04-01-15
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Cenni storici I dotti dell'antica Grecia si dedicarono con interesse allo studio dell'atmosfera. Già nel IV secolo a.C. Aristotele aveva scritto un trattato dal titolo “Meteorologica”, che si occupava dello "studio delle precipitazioni"; da questo lavoro, circa un terzo del quale è dedicato ai fenomeni atmosferici, è stato tratto il termine moderno meteorologia. Nel corso della storia, molti dei progressi che hanno condotto alla scoperta di leggi fisiche e chimiche sono dovuti alla curiosità per i fenomeni atmosferici. Pochi passi avanti, comunque, sono stati compiuti fino al XIX secolo, fin quando cioè gli sviluppi nei campi della termodinamica e della meccanica dei fluidi hanno permesso di porre le basi teoriche della meteorologia. Poiché precise misurazioni dei parametri atmosferici sono della massima importanza in meteorologia, i grandi progressi di questa scienza sono stati possibili solo dopo l'invenzione e la messa a punto di strumenti adeguati e, più di recente, dopo la creazione di reti per la raccolta dei dati meteorologici. Le registrazioni di dati meteorologici in singole località venivano effettuate già nel XIV secolo, ma fino al XVII secolo mancavano osservazioni sistematiche eseguite su aree estese. In passato lo sviluppo delle previsioni del tempo è stato frenato dalla lentezza delle comunicazioni: si dovette attendere fino all'invenzione del telegrafo, alla metà del XIX secolo, per riuscire a trasferire rapidamente i dati meteorologici raccolti in un'intera nazione a un sito centrale, in modo da poter effettuare correlazioni e previsioni. Prima dell'avvento dell'informatica, le previsioni del tempo venivano condotte manualmente su basi empiriche e l'analisi delle posizioni e delle intensità delle perturbazioni avveniva su osservazioni riportate su carte, utilizzando procedure soprattutto grafiche e qualitative. In tali condizioni era particolarmente difficile prevedere dove si sarebbero formati nuovi sistemi di perturbazione; cosicché, mentre le previsioni a 24 ore potevano dirsi pressoché accurate, spingendosi oltre, la qualità e l'accuratezza rapidamente diminuivano. Il metodo più affidabile per la produzione di previsioni meteorologiche è quello dell'elaborazione numerica (o NWP, Numerical Weather Prediction). Esso si basa su un insieme di equazioni che descrivono il comportamento dell'atmosfera e sono organizzate in un complesso modello matematico da applicare alle osservazioni dell'atmosfera reale. Il primo tentativo di NWP, effettuato nel 1922 da Lewis Fry Richardson, non ebbe successo a causa dell'insufficienza dei dati e della potenza di calcolo, ma provò la fattibilità di previsioni riferite a un intervallo di tempo superiore alle 24 ore. La prima previsione sperimentale completa fu realizzata nel 1950 alla Princeton University impiegando un insieme semplificato di equazioni e riferendole a un'atmosfera ideale di un solo strato. I successivi miglioramenti nella formulazione matematica delle equazioni e gli straordinari incrementi della potenza di calcolo dei computer hanno fatto sì che la NWP divenisse la base dei metodi di previsione meteorologica in tutto il mondo. Lo studio delle condizioni atmosferiche e dei fattori che le determinano ha vari fondamenti teorici. Tra le leggi fondamentali vi sono i principi di conservazione della quantità di moto, della massa e dell'energia; le leggi che regolano il moto dei fluidi su una sfera in rotazione; le leggi della termodinamica; le leggi che riguardano i corpi radianti e quelle dei gas. Sono naturalmente da considerare anche le dimensioni della Terra, la sua velocità di rotazione, la geografia e la topografia, come pure le variazioni diurne e stagionali dell'energia solare incidente. Altri fattori influenti sono la riflettività delle superfici (albedo), la fusione dei ghiacci, l'evaporazione, la nuvolosità, la pioggia, l'attrito, le temperature del mare; molti di questi fattori presentano una variabilità pressoché continua e devono essere costantemente corretti di conseguenza. La perfezione dei modelli, la completa conoscenza dello stato iniziale dell'atmosfera e una capacità di calcolo a prova di errore non consentono comunque di effettuare previsioni del tempo che vadano oltre una-due settimane. In altre parole, l'atmosfera è intrinsecamente instabile nei particolari di piccola scala: è un cosiddetto sistema caotico. I progressi nelle tecniche di previsione meteorologica saranno possibili solo in seguito a una maggiore conoscenza dei fenomeni che hanno luogo nell'atmosfera, a un raffinamento dei modelli numerici e a un ulteriore incremento della potenza di calcolo. Sarà inoltre essenziale disporre di osservazioni a scala globale di più elevata qualità.
L’atmosfera La vita sulla Terra non potrebbe esistere se non ci fosse l’atmosfera che la circonda; essa è uno strato di gas, prevalentemente azoto e ossigeno, che può essere suddiviso in varie zone, ognuna con caratteristiche diverse. Queste zone sono : la troposfera, strato che va dalla superficie della Terra fino 10 km di altezza sui poli e fino a 16 sull’equatore; la stratosfera, che arriva a 50 km e che contiene uno spesso strato di ozono che ci protegge dalla radiazioni spaziali nocive; la mesosfera, dai 50 agli 80 km e infine la termosfera , dagli 80 fino ai 130 km. La troposfera tuttavia, strato più basso e limitato dell'atmosfera terrestre, contiene l'80% dell’aria e il 99% di tutto il vapore acqueo. In essa, pertanto, ha luogo la formazione delle nubi e tutta la serie di processi che sono oggetto di studio della meteorologia. Nella troposfera la temperatura diminuisce di circa 5,5 °C per chilometro, per cui al limite estremo (chiamato tropopausa) avremo una temperatura fra -60 e -80°C.
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