti del mondo.

Figura 20.9: Cellule di circolazione primaria

Le tre cellule sono chiamate nel modo seguente:: the la cellula di Hadley (dal nome della persona che per prima suppose l'esistenza di questo tipo di circolazione, circa 250 anni fa), la cellula di Ferrel, and la cellula polare. Il quadro di insieme è chiamato teoria tricellulare. Questa teoria descrive correttamente alcune interessanti caratteristiche reali ma esistono altre caratteristiche che non vengono descritte correttamente sicché questa teoria non deve essere sempre considerata valida.

 

Potreste chiedervi perché esistono tre cellule p ciascun ministero piuttosto che una o cinque o qualsiasi altro numero. La risposta ha relazione con la grandezza della terra (24 mila miglia in circonferenza),con la sua velocità di rotazione, con la sottigliezza della atmosfera (poche miglia), con la vischiosità dell'aria, con la luce del sole e così via. Non so come provare che tre sia la risposta giusta così prendetela come dato di fatto.

La bassa pressione vicino a 55 gradi associata con l'alta pressione e intorno a 25 gradi crea una forza che spinge la aria verso il nord§ nelle regioni temperate. L'aria risponde a questa forza con un movimento in direzione perpendicolare, generalmente da ovest verso est. Come mostrato nella figura 20.10 questi sono i prevailing westerlies (venti prevalenti da ovest NdT) che sono familiari ai popoli che vivono in quelle aree.

In accordo con la stessa logica, la bassa pressione vicino all'equatore associata con l'alta pressione intorno ai 25 gradi crea una forza verso l'equatore. L'aria risponde a questa forza con un movimento in direzione perpendicolare generalmente verso est. Questi sono i famosi trade winds (alisei NdT), i quali si trovano tipicamente a basse latitudini in ciascun emisfero come mostrato nella figura 20.10.

Figure 20.10: Primary Prevailing Winds

Nell'antichità, i capitani delle navi usavano i trade winds per navigare in una direzione e i prevailing westerlies per navigare nella direzione opposta. Le regioni nel mezzo che avevano un tempo atmosferico sereno ma nessun vento prevalente erano chiamate horse latitudes. Le regioni vicino all'equatore dove vigeva tempo nuvoloso ma nessun vento prevalente erano chiamate doldrums (zona delle calme equatoriali) .

I limiti di queste grandi cellule circolatorie si muovono col sole. Così esse si trovano in posizioni più settentrionali in Luglio e più meridionali a Gennaio.cambiamenti stagionali dei venti prevalenti che sono chiamati monsoni⁷.

20.3.2   Patterns Continentale / Oceanico

Consideriamo ora due fattori :

1. Il sole non è molto efficace nel riscaldare l'aria, specie quella secca. Normalmente il sole risscalda la superfice del pianeta e l'aria guadagna calore dalla superfice, in parte per semplice contatto e in parte assorbendo l'energia del vapore acqueo che evapora dala superfice del l terreno.
2. Quando si passa dall'inverno all'estate, il calore del sole riscalda la terra secca molto più velocemente delle acque dell'oceano⁸: ciò a causa del fatto che esse sono in perenne movimento. Per riscaldare la terra basta riscaldare pochi centimetri delle superfice del terreno mentre per riscaldare l'oceano sarebbe necessario riscaldare diversi metri di acqua.

Come conseguenza, nelle letitudini temperate abbiamo che in estate la terra è più calda mentre in inverno la terra è più fredda degli oceani
La differenza di calore tra terra e acqua crea grandi aree di bassa pressione, di aria ascensionale e di flusso ciclonico sopra gli oceani in inverno, assieme con una vasta area di alta pressione e aria discendente sopra la Siberia. Al contrario in estate vi saranno vaste aree di alta pressione, di aria discendente e di flusso anticiclonico sopra gli oceani. T

Questi patterns Continentale / Oceanico sono sovrapposti ai pattern di circolazione primaria. Nelle varie arre del monto l'uno o l'altro tende ad essere dominante. In altre parti del mondo invece c'è una lotta quotidiana fra essi.

20.4   Sommario

In vicinanza della superfice (dove domina l'attrito), l'aria fluisce dalla alta alla bassa pressione proprio come l'acqua scorre a valle. Al contrario, nel rimanente 99% dell'atmosfera (dove prevalgono gli effetti di Coriolis) il moto tende a essere perpendicolare alla forza applicata. L'aria fluisce in senso orario§ intorno a un centro di alta pressione, e in senso antiorario§ intorno a un centro di bassa pressione, fronte freddo, o fronte caldo.

Benchè non valga la pena cercare di calcolare tutti i dettagli dell'atmosfera partendo dai principi primi, può confortare il sapere che hanno un senso le principali caratteristiche dei modelli del vento. Essi non si verificano per magia ma come conseguenza di normali processi fisici come l'espansione termica e gli effetti di Coriolis.

Se volete sapere come si comportano i venti a 10.000 piedi, procuratevi l'ultima carta analitica a pressione costante di 700 millibar e dateci un'occhiata. Queste carte fino a poco tempo fa erano quasi impossibili da ottenere per un pilota di aviazioe generale, ma attualmente la situazione sta migliorando, infatti ora è possibile ottenerle con Internet o via fax:. In un viaggio di qualsiasi lunghezza, vi potete risparmiare la preoccupazione di definire il tempo necessario e il carburante che potete risparmiare semplicemente trovando un buon vento in coda.

Qualche consiglio pratico: in inverno se sei diretto verso est, vola alto; se vai verso ovest, volo un po' più basso. In estate non c'è molta differenza. In generale, cerca di tenere la bassa pressione all tua sinistra§ e l'alta pressione alla tua destra§.

1

Le origini degli effetti di Coriolis sono discussi nella sezione 19.3.

2

In generale, un gradiente è in realazione a quanto gradatamente un qualcosa cambia da luogo a luogo.

3

La scatola più bassa inizia a livello del mare su entrambi i posti. Noi ignoriamo il dato che OSH si trova a 808 piedi a livello del mare. Il fatto che il terreno "si agganci" a livello della scatola più bassa non cambia l'essenza del discorso. Ciò è in relazione col fatto che dovrete regolare l'altimetro in modo tale da leggere 808 (e non zero) sulla pista di OSH.

4

Il fine è quello di fare una discesa quanto più lentamente possibile. per aumentare la possibilita di scendere sotto il livello delle nuvole per trovare l'aeroporto in condizioni di cattivo tempo.

5

Potrebbe essre più semplice, ma meno preciso affermare che "l'aria calda sale". Tanto per cominciare, se tutta l'aria fosse calda non potrebbe salire. Inoltre, è importante ricordare che una forza diretta verso l'alto non è la stessa cosa di un movimento diretto verso l'alto.

6

Benchè esista una certa bassa pressione all'equatore (con una densità molto bassa, se teniamo conto del tasso di umidità) non vi è una significativa alta pressione a livello dei Poli. Infatti a livello del Polo Sud esiste una pressione significativamente bassa. Non saprei spiegarne il motivo. Mi dispiace..

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Molte persone intendono il termine "monsone" come sinonimo di "molta pioggia" , ma questo non è il solo (e comunque il primario) significato. Il termine deriva da una parola araba che significa "stagione", e quindi "vento Stagionale". Ora in alcune zone dell'India e anche in altri posti, uno dei venti stagionali proviene dall'oceano, portando così molte precipitazioni.

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Una fenomeno simile, sebbene di dimensioni ridotte, accade quando si passa dalla notte al giorno.

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