In meteorologia lo studio della dinamica dell'atmosfera è generalmente riconducibile all'analisi dei moti orizzontali in quota che possono considerarsi con buona approssimazione geostrofici (attrito trascurabile al di fuori dello strato limite interplanetario - 1500/ 2000 mt). In realtà questa approssimazione geostrofica tiene conto anche di una leggera ageostroficità dei moti in quota che implica la presenza di noti verticali ascendenti o discendenti. Pirma di affrontare lo studio dei moti verticali occorre introdurre due nuovi concetti: la divergenza che esprime il grado di convergenza/divergenza di una massa d'aria e la vorticità che esprime il suo grado di rotazione.

DIVERGENZA

Determiniamo con la divergenza la variazione percentuale del volume di una massa d'aria nell'unità di tempo. Si avrà divergenza positiva o effettiva se si verifica un aumento di volume (conseguente ad una diminuzione di pressione o di densità), si avrà divergenza negativa o convergenza se si verifica una diminuzione di volume (conseguente ad un aumento di pressione e di densità).

Ad ogni dilatazione o contrazione orizzonatle di un volume d'aria corrispondono movimenti lingo la verticale. Ecco perchè quando si desidera studiare i moti verticali si tiene conto solo della divergenza orizzontale. Divergenza orizzontale e verticale si compensano per l'incomprimibilità dell'aria. I termini che influenzano la divergenza effettiva sono la diffluenza delle isobare/isoipse e l'aumento di velocità lungo la direzione di propagazione del flusso. Nel caso della convergenza i termini che la influenzano sono la confluenza delle isobare /isoipse e la diminuzione di velocità. Nel caso della divergenza i contributi dovuti ai due termini (traiettoria delle isoipse e shear di velocità) si annullanno

VORTICITA'

Come già detto, la vorticità esprime il grado di rotazione di una massa d'aria. Essa è una grandezza vettoriale definita cioè da un'intensità, da una direzione e da un verso.

La sua intensità, in valore assoluto, è legata alla velocità angolare omega della particella d'aria. Si può dimostrare in particolare che nel caso di moto circolare uniforme l'intensità della vorticità è pari a 2 * omega. La sua direzione è normale al piano in cui avviene la rotazione. Il suo verso, per convenzione, è coincidente con quello verso cui è diretta la testa di un osservatore che guardi la rotazione in senso ciclonico o positivo, se la rotazione è antioraria, in senso anticiclonico o negativo, se la rotazione è oraria 8considerazioni valide nell'emisfero boreale). Pertanto si potrà parlare di vorticità positiva o negativa.

La vorticità assoluta è data dalla somma della vorticità relativa e della vorticità di trascinamento terrestre. Parlando di questa grandezza si fa riferimento alle componenti verticali della vorticità relativa e di quella di trascinamento terrestre. SI parla pertanto di vorticità relativa verticale e di vorticità di trascinamento terrestre vertcale (quest'ultima nulla all'equatore e massima ai poli). Per il principio di conservazione della vorticità assoluta la somma della vorticità relativa verticale e di quela di trascinamento terrestre vertiale deve rimanere costante. Tale principio ha diverse implicazioni che ci conserntirebbero di spiegare il comportamento di alcuni fenomeni meteorologici. Una di queste ci consenti di dimostrare come le aree cicloniche si rafforzino da nord a sud a differenza delle aree anticicloniche che si rafforzano da sud verso nord.

I fattori che influenzano la vorticità sono principalmente due: il raggio di curvatura delle isoipse e lo shear di velocità in direzione normale al moto. Nella fattispecie la vorticità aumenta al diminuire del raggio di curvatura delle isoipse e all'aumentare della velocità in direzione perpendicolare al moto.

AVVEZIONE DI VORTICITA'

Con avvezione indichiamo il trasporto di determinate caratteristiche della massa d'aria da un punto verso un altro, nel nostro caso di vorticità.

Tratto BC: il vento trasporta la forte vorticità positiva verso zone dove la vorticità è leggermente positiva o nulla. L'avvezione di vorticità è positiva e l'asse di saccatura si sposta da B verso C;

Tratto CD: il vento trasporta la vorticità leggermente negativa verso zone dove la vorticità è fortemente negativa. L'avvezione di vorticità è positiva e tende a sostituire il tratto anticiclonico CD con quello ciclonico BC;

Tratto DE: il vento trasporta vorticità fortemente negativa verso zone dove la vorticità è leggermente negativa o nulla. L'avv. di vorticità è negativa e l'asse di promontorio si sposta da D verso E.

Tratto EF: il vento trasporta la vorticità leggermente positiva o nulla verso zone dove la vorticità è fortemente positiva. L'avvezione di vorticità è negativa e tende a sostituire il tratto ciclonico EF con quello ciclonico DE;

Nel tratto BD l'avvezione è positiva, pertanto la divergenza in quota è positiva con conseguente calo della pressione al suolo e tendenza allo sviluppo di moti vorticali ascendenti. Nel tratto DF l'avvezione è negativa, pertanto la divergenza in quota è negativa con conseguente aumento della pression al suolo e tendenza allo sviluppo di moti verticali subsidenti.

Divergenza e vorticità. Le considerazini fatte a proposito di questi due fenomeni ci consentono di fare delle valutazioni più ampie che assemblino le nozioni teoriche sopra esposte. In generale si può affermare che le aree di avvezione di vorticità positiva corrispondono ad aree con divergenza effettiva in quota con conseguente calo della pressione al suolo e moti verticali discendenti. Viceversa, le aree di avvezione di vorticità negativa corrispondono ad aree con divergenza negativa in quota, con conseguente aumento della pressione al suolo e tendenza allo sviluppo di moti verticali subsidenti, ovvero di compressione verso il basso.

Nicola Frisullo