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Il ciclo idrologico
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Il ciclo idrologico: immagazzinamenti e scambi di acqua
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Leggi di emissione di un corpo nero
Legge di Planck: ε(λ) = 2πhc2
λ5(exp hcKλT
−1)
ε(λ) = emissione specifica di energia radiante (per unita di superficie, ditempo e di lunghezza d’onda) sulla lunghezza d’onda λ.
h = costante di Planck
c = velocita della luce
K = costante di Boltzmann
T = temperatura assoluta in gradi Kelvin (5800K sole, 288K terra)
Legge di Vien (localizzazione massimo): λmaxT = 2897µmK
Legge di Stefan-Boltzmann (si ottiene integrando la legge di Plancksu tutte le lunghezze d’onda λ): I = σT 4
I = irradiamento integrale (per unita di superficie e di tempo)
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Emissione specifica di energia radiante di sole e terra
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Bilancio termico nel sistema Terra-atmosfera
Lunghezze d’onda tipiche dell’emmisione di sole e terra:
• Sole: emissione sulle onde corte, prevalentemente visibile.• Terra-atmosfera: emissione su onde lunghe, prevalentemente infrarosso
L’equilibrio energetico globale (Fig. 1.3)
L’energia (radiante) emessa dal sistema Terra-atmosfera (Eu) emediamente in equilibrio con l’energia (radiante) immessa nel sistema e
proveniente dal sole (Ee).
Gli squilibri locali fra energia emessa e ricevuta dalla terra
Nella Fig. 1.4 e rappresentata schematicamente l’energia emessa e ricevutadalla terra alle diverse latitudini:• nelle zone equatoriali Ee > Eu: accumulo di energia (T ↑)• nelle zone polari Ee < Eu: diminuzione di energia (T ↓)La circolazione atmosferica e la circolazione marina ridistribuscono questaenergia (... e trasportano acqua)
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Bilancio energetico del sistema Terra-atmosfera
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Energia entrante e uscente alle diverse latitudini
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Schemi di circolazione atmosferica
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Cenni di stabilita atmosferica: moti verticali (convezione)
Origine della convezione verticale:
. Convezione forzata: es. dall’orografia
. Convezione libera: galleggiamento termico
I gradienti termici delle adiabatiche:
Gradiente termico di una adiabatica secca: dTdz = −10 K
Km
Gradiente termico di una adiabatica umida o satura (Fig. 1.7):richiede qualche equazione della termodinamica dei gas.
Gradiente termico medio in troposfera: dTdz = −5÷ 8 K
Km
La convezione libera si puo verificare quando il gradiente locale emaggiore in valore assoluto di quello adiabatico.
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Profilo verticale di temperatura in atmosfera
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Adiabatica secca, adiabatica satura e curve di stato
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Cenni sui modelli meteorologici
Equazioni prognostiche (derivate nel tempo) che descrivono esplicitamentei processi:
2 equazioni del moto orizzontale (Navier-Stokes per fluidicomprimibili)
1 equazione del moto verticale (modelli idrostatici e non)
1 equazione termodinamica
1 equazione conservazione dell’acqua
1 equazione di continuita
Processi generalmente parametrizzati:
radiazione
precipitazione
strato limite planetario
scambi termici e idrici suolo-atmosfera
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Alcuni centri meteorologici attualmente operativi inEuropa, in Italia e in Sardegna
ECMWF (European Center for Medium-Range Weather Forecast),Reading, UK- Modello di circolazione generale (GCM) a circa 16 km- Modelli EPS (Ensemble Prediction System): 51 membri a 31 km
ISPRA (Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale),Roma- Modello ad area limitata (LAM) a circa 10 km
Centri regionali: es. Dipartimento Specialistico Regionale Idrometeo-climatico dell’ARPA Sardegna: LAM a circa 5 km
Input ed output sono discretizzati sia nel tempo che nello spazio
Input: analisi. Risultato di osservazioni di diversa natura (navi radar,profiler, radiosonde etc. ... dati telerilevati)
Output: diversi campi meteorologici, fra cui anche la precipitazione
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Campi previsti dai modelli meteorologici (es. ECMWF)
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