I venti circolano intorno al globo a causa della rotazione della terra e dell’energia del sole.
Perché mi interessa? La direzione generale dei venti varia intorno al globo a seconda di fattori come la latitudine e la vicinanza agli oceani. La direzione del vento a vari livelli dell’atmosfera determina il clima locale e guida i sistemi meteorologici e il maltempo.
Dovrei già avere familiarità con: Gradiente di temperatura, Cosa guida il tempo, stabilità, masse d’aria, convergenza e divergenza, inclinazione e latitudine, effetto Coriolis, calore latente e sensibile
La circolazione del vento nell’atmosfera è guidata dalla rotazione della terra e dall’energia in arrivo dal sole. Il vento circola in ogni emisfero in tre celle distinte che aiutano a trasportare energia e calore dall’equatore ai poli. I venti sono guidati dall’energia del sole in superficie, mentre l’aria calda sale e quella più fredda affonda.
Figura A. La circolazione della Cella di Hadley.
La cella di circolazione più vicina all’equatore è chiamata cella di Hadley. I venti sono leggeri all’equatore a causa dei deboli gradienti di pressione orizzontali che si trovano lì. Le condizioni calde della superficie provocano una pressione localmente bassa. L’aria calda sale all’equatore producendo nuvole e causando instabilità nell’atmosfera. Questa instabilità causa lo sviluppo di temporali che rilasciano grandi quantità di calore latente. Il calore latente è solo l’energia rilasciata dai temporali a causa dei cambiamenti da vapore acqueo a goccioline d’acqua liquida quando il vapore si condensa nelle nuvole, facendo sì che l’aria circostante diventi più calda e umida, che essenzialmente fornisce l’energia per guidare la cella di Hadley.
La cella di Hadley comprende latitudini dall’equatore a circa 30°. A questa latitudine l’alta pressione superficiale fa divergere l’aria vicino al suolo. Questo costringe l’aria a scendere dall’alto per “riempire” l’aria che sta divergendo dall’alta pressione superficiale. L’aria che scorre verso nord dall’equatore in alto nell’atmosfera è calda e umida rispetto all’aria più vicina ai poli. Questo provoca un forte gradiente di temperatura tra le due diverse masse d’aria e ne risulta una corrente a getto. Alle 30° latitudini, questo getto è noto come corrente a getto subtropicale che scorre da ovest a est sia nell’emisfero nord che in quello sud. I cieli sereni prevalgono generalmente in tutta l’alta pressione superficiale, che è dove si trovano molti dei deserti nel mondo.
Figura B. Direzioni generali del vento. (Immagine dalla NASA).
Da 30° di latitudine, una parte dell’aria che affonda in superficie ritorna all’equatore per completare la Cella di Hadley. Questo produce gli alisei di nord-est nell’emisfero nord e quelli di sud-est nell’emisfero sud. La forza di Coriolis influisce sulla direzione del flusso del vento. Nell’emisfero settentrionale, la forza di Coriolis gira i venti verso destra. Nell’emisfero sud, la forza di Coriolis fa girare i venti a sinistra.
Da 30° di latitudine a 60° di latitudine, subentra una nuova cella conosciuta come Ferrel Cell. Questa cella produce venti occidentali prevalenti in superficie a queste latitudini. Questo perché una parte dell’aria che affonda a 30° di latitudine continua a viaggiare verso nord, verso i poli, e la forza di Coriolis la piega verso destra (nell’emisfero nord). Quest’aria è ancora calda e a circa 60° di latitudine si avvicina all’aria fredda che scende dai poli. Con le masse d’aria convergenti in superficie, la bassa pressione superficiale a 60° di latitudine fa salire l’aria e forma delle nuvole. Una parte dell’aria calda che sale ritorna a 30° di latitudine per completare la cella di Ferrel.
Le due masse d’aria a 60° di latitudine non si mescolano bene e formano il fronte polare che separa l’aria calda da quella fredda. Così il fronte polare è il confine tra le masse d’aria calde tropicali e l’aria polare più fredda che si muove da nord. (L’uso della parola “fronte” viene dalla terminologia militare; è dove gli eserciti opposti si scontrano in battaglia). La corrente a getto polare in alto si trova sopra il fronte polare e scorre generalmente da ovest a est. Il getto polare è più forte in inverno a causa dei maggiori contrasti di temperatura rispetto all’estate. Le onde lungo questo fronte possono tirare il confine a nord o a sud, dando luogo a fronti caldi e freddi locali che influenzano il tempo in particolari località.
Al di sopra dei 60° di latitudine, la cella polare fa circolare aria fredda polare verso l’equatore. L’aria dai poli sale a 60° di latitudine dove la cella polare e la cella di Ferrel si incontrano, e parte di quest’aria ritorna ai poli completando la cella polare. Poiché il vento scorre dall’alta alla bassa pressione e tenendo conto degli effetti della forza di Coriolis, i venti sopra i 60° di latitudine sono prevalenti orientali.
Circolazione Walker
Figura C. Circolazione Walker.
In contrasto con le circolazioni Hadley, Ferrel e polari che corrono lungo linee nord-sud, la circolazione Walker è una circolazione est-ovest. Sull’Oceano Pacifico orientale, l’alta pressione superficiale al largo della costa occidentale del Sud America aumenta la forza degli alisei orientali che si trovano vicino all’equatore. I venti soffiano via dall’alta pressione verso la bassa pressione vicino all’Indonesia. L’upwelling, la risalita di acqua più fredda dalle profondità oceaniche alla superficie, si verifica nel Pacifico orientale lungo il Sud America vicino all’Ecuador e al Perù. Quest’acqua fredda è particolarmente ricca di sostanze nutritive e ospita un’abbondanza di grandi popolazioni di pesci. Al contrario, l’acqua del Pacifico occidentale, vicino all’Indonesia, è relativamente calda. L’aria sopra l’Indonesia sale a causa della bassa pressione superficiale che si trova lì e forma delle nuvole. Questo provoca pesanti precipitazioni che cadono sul Pacifico tropicale occidentale durante tutto l’anno. L’aria poi circola di nuovo in alto verso la regione sopra l’alta pressione superficiale vicino all’Ecuador e questa diventa la circolazione Walker. L’aria affonda in questa alta pressione superficiale e viene raccolta dai forti alisei per continuare il ciclo.
Figura D. El Nino.
In alcune occasioni, la circolazione Walker e gli alisei si indeboliscono, permettendo all’acqua più calda di “scivolare indietro” verso il Pacifico tropicale orientale vicino al Sud America. Si può pensare a questo come a un ventilatore che soffia su una vasca da bagno piena d’acqua. Se il ventilatore soffia costantemente, l’acqua sul lato più lontano dal ventilatore tenderà ad accumularsi sottovento. Se si rallenta improvvisamente il ventilatore, parte dell’acqua che si era accumulata tornerà verso il ventilatore. L’acqua più calda coprirà le aree di upwelling, tagliando il flusso di nutrienti ai pesci e agli animali che vivono nell’Oceano Pacifico orientale. Questo riscaldamento dell’Oceano Pacifico orientale è noto come El Niño. L’acqua più calda servirà anche come fonte di aria calda e umida che può aiutare lo sviluppo di forti temporali sulla massa d’acqua calda.
Come si relaziona questo con l’agricoltura?
I cambiamenti nella cella di Hadley e nella circolazione Walker possono risultare in drammatiche variazioni climatiche per molte regioni. In un inverno di El Niño, per esempio, la presenza di acqua calda nel Pacifico orientale sposta la posizione del getto subtropicale, portando a forti precipitazioni in Florida e nella Georgia meridionale. Puoi saperne di più su come El Niño e il suo opposto, La Niña, influenzano il tempo nel sud-est su www.agroclimate.org, che ti permette di guardare le differenze climatiche nei diversi anni a seconda della fase di El Niño.
In un clima più caldo, la cella di Hadley potrebbe aumentare di lunghezza e alterare il clima delle regioni intorno al 30°. Per esempio, molti deserti nell’emisfero settentrionale si trovano intorno ai 30° di latitudine, e se la cella di Hadley dovesse aumentare di lunghezza, ciò potrebbe causare lo spostamento delle condizioni di siccità a nord dei 30°. In definitiva, questo altererebbe i modelli di precipitazione di molte regioni, compreso il sud-est.
Vuoi saperne di più?
Jet Streams, El Niño, La Niña, Severe Weather Hazards
Attività per accompagnare le informazioni precedenti:
Attività: Processi Atmosferici-Convezione (Link all’attività originale).
Istruzioni per l’insegnante
Attività per gli studenti: documento pdf documento word
Descrizione: Questa attività mostra come le correnti si muovono attraverso l’acqua usando coloranti alimentari e acqua calda e fredda. Questo simula come l’aria può agire come un fluido. Gli studenti capiranno pienamente il processo di convezione e come il calore viene trasferito attraverso questo processo.
Relazioni con gli argomenti: Convezione, Circolazione generale dell’atmosfera, Circolazione oceanica
Attività: Energia rinnovabile: Vento (versione pdf dell’attività originale.)
Descrizione: Questa attività si concentra sulla relazione tra pressione barometrica, velocità e direzione del vento. Gli studenti useranno questi parametri per analizzare le mappe di superficie degli Stati Uniti e formare una relazione con i modelli che appariranno sulla mappa.
Relazioni con gli argomenti: Pressione, Cosa guida il tempo, Effetto Coriolis, Circolazione generale dell’atmosfera