Cicloni e anticicloni
I cicloni e gli anticicloni sono sistemi di circolazione nell'atmosfera che possono essere considerati alternativamente sia cause sia prodotti delle zone intermedie di alta e bassa pressione tra l'equatore ed i poli. Nei cicloni, la pressione centrale è più bassa di quella dell'ambiente circostante e la corrente di circolazione è in senso orario nell'emisfero meridionale e in senso antiorario nell'emisfero settentrionale. I cicloni sono caratterizzati da una convergenza verso i bassi livelli e da aria ascendente all'interno del sistema. Un sistema anticiclonico presenta le caratteristiche opposte: la pressione centrale è maggiore di quella delle zone adiacenti, la circolazione è in senso antiorario nell'emisfero meridionale e in senso orario nell'emisfero settentrionale, e gli anticicloni normalmente sono caratterizzati da una divergenza ai bassi livelli e da aria che si
abbassa.
Sistemi semipermanenti.
Raramente i sistemi semipermanenti variano durante un'intera stagione. Gli esempi comprendono la zona di alta pressione delle Bermude nella regione subtropicale settentrionale, la zona di alta pressione della Siberia e la zona di bassa pressione delle Aleutine, che caratterizzano l'inverno alle medie e alte latitudini dell'Asia e dell'America
Settentrionale.
Le fasce subtropicali di alta pressione coincidono con le estremità discendenti delle celle di Hadley. L'aria che si abbassa riscalda l'atmosfera per compressione adiabatica, causando un'intensa inversione (del gradiente termico) da abbassamento all'interno dei primi 2 Km di atmosfera. L'inversione, che è caratterizzata da uno strato dell'atmosfera estremamente caldo, forma un coperchio stabile che ostacola la penetrazione verticale dei cumuli degli alisei e provoca problemi di inquinamento dell'aria in molte città subtropicali. Questi centri tropicali semipermanenti di alta pressione si sviluppano come reazioni immediate alle anomalie nel riscaldamento della superficie, come quelle provocate dal riscaldamento differenziato dei continenti e degli oceani, o dalle variazioni della temperatura superficiale del mare. A causa dell'effetto delle celle di Hadley tutte le regioni subtropicali rimangono a una pressione piuttosto alta durante tutto l'anno. I centri comunque cambiano la loro intensità e regolano la loro posizione longitudinale per compensare i cambiamenti della temperatura e dei gradienti della pressione tra la Terra e
l'oceano.
Le anomalie superficiali si manifestano anche a latitudini più alte attraverso processi simili. Durante l'estate le aree continentali sono notevolmente più calde degli oceani adiacenti, dando luogo a un movimento in ascesa sul continente e ad un abbassamento sugli oceani. Il gradiente di pressione che ne deriva, prodotto dalla distribuzione della temperatura, fa sì che l'aria fredda oceanica fluisca verso la superficie calda continentale. L'effetto Coriolis devia la corrente, dando luogo a una corrente ciclonica sul continente e ad una corrente anticiclonica sul mare. Durante l'inverno la situazione si inverte; la terra infatti si raffredda rapidamente, avendo immagazzinato poco calore. Di conseguenza, sul continente si formano regioni di alta pressione, mentre regioni di bassa pressione prevalgono sugli oceani. L'atmosfera limpida della regione di abbassamento permette alla superficie del continente di continuare a raffreddarsi. La perdita di calore viene compensata da un aumento di energia che entra a far parte del sistema sotto forma di una corrente d'aria calda che spira dalla regione oceanica di bassa pressione. Quando il quantitativo di energia irradiata nello spazio bilancia l'afflusso, allora si raggiunge un equilibrio, ma nel frattempo si è sviluppata una zona di alta pressione estremamente
ampia.
Sistemi transitori.
Del secondo gruppo fanno parte cicloni e anticicloni transitori associati a sistemi di tempo. Situati alle medie latitudini o intorno all'equatore, i sistemi di cicloni e anticicloni possono crescere, maturare e disintegrarsi nel giro di pochi
giorni.
Le depressioni alle medie latitudini sono sistemi ciclonici che si sviluppano rapidamente e si muovono verso est, in direzione contraria alla principale corrente occidentale per distanze che vanno dai 500 ai 2000 Km. La pressione centrale sovente scende al di sotto dei 990 millibar (mb). Tempo inclemente, forti venti (in rapporto al gradiente di alta pressione) e piovaschi sono associati con questi sistemi presenti nelle medie latitudini, causati dall'instabilità di base di un'atmosfera surriscaldata e in rotazione. A causa dell'effetto Coriolis la corrente dello strato superiore della troposfera che si muove verso il polo nella cella di Hadley viene spinta verso Est dando luogo a forti venti di ponente. Mano mano che ci si muove verso il polo l'aria accelera. Poiché i venti sono prodotti dai gradienti di pressione, i quali a loro volta sono funzioni delle distribuzioni della temperatura, le zone dove spirano forti venti vanno associate a forti gradienti di temperatura. Se questa situazione continuasse, il vento ed i gradienti termici svilupperebbero un'infinita riserva di energia potenziale. Comunque, se un simile sistema viene perturbato, in modo tale che l'aria fredda si muova attraverso il gradiente in direzione dell'equatore e l'aria calda si muova verso i poli, ne conseguono rapidi cambiamenti. Dal momento in cui l'aria calda più leggera si sovrappone all'aria fredda più densa, e l'aria fredda più densa si insinua sotto l'aria calda, si sviluppa una circolazione termale diretta che sfrutta la riserva di energia potenziale. La perturbazione continua a crescere mitigando efficacemente il gradiente della temperatura nord sud e riducendo la velocità dei forti venti di ponente. Questo processo, definito
instabilità baroclinica, è la causa della maggior parte delle depressioni alle medie latitudini. Lo sviluppo successivo continua a muovere l'aria calda verso i poli e l'aria fredda verso l'equatore, dando luogo a delle cellule adiacenti di aria fredda e calda. Il largo gradiente termico est-ovest che ne deriva causa una distribuzione della pressione che dà luogo ad una circolazione ciclonica intorno al centro di bassa pressione e una corrente anticiclonica intorno all'alta
pressione.
Ai tropici possono svilupparsi sistemi ciclonici, conosciuti come depressioni
tropicali, dove la pressione può essere meno di 2 mb inferiore a quella della zona circostante. Questi sistemi, associati a periodi di intense piogge, si muovono normalmente verso ovest con la corrente principale. Le depressioni tropicali che si intensificano notevolmente (con pressioni che scendono al di sotto dei 950 mb) vengono chiamati cicloni tropicali o uragani (v. uragani e tifoni). Poiché la loro scala orizzontale è di molto inferiore a quella dei loro corrispettivi alle medie latitudini, il gradiente della pressione è più stretto, causando venti più
forti.
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