Esercizi: Fronti, cicloni e perturbazioni

Una massa d'aria è una grande porzione di atmosfera con temperatura e umidità abbastanza uniformi.

1. a) Che cosa si intende per fronte?
2. b) Qual è la differenza fra fronte caldo e fronte freddo?
3. c) Quale tipo di nuvole e di precipitazioni è tipico di un fronte freddo?

L'umidità relativa dell'aria è il rapporto percentuale fra la quantità di vapore presente e quella massima possibile a quella temperatura.

1. a) Che cosa accade quando l'umidità relativa raggiunge il $100\%$?
2. b) Come si chiama la temperatura alla quale ciò avviene?
3. c) Perché una massa d'aria che sale si raffredda e produce nuvole?

I cicloni tropicali (uragani) si formano sugli oceani caldi.

1. a) Qual è la temperatura minima approssimativa della superficie del mare necessaria alla loro formazione?
2. b) Perché si indeboliscono quando raggiungono la terraferma?
3. c) Che cos'è l'occhio del ciclone?

Una perturbazione atlantica attraversa il Nord Italia. Prima del passaggio del fronte caldo il cielo si copre di cirri, poi di nuvole stratificate, infine arriva pioggia continua. Dopo il fronte freddo il cielo torna sereno e la temperatura scende.

1. a) Descrivi la sequenza delle nuvole prima del fronte caldo e spiega perché le precipitazioni sono continue e moderate.
2. b) Spiega perché il fronte freddo, più rapido, provoca precipitazioni brevi e intense.
3. c) Che cos'è un fronte occluso e come si forma?

Una massa d'aria alla quota di $0\ \text{m}$ ha temperatura $24\ ^\circ\text{C}$ e punto di rugiada $12\ ^\circ\text{C}$. Sale lungo un versante raffreddandosi di $1\ ^\circ\text{C}$ ogni $100\ \text{m}$ (aria non satura), mentre il punto di rugiada diminuisce di circa $0{,}2\ ^\circ\text{C}$ ogni $100\ \text{m}$.

1. a) Calcola la quota di condensazione (la quota alla quale temperatura e punto di rugiada coincidono).
2. b) Calcola la temperatura in quel punto.
3. c) Spiega perché dopo la condensazione il raffreddamento è più lento (gradiente adiabatico saturo).

Una massa d'aria umida proveniente dal Tirreno supera l'Appennino e scende sul versante adriatico più calda e secca (effetto Föhn).

1. a) Spiega che cosa accade sul versante sopravvento.
2. b) Spiega perché sul versante sottovento l'aria arriva più calda e secca.
3. c) Calcola di quanto è più calda l'aria a $0\ \text{m}$ sul versante sottovento, rispetto alla partenza, se parte a $0\ \text{m}$ con $20\ ^\circ\text{C}$, sale a $2.000\ \text{m}$ con raffreddamento medio di $0{,}6\ ^\circ\text{C}/100\ \text{m}$ (aria satura) e riscende con riscaldamento di $1\ ^\circ\text{C}/100\ \text{m}$.

Il ciclone extratropicale (depressione delle medie latitudini) si sviluppa lungo il fronte polare, dove si incontrano aria polare fredda e aria tropicale calda.

1. a) Descrivi le fasi del ciclo di vita di una ondulazione del fronte polare fino all'occlusione.
2. b) Spiega il ruolo dell'energia potenziale disponibile e del gradiente termico.
3. c) Spiega perché i cicloni mediterranei (per esempio il ciclone del Golfo di Genova) hanno caratteristiche particolari legate alla presenza delle Alpi e al mare relativamente caldo.

Un uragano trae energia dal calore latente di condensazione del vapore acqueo.

1. a) Descrivi il meccanismo di retroazione positiva che alimenta il sistema a partire da un mare caldo.
2. b) Calcola l'energia liberata dalla condensazione di $1{,}0\times10^{9}\ \text{kg}$ di vapore acqueo, con calore latente $L = 2{,}5\times10^{6}\ \text{J/kg}$.
3. c) Confronta il risultato con l'energia di una centrale elettrica da $1{,}0\ \text{GW}$ che opera per un giorno ($86.400\ \text{s}$) e commenta.

Un temporale a cella singola si sviluppa in una calda giornata estiva in Pianura Padana con forte instabilità atmosferica.

1. a) Spiega il concetto di instabilità condizionata e di convezione, indicando il ruolo del calore latente.
2. b) Descrivi le tre fasi del ciclo di vita di una cella temporalesca (cumulo, maturità, dissipazione).
3. c) Spiega perché la formazione di grandine richiede forti correnti ascensionali e temperature sotto $0\ ^\circ\text{C}$ nella parte alta della nube.