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Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosfera Parte III. Istituto Tecnico Aeronautico Statale “Euclide” Seminari di Meteorologia. A cura di Vittorio Villasmunta Previsore del Servizio Meteorologico dell’Aeronautica Militare. www.villasmunta.it. - PowerPoint PPT Presentation
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Corso Avanzato sul sondaggio Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosferatermodinamico dell’atmosfera
11
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Istituto Tecnico Aeronautico Statale “Euclide” Istituto Tecnico Aeronautico Statale “Euclide” Seminari di MeteorologiaSeminari di Meteorologia
A cura di Vittorio VillasmuntaA cura di Vittorio VillasmuntaPrevisore del Servizio Meteorologico dell’Aeronautica MilitarePrevisore del Servizio Meteorologico dell’Aeronautica Militare
Corso Avanzato sul Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico sondaggio termodinamico
dell’atmosfera dell’atmosfera Parte IIIParte III
Corso Avanzato sul sondaggio Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosferatermodinamico dell’atmosfera
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmuntawww.villasmunta.itwww.villasmunta.it
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Corso Avanzato sul sondaggio Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosferatermodinamico dell’atmosfera
PrerequisitiPrerequisiti
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
• Conoscenza approfondita del Conoscenza approfondita del messaggio TEMP e relativa messaggio TEMP e relativa decodificadecodifica
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
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Materiale necessarioMateriale necessario
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
• Diagramma termodinamico Diagramma termodinamico (nomogramma di Herlofson)(nomogramma di Herlofson)
• cartacarta
• pennapenna
• matitamatita
• matite colorate (rosso, giallo, matite colorate (rosso, giallo, verde, blu)verde, blu)
• gommagomma
• righellorighello
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Corso Avanzato sul sondaggio Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosferatermodinamico dell’atmosfera
Parte III: Parte III:
il diagramma il diagramma aerologicoaerologico
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Il messaggio TEMP, contiene dati di Il messaggio TEMP, contiene dati di pressionepressione, , temperaturatemperatura, , temperatura temperatura del punto di rugiadadel punto di rugiada, , direzione ed direzione ed intensità del ventointensità del vento, rilevati alle , rilevati alle
diverse quote. diverse quote.
Per poter compiere uno studio Per poter compiere uno studio adeguato dello stato termodinamico adeguato dello stato termodinamico dell’atmosfera, abbiamo bisogno di dell’atmosfera, abbiamo bisogno di
vedere come queste grandezze vedere come queste grandezze variano con la quota. variano con la quota.
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
A prima vista …A prima vista …il diagramma il diagramma
termodinamico appare come termodinamico appare come un un guazzabuglio di linee guazzabuglio di linee che corrono in tutte le che corrono in tutte le
direzionidirezioni..
Tuttavia, dopo un studio Tuttavia, dopo un studio attento e approfondito, attento e approfondito,
scoprirete con piacere che scoprirete con piacere che esso è veramente …esso è veramente …
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1111
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
… … un guazzabuglio di un guazzabuglio di linee che corrono in linee che corrono in tutte le direzioni.tutte le direzioni.
Scherzi a parte, una volta che la Scherzi a parte, una volta che la mente ha imparato a distinguere mente ha imparato a distinguere le diverse linee, tutto comincia le diverse linee, tutto comincia
ad avere un senso.ad avere un senso.
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1212
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Il nostro “scudo protettivo”Il nostro “scudo protettivo”
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1313
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Il nostro Il nostro “laboratorio” “laboratorio” di ricerchedi ricerche
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1414
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
thermodynamic diagramthermodynamic diagram = diagramma termodinamico = diagramma termodinamicotemperaturetemperature = temperatura = temperaturadew point temperaturedew point temperature = temperatura del punto di = temperatura del punto di rugiadarugiadamoisturemoisture = umidità = umiditàair pressureair pressure = pressione atmosferica = pressione atmosfericawindwind = vento = ventoatmosphereatmosphere = atmosfera = atmosferasoundingsounding = sondaggio = sondaggioweather balloonweather balloon = pallone aerologico = pallone aerologicoradiosonderadiosonde = radiosonda = radiosondaradiosonde observations (raob)radiosonde observations (raob) = osservazioni = osservazioni mediante radiosondamediante radiosondaadiabatic processesadiabatic processes = processi adiabatici = processi adiabatici
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Le isobareLe isobare
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1616
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Il diagramma ha come Il diagramma ha come coordinata coordinata verticaleverticale la pressione p in scala la pressione p in scala
logaritmicalogaritmica
log plog p Perché in scala Perché in scala logaritmica ?logaritmica ?
Corso Avanzato sul sondaggio Corso Avanzato sul sondaggio termodinamico dell’atmosferatermodinamico dell’atmosfera
1717
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
0 0
20002000
70007000
10001000
30003000
40004000
50005000
60006000
80008000
metri
metri
10001000
700700
900900800800
600600
500500
400400
90009000 300300
hPa
hPa
scala linearescala lineare scala logaritmicascala logaritmica
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1818
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Le isobare Le isobare sono linee sono linee rette, rette,
equiscalate equiscalate di 10 hPa e di 10 hPa e parallele parallele all’asse all’asse delle delle
ascisse.ascisse.
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1919
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Le isobare Le isobare corrono corrono
orizzontalmente.orizzontalmente.
La diversa La diversa spaziatura spaziatura
riflette il fatto riflette il fatto che la pressione che la pressione
decresce decresce esponenzialmente esponenzialmente
rispetto rispetto all’altezza.all’altezza.
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2020
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Variazione della pressione con l'altezza
1001500
3000
5500
9000
12000
16000
01002003004005006007008009001000
pressione
altezza
Infatti, la Infatti, la pressione pressione
atmosferica si atmosferica si dimezza a circa dimezza a circa 5500 metri, a 5500 metri, a 9000 è circa 9000 è circa 1/3, a 16000 è 1/3, a 16000 è ormai 1/10. ormai 1/10.
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2121
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
il 50% il 50% dell’atmosfera dell’atmosfera terrestre è terrestre è compreso tra compreso tra superficie e superficie e 5500 metri.5500 metri.
5500 m5500 m
Monte BiancoMonte Bianco
il restante 50% il restante 50% tra 5500 metri tra 5500 metri ed i confini ed i confini
estremi estremi dell’atmosferadell’atmosfera
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2222
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Se non usassimo Se non usassimo una scala una scala
logaritmica per logaritmica per le pressioni …le pressioni …
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2323
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Le isotermeLe isoterme
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2424
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Sulle ascisse si leggono i Sulle ascisse si leggono i valori della temperaturavalori della temperatura
00 55 1010 1515
Le isoterme Le isoterme sono sono
inclinate di inclinate di 45°45°
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2525
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Le isoterme sono Le isoterme sono linee rette, linee rette,
graduate in °C, graduate in °C, equidistanti e equidistanti e
inclinate dal basso inclinate dal basso a sinistra, verso a sinistra, verso l’alto a destra. l’alto a destra. Esse sono poste in Esse sono poste in evidenza da fasce evidenza da fasce verdi e bianche verdi e bianche
alternate di 10° in alternate di 10° in 10°.10°.
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2626
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Perché le Perché le isoterme sono isoterme sono inclinate ?inclinate ?
??????
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2727
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
-60
-60
-50
-50
-40
-40
-30
-30
-20
-20
-10
-10 00
1010
2020
3030
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2828
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
-60
-60
-50
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-40
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-30
-30
-20
-20
-10
-10 00
1010
2020
3030
La temperatura, nella troposfera, in La temperatura, nella troposfera, in genere diminuisce con la quota …genere diminuisce con la quota …
Le Le temperature temperature più basse più basse alle quote alle quote
più più elevate. elevate.
Le Le temperature temperature più alte più alte alle quote alle quote più basse. più basse.
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta-60
-60
-50
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-40
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-30
-20
-20
-10
-10 00
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3030
-30
-30
-60
-60
-50
-50
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-40
-20
-20
-10
-10 00
1010
2020
3030
ruotale di ruotale di 45°… e il 45°… e il gioco è gioco è fatto !fatto !
Come Come rappresentare rappresentare
tutte le isoterme tutte le isoterme in uno spazio in uno spazio limitato ?limitato ?
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3030
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
55
I valori delle I valori delle isoterme si isoterme si riconoscono riconoscono facilmente facilmente perché sono perché sono ruotati in ruotati in
senso senso antiorario.antiorario. 55 55
isoterma
isoterma
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3131
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
zoomzoom
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3232
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Le isoterme sono Le isoterme sono tracciate per tracciate per
ogni unità. Però ogni unità. Però il valore è il valore è
trascritto solo trascritto solo ogni 5°C. ogni 5°C.
11 22 3344
Le isoterme corrispondenti ai valori Le isoterme corrispondenti ai valori stampati hanno uno spessore stampati hanno uno spessore
maggiore.maggiore.
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3333
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Le adiabatiche per Le adiabatiche per aria seccaaria secca
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3434
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Processi che avvengono senza Processi che avvengono senza scambio di calore con scambio di calore con
l'esterno l'esterno
PROCESSI ADIABATICIPROCESSI ADIABATICI
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3535
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
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3636
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Se una particella d’aria si Se una particella d’aria si solleva dal suolo, essa, in solleva dal suolo, essa, in condizioni adiabatiche, si condizioni adiabatiche, si
raffredda per espansione di circa raffredda per espansione di circa 1° ogni 100 metri.1° ogni 100 metri.
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3737
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Quanto detto, però, è Quanto detto, però, è vero finché non vero finché non interviene la interviene la
condensazione del condensazione del vapore acqueo.vapore acqueo.
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3838
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Adiabatiche per aria seccaAdiabatiche per aria secca
Linee che mostrano le variazioni di Linee che mostrano le variazioni di temperatura subite da una massa temperatura subite da una massa
d’aria secca o umida non satura che d’aria secca o umida non satura che si muova verticalmente si muova verticalmente senza senza
condensarecondensare..
286,0
00
p
p
T
TFORMULA FORMULA
DI DI POISSONPOISSON
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3939
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
T=T0*(P/P0)^0,286
TO = 20P0 = 1010
P T300 -65,94372994400 -48,18728786500 -33,37223965600 -20,54558797700 -9,166616598800 1,104044487900 10,49477904
1000 19,16736749
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
-80 -60 -40 -20 0 20 40
T
=(B$4+273)*((A8/B$5)^0,286)-273=(B$4+273)*((A8/B$5)^0,286)-273
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4040
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Le adiabatiche per Le adiabatiche per aria secca sono linee aria secca sono linee leggermente ricurve, leggermente ricurve,
che intersecano che intersecano l’isobara 1000 hPa a l’isobara 1000 hPa a intervalli si 2°C. intervalli si 2°C.
Esse hanno andamento Esse hanno andamento da destra in basso, da destra in basso, verso sinistra in verso sinistra in
alto.alto.
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4141
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
ISOTERMEISOTERMEADIABATICHE SECCHEADIABATICHE SECCHE
10°
10°
11°
11°
12°
12°
… … intervalli di 2°Cintervalli di 2°C
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4242
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Le adiabatiche per Le adiabatiche per aria saturaaria satura
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4343
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Quando il vapore acqueo Quando il vapore acqueo comincia a condensare, comincia a condensare,
rilascia circa 600 calorie per rilascia circa 600 calorie per grammo, e quindi la particella grammo, e quindi la particella
d’aria, ricevendo questo d’aria, ricevendo questo “contributo” si raffredda in “contributo” si raffredda in
misura minore.misura minore.
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4444
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Adiabatiche per aria Adiabatiche per aria saturasatura
linee che evidenziano la linee che evidenziano la variazione di temperatura per variazione di temperatura per una particella d’aria satura una particella d’aria satura
in movimento verticalein movimento verticale
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4545
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Le adiabatiche per aria satura Le adiabatiche per aria satura sono le curve che intersecano sono le curve che intersecano
l’isobara 1000 hPa a intervalli di l’isobara 1000 hPa a intervalli di 2°C e divergono verso l’alto 2°C e divergono verso l’alto
tendendo a disporsi parallelamente tendendo a disporsi parallelamente alle adiabatiche secche.alle adiabatiche secche.
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4646
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Consideriamo una particella d’aria Consideriamo una particella d’aria che, a 1000 hPa, possieda una che, a 1000 hPa, possieda una
temperatura di 20°C.temperatura di 20°C.
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4747
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Se essa viene sollevata sino a 850 Se essa viene sollevata sino a 850 hPa, che temperatura avrà se il hPa, che temperatura avrà se il processo è adiabatico secco?processo è adiabatico secco?
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4848
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Se essa viene Se essa viene sollevata sino sollevata sino a 850 hPa, che a 850 hPa, che temperatura temperatura avrà se il avrà se il processo è processo è adiabatico adiabatico saturo?saturo?
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4949
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Qual è il massimo valore di Qual è il massimo valore di vapor saturo ad una data vapor saturo ad una data temperatura e ad una data temperatura e ad una data
pressione ?pressione ?
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5050
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Le isoigrometricheLe isoigrometriche
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5151
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Quantità di vapore Quantità di vapore acqueo in grammi acqueo in grammi
contenuta in 1 kg di contenuta in 1 kg di aria secca.aria secca.
Rapporto di mescolanzaRapporto di mescolanza
g/kgg/kg
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5252
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Indica il numero di grammi di vapore Indica il numero di grammi di vapore acqueo necessario per saturare 1 acqueo necessario per saturare 1
chilogrammo d'aria secca a chilogrammo d'aria secca a temperatura e pressione fissate.temperatura e pressione fissate.
Rapporto di mescolanza alla Rapporto di mescolanza alla saturazionesaturazione
g/kgg/kg
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5353
Vittorio VillasmuntaVittorio VillasmuntaLe Le
isoigrometriche isoigrometriche esprimono il esprimono il rapporto di rapporto di mescolanza, e mescolanza, e
sono sono rappresentate da rappresentate da
curve curve tratteggiate, tratteggiate, inclinate dal inclinate dal
basso a basso a sinistra, verso sinistra, verso l’alto a destra l’alto a destra e graduate (in g e graduate (in g per kg di aria per kg di aria secca) lungo il secca) lungo il bordo inferiore bordo inferiore del nomogramma.del nomogramma.
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5454
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
IsoigrometricheIsoigrometriche
linee curve che uniscono, per linee curve che uniscono, per ogni valore di temperatura e ogni valore di temperatura e pressione, tutti i punti nei pressione, tutti i punti nei quali la massa d’aria satura quali la massa d’aria satura ha lo stesso rapporto di ha lo stesso rapporto di
mescolanza.mescolanza.
Tep
TepTr
s
ss
622,
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5555
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Alla temperatura di 20°C e Alla temperatura di 20°C e pressione di 1000 hPa, pressione di 1000 hPa,
sono necessari … grammi di sono necessari … grammi di vapore acqueo per saturare vapore acqueo per saturare
la massa d’aria.la massa d’aria.
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5656
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Alla temperatura di … e Alla temperatura di … e pressione di 1000 hPa, pressione di 1000 hPa,
sono necessari … grammi di sono necessari … grammi di vapore acqueo per saturare vapore acqueo per saturare
la massa d’aria.la massa d’aria.
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5757
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Facciamo una prova. Se Facciamo una prova. Se mantengo la pressione a mantengo la pressione a 1000 hPa, e aumento la 1000 hPa, e aumento la temperatura dell’aria, temperatura dell’aria, saranno necessari più saranno necessari più grammi di acqua o meno, grammi di acqua o meno, per saturare la massa per saturare la massa
d’aria?d’aria?
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5858
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Esercizio:Esercizio:
Pressione: 1000 hPaPressione: 1000 hPa
Ricava il rapporto di Ricava il rapporto di mescolanza alla saturazione mescolanza alla saturazione per le temperature di 10°C, per le temperature di 10°C,
12°C, 15°C e 18°C.12°C, 15°C e 18°C.
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5959
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Si vede anche che una stessa Si vede anche che una stessa massa d’aria secca diventa massa d’aria secca diventa
satura molto rapidamente a basse satura molto rapidamente a basse temperature mentre, quando la temperature mentre, quando la temperatura è elevata, può temperatura è elevata, può
“contenere” una quantità d’acqua “contenere” una quantità d’acqua maggiore.maggiore.
14 g14 g 20 g20 g11 g11 g
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6060
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
In una massa d’aria, quindi, può In una massa d’aria, quindi, può esservi una quantità variabile esservi una quantità variabile
d’acqua.d’acqua.
Per esprimere sinteticamente quanta Per esprimere sinteticamente quanta acqua realmente è realmente presente acqua realmente è realmente presente rispetto al valore massimo, usiamo rispetto al valore massimo, usiamo
l’umidità relativa.l’umidità relativa.
Quando diciamo che l’umidità relativa è Quando diciamo che l’umidità relativa è del 50%, intendiamo dire che vi è la del 50%, intendiamo dire che vi è la
metà dell’acqua che potrebbe esserci al metà dell’acqua che potrebbe esserci al massimo.massimo.
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6161
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
14 g14 g 20 g20 g11 g11 g
Esempio: A 20°C, 1000 hPa, l’Ur è 50%Esempio: A 20°C, 1000 hPa, l’Ur è 50%
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6262
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Applicazione praticaApplicazione pratica
Conoscendo Conoscendo temperaturatemperatura, , pressionepressione e e umidità relativaumidità relativa, determinare , determinare l’umidità assoluta dell’aria al l’umidità assoluta dell’aria al
momento della misura.momento della misura.
In altre parole,vogliamo conoscere In altre parole,vogliamo conoscere quanta acqua quanta acqua realmenterealmente è presente è presente
nell’atmosfera alla quota nell’atmosfera alla quota considerata.considerata.
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6363
Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta•PressionePressione: 900 hPa: 900 hPa
•TemperaturaTemperatura: 15°C: 15°C
•Umidità relativaUmidità relativa: 50%: 50%
900 hPa900 hPa15°C
15°C
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Cerchiamo l’isoigrometrica Cerchiamo l’isoigrometrica passante per il punto passante per il punto
individuato:individuato:
900 hPa900 hPa15°C
15°C
Leggiamo sul bordo Leggiamo sul bordo inferiore il valore inferiore il valore
indicatoindicato
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Poiché l’umidità relativa è Poiché l’umidità relativa è del 50%, il suo contenuto del 50%, il suo contenuto
reale d’acqua sarà:reale d’acqua sarà:
12 x 50/100 = 6 g12 x 50/100 = 6 g
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
EsercizioEsercizio
isobareisobare
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
……
……
……
……
Scrivi i nomi delle linee rappresentateScrivi i nomi delle linee rappresentate
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Riporto del ventoRiporto del vento
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
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Vittorio VillasmuntaVittorio Villasmunta
Esempi di diagrammi Esempi di diagrammi termodinamicitermodinamici
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• Partendo dal TEMP, riportando manualmente Partendo dal TEMP, riportando manualmente punto per punto i dati sul diagramma.punto per punto i dati sul diagramma.
• Su internet, già plottati.Su internet, già plottati.
• Utilizzando un Utilizzando un softwaresoftware specifico specifico come, ad esempio come, ad esempio RAOBRAOB, oppure , oppure Digital Digital AtmosphereAtmosphere..
Dove e come ?Dove e come ?
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