Meteorologia marittima, Dispensa di Navigazione
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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
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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.
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
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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.
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Inserire una AS
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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 .
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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.
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Il vento
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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
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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
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Disegni tratti da: Fantauzzo, “Dalla brezza all’uragano”, pag. 144
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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
DESCRIZIONE DISPENSA
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.
I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Teemo92 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Navigazione e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Pisa - Unipi o del prof Trossarelli Giorgio.
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