Clima e parametri climatici

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Università IUAV - Venezia

Corso di Fisica Tecnica Ambientale –Architettura-energia-ambiente: introduzione alla sostenibilitàLaboratorio Integrato 1°anno CLASARCH indirizzo sostenibilità

Tempo atmosferico e clima

Il tempo atmosferico (Weather) è una combinazione locale e momentanea dei fattori meteorologici. L’insieme delle condizioni meteorologiche che si verificano in una regione mediate su lungo periodo (usualmente 30 anni) è detto clima (Climate).

Ogni regione terrestre al passare del tempo è caratterizzata da specifiche condizioni meteo.

Fattori astronomici

La radiazione solare che è condizionata da:

• moto di rivoluzione terrestre

• inclinazione asse terrestre

• moto di rotazione

• forma sferica della Terra

• eccentricità dell’orbita

Fattori geografici

• Latitudine

• distribuzione masse terrestri e marine

• distanza dal mare

• correnti marine e venti prevalenti

• rilievo e esposizione topografica

• presenza di laghi e corpi idrici

• tipo di suolo

• presenza o meno di vegetazione

Fattori che determinano il clima

Clima

scala [m] Esempio

Macroclima

105 ÷ 107 Clima del bacino mediterraneo, del continente europeo,

dei paesi nordici

Mesoclima

103 ÷ 105 Nei paesi nordici mesoclimi che caratterizzano le zone costiere e quelle montane.

Clima locale

102 ÷ 103 Nelle zone montane è possibile definire un clima

locale delle valli ed un clima locale delle vette.

Microclima

10-2 ÷ 102 le situazioni climatiche che, all’interno del clima locale di una singola valle, caratterizzano uno

dei suoi versanti o una data località

Scale climatiche

La sfericità della superficie terrestre fa si che nello stesso istante in parti diverse della terra la radiazione solari incida sul suolo con angoli diversi.

Sfericità della superficie terrestre

La stessa energia si distribuisce su aree diverse

La stessa potenza incidente si distribuisce su aree diverse. L’intensità è maggiore intorno all’equatore e minore intorno ai poli.

Fattori astronomici

L’intensità della radiazione su di una superfici, I [W/m2], dipende dall’angolo di incidenza dei raggi solari.

n

θ

A Acos θ

La legge del coseno

Inclinazione della radiazione solare

Maggiore è l’angolo di incidenza e minore è l’intensità. La stessa energia si distribuisce su di una superficie più grande.

ϑϑ

ϑ

coscos

cos

⋅=⋅== nnn

IAW

AWI

ϑcosAA n=

Il moto di rivoluzione e inclinazione asse

Fattori astronomici

Radiazione solare: il moto di rivoluzione

Inclinazione dell’asse terrestre

L’eclittica è l’orbita che la terra compie attorno al sole. Si chiama così perchè il piano che la contiene è quello in cui si verificano le eclissi. L’eclittica è inclinata rispetto al piano dell’equatore di circa 23°,27. Questo angolo (assieme al suo complementare pari a 66°,33) sono significativi per l’identificazione del parallelo che definisce i Tropici ed i Circoli polari.

solistizio invernale

Il moto di rivoluzione fa si che nello stesso luogo si abbiano diverse condizioni di incidenza della radiazione in tempi diversi dell’anno

equinozio

Il moto di rivoluzione

Fattori astronomici

L’eccentricità dell’orbita terrestre fa si che i tratti di orbita siano percorsi con velocità diverse (leggi di Keplero):

• le stagioni hanno durate diverse nei due emisferi;

• la terra si trova al perielio durante l’inverno boreale.

Eccentricità dell’orbita

emisfero Boreale

emisfero Australe

dal al durata

primavera autunno 21 marzo 21 giugno 92 giorni 21 ore estate inverno 21 giugno 23 settembre 92 giorni 9 ore

autunno primavera 23 settembre 22 dicembre 90 giorni inverno Estate 22 dicembre 21 marzo 89 giorni

La radiazione a diverse latitudini

L’insolazione dell’emisfero settentrionale a varie latitudini durante il corso dell’anno (Strahler 1971)

Insolazione annuale 45°N

Diverse giaciture

Insolazione annuale per diversi orientamenti di una superficie

Radiazione solare incidente sulle pareti esterne di un edificio di forma allungata in senso orizzontale per diversi

orientamenti dell’asse maggiore

Guadagni solari medi superficiali pareti perimetrali [Wh/(m2*giorno)]

4000

6000

8000

10000

12000

14000

gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dicasse N-S asse E-O

Guadagni solari medi superficiali pareti perimetrali [Wh/(m2*giorno)]

3000

5000

7000

9000

11000

13000

gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dicasse N-S asse E-O

Edificio isolato In presenza di ostruzioni urbane costituite da edifici simili disposti parallelamente ad una

distanza pari all’altezza

L’atmosfera è l’involucro gassoso che avvolge il pianeta Terra. Essa è costituita da una serie di stati con caratteristiche diverse. La sua parte più bassa “troposfera” è la sede dei fenomeni meteorologici. E’ questa che ha un ruolo fondamentale nel trasporto di energia e materia tra punti diversi della superficie terrestre.

L’atmosfera

Altitudine

La temperatura diminuisce di circa 0,6 - 1°C in 100m. Come risultato si possono avere coperture nevose permanenti sulle cime, mentre più in basso si hanno foreste in cui raramente si vede la neve.

vulcano Cotopaxi in Mexico vicino al tropico, il limite delle nevi perenni è intorno ai 5000 m.

Monte Bianco 4382 m

� In Italia nelle zone alpine che variano da 500 a 3000 m si hanno climi che vanno dal temperato al nivale.

� Temperature basse sono causa di saturazione del suolo; l’altitudine inoltre aumenta le

precipitazioni (e rende prevalente la neve sulla pioggia). A elevate altezze la stagione di crescita delle piante è più breve, il ghiaccio è più frequente e solido, l’inverno è più lungo e rigido.

� L’agricultura è fortemente colpita. Alcune coltivazioni sono possibili a bassa quota e nei

fondovalle. Più in alto si hanno i pascoli e oltre la brughiera. � Le colture più delicate (frutteti e vigneti) possono esistere solo in zone riparate, lontano

dalle cime fredde e ventose a causa delle frequenti gelate primaverili. Le aree in cui può ristagnare aria fredda sono ugualmente da evitare.

Altitudine

I moti dell’aria in atmosfera

Le masse d’aria si spostano da zone a alta pressione a zone a bassa pressione.

I moti dell’aria in atmosfera

Le masse d’aria si spostano da zone a alta pressione a zone a bassa pressione.

Moti atmosferici verticali e orizzontali tra zone ad alta pressione e zone a bassa pressione

I moti dell’aria in atmosfera

La forza di Coriolis

Le masse fluide in moto lungo i meridiani subiscono una deviazione verso destra nell’emisfero boreale e verso sinistra nell’emisfero australe. Il tutto dipende dalla diversa velocità tangenziale alle diverse latitudini: massima all’equatore, zero ai poli.

Venti prevalenti

Correnti oceaniche e venti prevalenti ridistribuiscono l’energia tra aree diverse della superficie terrestre.

La circolazione atmosferica

Le locali condizioni geografiche interferiscono con la circolazione generale.

In conseguenza del diverso irraggiamento solare sulle diverse zone della superficie terrestre si vengono a creare aree ad elevata pressione e aree a bassa pressione.

La radiazione solare: diretta, diffusa e globale

diretta diffusa

Sulla superficie terrestre arriva radiazione diretta dal sole e radiazione diffusa dalla volta celeste. La somma di radiazione diretta e diffusa viene indicata come radiazione globale. Il rapporto tra radiazione diffusa e radiazione globale dipende dalla copertura del cielo:

• valori vicini a 1 con cielo coperto

• valori 0,15-0,20 con cielo sereno.

In ogni caso l’energia totale ricevuta dalla superficie terrestre in un giorno coperto (soprattutto diffusa) risulta molto più bassa di quella ricevuta in un giorno sereno (diretta+diffusa).

Clima secco ed escursione termica

Clima umido ed escursione termica

Diverso comportamento terra-mare

Località latitudine temperatura media gennaio temperatura media marzo Venezia 45° 30’ 3,4 °C 8,6 °C Milano 45° 26’ 1,7 °C 9,4 °C

Venezia Milano

Diverso comportamento terra-mare Le diverse località riportate in tabella si trovano tutte intorno alla latitudine di 52° N, ma con diverso rapporto con le masse d’acqua e continentali. L’escursione termica annua può essere considerata un indice di continentalità del clima.

Luogo Area geografica Escursione annuale

Valencia Irlanda 7,8°C

Oxford Inghilterra 13,4 °C

Munster Germania 16°C

Varsavia Polonia 21°C

Kursk Russia 29,2 °C

Oremburg Russia (Urali) 36,9°C

Barnaul Siberia 39,8 °C

Brezza di mare e di terra

La temperatura varia con l’esposizione. Le associazioni vegetali possono essere molto diverse sui due versanti di un rilievo, così il livello vegetativo.

Diversa esposizione

Diversa esposizione ai venti

Il favonio La differenza di temperatura tra stau e fohn è dovuta ai processi di

espansione e compressione adiabatica dell’aria.

La presenza di catene montuose influisce non solo sul regime dei venti ma anche sul contenuto di vapore delle masse

Nell’Ovest degli USA avviene ad esempio questo fenomeno:

• l’aria umida proveniente dall’Oceano Pacifico incontra la catena di monti,

• salendo di quota l’aria umida si raffredda (per espansione adiabatica) fino alla temperatura di rugiada, si formano quindi nubi ed hanno luogo precipitazioni,

• sull’altro versante della catena montuosa, l’aria ora deumidificata discende riscaldandosi, dunque non hanno luogo precipitazioni.

Micro Clima

Tipo di copertura del terreno

L’isola di calore

Azione del vento

Profili di velocità nello strato limite atmosferico in funzione della rugosità superficiale

Azione del vento

Profili di velocità in corrispondenza di un rilievo

Vento e architettura

Linee di flusso in corrispondenza di un ostacolo

Vento e architettura

I restringimenti accelerano il vento

Separazione del flusso lungo uno spigolo

Azione del vento

Azione delle barriere naturali sul vento

concentrazione

del vento

deviazione del vento

restringimento del passaggio - accelerazione del flusso d’aria

Anomalie climatiche

la combinazione di: quota non elevata, inclinazione rivolta a Sud, Montagne a Nord, grande lago a Sud creano un clima subtropicale a Lugano, anche se la

latitudine è quella del Quebec (46° N)

Per definire il clima di un luogo si devono considerare gli andamenti su lungo periodo (20-30 anni) dei parametri fisici che permettono di definire le condizioni in cui si trova l’atmosfera.

E’ necessario analizzare statisticamente i dati rilevati per le seguenti

grandezze:

• intensità della radiazione solare diretta e diffusa

• temperatura dell’aria

• umidità relativa dell’aria

• velocità e la direzione del vento

• intensità delle precipitazioni

• nuvolosità e copertura del cielo

Grandezze climatiche

Climi caldi umidi, aridi, umidi temperati caldi, microtermici, polari

Classificazione dei climi di Koppen

I climi italiani

• Alpi: clima d'alta montagna con estate umida

• Appennini: temperato fresco sub-oceanico umido

• Bacino padano e fascia costiera adriatica settentrionale: temperato subcontinentale

• Costa ligure e tirrenica: temperato caldo con inverno umido ed estate secca

• Costa adriatica del sud e ionica: temperato caldo localmente arido con inverno umido e lunga estate secca

• Sicilia e Sardegna: da temperato caldo con estate secca ad arido con lunga estate secca.

I climi d’Italia