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Questo articolo esplora le origini del vento e le forze che lo determinano. Applichiamo quindi queste conoscenze alle carte meteorologiche, aiutando i marinai a interpretare i modelli di vento a livello del suolo per una navigazione più efficace.

Analizziamo anche il vento verticale. Sebbene non venga percepito direttamente dai marinai, può influenzare le condizioni in mare. Infine, esaminiamo la circolazione globale dei venti e la sua influenza sui sistemi meteorologici.

Il vento è un movimento d'aria causato da una differenza di pressione atmosferica. L'aria viene spinta dalle zone ad alta pressione a quelle a bassa pressione. Se si fora uno pneumatico di bicicletta, l'aria all'interno uscirà fino a quando la pressione tra l'aria interna ed esterna non si sarà equilibrata. È Madre Natura che cerca di mantenere il proprio equilibrio.

La fisica del vento è simile. Sulla superficie terrestre, dove c'è un'area di alta pressione e un'area di bassa pressione, l'aria viene spinta dall'area di alta pressione a quella di bassa pressione. Questa forza è chiamata forza del gradiente di pressione . È proporzionale alla differenza di pressione su una distanza. Quindi, maggiore è la diminuzione di pressione su una breve distanza, maggiore è la forza.

Si potrebbe pensare che il vento soffi in linea retta dalle zone più alte a quelle più basse. Tuttavia, la realtà è più complessa. La rotazione terrestre genera un'altra forza, chiamata forza di Coriolis .

Questa forza non è specifica del vento, ma si applica a qualsiasi oggetto in movimento su un sistema rotante. Per comprenderlo, dimentichiamoci per un attimo del vento e prendiamo l'esempio di una giostra che gira in senso antiorario con quattro persone sedute ai bordi, una di fronte all'altra. Se una persona lancia una palla alla persona seduta di fronte a lei, la palla non arriverà al bersaglio, perché quella persona si sarà spostata a causa della rotazione della giostra. Invece, la palla verrà ricevuta dalla persona seduta alla sua destra, perché è stata deviata verso destra da una forza chiamata forza di Coriolis.

Guarda la forza di Coriolis presentata in questo video di 25 secondi:

Anche la Terra ruota in senso antiorario, come la giostra, ma a una velocità molto inferiore, compiendo una rotazione completa ogni 24 ore. Di conseguenza, l'effetto Coriolis non si manifesta quando lanciamo una palla. Sulla Terra, l'effetto Coriolis può essere osservato in oggetti che si muovono ad alta velocità e/o su grandi distanze (come i proiettili dei cecchini e i colpi di artiglieria) o nella circolazione dell'aria su grandi distanze.

Applichiamo l'esempio precedente alla meteorologia e immaginiamo un sistema di bassa pressione stazionario al Polo Nord:

La Terra non è piatta come una giostra, quindi la forza di Coriolis varia a seconda della latitudine. La forza di Coriolis è massima al Polo Nord e devia verso destra. È nulla all'equatore. È massima anche al Polo Sud, ma in direzione opposta, quindi devia verso sinistra. Per comprendere questo concetto, bisogna immaginare, a ogni latitudine, una giostra che taglia la Terra a quella latitudine e proiettare la velocità dell'aria sul piano della giostra:

Curiosità: se la Terra non ruotasse, l'aria fluirebbe lungo la linea più retta possibile, eliminando rapidamente i gradienti di pressione, e la meteorologia sarebbe molto più semplice.

Il vento non soffia mai in linea retta, ma curva o cambia direzione. La curvatura del vento crea una forza centrifuga sulle particelle d'aria che le spinge verso l'esterno della curva. Questa è la stessa forza centrifuga che si sperimenta quando si affronta una curva ad alta velocità in auto e il corpo viene spinto verso l'esterno della curva.
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Sommando queste tre forze – pressione, Coriolis e centrifuga – e supponendo che si bilancino, ci riferiamo a questo vento teorico come vento di gradiente. Ipotizzando che il vento di gradiente, come il vento geostrofico, soffi parallelamente alle isobare, la velocità del vento risulta ridotta o aumentata a seconda della curvatura.

Quando il vento ruota attorno a un'area di bassa pressione, la forza centrifuga si oppone alla forza di pressione. Pertanto, il vento di gradiente per la curvatura ciclonica è inferiore al vento geostrofico (il vento viene in genere sovrastimato considerando solo la forza del gradiente di pressione attorno a un sistema di bassa pressione).

Le particelle d'aria subiscono attrito sulla superficie (sia sulla terraferma che sull'acqua, ma maggiormente sulla terraferma). Questo rallenta le particelle d'aria. Di conseguenza, l'attrito rallenta il vento vicino alla superficie, con conseguente indebolimento delle forze di Coriolis e centrifughe, mentre la forza di pressione rimane invariata. Il flusso risulta quindi sbilanciato, con la forza di pressione che "prevale" e finisce per attrarre un maggior numero di particelle d'aria. Pertanto, il vento viene "deviato" verso le zone di bassa pressione e allontanato da quelle di alta pressione. Per i velisti, è importante sapere quanto segue:

Poiché l'attrito devia l'aria verso la zona di bassa pressione, ciò significa che l'aria convergerà verso il centro della zona di bassa pressione da tutte le direzioni. L'aria non avrà altra via d'uscita che verso l'alto e, di conseguenza, si solleverà (movimento verticale verso l'alto) al centro della zona di bassa pressione.
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Poiché l'attrito devia l'aria verso l'esterno nelle zone di alta pressione, l'effetto sarà opposto e l'aria scenderà (movimento verticale verso il basso) al centro dell'alta pressione.

Questo concetto è riassunto nell'immagine sottostante:

In questa sezione, applichiamo la teoria della sezione precedente alle carte meteorologiche dell'emisfero settentrionale per descrivere il vento orizzontale in superficie, un elemento chiave per il navigatore.

La mappa sottostante mostra una mappa delle isobare in superficie. Le linee marroni rappresentano le linee di uguale pressione. Ecco alcuni concetti chiave che si possono osservare nell'immagine sottostante:

L'immagine sottostante è un altro esempio di mappa della pressione atmosferica di Bracknell. Si noti nell'angolo in alto a sinistra una scala per stimare il vento geostrofico in superficie.

La mappa sottostante mostra un sistema di bassa pressione sulla terraferma. Il vento in superficie, colorato di verde nell'immagine, non scorre parallelamente all'isobara, ma viene deviato verso il centro del sistema di bassa pressione a causa dell'attrito.

La mappa sottostante mostra un'area di bassa pressione sulla terraferma. Il vento in superficie, come indicato dalla direzione delle frecce del vento nell'immagine sottostante, non scorre parallelamente all'isobara ma viene deviato verso il centro del sistema di bassa pressione a causa dell'effetto di attrito.

Le nuvole sono un ottimo indicatore dei venti verticali e consigliamo di leggere l'articolo sulle nuvole - Meteorologia marina: Nuvole .

Il vento verticale e il vento orizzontale sono collegati. Il vento verticale influenza la stabilità del vento orizzontale. Questa stabilità è molto importante per i velisti, perché se il vento orizzontale è instabile si naviga in condizioni variabili e/o raffiche.

La stabilità si riferisce alla tendenza dell'atmosfera a diminuire o accelerare il movimento verticale dell'aria. Un fattore determinante del vento verticale è il fattore termico .

Il fattore termico corrisponde al profilo verticale della temperatura atmosferica. Il concetto principale è che l'aria calda tende a salire perché è meno densa dell'aria circostante più fredda.
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Prendiamo una particella d'aria sulla superficie e aumentiamo la sua temperatura di qualche grado rispetto all'aria circostante. Questa particella d'aria sale. Mentre sale, la pressione dell'aria e la temperatura della particella d'aria diminuiscono. Quando la particella d'aria raggiunge, ad esempio, 10 metri di altezza, se è ancora più calda dell'ambiente circostante, continuerà a salire e addirittura accelererà. D'altra parte, se la particella trova l'aria circostante alla stessa temperatura, smetterà di salire. Quindi possiamo ricordare:

Ecco i punti chiave da tenere a mente per i velisti che navigano in un'atmosfera termica stabile o instabile:

In quest'ultima sezione, applicheremo tutte le conoscenze acquisite sui venti orizzontali e verticali per spiegare la circolazione globale dei venti sulla Terra. Ci concentreremo in particolare sulla circolazione globale dei venti sulla superficie degli oceani, che i marinai utilizzano per attraversare gli oceani sfruttando il vento.

La circolazione atmosferica globale è dovuta al riscaldamento non uniforme della Terra da parte del Sole. L'equatore riceve più calore e i poli meno. La circolazione atmosferica globale agisce come un sistema di condizionamento dell'aria, ridistribuendo il calore dall'equatore ai poli. A questo punto è importante collegare la temperatura dell'aria alla pressione atmosferica. L'aria calda è meno densa e sale, con conseguente diminuzione della pressione. Al contrario, l'aria fredda scende, aumentando la pressione atmosferica.

L'aria calda sale sopra l'equatore e si sposta verso i poli ad alta quota. Allontanandosi dall'equatore, si raffredda e scende. L'aria fredda ritorna verso l'equatore in superficie, dove si riscalda nuovamente. Questo modello semplificato prevede una cella di circolazione per ciascun emisfero, rappresentata qui sotto, paragonando un emisfero a una casa.

Tuttavia, la Terra ruota, il che provoca una circolazione dovuta alla forza di Coriolis. Quando l'aria si allontana dall'equatore ad alta quota, la forza di Coriolis devia il vento. Raggiunta la latitudine di 30°, il vento è parallelo all'equatore e smette di spostarsi ulteriormente verso nord o verso sud. Questo fa sì che l'aria scenda alla latitudine di 30° anziché al polo. Ciò determina la formazione di tre celle per ciascun emisfero, come mostrato di seguito.

Zona A: Le aree in cui l'aria sale sono caratterizzate da bassa pressione al suolo. Queste corrispondono ad aree con nuvole e pioggia (ad esempio, foreste equatoriali e il nord del Regno Unito).

Zona B: le aree in cui l'aria scende sono caratterizzate da alta pressione. Qui il cielo è sereno e piove poco (ad esempio, gli altopiani delle Azzorre, il deserto del Sahara e i poli).

Queste 3 celle generano venti in superficie che vengono poi deviati dalla forza di Coriolis.

Questi venti (zone C e D) sono rappresentati nell'immagine sottostante relativa alla regata Vendée Globe.

Per saperne di più, continuate a leggere! Nel prossimo articolo, Meteorologia Marina 3: Nuvole , esploreremo tutte le varietà di nuvole, analizzandone dimensioni, forma, altezza e cosa si può dedurre sulle condizioni meteorologiche future dalla loro posizione e dal loro movimento.