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Alta Atmosfera
Approfondimento |
Dinamiche della Stratosfera
I processi che avvengono nella stratosfera sono molto più lenti rispetto a quelli nella troposfera. La stratosfera è estremamente stabile e gli scambi con la troposfera sono molto piccoli, ma tuttavia estremamente importanti per il nostro clima.
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1. La direzione della circolazione globale e lo scambio stratosfera-troposfera (STE).
by Elmar Uherek.
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Scambio Stratosfera-Troposfera (STE)
Il trasporto delle masse d’aria intorno al globo è guidato dalla radiazione solare che riscalda la terra, la superficie del mare e l'aria. Il riscaldamento è maggiore ai tropici e minore alle medie e alte latitudini. Questo significa che la convezione è più forte ai tropici dove l'aria riesce a salire ad altitudini più elevate in confronto a qualsiasi altro posto sulla Terra. Sopra la tropopausa, l'assorbimento della radiazione solare da parte dell'ozono causa il riscaldamento della stratosfera. Questo riscaldamento è più alto sopra i tropici, più basso nelle regioni polari dove, durante l’inverno, arriva a zero. La Figura 1. ne mostra le conseguenze, l'aria calda sale ai tropici, si raffredda e si muove verso i poli (punto 1 nella figura 1).
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Lo scambio di aria tra la stratosfera e la troposfera si può realizzare quando strati a temperatura (potenziale) costante attraversano la tropopausa (punto 2 nella Figura 1) o quando, in seguito a perturbazioni, si ha trasporto convettivo anche alle medie latitudini (punto 3).
Lo scambio di aria verticale all’interno della troposfera impiega da alcune ore ad alcuni giorni mentre il mescolamento nella stratosfera impiega da mesi ad anni. Questo è anche il motivo per il quale dopo un’ eruzione vulcanica eccezionalmente grande, come quella del Monte Pinatubo nel 1991, ci possono volere da uno a due anni perché la stratosfera ritorni al suo stato di stabilità. Guarda le illustrazioni qui sotto per capire quale sia stato l'impatto di questa eruzione.
Lo scambio stratosfera-troposfera (STE) per quanto piccolo è un’ importante fonte di ozono dalla stratosfera verso la troposfera. L'ozono stratosferico avvia la formazione del radicale ossidrile (OH) e i cicli di formazione e distruzione fotochimica dell'ozono troposferico.
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Il bilancio dell'ozono troposferico
Nella troposfera esiste un ciclo di formazione e distruzione dell'ozono. Il motore principale di questo ciclo è costituito dall’ input di ozono dalla stratosfera.
| Processi di produzione/distruzione |
Tg / anno |
| Trasporto dalla stratosfera |
+ 600 |
| a) Formazione fotochimica |
+ 3500 |
| b) Distruzione fotochimica |
- 3400 |
| Somma a+b: produzione netta di ozono |
+ 100 |
| Deposizione al suolo |
- 700 |
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2. a) Eruzione del Monte Pinatubo nelle Filippine nel Giugno del 1991.
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2. b) Assorbimento di aerosol: L’assorbimento da parte delle particelle presenti in atmosfera dopo l'eruzione del Mt. Pinatubo nel Giugno del 1991 è aumentato immediatamente dopo l'eruzione e diminuito lentamente nei successivi 2-3 anni. Dati da SAGE I + II, cliccare per allargare! (50 K)
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3. Il flusso medio annuale della Circolazione Brewer Dobson mostra che l'aria si muove dai Tropici (in mezzo) ai poli. Poiché la distribuzione media annuale dell'ozono dipende da questo flusso, l'ozono si accumula nelle regioni polari. Il polo nord è sulla destra. Fonte dei dati: Nimbus 7 website.
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Circolazione Brewer Dobson
Lo schema del movimento delle masse d’aria nell'atmosfera è conosciuto come circolazione Brewer Dobson. Poiché i processi che controllano questo modello di circolazione (il bilancio radiativo terrestre, le onde planetarie, i processi di subsistenza nel vortice polare) sono molto complicati, non li analizzeremo in dettaglio in questa sede. Molto semplicemente, l'aria sale ai tropici e precipita ai poli, ogni emisfero ha la propria circolazione e lo scambio di aria tra gli emisferi è minimo.
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Ci sono leggere differenze nel modo in cui l'aria circola nei due emisferi. Nell’emisfero nord, la distribuzione degli oceani e della terraferma è meno omogenea rispetto al sud e il vortice polare è più debole. Inoltre, bisogna prendere in considerazione le stagioni. La figura 3. mostra la circolazione media durante l'anno, ma poiché le stagioni e l’ angolazione del Sole cambiano nel corso dell'anno, la zona dei tropici in cui l'aria sale si sposta a nord o a sud. La figura 4. mostra come nel mese di Gennaio la temperatura e gli andamenti del vento siano diversi nei due emisferi, e le conseguenti differenze della circolazione Brewer Dobson.
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4. La temperatura e la distribuzione del vento in una sezione atmosferica trasversale per il mese di Gennaio (= inverno nell'emisfero nord, parte destra dell'immagine). Nota la tropopausa fredda sopra i tropici e la formazione di un vortice polare sopra la regione Artica. Fonte: © NASA Goddard Space Flight Centre 2002. Cliccare per allargare.
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5. Schema del vortice polare sopra il Polo Sud.
Modificato da uno schema of Univ. of Columbia, Earth Science Dept.
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Vorticità Polare
Il vortice polare (molto semplicemente, un mulinello) è un vento circumpolare che si forma sopra entrambi i poli, ma più frequentemente sopra il continente Antartico rispetto all'Artico. Il vortice Artico è meno stabile poiché l'alternanza degli oceani e dei continenti disturba la formazione del vortice. All'interno del vortice Antartico si possono raggiungere temperature molto basse e l'aria dalle zone più alte (contenente i composti responsabili della distruzione dell'ozono) può essere risucchiata dal vento verso quote più basse.
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A proposito di questa pagina:
autore: Dr. Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz, Germany.
revisione didattica: Michael Seesing - Uni Duisburg, Germany - 2003-08-07
ultima pubblicazione: 2009-03-24
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