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LA PRESSIONE ATMOSFERICA

 
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Inviato: Mer Feb 21, 2018 19:48 pm    Oggetto: Ads

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Emilio
Presidente MeteoSicilia
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MessaggioInviato: Dom Mar 25, 2007 10:26 am    Oggetto: LA PRESSIONE ATMOSFERICA Rispondi citando

Essa è la pressione esercitata dalla colonna d’aria alta quanto l’atmosfera che sta sopra il punto di rilevamento della stessa. Torricelli (1608-1647) fu il primo scienziato ad occuparsi di tale problematica e vale la pena ricordare come avvenne tale sperimentazione. Egli usò un tubo di vetro alto 1 metro dal diametro di un centimetro; riempitolo di mercurio, lo capovolse in una bacinella piena dello stesso elemento. La colonna di mercurio scese di diversi centimetri, sino a misurarne 76 dalla base dello stesso elemento contenuto nella bacinella. Dedusse quindi che la colonna di mercurio fosse bilanciata dal peso dell’atmosfera che spingeva nel mercurio presente nella bacinella. Risultato di tale esperimento fu quello di individuare il peso della stessa colonna d’aria che ci sovrasta: essa è uguale al peso di una colonna di mercurio alta 76 cm. Conoscendo quindi la densità del mercurio (13.6 g/cm3) si deduce che in condizioni normali, sul livello del mare, ogni centimetro quadrato della nostra pelle riceve un peso di circa 1 kg. Lo strumento che riporta il valore è chimato barometro.
Il valore sopra esposto non è comunque costante nel tempo, ma viene influenzato da diversi fattori, quali ovviamente l’altezza al suolo, la temperatura e il grado d’umidità. Di ciò ne riparleremo più avanti.
Nonostante molte persone associano il concetto di alta pressione a quello di condizioni meteo favorevoli e bassa pressione al maltempo, pochi sanno che per le previsioni del tempo, in genere, è più utile conoscere la variazione della stessa nelle ultime ore. Non sempre però un aumento pressorio indica condizioni in miglioramento e una diminuzione della pressione segna l’arrivo del cattivo tempo; un esempio è quello dell’arrivo del favonio nella Pianura Padana: poco prima dell’arrivo di tale vento di caduta dalle Alpi, la pressione diminuisce, ma preannuncia diversi giorni di condizioni atmosferiche stabili.
L’isallobara è la linea che unisce i punti in cui si è avuta, in un tempo standard, la stessa variazione di pressione.
L’isobara è invece la linea che unisce punti con il medesimo valore pressorio. Fino ai primi anni ’70 le mappe che rappresentavano geograficamente tali valori erano gli unici supporti di base per formulare le previsioni del tempo.
L’unità di misura internazionale della pressione è l’hectopascal (hPa). La colonna di 760 mm di mercurio corrisponde ad un valore di 1.013,2 hPa, che corrisponde a sua volta al valore equivalente di un’atmosfera (atm) e di 1013,2 millibar (mb), quest’ultimo valore non più in uso da alcuni anni.

Cartina delle isallobare e delle isobare

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Analizziamo adesso quali sono i fattori che determinano e influenzano la pressione atmosferica.

Altitudine
Poichè, come abbiamo visto, il valore pressorio è collegato al peso dell’atmosfera sovrastante, tale valore, salendo in quota, diminuisce. Approssimativamente fino a circa 2 km di quota il valore pressorio diminuisce di 1 hPa ogni 8/9 metri. Con tale legame si possono misurare le altezze tramite il valore della pressione; quando si dice “...alla quota di 850 hPa...” s’intende una quota alla quale la pressione registra un valore di 850 hPa.
Per convenzione valgono i seguenti legami tra quote e pressioni: 1000 hPa corrispondono ad una quota pari a quella del livello del mare; 925 hPa ad una quota di 750 metri; 850 hPa a 1500 metri; 700 hPa a 3000 metri; 500 hPa a 5000 metri; 300 hPa a 9000 metri; 200 hPa a 12000 metri e 100 hPa a circa 16 mila metri d’altezza.

Umidità
La pressione esercitata da una massa d’aria umida è inferiore a quella esercitata da un uguale volume d’aria secca. Ciò è spiegato dal fatto che le molecole di vapore acqueo presenti nella massa umida hanno preso il posto di molecole di azoto e ossigeno più pesanti.

La temperatura
Con l’aumentare della temperatura l’aria si dilata, diminuisce di densità, diventando quindi più leggera. Con ciò si evince che una colonna d’aria calda pesa di meno di una fredda. A comprova di quanto detto, in caso di giornata assolata, nel primo pomeriggio assistiamo ad un leggero calo fisiologico della pressione, non superiore comunque ad 1-2 hPa.

Le variazioni della pressione
Possiamo determinare che esistono due fattori che provocani una variazione di pressione: cause di natura termica e cause di natura dinamica.
Nella prima ipotesi è il contributo dato dal riscaldamento solare a provocarne la variazione: nelle ore centrali della giornata, l’aria al suolo si dilata riscldandosi e, per la forza di Archimede, risale nell’atmosfera; le molecole d’aria si accumulano quindi nella parte più ina lto dell’atmosfera e tendono a divergere verso l’esterno rispetto alla colonna di risalita. Al suolo la pressione cala, perchè le molecole della colonna d’aria sono diminuite in quantità, mentre in quota si registra un aumento pressorio.
Al contrario, un raffreddamento del suolo provoca un calo termico negli strati atmosferici più bassi che, essendo più pesanti caleranno al suolo. Il vuoto lasciato negli alti strati calamita l’aria delle zone vicine, con conseguente aumento del numero di molecole contenuto nella stessa colonna d’aria: al suolo la pressione aumenterà, mentre in quota avremo una diminuzione della stessa.
Per cause dinamiche intendiamo variazioni pressorie dovute alla presenza di zone cicloniche o anticicloniche. Nelle zone cicloniche l’aria viene sospinta da moti ascensionali verso l’alto; in seguito viene poi spostata verso l’esterno della stessa colonna. Avremo come risultato una diminuzione delle molecole d’aria presenti nella colonna e quindi un calo pressorio. Nelle zone anticicloniche avviene il fenomeno opposto: l’aria viene spinta verso il basso, richiamando molecole d’aria nelle zone alte dell’atmosfera: aumento del numero complessivo di molecole nella colonna d’aria e conseguente aumento della pressione atmosferica.
Variazioni di pressione sono registrate anche quando c’è un arrivo di masse d’aria con caratteristiche diverse da quelle presenti: l’aria calda in quota, essendo più leggera, comporta un calo pressorio. Viceversa, aria fredda, quindi più pesante causa un aumento della pressione. Per quanto detto, quindi l’avvicinarsi di un fronte caldo provoca una diminuzione della pressione; ma dopo il suo passaggio la pressione registrerà un aumento.

Il Geopotenziale
Poniamo che un volume d’aria di massa pari a 1 kg debba scavalcare una montagna alta 1 km. Nel corso della sua risalita la velocità diminuisce perchè l’eneriga cinetica, cioè quella di movimento, viene consumata per sollevare gradulamente la stessa massa di 1 kg. Moltiplicando la massa d’aria per la quota e per l’accelerazione g di gravità (circa 9.8), otterremo l’energia spesa per raggiungere la quota di 1 km. A conti fatti, nell’esempio, otterremo un risultato pari a 9800 (1 X 1000 X 9.8); Tale valore si misura in joule. L’energia che occorre per sollevare 1 kg d’aria si chiama energia geopotenziale. Per semplificazione di calcoli, si utilizza una grandezza proporzionale, cioè l’altezza geopotenziale che si ottiene dividendo l’energia geopotenziale per il numero fisso 9.8. Allora il nostro chilo d’aria, appena raggiunto i 1000 metri di quota avrebbe un altezza geopotenziale di 1000 metri geopotenziali, praticamente la stessa misura dell’altezza.
La determinazione dell’altezza geopotenziale è applicata nella rappresentazione di uns superficie isobarica, cioè quella superficie ideale che nell’atmosfera contiene tutti i punti che hanno medesima pressione. La linea che unisce tali punti viene chiamata isoipse, con la stessa denominazione di quella usata in geologia per le rappresentazioni topografiche. In pratica qualsiasi superficie isobarica non è quasi mai posta in un piano orizzontale, ma ha nella libera atmosfera un aspetto irregolare come quello del terreno con strutture simili a valli e monti.
Quindi, quando la superficie isobarica ha la forma di una cresta di un crinale, la pressione è più alta delle zone circostanti; viceversa negli avvallamenti la pressione è più bassa rispetto alle zone limitrofe.
La rappresentazione delle isoipse viene per convezione rappresentata su superfici isobariche standard (es. 850, 700, 500 hPa). Il valore delle isoipse viene espresso in dacametri (damgp).
Potremmo domandarci come mai non vengono rappresentanti con le vecchie isobare i valori pressori rilevati a determinati livelli di quota, ma la risposta è piuttosto semplice: i palloni sonda che effettuano i radiosondaggi non dispongono di altimetri in grado di rilevare, istante per istante, la loro altezza dal suolo; piuttosto sono dotati di barometri che indicano la pressione, oltre che di termometri e igrometri che registrano i dati termici e di umidità in maniera concomitante. Conoscendo tali dati, applicando determinate formule, si può stabilire anche la quota e quindi il cosiddetto geopotenziale; tali formule sono chiamate ispometriche. Dalle relazioni risultanti dall’applicazione di tali formule si è determinato che la distanza fra due superfici isobariche , chiamato spessore, è proporzionale alla temperatura media dello stesso strato d’aria presente. In pratica dove c’è aria fredda lo spessore è minore rispetto alla presenza di aria calda.


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Marco 83
Socio MeteoSicilia
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Residenza: Monaco di Baviera

MessaggioInviato: Lun Apr 16, 2007 00:12 am    Oggetto: Rispondi citando

Buona spiegazione, Emilio.
Per completare la tua spiegazione, volevo fare delle considerazioni a riguardo dal punto di vista fisico-matematico.
Come avevi detto la pressione atmosferica è la forza esercitata dalla colonna d’aria sovrastate ad una superficie, cosideriamo, dunque, un volume d’aria,

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dove p1 la pressione della superficie inferiore, p2 di quella superiore e Δz è la differenza dell’altezza tra le due superfici.
Cosideriamo, ora, la pressione della superficie inferiore p1, esso è uguale alla pressione della superficie superiore p2 piú il peso della colonna d’aria tra le due superfici pre ogni unitá di superficie, detto in formule

p1 = p2 + peso / S

Il peso della colonna d’aria tra le due superfici equivale alla sua densità ρ per il suo volume V per l’accellerazione gravitazionale g

p1 = p2 + (ρ x V x g) / S

Il volume V equivale alla superficie S per la differenza dell’altezza tra le due superfici:
V = S x Δz

p1 = p2 + (ρ x S x Δz x g) / S

La differenza della pressione tra le due superfici Δp è semplicemente
p2 – p1

Δp = p2 – p1 = - ρ x g x Δz

Δp / Δz = - ρ x g

Δp / Δz = - ρ x g

Questa è la Legge Fondamentale della Staticitá, molto importante e utilizzata nella Meteorologia.
La pressione è quindi una funzione dell’altezza e diminuisce in maniera esponenziale

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Ció deriva prorio dalla Legge Fondamentale della Staticitá e con la Legge dei gas
p = ρ x R x T,dove R è una costante ( 287 J/KgK) e T è la temperatura, misurata in Kelvin K
(K=273,15+°C),

Δp / Δz = - ρ x g = -g x (p / R x T)

Facendo vari procedimenti matematici si arriva al risultato finale

p(z) = p(z=0) x EXP [ -g x z / R x T ]

Ora che cosa succede quando c’è aria fredda o aria calda

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Aria fredda => esponente maggiore => diminuzione della pressione con l’atezza piú veloce:
“ l’atmosfera si restringe”
Aria calda => T piú alto => esponente minore => diminuzione della pressione con l’altezza piú lento: “ l’atmosfera si dilata”
Consequenze:
Aria fredda in avvicinamento => aumento della pressione
Aria calda in avvicinamento => diminuzione della pressione
Variazione tipico della pressione

Δp / Δz = 1 hPa / Δz = - ρ x g = 1 Kg / m3 x 10 m/ s2
Δz = 0,1 x 1 hPa = 0,1 x 100 N / m2
=> Δp = 1 hPa <=> Δz = 10m
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sabin



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Messaggi: 714
Residenza: Frazione di Petralia Soprana (PA) 860 slm

MessaggioInviato: Dom Gen 10, 2010 15:22 pm    Oggetto: Rispondi citando

Questa discussione non sarebbe più rintracciabile nella sezione Strumentazione?

Domanda: Se sto a quota 855, divido per 8,3 ottengo 103,012
se sommo 103,012 alla pressione assoluta ho il valore della pressione relativa?
O bisogna tener conto di altri fattori che la possono variare?



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Le variazioni della pressione con l'altezza
A mano a mano che si va verso l'alto, diminuisce l'altezza della colonna d'aria sovrastante l'osservatore e di conseguenza diminuisce anche la pressione atmosferica. Tuttavia, il decremento è più rapido negli strati prossimi al suolo essendo qui l'aria più densa. Con ottima approssimazione si può calcolare che nei primi 1.500 metri la pressione diminuisca di 1 hPa per ogni 8,3 metri di ascesa, a 3.000 metri di 1 hPa ogni 10 metri e a 9.000 metri di 1 hPa ogni 50 metri.

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Emilio
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Messaggi: 8202
Residenza: Catania-Galermo 300 msl

MessaggioInviato: Mer Gen 13, 2010 15:14 pm    Oggetto: Rispondi citando

Cioè elementi di Fisica nella sezione "strumentazione"???

Bisogna considerare anche la temperatura...
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