Atmosfera e suo movimento. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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La terra è circondata da uno spesso strato d'aria: l'atmosfera. Con l'altezza l'aria diventa sempre più rarefatta e meno densa. Sulla superficie della Terra, al livello del mare, un metro cubo d'aria pesa circa 0 chilogrammi a 1,3 gradi; e a un’altitudine di 25 chilometri sopra la superficie terrestre un metro cubo d’aria pesa già più di trenta volte meno.

Sebbene lo spessore dell'atmosfera terrestre raggiunga molte centinaia di chilometri, non è affatto grande rispetto al volume del globo.

Lo strato più basso dell'atmosfera, tra 9 e 18 chilometri sopra la superficie terrestre, è chiamato troposfera. Questo strato contiene più di 3/4 in peso di aria. Gli strati superiori sono chiamati stratosfera e ionosfera.

L'aria, come tutti gli oggetti, ha un peso; preme con grande forza sulla Terra e su tutti coloro che la abitano; questa forza sulla superficie terrestre è pari a circa un chilogrammo per ogni centimetro quadrato di superficie corporea.

Con l'altitudine la pressione atmosferica diminuisce gradualmente. Ma anche sulla superficie della Terra, come vedremo più avanti, la pressione atmosferica non è mai costante, cambia sempre.

La pressione dell'aria pari alla pressione esercitata da una colonna di mercurio alta 0 millimetri a 760 gradi è chiamata pressione atmosferica normale. Questa pressione è pari a 1,0336 chilogrammi per centimetro quadrato.

In meteorologia, la pressione atmosferica viene solitamente misurata in millibar. Un millibar equivale all'incirca alla pressione esercitata da un grammo sulla superficie di un centimetro quadrato. La pressione atmosferica normale è di circa 1000 millibar.

La meteorologia è la scienza dell'atmosfera e dei fenomeni che in essa si verificano, principalmente fisici. In un concetto più ristretto, questa è la scienza del tempo e dei suoi cambiamenti.

L'atmosfera non è mai tranquilla. Ovunque - ai poli e sotto i tropici, in basso, sulla superficie della Terra e in alto, dove fluttuano le nuvole - l'aria è in movimento.

Il movimento dell'aria intorno alla terra è chiamato vento.

Quali sono le cause del movimento dell'aria nell'atmosfera? Perché soffiano i venti?

Per comprendere chiaramente la causa del vento, ricorda il noto fenomeno. Quando in inverno apri la porta da una stanza riscaldata alla strada o a una stanza più fredda, l'aria fredda dal basso si precipita nella stanza calda. Allo stesso tempo l'aria calda dell'ambiente fuoriesce dall'alto. È facile verificarlo. Accendi una candela o un fiammifero e posizionalo vicino alla porta aperta: prima in basso, sulla soglia e poi in alto (Fig. 1). In basso, la fiamma della candela sarà notevolmente deviata dal flusso di aria fredda nella stanza, e in alto, al contrario, il flusso di aria calda proveniente dalla stanza devierà la fiamma della candela fuori dalla stanza.

Ris.1

Perché sta succedendo?

Ecco perché. Se si prendono due volumi d'aria identici, ma riscaldati diversamente, il volume d'aria più freddo sarà sempre più denso e quindi più pesante. Quando riscaldata, l'aria, come tutti i corpi, si espande, diventa meno densa e più leggera. Quando apriamo la porta che dà sulla strada, l’aria esterna più fredda e densa si riversa nella stanza calda, spingendo verso l’alto l’aria interna meno densa e più leggera.

Essendo più pesante, l'aria esterna entra nella stanza dal basso e si deposita nella stanza negli strati più bassi, vicino al pavimento. L'aria calda, spostata dall'aria fredda e pesante, sale ed esce dalla stanza verso l'esterno attraverso la parte superiore delle porte aperte.

Questo esempio ci permetterà di comprendere le ragioni del movimento dell'aria nell'atmosfera.

Il calore solare che cade sulla Terra ne riscalda principalmente la superficie. L'atmosfera assorbe solo una piccola parte dell'energia termica solare. La superficie riscaldata del globo riscalda gli strati inferiori d'aria a contatto con essa. Strati d'aria caldi si mescolano con quelli freddi e conferiscono loro il loro calore; Ecco come si riscalda l'aria.

Pertanto, quanto più la superficie terrestre viene riscaldata dal Sole, tanto più si riscalda anche l'aria che si trova sopra di essa.

Ma come viene riscaldata la superficie terrestre dal Sole? Lontano dallo stesso. Ciò è dovuto principalmente al fatto che in diversi periodi dell'anno e in diverse zone climatiche.

Ris.2

Sulla Terra, il Sole sorge sopra l'orizzonte in diversi modi. Più il Sole è alto sopra l'orizzonte, più il calore solare cade sulla stessa area della superficie terrestre (Fig. 2).

Grazie alla forma sferica della Terra all'equatore e nelle sue vicinanze, a mezzogiorno i raggi del Sole cadono ripidamente, quasi verticalmente. Nei paesi a clima temperato, i raggi del sole cadono sulla superficie terrestre in modo molto più piatto. E nei paesi polari e ai poli i raggi del sole sembrano scivolare solo sulla superficie terrestre: il sole sorge relativamente basso sopra l'orizzonte. Inoltre in inverno il Sole non appare affatto sopra l'orizzonte: c'è una lunga notte polare.

Per lo stesso motivo, la temperatura della superficie terrestre cambia durante il giorno. Durante il giorno, quando il Sole è alto nel cielo, la superficie terrestre si riscalda maggiormente, la sera, quando il Sole scende sotto l'orizzonte, la Terra inizia a raffreddarsi, e di notte e al mattino la sua temperatura scende anche inferiore.

Fig.3. Il percorso del Sole nel firmamento: in alto - oltre il Circolo Polare Artico, al centro - nei paesi temperati e in basso - all'equatore

Inoltre, il riscaldamento non uniforme della superficie terrestre è spiegato dal fatto che diverse aree della superficie vengono riscaldate dal Sole e raffreddate in modo diverso. Di particolare importanza è la capacità dell’acqua e della terra di riscaldarsi e raffreddarsi in modo diverso.

La terra si riscalda rapidamente fino a raggiungere una temperatura più elevata, ma si raffredda rapidamente. L'acqua (specialmente nei mari e negli oceani), a causa del costante mescolamento, si riscalda molto lentamente, ma conserva il suo calore molto più a lungo della terra. Ciò è spiegato dal fatto che la capacità termica dell'acqua e della terra è diversa (la capacità termica è la quantità di calore necessaria per riscaldare un corpo di un grado).

Anche diverse aree del terreno si riscaldano diversamente sotto i raggi del sole. Ad esempio, un terreno nudo e nero si riscalda molto più di un campo verde. La sabbia e la pietra sono fortemente riscaldate dal sole, le foreste e l'erba sono molto meno riscaldate.

La capacità delle diverse aree della terra di riscaldarsi diversamente sotto i raggi del Sole dipende anche da quale frazione dei raggi incidenti sulla superficie viene assorbita dalla superficie e da quale viene riflessa. Corpi diversi hanno riflettività diversa. Pertanto, la neve assorbe solo il 15% dell'energia solare, la sabbia il 70% e l'acqua riflette solo il 5% e ne assorbe il 95% (Fig. 4).

Parti del globo riscaldate in modo diverso fanno sì che l’aria si riscaldi in modo diverso. Da questo esempio si può vedere quanto diversa è la quantità di calore ricevuta dall'aria in luoghi diversi. Nel deserto, l'aria riceve 130 volte più calore dalla sabbia riscaldata di quella che riceve dall'acqua del mare, situato alla stessa latitudine del deserto.

Ma l'aria riscaldata diversamente ha, come già accennato, densità diverse. Ciò crea una pressione atmosferica diversa nei diversi luoghi: dove l'aria è meno riscaldata e, quindi, più densa, la pressione atmosferica è maggiore; al contrario, dove l'aria è più riscaldata e quindi più rarefatta, la pressione dell'aria è minore.

E l'aria con pressione più alta tende sempre a spostarsi dove c'è una pressione atmosferica più bassa, così come l'acqua scorre sempre da un livello più alto a uno più basso. Ecco come nasce il vento in natura.

Il costante movimento dell'aria crea una differenza di temperatura e pressione nell'atmosfera, che è associata al riscaldamento irregolare del globo da parte del Sole.

Ris.4

Pertanto, il vento in natura sorge a causa dell'energia dei raggi solari.

Nella Figura 5 mostriamo uno schema semplificato delle principali correnti d'aria. Come si può vedere dal diagramma, anche nella sua forma più semplice, il movimento delle masse d'aria sulla Terra è un quadro piuttosto complesso.

All'equatore, a causa del forte riscaldamento della superficie, c'è una bassa pressione atmosferica costante. Le correnti d'aria fluiscono qui da nord e da sud e creano venti costanti: gli alisei. Questi venti vengono deviati dalla rotazione della Terra. Nell'emisfero settentrionale, se guardi nella direzione in cui soffia l'aliseo, il vento devia a destra, nell'emisfero meridionale a sinistra. Ad un'altitudine di 3-7 chilometri in queste zone soffiano gli alisei, venti in direzioni opposte. C'è una zona calma vicino all'equatore.

Man mano che si allontanano dall'equatore, gli alisei deviano sempre più la loro direzione verso i poli.

A circa 30 gradi di latitudine si osservano bande di calma su entrambi i lati dell'equatore; in queste zone le masse d'aria provenienti dall'equatore (alisei) scendono e creano una zona di alta pressione. È qui che hanno origine gli alisei.

Da quaggiù i venti soffiano verso i poli. Questi venti sono predominanti da ovest; Rispetto agli alisei, sono molto più variabili.

I vecchi marinai chiamano le zone tra i 30 ei 60 gradi le zone delle "tempeste da ovest".

Le bande calme intorno ai 30 gradi di latitudine sono talvolta chiamate latitudini dei cavalli. Qui prevalgono tempo sereno e alta pressione atmosferica. Questo strano nome è stato conservato fin dai tempi in cui i marinai navigavano sulle navi e si applicava solo all'area vicino alle Bermuda. Molte navi trasportavano cavalli dall'Europa alle Indie occidentali. Trovandosi in un periodo di calma, le barche a vela persero la capacità di muoversi. Spesso i marinai si trovavano in condizioni difficili. Le scorte d'acqua erano esaurite e i cavalli furono i primi a morire di sete. I cadaveri dei cavalli gettati in mare furono trasportati a lungo dalle onde.

I venti che soffiano dai poli sono spesso chiamati venti polari orientali (vedi Fig. 5).

Fig.5. Schema semplificato delle principali correnti d'aria

Il quadro che abbiamo descritto delle principali correnti d'aria sulla Terra è ulteriormente complicato dai venti costanti che si presentano a causa del riscaldamento non uniforme dell'acqua e della terra.

Abbiamo già detto che la terra si riscalda e si raffredda più velocemente dell'acqua. Grazie a ciò, durante il giorno la terra riesce a riscaldarsi molto più dell'acqua; di notte, al contrario, l'acqua si raffredda più lentamente della terra.

Pertanto durante il giorno l'aria sulla terra si riscalda maggiormente; l'aria riscaldata sale e aumenta la pressione atmosferica lì. Le correnti d'aria (a circa 1 km di altitudine) si precipitano verso l'acqua e sopra la superficie dell'acqua si stabilisce una maggiore pressione atmosferica. Di conseguenza, un vento fresco - una brezza - inizia a soffiare dall'acqua sottostante (Fig. 6).

Fig.6. Modello di brezza diurna

Ma poi arriva la notte. La terra si raffredda rapidamente; anche l'aria adiacente viene raffreddata. L'aria fredda, la condensa, affonda. La sua pressione negli strati superiori diminuisce. Allo stesso tempo, l'acqua rimane calda per lungo tempo e riscalda l'aria sopra di essa. Si calcola che raffreddando di un grado 1 metro cubo di acqua di mare si produca una quantità di calore sufficiente a riscaldare di un grado più di 3mila metri cubi di aria! Quando viene riscaldata, l'aria sale verso l'alto e crea lì una maggiore pressione atmosferica. Di conseguenza, il vento terrestre inizia a soffiare in alto e la brezza continentale in basso soffia dalla terra all'acqua (Fig. 7).

Fig.7. Modello di brezza notturna

Tali venti terrestri sono noti a tutti coloro che vivono sulle rive di grandi laghi o mari. Ben note, ad esempio, sono le brezze del Mar Nero, dell'Azov e del Caspio; Pertanto, a Sukhumi ci sono brezze tutto l'anno. Le brezze soffiano anche sui grandi laghi, come Sevan, Issyk-Kul, Onega e altri. Le brezze si osservano anche sulle rive di grandi fiumi, ad esempio sul Volga vicino a Saratov, sulla sua alta sponda destra.

Le brezze non viaggiano lontano. Questi sono venti puramente locali. Il riscaldamento irregolare dell'acqua e della terra nelle zone costiere dei mari e degli oceani crea venti simili alle brezze. Questi sono i cosiddetti monsoni.

I monsoni sono venti stagionali; soffiano per metà dell'anno in una direzione, per metà dell'anno nell'altra. Soffiano a causa del diverso riscaldamento e raffreddamento dei mari e dei continenti in inverno e in estate. In estate l'aria sulla terraferma si riscalda molto più che sul mare. Al contrario, in inverno l'aria sopra il mare (oceano) risulta essere più calda dell'aria sopra la terraferma. Ciò si spiega con il fatto che d'estate i continenti si riscaldano di più, e d'inverno si raffreddano più dell'acqua, mentre il mare, più freddo d'estate, diventa più caldo della terra d'inverno.

La grande capacità termica dell’acqua consente all’oceano di immagazzinare enormi riserve di calore dall’estate.

Pertanto, in estate, i continenti sembrano riscaldare l'atmosfera, mentre i mari e gli oceani la raffreddano. In inverno la situazione cambia: i mari diventano “stufe atmosferiche”, e i continenti “frigoriferi”.

Per questo soffiano i monsoni; in inverno - dalla terra al mare e in estate dal mare alla terraferma.

I monsoni si osservano in tutte le zone climatiche, anche sulle rive dell'Oceano Artico. La direzione dei monsoni è influenzata anche dalla rotazione della Terra. I monsoni sono più pronunciati in India.

Infine, per una descrizione generale delle correnti d'aria, è necessario dire qualcosa sui vortici atmosferici: i cicloni.

Le correnti d'aria di cui abbiamo parlato sopra sono associate al movimento di enormi volumi d'aria nell'atmosfera: masse d'aria. La massa d'aria è solitamente chiamata volumi d'aria che mantengono le loro determinate proprietà per qualche tempo. Ad esempio, una massa d’aria proveniente dall’Artico porta con sé basse temperature e aria secca e trasparente.

L'interfaccia tra due diverse masse d'aria è chiamata fronte. Su entrambi i lati del fronte ci sono spesso temperature dell'aria, velocità del vento, ecc. nettamente diverse. Pertanto, quando un fronte passa su un luogo, il tempo in quella zona di solito cambia drasticamente.

Quando due masse d'aria vicine, aventi temperature diverse (e quindi densità d'aria diverse), si muovono a velocità diverse, o quando si muovono l'una rispetto all'altra lungo il fronte (Fig. 8 sopra) sulla superficie di confine delle masse d'aria, a causa della interazione di masse d'aria calde e fredde, si verifica un disturbo ondulatorio: nella parte anteriore si forma una sorta di onda d'aria. In questo caso, l'aria fredda scorre sotto l'aria calda e l'aria calda, a sua volta, inizia a respingere l'aria fredda. Le correnti d'aria cominciano a vorticare. La perturbazione delle onde sul fronte aumenta, l'interfaccia tra le due masse d'aria si piega sempre più ripidamente: così si forma gradualmente un movimento vorticoso d'aria sempre più forte: un ciclone (vedi fig. 8).

Fig.8. Schema di formazione e sviluppo di un ciclone

Ci sono tre fronti principali dove si verificano i cicloni: artico, polare e tropicale. Il fronte artico è la linea di demarcazione tra l’Artico e l’aria polare (latitudini settentrionali). Il fronte polare separa l'aria polare da quella tropicale (latitudini temperate). Il fronte tropicale è la linea di demarcazione tra l'aria tropicale e quella equatoriale (latitudini meridionali).

La pressione atmosferica in un ciclone diminuisce verso il suo centro. Al centro del ciclone, la pressione dell'aria è più bassa. Se su una mappa dell'area in cui si sta sviluppando un ciclone, tutti i punti con la stessa pressione sono collegati da linee - ad esempio, una linea collegherà tutti i punti con una pressione di 990 millibar, un'altra - con una pressione di 995 millibar, ecc. - allora si scopre che tutte queste linee nelle aree del ciclone saranno linee curve chiuse (Fig. 9). Tali linee sono chiamate isobare. L'isobara situata al centro di quest'area collegherà i punti con la pressione più bassa.

Grazie a questa distribuzione della pressione nel ciclone, i venti soffiano dai bordi verso il centro, in modo che si formi un circolo di venti che soffia in senso antiorario.

Fig.9. Isobar sulla mappa meteorologica

Il ciclone si muove attraverso l'atmosfera; porta con sé un brusco cambiamento nella direzione e nella velocità del vento. La velocità media dei cicloni è di 25-40 chilometri orari.

Oltre ai cicloni, cioè alle zone a bassa pressione, nell'atmosfera compaiono anche zone ad alta pressione: gli anticicloni. Qui la pressione dell'aria aumenta verso il centro.

Cicloni e anticicloni spesso coprono aree molto vaste, estendendosi per migliaia di chilometri. Pertanto, questi disturbi atmosferici hanno un impatto notevole sulla circolazione generale dell'aria nell'atmosfera e la complicano ancora di più. L'emergere e il cambiamento di vari venti alle latitudini temperate sono principalmente associati al movimento dei cicloni e degli anticicloni.

Venti molto forti, con forza da uragano, si verificano nelle perturbazioni cicloniche che hanno origine sul fronte tropicale sui mari meridionali. Questi cicloni sono chiamati tropicali.

Autore: Karmishin AV

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