Se consideriamo il moto rettilineo dell’aria nella libera atmosfera, cioè lontano dagli effetti di attrito con il suolo, allora le forze in gioco sono due: la forza del gradiente di pressione e la forza di Coriolis. La prima è dovuta alle variazioni di pressione. Se intuitivamente pensiamo ad un’alta pressione come ad una montagna e ad una bassa pressione come ad una buca, allora una pallina (la massa d’aria atmosferica) tenderà ovviamente a muoversi dall’alta pressione verso la bassa pressione. La forza di Coriolis è invece una forza, cosiddetta apparente, legata alla rotazione terrestre. E’ proporzionale alla velocità del corpo in moto e agisce deviandolo, senza modificarne la velocità. Nell’emisfero nord la forza di Coriolis, massima ai poli, nulla all’equatore, devia un corpo verso destra, nell’emisfero sud a sinistra.
Una massa d’aria che inizia a muoversi, sotto la spinta della forza di gradiente, da una zona di alta pressione, verso la bassa pressione, viene deviata verso destra. Le due forze in gioco si equilibreranno solo quando la massa d’aria arriverà a scorrere lungo le linee di uguale pressione, lasciando i valori alti di pressione alla sua destra. Siamo così in presenza del vento geostrofico (vedi figura 1).
Analizzando una carta meteorologica in quota, si nota subito che le isobare sono per lo più curve, anziché rettilinee, quindi nella realtà entra in gioco anche una terza forza, la forza centrifuga. L’equilibrio che si raggiunge produce il vento di gradiente.
Consideriamo il moto attorno ad un centro di bassa pressione che avviene in senso antiorario (ciclonico) in quanto la condizione di equilibrio vede la forza di gradiente diretta verso l’interno (va sempre dall’alta verso la bassa pressione), la forza di Coriolis, alla destra del moto, diretta verso l’esterno così come la forza centrifuga. Attorno ad un centro di alta pressione, il moto avverrà in senso orario (anticiclonico) a seguito del bilanciamento della forza di gradiente e della forza centrifuga dirette verso l’esterno e della forza di Coriolis diretta verso l’interno.
Se confrontiamo il vento geostrofico con il vento di gradiente, nel caso di circolazione ciclonica la forza centrifuga aiuta la forza di Coriolis nel bilanciare la forza del gradiente di pressione. Quindi rispetto al caso di isobare rettilinee (vento geostrofico), a parità di gradiente di pressione, è sufficiente una forza di Coriolis più debole. Essendo tale forza proporzionale alla velocità si conclude che attorno a un minimo la velocità del vento è inferiore al vento geostrofico (sub-geostrofica). Al contrario, nel caso di circolazione anticiclonica, la forza di Coriolis deve bilanciare da sola le altre due forze. Ne consegue che il moto avviene ad una velocità superiore a quella geostrofica (super-geostrofica).
Quest’ultimo concetto è fondamentale nella ciclogenesi. Infatti, se si considerano una saccatura ed un promontorio in quota, per quanto detto sopra le correnti saranno più lente, dove la curvatura è ciclonica, più veloci in prossimità della curvatura anticiclonica. Quindi tra la saccatura e il promontorio c’e’ un’accelerazione del vento dovuta al passaggio da velocità sub-geostrofica a velocità super-geostrofica, la quale produce divergenza. Tale divergenza richiama aria dagli strati sottostanti e si genera così un minimo al suolo dove si attiva una circolazione ciclonica.
Basi di Meteorologia (Parte Seconda): convergenza, divergenza e vorticità
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