Riassunto delle prime due parti
Nel primo articolo abbiamo visto che per un oggetto che si muove intorno a un asse, la sua massa, la velocità di rotazione e la distanza dall'asse di rotazione sono correlate nella cosiddetta “quantità di moto”. Sulla Terra, poiché la velocità di rotazione e la massa sono considerate costanti, la quantità di moto di una massa d'aria dipende solo dalla distanza dall'asse di rotazione e quindi dalla latitudine.
Nel secondo articolo, abbiamo esaminato le nozioni di vorticità planetaria, relativa e assoluta e abbiamo visto che la vorticità assoluta si conserva in un sistema in assenza di influenze esterne, come nel caso della Terra vista dallo spazio; abbiamo mostrato che la vorticità planetaria (nota Vp), che dipende anch'essa solo dalla latitudine, è massima ai poli e diminuisce verso l'equatore dove è uguale a zero.
Oltre a questa cosiddetta vorticità “planetaria”, l'atmosfera è soggetta a movimenti vorticosi legati al suo stesso moto, la cui vorticità è detta “relativa” a un osservatore posto sulla Terra (nota Vr). La somma dei due tipi di vorticità costituisce la vorticità “assoluta” (nota Va); essa rappresenta ciò che vedrebbe un osservatore posto nello spazio ed è espressa dalla seguente uguaglianza:
Va = Vp + Vr
Da ultimo ma non per importanza: in assenza di forze esterne, la vorticità assoluta è immutabile, cioè non varia; si dice che si conserva. In altre parole, se la vorticità planetaria aumenta, quella relativa diminuisce e viceversa.
Circolazione generale
Per descrivere il movimento dell'atmosfera, la vorticità e la velocità lineare devono essere integrate da un terzo elemento: il riscaldamento della superficie terrestre legato all'irraggiamento solare, e quindi all'altezza del sole sopra l'orizzonte, che dipende anche dalla latitudine.
In definitiva, possiamo notare che tutti gli elementi che influenzano il movimento delle masse d'aria dipendono dalla latitudine e possono essere riassunti come segue:
In prossimità dei poli, la vorticità planetaria di una massa d'aria è massima, la sua velocità lineare bassa e il suo riscaldamento dovuto all'irraggiamento solare minimo. Ai tropici, invece, la vorticità planetaria di una massa d'aria è praticamente nulla, la sua velocità lineare elevata e il suo riscaldamento massimo. Tra le due, troviamo le latitudini temperate, dove il gradiente (la variazione con la latitudine) della vorticità e della velocità lineare è significativo. Nell'immagine a infrarossi di venerdì 11 ottobre che apre questo articolo (canale del vapore acqueo), le aree arancioni sono zone secche che indicano la presenza di subsidenza (l'aria scende verso la superficie) e le aree viola sono zone sature che indicano la presenza di sollevamento (l'aria sale). Le aree di alta vorticità positiva (ciclonica) sono chiaramente visibili sotto forma di vortici, un buon esempio dei quali è visibile al largo delle coste della Spagna (quadrato rosso). Le ampie bande arancioni sopra l'Africa settentrionale corrispondono alla subsidenza anticiclonica (quadrato bianco).
La circolazione generale ai tropici
Ai tropici, l'omogeneità della massa d'aria (praticamente senza fronti) e la vorticità planetaria molto bassa determinano un ambiente poco dinamico ed essenzialmente caratterizzato da un regime convettivo generato dal riscaldamento; in altre parole, è soprattutto il sole il responsabile del movimento delle masse d'aria. Questo sistema essenzialmente convettivo è rappresentato dalle celle di Hadley e dalla regione nota come Zona di Convergenza Intertropicale (ITCZ). L'ITCZ si sposta stagionalmente tra i tropici del Cancro e del Capricorno. I movimenti d'aria legati alla circolazione convettiva della cella di Hadley sono comunque influenzati dalla rotazione terrestre e dalle elevate velocità lineari di queste regioni. Di conseguenza, l'aria ad alta quota vicina alla troposfera e diretta verso nord o verso sud si ritrova su regioni con velocità lineari più basse; acquisisce così un orientamento relativo ovest-est (deviazione verso destra nell'emisfero settentrionale): si tratta del getto subtropicale. L'aria vicina al suolo che torna verso l'equatore dopo essersi abbassata su aree desertiche si avvicina a una regione con una velocità lineare più elevata rispetto a quella della sua regione di origine; assume quindi un orientamento relativo nord-est/sud-ovest nell'emisfero settentrionale: si tratta degli alisei.