Didattica circolazione atmosferica

Circolazione atmosferica parte seconda: la cella di Hadley

Nella prima parte di questo argomento ho sottolineato che per descrivere i circuiti atmosferici che trasferiscono calore dalle basse latitudini alle alte sono stati ideati modelli specifici chiamati “celle”. Esse sono fondamentalmente di tre “tipologie” e la loro esistenza è legittimata dall’interazione e dalla sinergia con altre componenti atmosferiche come, ad esempio, le correnti a getto.

La cella di Hadley prende il nome da G. Hadley che la ideò: mancandogli dati sulle condizioni meteorologiche delle medie latitudini, si limitò a descrivere la circolazione tropicale realizzando il modello di cella più semplice che rende conto del trasferimento di calore dall’Equatore a latitudini di 30° N e S. Riassumiamo i concetti dinamici di Hadley per punti:

1. L’energia solare che quotidianamente giunge all’Equatore riscalda enormi masse d’aria che si dilatano e si sollevano cariche di vapore acqueo;

2. In quota, la colonna d’aria si raffredda dando origine a corpi nuvolosi alti fino a 10-15 Km;

3. Il vapore si condensa: le piogge torrenziali, brevi e quotidiane, sono tipiche dei climi caldo-umidi dove crescono le foreste pluviali;

4. L’aria in quota, ormai secca, si sposta verso i Tropici, dissipando lentamente il calore;

5. Giunta a circa 30° di latitudine ha una temperatura molto più bassa ed una densità più alta che la fa scendere progressivamente di quota (vedi illustrazione in alto ed in basso);

6. Scendendo verso il suolo l’aria secca si comprime e si scalda: ciò causa il clima caldo-secco tipico delle aree desertiche di queste latitudini;

7. Una volta a bassa quota, l’aria è richiamata verso l’Equatore dal riscaldamento che ha luogo nelle zone equatoriali: inverte la direzione di spostamento e torna dov’era partita. I venti a bassa quota che spirano dai Tropici all’Equatore si caricano di umidità mentre ridiventano torridi;

8. Il ciclo ricomincia.

La cella di Hadley è un moto convettivo che non s’interrompe mai. Perciò, nella fascia compresa fra i Tropici, le condizioni climatiche e meteorologiche possono considerarsi costanti.

- fra il Tropico del Cancro e l’Equatore il clima è sempre caldo e arido;

- intorno all’Equatore il clima è sempre caldo-umido con piogge giornaliere;

- fra l’Equatore ed il Tropico del Capricorno il clima torna ad essere sempre caldo e arido.

In questo contesto, prevedere le condizioni meteorologiche è piuttosto semplice: Nella cella di Hadley quasi non esistono perturbazioni atmosferiche o fronti tipici delle nostre aree geografiche, né c’è differenza meteorologica significativa fra una stagione e l’altra.

Memento:

Secondo Hadley (il cui modello, di per sé è definito teorico) la discesa di aria è dovuta al raffreddamento, a quelle latitudini, della massa d’aria più calda in quota proveniente dall’equatore. Per cui densità, viscosità e tutte le componenti fisiche della massa d’aria sono prese in considerazione da Hadley.

Hadley identificò la sua cella come “episodio ciclico atmosferico isolato”, quindi non in cooperazione dinamica e sinergica con altri sistemi circolatori.

E’ palese come nel corso degli anni inconsapevoli “fans” di Hadley abbiano distorto a suo favore l'approssimativa teoria originale in una più o meno esatta situazione reale. La teoria di Hadley risulta pertanto valida solo in un contesto articolato dalla presenza di altre celle e “rimodulato” in considerazione di nuove teorie formulate ben oltre il 1735.

In altre parole il modello di Hadley, pur rendendo conto della presenza effettiva della fascia di bassa pressione al suolo all’Equatore e dell’alta pressione ai Poli, è palesemente inadeguato per descrivere in maniera realistica la circolazione atmosferica osservata su scala planetaria.

Questo vuol dire che tale modello (quello originale, vergine e non riadeguato dalle attuali conoscenze) non riesce a spiegare alcuni importanti caratteristiche, come la fascia di alta pressione sub-tropicale e quella di bassa pressione intorno ai 60°.

Evidentemente l’ipotesi che la circolazione atmosferica sia regolata soltanto dallo squilibrio energetico tra Poli ed Equatore non è pienamente valida.

L’interruzione della cella di Hadley a 30° di latitudine non è dunque opera di Hadley ma è il prodotto di una più ampia considerazione tecnica e globale della circolazione generale sulla base di nuove conoscenze scientifiche che, all’uopo, sono state apportate riducendo arealmente l'applicabilità teorica di Hadley, al tempo da lui teorizzata a livello planetario, ad una porzione di spazio contenuta entro limiti di tollerabilità riconducibili ad una più presumibile situazione realistica.  Le primissime teorie di Hadley consideravano addirittura un'unica cella di circolazione che si estendeva dai Poli all’Equatore.

Se infatti interrompiamo il "viaggio rettilineo" delle correnti d’aria di Hadley con le “passeggiate ubriache” di Coriolis (1835!), intorno ai 30° di latitudine, le correnti in quota, inizialmente dirette verso nord, sono ormai quasi allineate da ovest verso est, interrompendo in tal modo anche il loro "speranzoso" viaggio verso il Polo. Ciò provoca, però, intorno a tale fascia di latitudini, un accumulo delle masse d’aria equatoriali, la cui unica via di uscita è il deflusso verso il basso fino al suolo, per poi ritornare verso l’Equatore come Alisei.

Si tratta di una zona in prossimità dell’Equatore, di posizione variabile tra l’inverno e l’estate, nella quale gli Alisei da nord-est dell’emisfero nord tendono a convergere con gli Alisei da sud-est dell’emisfero sud (ITCZ, Inter Tropical Convergence Zone). E’ qui che le correnti ascendenti calde della cella di Hadley raggiungono la massima intensità, provocando elevata piovosità al di sopra della fascia tropicale dell’ITCZ.

Per comprendere la dinamica dello stato fisico della massa d’aria in quota nel suo viaggio dall’Equatore verso i tropici occorre richiamare alcuni semplici concetti di fisica termodinamica:

- L’aria calda che, all’equatore, sale in alto fino a raggiungere le fredde masse d’aria nella troposfera, per conduzione, si raffredda. Ora, sulla base di quanto già citato, nella circolazione reale, per interazione e sinergia con altre componenti atmosferiche di tipo circolatorio (ovvero l’esistenza di parametri fisici incidenti a causa della presenza del sistema circolatorio della cella di Ferrel) sarebbe opportuno e prudente riformulare i punti 5 e 6 dell’articolo nel modo seguente:

5. Nel suo viaggio verso le zone tropicali, perde umidità diventando più secca ma la temperatura diminuisce progressivamente per effetto del minore irraggiamento globale a quelle latitudini: ecco perché la cella (verso i tropici, va man mano assottigliandosi);

6. Ad un certo punto, intorno ai 30° di latitudine (e considerando dunque zone geografiche meridiane piuttosto vaste), la presenza in quota di convergenza tipica delle zone ad alta pressione permanente, causa la sua discesa verso il basso per opera dello schiacciamento delle masse d’aria presenti alla sommita’ della colonna alto pressoria e, durante la sua ascesa, si riscalda nei pressi della superficie terrestre per effetto di un considerevole irraggiamento riflesso a quelle latitudini.

Roberto Viccione

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