Inclusi in questo articolo:

Questo articolo esplora le origini del vento e le forze che lo determinano. Applichiamo poi queste conoscenze alle mappe meteorologiche, aiutando i velisti a interpretare i modelli di vento in superficie per una migliore comprensione della navigazione.

Esploreremo anche il vento verticale. Sebbene non sia direttamente percepito dai velisti, può influenzare le condizioni del mare. Infine, esamineremo la circolazione globale del vento 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 da una pressione più alta a una più bassa. Se forate una ruota di bicicletta, l'aria all'interno uscirà finché la pressione non si sarà equalizzata tra l'aria interna e quella esterna. Questo è il tentativo di Madre Natura di riequilibrarsi.

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, più la pressione diminuisce su una breve distanza, maggiore è la forza.

Si potrebbe pensare che il vento soffi dall'alto verso il basso in linea retta. Tuttavia, non è così semplice come sembra. La rotazione terrestre crea 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 capirlo, dimentichiamoci per un attimo del vento e prendiamo l'esempio di una giostra che gira in senso antiorario con 4 persone sedute ai bordi della giostra, una di fronte all'altra. Se una persona lancia una palla alla persona seduta davanti a lei, la palla non finirà alla persona a cui sta mirando perché quella persona si sarebbe spostata a causa della rotazione della giostra. Invece, la persona seduta alla sua destra riceverà la palla 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 più lenta, una volta ogni 24 ore. La conseguenza è che l'effetto Coriolis non si avverte 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 proiettili di cecchino e proiettili di artiglieria) o nella circolazione dell'aria su grandi distanze.

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

La Terra non è piatta come la giostra, il che fa sì che la forza di Coriolis vari 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 nella direzione opposta, deviando quindi verso sinistra. Per comprendere questo, è necessario 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 dritta possibile, eliminando rapidamente i gradienti di pressione e la meteorologia sarebbe molto più semplice.

Il vento non soffia mai in linea retta, ma piuttosto curva o gira. La curvatura del vento crea una forza centrifuga sulle particelle d'aria che le spinge fuori dalla curva. Questa è la stessa forza centrifuga che si sperimenta quando si affronta una curva veloce in auto, e il corpo viene spinto verso l'esterno della curva.
​

Sommando queste tre forze – pressione, forza di Coriolis e forza centrifuga – e supponendo che si bilancino, chiamiamo questo vento teorico " vento di gradiente". Supponendo che il vento di gradiente, come il vento geostrofico, soffi parallelamente alle isobare, la velocità del vento diminuisce o aumenta a seconda della curvatura.

Quando il vento gira 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 è tipicamente sovrastimato considerando solo la forza di gradiente di pressione attorno a un sistema di bassa pressione).

Le particelle d'aria subiscono attrito in superficie (sia sulla terraferma che sull'acqua, ma più sulla terraferma). Questo rallenta le particelle d'aria. Quindi, l'attrito rallenta il vento vicino alla superficie, con conseguente indebolimento della forza di Coriolis e della forza centrifuga, ma la forza di pressione rimane invariata. Il flusso è quindi sbilanciato, con la forza di pressione che "vince" e alla fine attrae più particelle d'aria. Pertanto, il vento viene "deviato" verso la bassa pressione e lontano dall'alta pressione. Per i velisti, è importante sapere quanto segue:

Poiché l'attrito devia l'aria verso la bassa pressione, ciò significa che l'aria convergerà verso il centro della bassa pressione da tutte le direzioni. L'aria non avrà altra scelta che dirigersi verso l'alto e, pertanto, salirà (movimento verticale verso l'alto) al centro della bassa pressione.
​

Poiché l'attrito devia l'aria verso l'esterno dell'Alta pressione, l'effetto sarà opposto e l'aria affonderà (movimento verticale verso il basso) al centro dell'Alta pressione.

Tutto ciò è riassunto nell'immagine sottostante:

In questa sezione applicheremo la teoria della sezione precedente alle mappe meteorologiche dell'emisfero settentrionale per descrivere il vento orizzontale in superficie, che è fondamentale per il velista.

La mappa sottostante mostra una mappa isobare in superficie. Le linee marroni sono linee di uguale pressione. Ecco alcuni concetti chiave che potete vedere nell'immagine qui sotto:

L'immagine qui sotto è un altro esempio di mappa di pressione di Bracknell. Notate 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 in verde 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.

La mappa sottostante mostra un'area di bassa pressione sulla terraferma. Il vento in superficie, come indicato dalla direzione delle punte 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 quello 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 navigherà in condizioni di vento instabile e/o rafficato.

La stabilità si riferisce alla tendenza dell'atmosfera a rallentare o accelerare il moto verticale dell'aria. Un fattore importante del vento verticale è il fattore termico .

Il driver termico corrisponde al profilo verticale della temperatura dell'atmosfera. Il concetto principale è che l'aria calda tende a salire perché è meno densa dell'aria circostante più fredda.
​

Prendiamo una particella d'aria in superficie e aumentiamo la sua temperatura di qualche grado rispetto all'aria circostante. Questa particella d'aria sale. Man mano che sale, la pressione atmosferica e la temperatura della particella 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 persino ad accelerare. D'altra parte, se la particella trova l'aria circostante alla stessa temperatura, smetterà di salire. Quindi possiamo ricordare:

Ecco alcuni punti chiave per i velisti che navigano in un'atmosfera termica stabile o instabile:

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

La circolazione globale dell'aria è dovuta al fatto che la Terra viene riscaldata in modo non uniforme dal Sole. L'equatore riceve più calore e i poli meno. La circolazione globale dell'aria agisce come un sistema di condizionamento dell'aria, ridistribuendo il calore dall'equatore ai poli. In questa fase è importante collegare la temperatura dell'aria e la pressione atmosferica. L'aria calda è meno densa e sale, con conseguente riduzione della pressione. D'altra parte, 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 torna all'equatore in superficie, dove si riscalda nuovamente. Questo modello semplicistico prevede una cella di circolazione per ogni emisfero, rappresentata di seguito, paragonando un emisfero a una casa.

Tuttavia, la Terra ruota, il che causa la circolazione dovuta alla forza di Coriolis. Quando l'aria si allontana dall'equatore ad alta quota, la forza di Coriolis devia il vento. Raggiungendo i 30° di latitudine, il vento è parallelo all'equatore e smette di muoversi più a nord o a sud. Questo fa sì che l'aria scenda a 30° di latitudine anziché al polo. Ciò si traduce in tre celle per ciascun emisfero, come mostrato di seguito.

Zona A: le aree in cui l'aria sale sono caratterizzate da bassa pressione in superficie. Corrispondono a zone con nubi e pioggia (ad esempio, foreste equatoriali e Regno Unito settentrionale).

Zona B: aree in cui l'aria sprofonda sono caratterizzate da alta pressione. In queste zone il cielo è sereno e con scarse precipitazioni (ad esempio, l'alta pressione delle Azzorre, il deserto del Sahara e i Poli).

Queste 3 celle generano venti sulla superficie che vengono deviati anche dalla forza di Coriolis.

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

Per saperne di più, continua a leggere! Nel prossimo articolo, Meteorologia marina 3: Nuvole , esploreremo tutte le varietà di nuvole, analizzandone dimensioni, forma, altezza e cosa si può imparare sul meteo in arrivo dalla loro posizione e dal loro movimento.