Come si forma il vento nel cielo?

Il vento è il movimento di una massa d’aria atmosferica. Quando pensiamo al vento, pensiamo allo spostamento orizzontale dell’aria.

D’estate, in riva al mare, di giorno, il vento soffia dal mare verso la terra e di notte soffia dalla terra verso il mare, perché? Perché durante il giorno la temperatura della terra è più alta di quella dell’acqua, la sabbia può diventare molto calda quando viene riscaldata dal Sole.

L’aria a contatto con la terra si riscalda, si espande (la stessa quantità d’aria occuperà più spazio), diventa meno densa e salirà nell’atmosfera, il che produce un richiamo d’aria a contatto con il mare, da cui un vento diretto dal mare verso la terra. Di notte la terra si raffredda e la sua temperatura diventa più bassa di quella del mare, quindi è l’aria sopra il mare che sale, creando un richiamo per l’aria sopra la terra.

Ora proviamo a guardare l’intera Terra. La zona equatoriale, quella tra i tropici, riceve in media più energia solare rispetto alle zone più a nord. La radiazione solare è più importante in questa zona del pianeta.

La temperatura media sarà quindi più alta all’equatore e le masse d’aria a contatto si espanderanno, diventeranno meno dense e subiranno un movimento ascendente (verso l’alto), creando così un richiamo di aria proveniente dalle maggiori latitudini. Così sono gli alisei diretto verso l’equatore.

Man mano che sale, l’aria si raffredda, la sua temperatura si equilibra e diventa uniforme, la salita si ferma a circa 15 km di quota e le masse d’aria sono distribuite verso nord nell’emisfero settentrionale, e verso sud nell’emisfero australe. Quindi le masse d’aria scendono e chiudono l’anello con gli alisei.

Perché l’aria diventa più fredda mentre sale? O meglio, perché la temperatura diminuisce con l’altitudine?

Quando due oggetti a temperature differenti vengono messi a contatto, in genere quello più freddo si scalda, quello più caldo si raffredda e dopo un certo tempo le loro temperature si uniformano. Questo processo viene chiamato conduzione del calore. Ma non è quello che succede con le masse d’aria quando sono a temperature diverse, perché sono in gioco due scale temporali: quella della conduzione, ovviamente, ma anche quella della convezione, cioè la scala temporale dei movimenti globali.

Abbiamo detto che le masse d’aria equatoriali, meno dense, subiscono una forza che le fa salire. Tuttavia, si scopre che questo movimento è rapido, in modo che le masse d’aria calda salgano di quota senza praticamente scambiare calore con le masse d’aria circostanti meno calde.

Man mano che la pressione dell’aria diminuisce con l’altitudine, le masse ascendenti subiscono una dilatazione, un rilassamento che le raffredda. Questa espansione avviene senza scambio di calore con l’ambiente. Quando le masse d’aria scendono verso i tropici, accade il contrario: l’aria viene compressa perché la pressione circostante aumenta e questa compressione le riscalda. Il gradiente termico, cioè la variazione della temperatura dell’atmosfera con l’altitudine, è quindi governato dai movimenti dell’atmosfera: 9,5° per chilometro per l’aria secca, 6,5° per chilometro per l’aria umida. Questa differenza è spiegata dal fatto che quando l’aria è umida, il vapore acqueo ascendente si condensa in goccioline, che rilasciano il calore latente di liquefazione (questo è l’opposto dell’evaporazione, che richiede un apporto di calore). Questo apporto di calore fa sì che la temperatura dell’aria umida diminuisca meno rapidamente con l’altitudine rispetto all’aria secca.

Da sottolineare che i venti possono raggiungere valori molto elevati, fino a 200 km/h. Più grandi sono le masse d’aria, più forti sono i richiami d’aria associati ai loro movimenti verticali e più violenti possono essere i venti che ne derivano.