Meteorologia marittima, Dispensa di Navigazione

A causa dell’ineguale riscaldamento della superficie terrestre ad opera del Sole, in

corrispondenza delle zone equatoriali si ha un innalzamento delle masse d’aria calda che

fluiscono verso nord una volta in quota per poi ri-precipitare verso la superficie terrestre in

prossimità delle zone polari.

Nella metà del 1700 il ricercatore inglese Hadley tracciò uno schema che definisce una

circolazione chiusa, nota proprio con il nome di «Cellula di Hadley» .

In questo schema bisogna tenere conto del fatto che le superfici continentali e quelle

oceaniche danno risposte termiche diverse.

Le masse continentali si riscaldano più velocemente di quelle marine, riscaldando

rapidamente anche le masse d’aria sovrastanti.

Lo stesso avviene quando l’effetto dell’insolazione cessa o si riduce, e con la stessa velocità

le masse continentali e le sovrastanti masse d’aria si raffreddano.

Si può dunque comprendere quanto

sia difficile inquadrare e prevedere

l’andamento dei moti atmosferici, e

derivarne eventuali modelli fisico-

matematici, influenzati da una vasta

gamma di fattori.

2014 Meteorologia marittima per PAS 16

Schema riassuntivo della circolazione tropicale

Disegno tratto da: Fantauzzo, “Dalla brezza all’uragano”, pag. 190

2014 Meteorologia marittima per PAS 17

2014 Meteorologia marittima per PAS 18

equatore Immagine da satellite (canale infrarosso) del febbraio 2004

Da sito internet http://www.met-office.gov.uk/weather/satellite/index.html

2014 Meteorologia marittima per PAS 19

Figura tratta da: Fantauzzo, “Dalla brezza all’uragano”, pag. 68

2014 Meteorologia marittima per PAS 20

Figura tratta da: Fantauzzo, “Dalla brezza all’uragano”, pag. 67

2014 Meteorologia marittima per PAS 21

Campo medio globale della pressione

al livello del mare a gennaio. Campo medio globale della pressione

al livello del mare a luglio.

2014 Meteorologia marittima per PAS 22

A mercurio

= ρ*g*h

La pressione p è misurata tramite i barometri,

ed è espressa in hectoPascal (hPa) (in passato era

espressa in millibar, 1mb=1hPa). La pressione al suolo

assume valori compresi tra 950 e 1060 hPa; il valore

medio è 1013. La pressione decresce con la quota in

ragione di circa 1 hPa ogni 10 metri.

Barografo Aneroide

2014 Meteorologia marittima per PAS 23

Immagini tratte da: CD ROM di “Meteorologia marina”, I.I. 4002, dell’Istituto Idrografico della Marina

Le cause della variazione della pressione

Per avvezione di aria

“relativamente” calda

o di aria “relativamente”

fredda

Per convergenza o divergenza

2014 Meteorologia marittima per PAS 24

Per variazioni di pressione

causate dai moti verticali

dell’aria (equazioni di

Margules e Bjerknes)

Esempio di variazioni diurna

della pressione al suolo, alle

medie latitudini. Alle basse

latitudini può essere di 2-3 Hpa

2014 Meteorologia marittima per PAS 25

La legge fondamentale della statica dell’atmosfera

Si consideri un cilindretto d’aria in una atmosfera barotropica: poiché la pressione

lungo la verticale diminuisce con continuità, per quanto sia piccolo il cilindro, esso

avrà sulla base inferiore una pressione maggiore di quella esistente sulla base

superiore. Se dp indica tale differenza infinitesima di pressione, il cilindretto sarà

sottoposto ad una forza G diretta verso l’alto, lungo la verticale.

D’altro canto, per effetto del campo gravitazionale terrestre, il cilindretto d’aria sarà

sottoposto alla forza peso P, diretta lungo la verticale, ma verso il basso.

r r

+ =

G P 0

+ ⋅ ⋅ =

dp g dz 0

ρ

Legge fondamentale dp ρ

− = ⋅ g

della statica dell’atmosfera dz

(in forma differenziale) ρ

− ∆ = ⋅ ⋅ ∆

p g z

(in forma finita)

2014 Meteorologia marittima per PAS 26

Per effetto della legge fondamentale della statica dell’atmosfera,

la distanza tra due superfici isobariche sarà maggiore laddove la

densità media dello strato sarà minore e cioè dove la temperatura

media dello strato sarà maggiore

2014 Meteorologia marittima per PAS 27

Nell’atmosfera reale (non quella barotropica!) , le superfici isobariche

vengono deformate dalle differenze termiche e perdono così il

“parallelismo” con la superficie terrestre. Quelle più prossime ad essa la

isobare

intersecano, dando luogo a che, nel loro insieme, costituiscono il

campo barico al suolo

2014 Meteorologia marittima per PAS 28

Le configurazioni assunte dai sistemi di alta e bassa pressione vengono tracciate su

apposite carte meteo (analisi al suolo) dove vengono riportati i valori di pressione (misurati

o previsti) e tracciate le isobare (linee di ugual pressione atmosferica).

• alta pressione: è costituita da un insieme di isobare pressoché circolari e concentriche, tali

che la pressione aumenta dalla periferia verso il centro, dove si appone la lettera maiuscola

H (high pressure system).

• bassa pressione: in essa le isobare sono ancora pressoché circolari e concentriche, ma il loro

valore diminuisce dalla periferia verso l'isobara più interna, entro la quale si riporta la lettera

L (low pressure system).

• promontorio (ridge): prende il nome di promontorio qualsiasi espansione di un'alta pressione

in un campo di pressioni inferiori. La forma assunta dalle isobare è quella di un cuneo con

l'estremità tondeggiante, il cui asse si chiama asse del promontorio.

• saccatura (trough): con tale termine si indica l'incunearsi di una bassa pressione in un campo

di pressioni più alte; la forma è più aguzza di quella del promontorio, e quando il suo asse

coincide con un fronte, attorno ad esso le isobare si dispongono a forma di V con il vertice

rivolto verso le pressioni più alte.

• pressioni livellate: quando in una vasta regione geografica presente nella AS si registra una

completa assenza di isobare, o se, comunque, esse sono molto distanti tra loro, si parla di

pressioni livellate. Una forma particolare di esse è data dalla sella, che corrisponde ad una

zona nella quale le isobare sono assenti, ma che è disposta al centro di una croce

immaginaria i cui bracci uniscono rispettivamente due alte e due basse limitrofe.

2014 Meteorologia marittima per PAS 29

2014 Meteorologia marittima per PAS 30

Inserire una AS

2014 Meteorologia marittima per PAS 31

2014 Meteorologia marittima per PAS 32

Dal sito Internet http://www.ecmwf.int/products/forecasts/d/charts/deterministic/world/msl_uv850_z500

2014 Meteorologia marittima per PAS 33

La forza di gradiente barico

In generale, il gradiente barico in un punto

dell’atmosfera è rappresentato da un vettore

diretto lungo la perpendicolare alla superficie

isobarica passante per quel punto. È rivolto verso

le pressioni minori ed ha grandezza dp/ds .

2014 Meteorologia marittima per PAS 34

Esempio di campo barico al suolo da cui, dalla distanza tra le isobare è possibile

farsi una idea sommaria di come è distribuito il gradiente orizzontale della

pressione. Dove le isobare sono più vicine (dp/ds è maggiore), il gradiente

barico è più forte.

Il gradiente barico crea dunque la “forza di gradiente” che spinge l’aria dall’area

a pressione maggiore verso quella a pressione minore.

2014 Meteorologia marittima per PAS 35

Il vento

2014 Meteorologia marittima per PAS 36

Il Vento: regole pratiche

Attorno ad un'alta pressione (High), il vento spira:

• con verso orario (clockwise) nell'Emisfero Nord

• con verso antiorario (counter clockwise) nell'Emisfero

Sud.

Immagini tratte da: CD ROM di “Meteorologia marina”, I.I. 4002, dell’Istituto Idrografico della Marina

2014 Meteorologia marittima per PAS 37

Attorno ad una bassa pressione (Low), invece, il vento spira:

• con verso antiorario nell'Emisfero Nord

• con verso orario nell'Emisfero Sud.

Immagini tratte da: CD ROM di “Meteorologia marina”, I.I. 4002, dell’Istituto Idrografico della Marina

2014 Meteorologia marittima per PAS 38

Disegni tratti da: Fantauzzo, “Dalla brezza all’uragano”, pag. 144

2014 Meteorologia marittima per PAS 39

La direzione (che è sempre quella di provenienza) del

vento che spira tra due isobare contigue è formalizzata

dalla Legge di Buys-Ballot, per la quale, spalle al vento,

avremo:

• nell'emisfero Nord, la bassa pressione a sinistra un pò

avanti (ad ore 10) e l'alta a destra un po' indietro (ad ore

4),

• nell’emisfero Sud, la bassa pressione a destra un pò

avanti (ad ore 2) e l'alta a sinistra un po' indietro (ad ore

8).

2014 Meteorologia marittima per PAS 40

Avendo a disposizione una analisi al suolo (attuale - AS, o prevista - FS) è

possibile determinare direzione ed intensità del vento.

La direzione viene individuata utilizzando la legge di Buy-Ballot, avendo

cura di tenere in debito conto la deviazione alfa prodotta dall’attrito. L'angolo

alfa di deviazione dipende dall'ostacolo che provoca l'insorgere di A e varia in

media tra i 20° sul mare ed i 35°-60° sulla terra.

La velocità viene determinata valutando la distanza tra due isobare contigue

nei pressi del punto interessato. Più sono vicine le isobare più intenso è il

vento. A causa dell’attrito, si riduce l’intensità del vento (all’incirca del 30%

sul mare e del 50% sulla terra).

Sia il valore di alfa che la

diminuzione della velocità si

riducono progressivamente

con l'allontanarsi dal suolo

lungo la verticale fino ad

annullarsi a circa 1.000 m,

così come schematizzato

dalla Spirale di Ekman. Immagine tratta da: CD ROM di “Meteorologia marina”,

I.I. 4002, dell’Istituto Idrografico della Marina

2014 Meteorologia marittima per PAS 41

Direzione del vento - Rosa dei Venti

Immagine tratta da: CD ROM di “Meteorologia marina”, I.I. 4002, dell’Istituto Idrografico della Marina

2014 Meteorologia marittima per PAS 42

Tramontana E' un vento molto freddo e spira a raffiche; di solito porta

tempo asciutto, cielo sereno e visibilità ottima. Assume nomi vari ma il più noto è la

Bora che soffia da ENE, specie nei mesi invernali sul golfo di Trieste e sul Quarnaro, e

la cui azione è però sentita su tutto l'Adriatico.

GRECALE Vento da NE con leggere variazioni di provenienza. Porta

anch'esso tempo buono e cielo sereno. Come la tramontana anche il grecale spira a

raffiche.

SCIROCCO Vento caldo ed umido nelle regioni settentrionali, dato

che ha attraversato durante il suo percorso gran parte del Mediterraneo. Porta di solito

tempo nuvoloso al nord, mare mosso, visibilità scarsa e può durare molto a lungo.

LIBECCIO Vento molto particolare perché, pur essendo un vento di

mare, ha poche caratteristiche di tali venti. Generalmente nasce molto velocemente,

sviluppandosi fino a raggiungere una potenza eccezionale, per poi calmarsi con la

stessa rapidità con cui è nato. E' il vento che segue le perturbazioni per cui cessato il

suo effetto, di solito si ha un innalzamento della pressione con conseguente arrivo di

tempo buono e cielo sereno.

MAESTRALE Vento di caratteristiche simili alla tramontana, solo di

forza più elevata, da cui il nome "maestro dei venti". Porta tempo freddo, asciutto e

sereno. Interessa, durante i mesi invernali, principalmente l'alto Tirreno ed il mar

Ligure, giungendovi dalle vallate del Rodano e golfo del Leone.

2014 Meteorologia marittima per PAS 43

2014 Meteorologia marittima per PAS 44

Il merito di avere perfezionato, nel 1805, una

scala contenente dei criteri relativamente precisi

per quantificare il vento in mare e permettere in

tal modo la diffusione di informazioni affidabili e

universalmente comprese sulle condizioni di

navigazione si deve all'ammiraglio britannico

Francis Beaufort (1774 - 1857) sulla base delle

precedenti teorie di Alexander Dalrymple.

Questo sistema di valutazione ha validità

internazionale dal 1º gennaio 1949.

Un grado Beaufort corrisponde alla velocità

media di un vento di dieci minuti di durata.

(Fonte Wikipedia)

2014 Meteorologia marittima per PAS 45

1 nodo = 1 miglio nautico all’ora

1 miglio nautico = 1.852 metri

1 nodo corrisponde a circa mezzo metro al secondo

Anemometro a mano

Immagine tratta da:

CD ROM di “Meteorologia marina”, I.I. 4002,

dell’Istituto Idrografico della Marina

2014 Meteorologia marittima per PAS 46

Immagine tratta da: “The Mariner’s Handbook”, NP 100, Admiralty charts and publications, pag.91

2014 Meteorologia marittima per PAS 47

• Depressioni equatoriali (equatorial trough, doldrums): area caratterizzata

da basse pressioni e basso gradiente di pressione. Fenomeni tipici: venti deboli

(o calma di vento), nuvole a sviluppo verticale (cumulonembi) e improvvisi

violenti temporali.

• Alisei (trade winds): negli anticicloni tropicali si generano, alla latitudine di

25° N e S del rispettivo inverno (30° d’estate), dei venti costanti, provenienti

da nord-est nell’emisfero nord (da SE, nell’emisfero S) chiamati alisei. Hanno

carattere di elevata persistenza in tutti gli oceani ad eccezione della parte nord

dell’oceano Indiano e del mar della Cina ove predominano i monsoni. Il tempo

è generalmente buono.

• Medie latitudini (variables): fascia di latitudini tra i 30° e 40° in cui sono

presenti gli anticicloni e sono caratterizzate da venti deboli e variabili e tempo

genralmente bello.

• Venti occidentali (westerlies): venti prevalenti da ovest ma senza il carattere

di persistenza che hanno gli alisei. Frequenti depressioni in transito da ovest

verso est che causano forti variazioni di intensità e velocità del vento.

Condizioni di burrasca frequenti, soprattutto d’inverno.

• Venti orientali polari: vento in prevalenza da est, burrasche meno frequenti

che alle latitudini sottostanti. Forte nuvolosità; nebbie frequenti in estate.

2014 Meteorologia marittima per PAS 48

Venti stagionali e monsoni

Si sviluppano in seguito a processi di riscaldamento-

raffreddamento di vaste aree continentali adiacenti a

mari/oceani.

In estate, l’equatore termico si sposta più a nord e sulle

regioni dell’Himalaya la pressione diminuisce. Da maggio

ad ottobre si instaurano venti da sud-ovest (più forti di quelli

invernali) accompagnati da maggior nuvolosità e da

fenomeni piovosi.

In inverno, di contro, tra ottobre e marzo, si sviluppa un

intenso anticiclone sopra le regioni fredde del continente

asiatico: questo genera persistenti venti da nord-est sulla

parte settentrionale dell’oceano Indiano e sul sud del mare

della Cina (gli alisei riprendono a predominare).

2014 Meteorologia marittima per PAS 49

Monsoni estivi

Immagine tratta da: CD ROM di “Meteorologia marina”, I.I. 4002, dell’Istituto Idrografico della Marina

2014 Meteorologia marittima per PAS 50

I monsoni di SW (da maggio ad ottobre, “rain Rain season

season”) risultano paralleli alle coste della Somalia e

della penisola arabica e spirano lasciando tali coste

sulla sinistra.

Si realizzano dunque le condizioni per la risorgenza

delle acque fredde profonde

Questa si verifica provocando tra la terra ed il mare

una intensificazione del gradiente termico

orizzontale che a sua volta genera una intensificazione

dei monsoni, fin quando, dopo alcune settimane di

risorgenza, l'acqua del mare, è tutta rimescolata e la

temperatura superficiale cessa di diminuire.

Per questo motivo lungo le coste della Somalia e lungo Da ottobre ad aprile invece, nella stagione

le coste meridionali della penisola arabica, i monsoni secca (dry season), spirano forti venti da

di SW sono particolarmente intensi e costanti e Nord-est : l'enorme differenza termica fra il

raggiungono la forza di burrasca per tre mesi all'anno. continente asiatico, più freddo, e l'oceano

Quando i venti monsonici cambiano, a volte si Indiano, più caldo, origina il monsone il

formano dei cicloni che colpiscono le coste del Mare quale, in questo caso, spira dalle montagne

Arabico e della Golfo del Bengala. indiane al mare, causando un clima

decisamente arido.

2014 Meteorologia marittima per PAS 51

Venti a carattere locale

• Brezze: sono causate dal diverso raffreddamento e riscaldamento della terra

e del mare. Di giorno (tra mezzogiorno e un paio d’ore prima del tramonto) il

vento soffia dal mare verso la terra (brezza di mare). Al tramonto c’è calma

di vento; di notte spira dalla terra verso il mare (brezza di terra). Le brezze si

verificano alle latitudini tropicali e sub-tropicali; in corrispondenza di grandi

isole; d’estate, alle medie latitudini.

Disegni tratti da: Fantauzzo, “Dalla brezza all’uragano”, pag. 178

• Venti catabatici: dovuti alla creazione di masse d’aria fredda (più pesante)

al di sopra di alture e altopiani confinanti con il mare. L’aria scende verso

valle e da origine a questi venti, di caduta, tipici del Nord Adriatico,

.

Antartide, Mar Nero, Norvegia

2014 Meteorologia marittima per PAS 52

Le basse pressioni

I fronti atmosferici

I cicloni tropicali

2014 Meteorologia marittima per PAS 53

Le basse pressioni sono frequenti alle medie latitudini, possono avere diametro fino

2.000 miglia e raggiungere valori di 950 hPa, il vento circola in senso antiorario

(nell’emisfero N) e tende a convergere verso il centro del sistema depressionario.

2014 Meteorologia marittima per PAS 54

Possono muoversi in ogni

direzione anche se, alle

medie latitudini, tendono a

dirigersi verso E.

La velocità di spostamento

(che non corrisponde alla

velocità del vento) può

arrivare sino a 30-60 nodi. Figura tratta da: “The Mariner’s Handbook”, NP 100,

Admiralty charts and publications, pag. 96

2014 Meteorologia marittima per PAS 55

In questa dispensa di Navigazione, arte navale ed elementi di costruzioni navali a cura del professore G. Trossarelli si parla di meteorologia marittima. In particolare vengono trattati i seguenti punti:
- L'atmosfera;
- Atmosfera barotropica;
- Effetti della temperatura;
- Andamento diurno della temperatura dell’aria;
- Variazione dell’escursione termica diurna con la latitudine;
- Influenza del mare (azione mitigatrice);
- Variazione della temperatura con la quota;
- Effetti al suolo ed in quota delle inversioni termiche;
- La pressione atmosferica;
- Schema riassuntivo della circolazione tropicale;
- Le cause della variazione della pressione;
- La legge fondamentale della statica dell’atmosfera;
- La forza di gradiente barico;
- Il Vento: regole pratiche;
- Direzione del vento - Rosa dei Venti;
- Venti stagionali e monsoni;
- Monsoni estivi;
- Venti a carattere locale;
- Le basse pressioni;
- Fronti;
- Occlusioni;
- Fronte occluso;
- Cicloni tropicali;
- Tipi di nube (zone temperate);
- Stato del tempo.