3.6 Capire il profilo di temperatura dell’atmosfera
3.6 Capire il profilo di temperatura dell’atmosfera
Ora possiamo cominciare a capire le ragioni del tipico profilo di temperatura della troposfera. L’atmosfera è per lo più trasparente alla radiazione solare visibile in entrata, quindi la superficie terrestre si riscalda, e quindi riscalda e inumidisce l’aria sopra di essa. Quest’aria calda e umida sale inizialmente secca adiabaticamente, e poi umida adiabaticamente una volta che si forma una nuvola. Masse d’aria diverse con storie diverse e diverse quantità d’acqua si mescolano e il risultato è un tipico profilo di temperatura troposferica che ha un tasso di decadimento di (5-8) K km-1.
Se i profili di temperatura atmosferica fossero determinati solo dall’umidità atmosferica, le masse d’aria più secche avrebbero tassi di decadimento che sono più simili al tasso di decadimento adiabatico secco, nel qual caso ci aspetteremmo che i cieli abbiano meno nuvole, più sottili. Le masse d’aria più umide avrebbero lapse rate più vicini al lapse rate adiabatico umido, con il risultato di un cielo pieno di nuvole a molte altitudini.
Ma molti processi influenzano la temperatura dell’aria a diverse altitudini, compresa la miscelazione di pacchetti di aria, a volte anche dalla stratosfera, e la pioggia e l’evaporazione della pioggia. Lo scambio di radiazioni infrarosse tra la superficie terrestre, le nuvole e i gas che assorbono l’IR (cioè il vapore acqueo e l’anidride carbonica) gioca anche un ruolo importante nel determinare il profilo di temperatura dell’atmosfera, come mostreremo nella lezione sulla radiazione atmosferica. I profili atmosferici risultanti possono avere tassi di decadimento locali che possono essere ovunque inferiori al tasso di decadimento adiabatico secco o superiori al tasso di decadimento adiabatico umido. Guarda attentamente il profilo di temperatura qui sotto. Vedrai l’evidenza di molti di questi processi che si combinano per rendere il profilo di temperatura quello che è.
Se facciamo una media di tutti questi profili su tutto l’anno e su tutto il globo, possiamo ottenere un tipico profilo di temperatura troposferica. Secondo l’Organizzazione Internazionale dell’Aviazione Civile (Doc 7488-CD, 1993), l’atmosfera standard ha una temperatura di 15 oC in superficie, un tasso di lapse di 6,5 oC km-1 da 0 km a 11 km, un tasso di lapse zero da 11 km a 20 km, e un tasso di lapse di -1 oC km-1 da 20 km a 32 km nella stratosfera (cioè, la temperatura aumenta con l’altezza). Anche se questo profilo standard è una buona rappresentazione di un profilo mediato a livello globale, è improbabile che un tale profilo di temperatura sia mai stato visto con una radiosonda.
Combinando la conoscenza della stabilità con la conoscenza dei processi umidi ci permette di capire il comportamento delle nuvole nell’atmosfera. La seguente immagine del vapore acqueo rilasciato da una torre di raffreddamento del reattore nucleare di Three-Mile Island vicino a Harrisburg, PA, mostra il vapore acqueo che si condensa rapidamente per formare una nuvola. La nuvola sale, ma poi raggiunge un livello in cui la sua densità corrisponde a quella dell’aria circostante. La nuvola poi smette di salire e comincia a diffondersi.
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