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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