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Gradiente termico

Un’esperienza comune a molti è la diminuzione della temperatura dell’aria all’aumentare della quota, ciò accade normalmente, in quanto con l’altezza aumenta la distanza dal suolo, fonte diretta di riscaldamento dell’atmosfera e inoltre l’aria risulta più rarefatta alle quote elevate. La variazione di temperatura D T in rapporto alla differenza di quota D z viene detto gradiente termico. Il gradiente medio registrato in condizioni normali, nei bassi strati atmosferici, è di circa 0.6-0.65 gradi ogni 100 metri. La variazione reale della temperatura con la quota, in un determinato strato atmosferico, può ovviamente differire rispetto a questo valore medio, in base alle caratteristiche fisiche dell’aria considerata e dell’ambiente circostante. Pensiamo, infatti, di misurare la temperatura dell’aria in una giornata particolarmente assolata in prossimità di una strada asfaltata, facilmente ci potremmo accorgere che la diminuzione della temperatura potrà essere di qualche grado in alcuni metri d’altezza e quindi superare decisamente il valore del gradiente medio, viceversa, misurando la temperatura, in un prato, durante una notte di cielo sereno e senza vento scopriremmo che la temperatura invece di diminuire addirittura aumenta, siamo in presenza cioè di quello che i meteorologi chiamano inversione termica, fenomeno di grande rilevanza ad esempio per la formazione di nebbie.
Ora per meglio capire l’importanza dell’individuazione del gradiente termico nello studio della bassa atmosfera saliamo a bordo di una particella d’aria: consideriamo, cioè, una certa massa d’aria e supponiamo che questa sia più calda dell’aria circostante, sarà dunque più leggera e tenderà a salire verso l’alto, così facendo man mano troverà valori di pressione in continua diminuzione e, di conseguenza, potrà espandersi e quindi raffreddarsi. Al contrario, una massa d'aria più fredda e dunque più pesante, scendendo troverà pressione più alta e, di conseguenza, si comprimerà aumentando la sua temperatura. Tutto questo senza che ci sia uno scambio diretto tra le masse d’aria con caratteristiche diverse. Siamo in presenza cioè di un fenomeno detto adiabatico (vale a dire senza scambi di calore).
A questo punto, per determinare la variazione di temperatura della nostra massa d’aria è necessario conoscere il suo contenuto d’umidità. Per semplicità esaminiamo due casi estremi: se siamo in presenza d’aria particolarmente secca allora la diminuzione riscontrabile ogni 100 metri sarà intorno ai 0.98 gradi. Questo valore ha una particolare importanza in meteorologia e prende il nome di gradiente adiabatico secco. Se al contrario siamo in presenza di una massa d’aria particolarmente umida e vicina alla condensazione allora la variazione che dovremmo attenderci sarà inferiore e prossima ai 0.5 gradi ogni 100 metri.
Questi due valori sono molto importanti in quanto costituiscono una specie di valori guida per determinare le condizioni di stabilità o d’instabilità in cui si trova l’atmosfera in una certa zona. Nell’atmosfera reale, infatti, il modo in cui la temperatura varia con la quota dipenderà da molteplici fattori, e il gradiente potrà così assumere valori che variano sensibilmente sia nel tempo che nello spazio e che non coincidono esattamente con i due precedentemente identificati per una singola massa d’aria. Quindi se il gradiente reale risulta inferiore a 0.5 °C ogni 100 metri, i moti verticali di una qualsiasi massa d’aria saranno decisamente soppressi in quanto muovendosi verso l’alto, questa verrebbe a incontrare aria già più calda; saremo così in presenza d’aria stabile. Se al contrario, il gradiente fosse superiore a 0.98°C/100 m, una massa d’aria spostandosi verso l’alto risulterebbe sempre più calda dell’aria circostante e quindi potrebbe portarsi sempre più in su almeno fino a quando il gradiente reale continui a mantenersi su valori elevati; in questo caso saremo in presenza di aria fortemente instabile, condizioni ideali per lo sviluppo di nubi a forte sviluppo verticale che potrebbero originare anche forti temporali.
È allora evidente quanto sia importante determinare il profilo termico in una determinata zona e questo viene fatto tramite l’utilizzo di particolari sonde, poste a bordo di palloni che forniscono una serie di dati, tra cui misure di temperatura, in funzione della quota di misurazione. A partire da queste informazioni è dunque possibile stabilire il gradiente verticale di temperatura caratteristico di ogni strato atmosferico, più o meno esteso verticalmente, che viene a trovarsi grosso modo sulla verticale del luogo di lancio.

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