Elementi di climatologia by Antonino Galati

Antonino Galati

ELEMENTI DI CLIMATOLOGIA - Relazione -

Anno di realizzazione : 2002 1

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PALERMO FACOLTA’ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA EDILE A.A. 2002-2003

CORSO DI CLIMATOLOGIA DELL’ AMBIENTE COSTRUITO Docente: prof. Salvatore Barbaro Allievo ingegnere: Galati Antonino

Lo studio del clima La climatologia è una branca della scienza che è seguita con particolare interesse scientifico e specialmente per gli studi ad essa legati quali la geomorfologia, la biologia e l’ ecologia. Lo studio del clima infatti ha lo scopo di studiare gli elementi climatici quali la temperatura, l’ umidità, il soleggiamento, la pressione atmosferica, e gli effetti fisici portati dall’ interazione di queste variabili quali le precipitazioni, la nuvolosità del cielo, le escursioni termiche, la rosa dei venti e tutti quei fenomeni che rientrano nella cosiddetta climatologia dinamica. Il clima infatti influenza i fenomeni fisici del manto terrestre, sia dal punto di vista paesaggistico che da quello biologico; il primo perché la crosta terrestre, soggetta agli agenti atmosferici, come le piogge ed i venti, tende sempre a modificare il suo aspetto; il secondo perché in conseguenza di ciò varierebbero le coltivazioni di piante e di vegetali, cioè della flora, e sulla base della catena alimentare, anche della fauna, che può essere migrante o meno. Inoltre per la teoria della sopravvivenza, il clima condiziona anche l’ adattamento di una specie animale che un’ altra. Lo studio si rivela alquanto complesso poiché la variazione seppur lieve di qualche parametro climatico comporta effetti diversi dell’ ambiente; ad esempio, a parità di temperatura, una località può risultare più afoso dell’ altro in quanto presentante un tasso di umidità maggiore. Un ottimo studio del clima consentirebbe di prevedere l’ evoluzione dei fenomeni atmosferici e l’ influenza di questi sui territori, anche al fine di evitare conseguenze dannose per l’ ambiente e per l’ uomo stesso. Una buona riuscita dello studio del clima prevede come fine ultimo quello di una ristretta classificazione dei climi presenti sulla terra, riducendo i cosiddetti climi locali, in cui vengono accomunati fenomeni climatici presentanti caratteristiche comuni; un’ attribuzione dei climi a delle particolari zone della superficie terrestre ci consente di classificarla secondo delle definite zone climatiche

Elementi del clima I parametri climatici che influenzano le località geografiche sono essenzialmente: l’ entità di radiazione solare globale raccolta dal suolo, dovuta anche al numero effettivo di ore di esposizione ai raggi solari; il livello termoigrometrico, caratterizzato dalla temperatura e dall’ umidità dell’ aria, dalle escursioni termiche medie, che condizionano il regime pluviometrico, ovvero la quantità media di precipitazioni sul suolo in un periodo di tempo definito. Le radiazione solare può dipendere da vari fattori come la latitudine e l’ altitudine del luogo; la direzione della normale alla superficie e dunque l’ inclinazione del piano irradiato rispetto a quello equatoriale terrestre. Questi sono aspetti accomunati fra loro in quanto dipendenti dall’ angolazione dei raggi solari sulla superficie e, se si 2

esclude l’ altitudine, sono di natura cosmica e ripartibili per fasce di latitudine. La radiazione solare può dipendere anche da fattori interni come i processi di attenuazione da parte dell’ atmosfera terrestre che filtrano i raggi ultravioletti, altrimenti nocivi alla pelle degli esseri viventi, ma anche dal grado di nuvolosità, dovuto al tipo di nubi e come sono distribuiti nel cielo. Ma questo aspetto è direttamente influenzato dal livello termoigrometrico dell’ aria, cioè dalla sua temperatura e dalla sua umidità. La temperatura dell’ aria dipende dalla radiazione solare sul suolo; questi riscaldato tende infatti a trasmettere il calore agli strati d’ aria a contatto con esso, mediante il fenomeno di convezione; mediante gli spostamenti delle masse d’ aria, si verificano i moti convettivi che portano i flussi di aria calda a quote più alte, e dunque ad una propagazione del calore che consegue un aumento di temperatura su tutta l’ aria circostante. L’ umidità dell’ aria dipende dalla quantità di vapore acqueo presente nell’ atmosfera dunque dalla radiazione solare sulle superfici marine. Solitamente si tende a riportare i valori di umidità assoluta ed umidità relativa: l’ umidità assoluta dipende dalla pressione parziale di vapore , e dunque dalla percentuale di vapore acqueo presente nell’ aria; mentre quella relativa è il rapporto tra la pressione parziale di vapore e la pressione di saturazione alla stessa temperatura e cioè il rapporto tra la quantità di vapore realmente contenuta nell’ aria ( dunque la pressione parziale ) e la massima quantità possibile di vapore che l’ aria può contenere ( dunque una pressione massima di vapore detta appunto di saturazione ). Dunque dal livello idrometrico si giunge agli effetti che esso comporta sugli esseri viventi che abitano sulla zona climatica, con l’ aumento o la diminuzione delle malattie infettive dovuto al fatto che determinate combinazioni di temperature ed umidità favoriscono la moltiplicazione di determinati virus e batteri in grado di aggredire le vie respiratorie. Dunque il senso di benessere o di disagio avvertito da un organismo umano dipendono dalla temperatura, dall’ umidità relativa e dallo scambio di calore con l’ esterno. Tre parametri comportanti tre grandezze fisiche riassumibili in una sola complessiva universale detta temperatura effettiva. La temperatura effettiva si ricava sperimentalmente su gruppi di soggetti di età e sesso diversi in diverse condizioni di abbigliamento; dopo un soggiorno di acclimatazione in ambiente neutro, i soggetti entrano in camere preparate con parametri fisici definiti, per poi raccogliere le loro sensazioni di gradevolezza o meno; questo è solo uno degli indici climatici empirici soggettivi, detti indici di sensazione, che rappresentano la votazione media manifestata da gran numero di soggetti posti nello stesso ambiente. Gli indici più noti sono il PMV, voto medio previsto, e il PPD, la percentuale prevista degli insoddisfatti. Il PMV si ricava in base alla definizione di carico termico L=(M–W)–D dove M sta per metabolismo energetico: la capacità dell’organismo di trasformare cibi e bevande in potenza termica e lavoro mediante i processi di ossidazione; W sta per potenza meccanica, ovvero la quantità d'energia che viene impiegata dal corpo sotto forma di lavoro: nel caso di attività sedentaria, tale valore è praticamente trascurabile; D = dispersioni di calore dell’ organismo, ed in base ad un’ inchiesta su 1600 persone poste in ambiente con parametri climatici prestabiliti. Il PPD è facilmente ricavabile in funzione del PMV ed è solitamente espresso in percentuale. I valori accettabili che garantiscono il comfort termico dei due indici sono i seguenti: PPD < 10 %

;

- 0,5 < PMV < 0,5 .

I valori sono stati decisi dalla normativa UNI – EN – ISO 7730 sugli ambienti termici moderati. La normativa detta anche i metodi di determinazione di questi due indici di sensazione.

Indici climatici Una classificazione delle zone climatiche in modo del tutto oggettivo si ottiene mediante l’ elaborazione di indici climatici alle quali corrispondono definiti fattori di clima. Uno di essi è la marittimità, che influenza notevolmente la vita vegetale e sulle attività umane. L’ indice di marittimità è espresso dal climatologo russo Ivanow: E + Eg + 0,25 (100 – φ) KC =

_________________________________________

100

0,36 L + 14 E = amplitudine termica annua, data come la differenza tra le temperature medie del mese più caldo e di quello più freddo; Eg = escursione termica diurna media dell’ anno; φ = umidità relativa percentuale media annua; L = latitudine geografica Il valore 0,25 (100 – φ) che rappresenta il tasso d’ umidità della zona, è anche un indicatore della lontananza dal mare. Al variare dell’ indice, si classificano vari tipi climatici.

K %

Tipo climatico 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

estremamente oceanico oceanico moderatamente oceanico marittimo debolmente marittimo debolmente continentale moderatamente continentale continentale fortemente continentale estremamente continentale

< 47 48 – 57 58 – 68 69 – 82 83 – 100 101 – 121 122 – 146 147 – 177 178 – 214 > 214

Si dice indice di umidità globale, o di Thornthwaite, il climatologo americano che la formulò, l’ indice così definito:

I = Iu - Is

Iu rappresenta il grado di umidità della regione, mentre Is quello di aridità. Tali valori sono dati da:

Iu =

Σu ∆S _______________________

Is =

Σs ∆D _____________________

Σa Ep

Σu ∆S = volume d’ acqua in eccesso esteso ai mesi umidi. Σs ∆D = volume d’ acqua in difetto esteso ai mesi aridi ( con ∆D dato dalla differenza tra l’ evapotraspirazione potenziale d’ acqua e quella reale registrata nei mesi più aridi )

Σa Ep = evapotraspirazione potenziale dell’ acqua esteso a tutto l’ anno. Sebbene si esprime in funzione di valori estranei al clima, essa non tiene conto delle leggi di essiccamento, dunque l’ indice esprime solo il quantitativo di acqua precipitata nelle zone. Infatti: Σu ∆S = Σa ∆S e Σs ∆D = Σa ∆D in quanto l’ eccedenza si verifica solo nei mesi più umidi e il deficit nei mesi più aridi. Dunque si può approssimare a:

 ∑ ∆P  I = a − 1 ⋅100  ∑ Ep   a  I climi umidi sono caratterizzati da un valore d’ indice positivo; negativo se il clima è arido.

Tipo climatico

Ic %

Perumido

100 e oltre

umido umido

da 80 a 100 da 60 a 80

umido umido

da 40 a 60 da 20 a 40

Da umido a subumido Da subumido a subarido

da 0 a 20 da - 33 a 0

Semiarido Arido

da -66 a –33 da -100 a -66

Abaco indicatore di clima Per dare un’ idea migliore delle condizioni climatiche relative alla zona studiata, si utilizzano gli indici climatici fin qui esaminati costruendo un abaco indicatore del clima che sintetizza i vari aspetti della realtà climatologia dell’ ambiente fisico. Ad ogni coppia di coordinate ( Kc , Ic ) corrisponde un tipo di clima.

Individua la zona di confort per le piante

Ad esempio il punto P segnato indica che il clima è sub-arido ( -33 < Ic < 0 ) e debolmente continentale ( 110 < Kc < 121 ) associando ad esso il tipo climatico C. così facendo è possibile sintetizzare simbolicamente le fasce di clima e quindi catalogare in maniera sistematica tutte le zone della superficie terrestre in zone climatiche. Questo è il fine ultimo raggiunto dallo studio della climatologia.

Analisi climatica della Sicilia

Questi sono i risultati di uno studio climatologico riferito ad un periodo di tempo relativamente lungo ( dal 1958 al 1974 ) in cui si è effettuato il calcolo annuo degli indici sopra descritti, giungendo ad ipotizzare un anno tipo che rispecchi con alta percentuale di probabilità il clima delle varie zone della Sicilia, con una conseguente schematizzazione in fasce climatiche, sebbene le differenze di clima risultino sostanzialmente minime, sia per l’ appartenenza dell’ isola ad un’unica latitudine, sia perché tutto il territorio è egualmente influenzato dalla presenza del mare. Infatti i valori nell’ indice di marittimità si è ritenuto opportuno suddividere ulteriormente gli intervalli da 101 a 121 e da 122 a 146 in cinque tipi climatici relativi solo alle condizioni metereologiche della Sicilia.

Tipo climatico

Valori dell’ indice Kc

a) b) c) d) e)

83 < Kc < 100 100 < Kc < 110 110 < Kc < 121 121 < Kc < 133 133 < Kc < 146

Debolmente marittimo Debolmente continentale Debolmente continentale Moderatamente continentale Moderatamente continentale

Le isole minori come Ustica, Pantelleria e Lampedusa presentano un clima debolmente marittimo in quanto essendo notevolmente distanti dalla zona continentale risente molto dalla presenza del mare circostante; caso contrario per le isole di Stromboli e S. Marina Salina, presentanti un clima moderatamente continentale; la zona costiera hanno climi debolmente continentali ad eccezione della zona di Punta Raisi ( Palermo ) e Trapani che godono di clima debolmente marittimo; le zone più interne, caratterizzate dalla presenza di rilievi montuosi, presentano climi moderatamente continentali. Sulla base dell’ indice di umidità relativa, si nota sulla zona meridionale dell’ isola un clima semiarido specialmente nella zona costiera, che interessa Marsala ma anche zone più interne come Caltanissetta e Caltagirone; lo stesso clima è riscontrato nella piana di Catania, nelle coste tra Catania e Siracusa e nel tratto costiero tra Palermo e Trapani; meno aride le zone di Cefalù , di Messina ed Acireale. Le zone interne relative ai monti Erei, ai monti Iblei e nelle Madonne hanno un clima più umido, così come a Rocca Busambra.