La cella di Hadley: storia, meccanismi e impatti climatici globali

All’interno di questo appunto viene descritta la cella di Hadley. Di seguito sono riportate tutta una serie di informazioni riguardo cos'è una cella di Hadley, quando è avvenuta questa scoperta, qual è il meccanismo che sta alla base di questa teoria e un accenno sulle conseguenze della latitudine sulle precipitazioni.

Meccanismo della cella di Hadley

La cella di Hadley rappresenta un modello della circolazione atmosferica della Terra proposto da George Hadley nel 1735. È stato stimato che le regioni tropicali ricevano più calore dalla radiazione solare di quanto irradiano di nuovo nello spazio, e le regioni polari irradiano più di quanto ricevono. Dal momento che entrambe le aree hanno temperature quasi costanti, George Hadley propose la teoria in cui l'aria calda doveva salire in prossimità dell’Equatore, fluire verso i poli ad alta quota e poi cedere calore all'aria fredda presente vicino ai poli. Invece quest'aria più fredda e densa doveva poi scendere e scorrere a livelli bassi fino a quando non si sarebbe avvicinata all'equatore, dove poi si sarebbe riscaldata e risalita in alto. Hadley ha immaginato questo modello con l’obiettivo di spiegare gli alisei che scorrono verso ovest e verso l'equatore non tenendo conto però dell’Effetto Coriolis della rotazione terrestre che devia gli oggetti ed anche l’aria che sono in movimento in modo laterale e chiude una semplice circolazione nord-sud dall'equatore ai poli. Oltre alla cella di Hadley è stata proposta in un secondo momento anche la cella di Ferrel, un modello con una circolazione statisticamente media opposta a quella della cella di Hadley, con l’obiettivo di spiegare i venti di media latitudine da ovest. Però la cella di Hadley rimane un'eccellente spiegazione della circolazione atmosferica terrestre che si verifica in entrambi gli emisferi verso l'equatore di circa 30° di latitudine.

Contributo di George Hadley

Intorno ai primi anni del XVIII secolo, George Hadley, il quale era un avvocato di origini inglesi ed anche meteorologo alle prime armi, iniziò ad appassionarsi sulla teoria dell’astronomo Edmond Halley, il quale tentava di spiegare gli alisei, ma Hadley non era soddisfatto per quanto Halley sosteneva sulla componente occidentale degli alisei. Halley aveva proposto che quando il sole si spostava in cielo, riusciva a riscaldare la massa d'aria in modo diverso durante il corso della giornata, ma questa parte della teoria andava in opposizione a quello che invece pensava Hadley. Infatti, Hadley è stato il primo a riconoscere che la rotazione terrestre ha un ruolo nella direzione presa da una massa d'aria, mentre si muove rispetto alla Terra. La teoria di Hadley venne pubblicata solo nel 1735, ma rimase quasi conosciuta e quindi venne più volte presa in considerazione e studiata. Con il passare del tempo il meccanismo proposto da Hadley con la sua cella di Hadley venne accettato ed egli iniziò ad essere riconosciuto per aver sostenuto quella teoria. Successivamente verso la fine del XIX secolo è stato dimostrato che la teoria di Hadley aveva delle carenze sotto vari aspetti. Per tale motivo ci sono voluti molti decenni affinché la teoria corretta fosse accettata. Poi nel 1980 Isaac Held e Arthur Hou svilupparono il modello Held-Hou per descrivere la circolazione di Hadley.

Forza trainante della circolazione

Solitamente la forza trainante della circolazione atmosferica è la distribuzione non regolare del riscaldamento solare attraverso la Terra, che è maggiore vicino all'equatore invece minima in prossimità dei poli. La circolazione atmosferica trasporta energia verso i poli in modo tale da raggiungere il gradiente di temperatura da equatore a polo. I meccanismi con cui ciò si realizza si differenziano nelle latitudini tropicali ed extratropicali. Ogni cella di Hadley esiste su entrambi i lati dell'equatore: infatti ognuna di esse circonda la terra latitudinalmente e agisce per trasportare energia dall'equatore a circa 30° di latitudine.

Il meccanismo di movimento è il seguente: l'aria calda e umida che si incontra in prossimità dell'equatore provoca forti precipitazioni. Questo rilascia calore latente, formando forti movimenti ascendenti. Poi quest'aria sale alla tropopausa dove l'aria non è più vivace. Poiché non riesce più a salire, quest'aria substratosferica viene forzata verso il polo dal continuo aumento dell'aria sottostante. Di conseguenza l'aria che si muove verso il polo, si raffredda e acquista una forte componente verso est a causa dell'effetto di Coriolis e della conservazione del momento angolare. I venti risultanti formano le correnti a getto subtropicali. Arrivati a questa latitudine, l'aria diventata fresca, secca, l'alta quota comincia ad affondare e quando ciò avviene si riscalda in modo adiabatico con diminuzione della sua umidità relativa. Nelle vicinanze della superficie, un flusso di ritorno per attrito completa il ciclo, assorbendo l'umidità lungo il percorso. Infine, l’effetto Coriolis da a questo flusso una componente verso ovest in modo tale da creare gli alisei.

Variazioni stagionali e zone climatiche

La circolazione di Hadley presenta delle variazioni stagionali: infatti durante le stagioni del solstizio, la parte ascendente della cella di Hadley non si trova al di sopra dell'equatore, ma nell'emisfero estivo. Nella media annuale, la parte ascendente è più spostata nell'emisfero settentrionale, lasciando il posto ad una cella di Hadley più forte nell'emisfero meridionale.

La regione in cui le masse d'aria che si muovono verso l'equatore convergono e salgono è conosciuta come zona di convergenza intertropicale. Proprio in quella zona, si crea una fascia di temporali che producono precipitazioni molto elevate. Avendo perso la maggior parte del suo vapore acqueo per condensazione e della precipitazione nella parte ascendente della circolazione delle celle di Hadley, l'aria discendente è secca. Di conseguenza quando l'aria scende, vengono prodotte basse umidità relative, poiché l'aria viene riscaldata in modo adiabatico per compressione dall'aria sovrastante in modo tale da produrre una regione di pressione più elevata. Di solito le zone subtropicali sono più libere dai temporali che sono comuni nella fascia equatoriale. Molti dei deserti del mondo si trovano a queste latitudini subtropicali. Nonostante ciò, i deserti non si estendono al lato orientale dei vari continenti a causa delle correnti oceaniche causate dagli alisei.