I movimenti verticali dell'aria (1)

a) Variazioni della temperatura (T) con l'altezza per l'aria secca o umida non satura

Quando una massa d'aria sale verrà a trovarsi, a quote più alte, ad una pressione più bassa e quindi si espanderà. Se la salita di tale massa d'aria avviene abbastanza velocemente tanto da non consentire sensibili scambi di calore con l'atmosfera circostante l'espansione (cioè per così dire il "lavoro" sull'aria circostante) sarà ottenuta a spese della sua provvista di calore; l'aria cioè si raffredderà. Tale forma di raffreddamento è detta processo adiabatico. Processo analogo ma contrario si avrà per una massa d'aria che scende attraversando l'atmosfera; questa obbligherà la massa d'aria a ridurre il suo volume, cioè a comprimersi comportando di conseguenza un aumento di temperatura. La diminuzione o l'aumento adiabatico di T avvengono secondo leggi determinate. L'aria secca, cioè priva di vapore, e l'aria umida non satura subiscono una diminuzione di 1° C di T per ogni sollevamento di 100 m; subiscono un aumento di 1° C di T per ogni abbassamento di 100 m. Questo valore, costante ed indipendente dall'altezza in cui avviene lo spostamento e dalla T della massa d'aria, viene chiamato "variazione termica adiabatica per aria secca". Tale variazione possiamo quindi considerarla come una "velocità" di raffreddamento che non deve essere confusa con il gradiente termico verticale che deriva dalla distribuzione di T nell'atmosfera in un dato momento. Può così accadere che una porzione di aria, anche se ha iniziato il suo movimento con la stessa T dell'aria circostante, abbia, dopo una espansione o compressione adiabatica, una T diversa da quella che l'aria avrebbe alle medesime quote se non fosse animata da movimento.

La legge secondo cui varia la T di una massa d'aria secca (o una massa d'aria umida non satura) è rappresentata da una retta chiamata "adiabatica secca". Rispetto alla variazione termica adiabatica per aria secca il gradiente termico verticale dell'atmosfera può presentare tre casi:

- essere uguale alla variazione termica adiabatica, cioè proprio di 1° C ogni 100 m, In tal caso l'atmosfera è detta adiabatica ed il suo gradiente "gradiente adiabatico"

- essere superiore alla variazione termica adiabatica, cioè maggiore di 1° C per ogni 100 m. L'atmosfera verrà chiamata in tal caso superadiabatica e il suo gradiente "gradiente superadiabatico"

- essere inferiore alla variazione termica adiabatica, cioè minore di 1° C per ogni 100 m. In tal caso l'atmosfera verrà chiamata subadiabatica e il suo gradiente "gradiente subadiabatico"

Dal confronto tra T della massa d'aria secca o umida in movimento e quindi soggetta alla variazione termica adiabatica e la T dell'atmosfera circostante (T definita dal gradiente termico locale e attuale dell'atmosfera) possono trarsi come vedremo conclusioni sull'equilibrio dell'atmosfera stessa.

b) Variazioni della temperatura (T) con l'altezza per l'aria satura

Abbiamo visto come l'aria secca, o umida non satura, si raffreddi durante il sollevamento di 1° C per ogni 100 m. Durante tale sollevamento, man mano che diminuisce la T aumenta invece l'umidità relativa sino al 100%; la massa d'aria raggiunge cioè la saturazione. Per ogni ulteriore raffreddamento avverrà la condensazione; nella fase di condensazione si sviluppa una notevole quantità di calore sino allora latente nel vapore e pertanto il raffreddamento della massa d'aria ascendente verrà ridotto. In altre parole dopo l'inizio della condensazione la T non diminuirà più di 1° C per ogni 100 m ma meno di 1° C. Precisamente la diminuzione della T può oscillare (vedi tab) tra 0,4° e 0,9° per ogni 100 m. Questo valore viene chiamato "variazione termica adiabatica per aria satura" ed ha lo stesso significato della variazione termica adiabatica per aria secca. 

La legge secondo cui varia la T di una massa d'aria satura è rappresentata da una curva chiamata "adiabatica satura" (fig V 111). Come mostra la figura la variazione adiabatica per aria satura a differenza della variazione adiabatica per aria secca che è costante con l'altezza varia con l'altezza stessa (vedi tavola)

Variazioni di T in gradi C/100 m per aria satura ascendente in funzione di alcune altezze e per alcune determinate temperature iniziali.