13) Meteorologia dinamica – il ciclo dell’energia di lorentz

[Burian]

Ritorna la nostra rubrica didattica di fisica dell'atmosfera dopo la pausa dicembrina. Buona lettura!

Meteorologia dinamica – il ciclo dell’energia (di lorentz)

di Claudio Giulianelli

Villa San Giovanni in Tuscia (VT), 29 Gennaio 2021 – Abbiamo detto negli articoli precedenti che una sorgente di vorticità in atmosfera era lo shear , ossia la variazione del vento con la quota. Abbiamo visto che questo entrava in gioco in un’atmosfera baroclina, ed abbiamo suddiviso la colonna d’aria in due strati. Alla fine dell’articolo precedente avevamo visto che quando l’atmosfera è baroclina è instabile, ossia la situazione di dislocamento di un sistema sinottico nei due strati, ad esempio una bassa pressione che ha il minimo nello strato inferiore non sovrapposto a quello dello strato superiore, era instabile ed il sistema tendeva ad evolvere sempre in quella stabile barotropica, con approfondimento e accentramento dei vortici dei due strati. Questa situazione rappresenta un passaggio di energia da potenziale a cinetica, infatti l’approfondimento del minimo sta a significare che il vento che ruota attorno la bassa pressione sta aumentando, e dunque la sua energia cinetica aumenta (l’energia cinetica è l’energia disponibile al moto della massa d’aria).
Questo trasferimento di energia è solo una parte di tutti gli scambi di energia che avvengono in atmosfera, un trasferimento di energia che si incastra all’interno di quello che viene chiamato ciclo di Lorentz. Il ciclo di Lorentz ci dice come l’energia regola la circolazione atmosferica, quanto anticipato sopra naturalmente è solo un tassello.

Conoscere il ciclo di Lorentz è importante per capire come potrà evolvere il tempo su scale temporali della settimana, almeno in linea di massima, quindi per poter fare delle tendenze meteo medio-lungo termine, ma su questo torneremo più in dettaglio nel prossimo articolo, con esempi applicativi

Chi osserva carte meteo avrà certamente notato che in genere il vento è zonale, diciamo in larga parte. Sono rare le situazioni in cui la circolazione si fa puramente meridiana, con ondate di freddo verso le basse latitudini e di caldo verso le alte. Il vento medio delle medie latitudini dunque sarà in prevalenza zonale. La circolazione zonale è chiamata anche circolazione simmetrica, simmetrica rispetto al polo. Le variazioni a questa circolazione (quelle che appunto possono sfociare in una ondata di freddo o di caldo) vanno a costituire quella che viene chiamata circolazione eddy. Eddy, tradotto dall’inglese, vuol dire vortice. In effetti un esempio di circolazione eddy è un promontorio anticiclonico o una saccatura. Il vento della circolazione zonale è il vento che viaggia da ovest verso est, il vento della circolazione eddy è il vento che ruota attorno ad un massimo o un minimo di pressione. In queste due circolazioni abbiamo riassunto tutti gli ingredienti fondamentali per capire gli scambi di energia in atmosfera, infatti queste due circolazioni scambiano energia tra di loro, e ciò ha delle conseguenze di cui accenneremo alla fine e ne vedremo poi esempi nell’articolo successivo.

Quello che dovremo fare dunque sarà prendere l’equazione del moto dal set delle quasi geostrofiche, che riassumiamo qua sotto esplicitate in forma scalare
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