In questo 3D cercherò di spiegare, in modo semplice, come e perché si generano le celle convettive.
Prima di spiegare questo devo introdurre alcuni accenni alla dinamica della atmosfera.
Quindi cosa accade in atmosfera quando c’ è una differenza di pressione tra 2 zone?
Quando c’ è una differenza tra 2 zone c’ è una differenza di pressione, c’ è anche una forza che accelera l’ aria che tende a muoversi dalla zona con pressione maggiore, verso la zona con pressione minore. Maggiore è la differenza di pressione maggiore è questa forza. Nella circolazione atmosferica, però si deve tener conto che la Terra ruota, quindi si genera anche una forza apparente, la forza di Coriolis, che tende ad equilibrare la forza dovuta alla differenza di pressione. Questa approssimazione che la forza di pressione sia uguale e opposta alla forza di Coriolis è detta approssimazione geostrofica.
Dopo questo breve excursus, torniamo alle celle convettive, consideriamo 2 colonne d’ aria vicine separate da un setto rigido, con temperature diverse (T1>T2).
Supponiamo di avere al suolo la stessa pressione, tuttavia, salendo ad una quota superiore, la pressione non sarà più la stessa nelle due colonne, ma nella colonna d’ aria con temperatura maggiore abbiamo anche una pressione maggiore rispetto alla colonna d’ aria più fredda, questo accade perché la pressione in quota dipende dalla temperatura, secondo questa legge fisica:
p(z)=p(0) e^(-Mg/(RT))
dove
p(z)= pressione alla quota z
p(0)= pressione sul livello del mare
e= numero di Nepero
M=massa molare dell’ aria
g= acc. di gravità
R= costante dei gas perfetti
T= temperatura della colonna d’ aria
Per spiegare meglio il concetto ho realizzato questo grafico, come si può vedere salendo di quota, la pressione nella colonna d’ aria più calda risulta maggiore.
Se le 2 colonne sono separate da un setto rigido, non ci sono spostamenti d’ aria, ma cosa accade se provo a rimuovere il setto?
Togliendo il setto c’ è un moto d’ aria dalla colonna calda verso la colonna fredda, questo perché c’ è una differenza di pressione. Però questo flusso d’ aria fa aumentare la pressione a livello dal suolo nella colonna d’ aria più calda, invece nella colonna d’ aria fredda c’è un calo di pressione, quindi vicino al suolo la circolazione è invertita e c’ è un flusso d’ aria dalla colonna fredda verso quella calda.
Viene così a crearsi una cella convettiva, abbiamo moti ascendenti nella colonna calda e moti discenti.
Tra le 2 colonne c' è un solo punto dove le pressioni sono uguali (punto di equilibrio).
In natura abbiamo numerosi esempi di questo tipo di circolazione, sia su scala locale ( es.brezze marine), sia su mesoscala ( es. circolazione monsonica) che su scala continentale (HP e LP)
Ovviamente questo è modello teorico che non rispecchia il comportamento delle celle convettive in atmosfera; infatti ho supposto che la temperatura fosse la stessa per tutta la colonna, in realtà entrano in gioco anche i fenomeni legati al riscaldamento delle masse d' aria in prossimità del suolo. (Come il ruolo delle termiche).