Le celle convettive in meteorologia

In questo articolo vedremo, in modo semplice, come e perchè si creano le celle convettive con esempi applicati nella meteorologia.

Ma prima di spiegare questo devo introdurre alcuni accenni di dinamica dell’ atmosfera.

Cosa accade in atmosfera quando c’ è una differenza di pressione tra 2 zone?

Quando c’ è una differenza tra 2 zone c’ è una differenza di pressione, c’ è anche una forza di gradiente che accelera l’ aria che tende a muoversi dalla zona con pressione maggiore, verso la zona con pressione minore. Maggiore è la differenza di pressione maggiore è questa forza.

Nella circolazione atmosferica questa non è l’ unica forza che agisce,ma si deve tener conto la rotazione terrestre che genera una forza apparente, la forza di Coriolis, che tende ad equilibrare la forza dovuta alla differenza di pressione.

Questa approssimazione che la forza di pressione sia uguale e opposta alla forza di Coriolis è detta approssimazione geostrofica.
Dopo questo breve excursus, torniamo alle celle convettive e osserviamo cosa accade in un esperimento in laboratorio, consideriamo 2 colonne d’ aria vicine separate da un setto rigido, con temperature diverse (T1>T2).

 

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Supponiamo di avere al suolo la stessa pressione;  salendo ad una quota superiore, la pressione non sarà più la stessa nelle due colonne, ma nella colonna d’ aria con temperatura maggiore abbiamo anche una pressione maggiore rispetto alla colonna d’ aria più fredda, questo accade perché la pressione in quota dipende dalla temperatura, secondo questa legge fisica:
p(z)=p(0) e^(-Mg/(RT))

dove

p(z)= pressione alla quota z
p(0)= pressione sul livello del mare
e= numero di Nepero
M=massa molare dell’ aria
g= acc. di gravità
R= costante dei gas perfetti
T= temperatura della colonna d’ aria

Per spiegare meglio il concetto ho realizzato questo grafico, come si può vedere salendo di quota, la pressione nella colonna d’ aria più calda risulta maggiore.

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Ovviamente se le 2 colonne sono separate da un setto rigido, non ci sono spostamenti d’ aria, ma cosa accade se proviamo a rimuovere il setto?
Togliendo il setto, c’ è un moto d’ aria dalla colonna calda verso la colonna fredda, questo perché c’ è la differenza di pressione di cui ho parlato prima e agisce la forza di gradiente vista all’ inizio dell’ articolo; però questo flusso d’ aria fa anche aumentare la pressione a livello dal suolo nella colonna d’ aria più calda, invece nella colonna d’ aria fredda abbiamo un calo della pressione al suolo, quindi vicino in basso la circolazione è invertita rispetto agli strati superiori e c’ è un flusso d’ aria dalla colonna fredda verso quella calda.

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Viene così a crearsi una cella convettiva, abbiamo moti ascendenti nella colonna calda e moti discenti in quella fredda.
Tra le 2 colonne c’ è un solo punto dove le pressioni sono uguali (punto di equilibrio), la circolazione si arresta quando le due colonne raggiungono la stessa temperatura con pressione identica a tutte le quote.

Ora che abbiamo visto la teoria, vediamo alcuni esempi pratici in meteorologia.

Le brezze di mare e di terra

Questi venti di brezza si creano per la differenza di temperatura tra il mare e le coste, si tratta di un ciclo giornaliero.

Di giorno, la costa si riscalda maggiormente rispetto al mare, così si viene a creare una zona di bassa pressione termica sulle coste, con una zona di alta pressione nel mare, quindi si genera un vento, la brezza di mare, che soffia dal mare verso la spiaggia.

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Viceversa, nelle ore notturne, la zona costiera si raffredda più rapidamente rispetto al mare, così abbiamo una situazione opposta alla precedentem con un’ alta pressione sulla costa e una zona di bassa pressione nel mare, con la brezza di terra che soffia verso il mare.

 

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I monsoni

I monsoni sono venti stagionali che si creano, come per le brezze, per la diversa temperatura tra i continenti e gli oceani.

Durante la stagione estiva, il continente si scalda maggiormente rispetto all’ oceano, questo causa la formazione di alta pressione di origine termica in oceano e una zona di bassa pressione sulla zona continentale.

In questa stagione, il monsone soffia dall’ oceano verso la terraferma; gli umidi venti provenienti dall’ oceano, spinti verso l’ alto dalla cella convettiva e dall’ orografia del territorio, portano alla condensazione del vapore acqua contenuto nell’ aria con la formazioni di nubi con abbondanti piogge che cadono nel continente.

monsone schema

Invece, nella stagione invernale, con la minor radiazione solare, i mari tendono ad essere più caldi rispetto ai continenti e abbiamo una zona di alta pressione termica sulle aree continentali e una bassa pressione in oceano.

In questi mesi il monsone soffia dal continente verso l’ oceano dove abbiamo anche le piogge e temporali.

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