circolazione atmosferica

CIRCOLAZIONE ATMOSFERICA

Consideriamo un pianeta che abbia una modesta inclinazione assiale e che non ruoti su se stesso, come in figura;

il Sole riscalderà di più l’atmosfera all’equatore piuttosto che quella ai poli, perché all’equatore i raggi cadono perpendicolarmente alla superficie. All’equatore quindi l’atmosfera più calda si innalzerà, e seguendo il gradiente di temperatura si sposterà fino ai poli, dove raffreddandosi si abbasserà. Dopodiché il ciclo si chiuderà quando quest’aria ritornerà all’equatore.
Questo tipo di convezione è chiamato circolazione di Hadley, dal fisico inglese del ‘700 che per primo ne propose l’esistenza. L’effetto è quello di ridurre il cambiamento di temperatura con la latitudine.
Tra i corpi del Sistema Solare, l’unico che mostri celle di Hadley ben sviluppate è Venere, perché la sua inclinazione assiale è molto piccola e la rotazione estremamente lenta; per tutti gli altri corpi in rapida rotazione, Terra inclusa, questa descrizione non è più sufficiente, ma bisogna includere gli effetti della forza di Coriolis, mostrata nella figura successiva.

Supponiamo un volumetto di atmosfera all’equatore, trascinato dalla rotazione del pianeta a velocità v_e da ovest a est. Per la circolazione di Hadley, esso si sposterà verso nord, fino a raggiungere una latitudine L. Poiché in questo modo il volumetto si avvicina all’asse di rotazione del pianeta, la conservazione del momento angolare impone che il volumetto aumenti la sua velocità nella direzione della rotazione. Infatti:

costante. Alla latitudine L, il volumetto non si troverà più a distanza R_e dall’asse di rotazione ma a distanza

. Per la conservazione del momento angolare:

quindi la velocità v_L che il volumetto avrà alla latitudine L sarà:

Questa è la velocità del volumetto alla latitudine L, visto da un osservatore esterno. Per valutare la velocità del volumetto rispetto alla superficie del pianeta bisogna prima valutare la velocità di rotazione del pianeta alla latitudine L rispetto all’osservatore esterno.
Dal disegno si evince che tale velocità è uguale a

, quindi la velocità del volumetto relativa alla superficie sarà:

Avere v_rel>0 significa che il volumetto si muoverà relativamente alla superficie da ovest a est. Questi sono infatti i movimenti dei venti principali.
Un effetto della forza di Coriolis su un pianeta rapidamente ruotante è quello di frammentare le celle di Hadley, che non raggiungono quindi i poli, come si vede nella figura sottostante:

Altre circolazioni atmosferiche importanti sono le cosiddette onde troposferiche, che si sviluppano soprattutto alle medie latitudini. A livello del suolo, le onde troposferiche corrispondono al familiare sistema di cicloni e anticicloni, che sono i meccanismi più importanti di dissipazione di energia nell’atmosfera.

Bibliografia
Bradley W. Carroll-Dale A. Ostlie, An introduction to modern astrophysics, Addison-Wesleyb Publishing Company, Ogden, Ut (USA), 1996
Barrie W. Jones, Discovering the solar system, John Wiley & Sons, Chichester (England), 1999

Le immagini sono state tratte dai seguenti siti:

www.ldgo.columbia.edu/dees/ees/climate/index.html
www.meteorologia.it/didattica/avanzato/circolazione_generale.htm.