sabato 10 novembre 2012

Un nuovo studio "fotografa" la presenza delle onde gravitazionali

 (Foto di: Yaping Wu)
Oltre alle turbolenze, le onde gravitazionali possono causare le nubi a forma di lente conosciute come "nubi lenticolari".

Le turbolenze dell'aria sono un disturbo conosciuto ai viaggiatori e rappresentano un problema per le compagnie aeree.
Gli scienziati hanno capito, tramite i modelli elaborati al computer che,
le onde atmosferiche generate dalle montagne nelle regioni polari svolgono un ruolo chiave nell'irregolarità dei voli. Attualmente le onde atmosferiche sono state individuate esclusivamente in questa area geografica. Una nuova ricerca dimostra che le turbolenze che generano le onde esistono anche in altre zone e possono essere rilevate dagli scienziati tramite i satelliti.
 Stephen
Eckermann, uno scienziato atmosferico che lavora presso il U.S. Naval Research Laboratory, ha affermato che la maggior parte delle turbolenze che avvengono in volo derivano dalle oscillazioni atmosferiche, conosciute come: onde gravitazionali, che sono causate dalla forza di attrazione gravitazionale terrestre. Quando una folata di vento si abbatte su una catena montuosa quest'ultima si può comportare come un corso d'acqua che incontra una roccia. La montagna spinge il vento verso l'alto, provocando un rigonfiamento che emette onde atmosferiche. A volte le montagne spingono l'onda nella stratosfera così in alto per cui si creano delle distorsioni che danno luogo alla turbolenza.
Eckermann ha spiegato che: 
" Come l'onda dell'oceano che si infrange può rappresentare un pericolo per i surfisti o le piccole imbarcazioni, nella stessa misura le onde gravitazionali atmosferiche sono un potenziale pericolo per la sicurezza degli aerei,". Le onde gravitazionali possono creare anche delle spettacolari nubi lenticolari che aleggiano immobili sopra le cime delle montagne (Fig.1).Vicino ai poli terrestri, possono coprire distanze molto lunghe tra le creste, rendendole più visibili dallo spazio. Alcuni satelliti, che studiano altri parametri dell' atmosfera come l' umidità e la temperatura, hanno già individuato le onde gravitazionali polari; anche Eckermann ha affermato di averle intraviste nei poli sotto forma di fluttuazioni di temperatura. C'è il sospetto che possano esistere alcune tracce di onde nelle regioni alle medie latitudini,  ciònonostate risultano troppo deboli per essere rilevate. Eckermann e il suo collega Dong Wu del NASA Goddard Space Flight Center hanno analizzato una mole notevole di dati satellitari alla ricerca di variazioni di temperatura più significative che potessero indicare la presenza di onde gravitazionali nelle regioni montane dell' Australia e del sud Africa. I due scienziati hanno studiato la media delle misure registrate nell'arco di nove anni in modo da eliminare nei dati le deviazioni casuali. Eckermann oltre a queste osservazioni ha guardato centinaia di foto digitali di soggetti distanti in modo tale da individuare meglio ed eventualmente eliminare le distorsioni che oscurano le immagini.


Questa immagine mostra la notevole ampiezza delle onde gravitazionali che vengono spinte nella alta  stratosfera a causa dei venti che investono la grande catena montuosa australiana "Great Dividing Range" nella zona orientale. (Foto di: Stephen Eckermann, laboratorio di ricerca navale, Washington, DC).














































Per la prima volta gli scienziati sono stati in grado di vedere le onde gravitazionali nelle altitudini in cui si svolge il traffico aereo, sopra le regioni montuose di grandi città come Sydney in Australia, e Città del Capo in Sud Africa. Questa ricerca è stata pubblicata su Geophysical Research Letters, una rivista della American Geophysical Union. Eckermann ha osservato che i piloti di solito, sono in grado di predire la turbolenza in prossimità delle montagne tramite il riconoscimento dei modelli di nube ad esse correlati. Ma le onde gravitazionali di montagna possono formarsi anche in un cielo completamente sereno, quindi i piloti non hanno una metodologia sistematica per capire se vi saranno o meno le turbolenze. Le onde posssono essere, in determinati casi, abbastanza potenti da rompere alcuni frammenti delle ali e le parti esterne dei motori a reazione. Avere la possibiltà di vedere direttamente la presenza di queste onde permetterà agli scienziati di realizzare modelli meteorologici sempre più sofisticati che aiuteranno i piloti dei voli di linea, a evitare tutte le problematiche che si riscontrano durante le turbolenze nell'atmosfera. Gli scienziati hanno anche il sospetto che la "rottura" delle onde gravitazionali potrebbe influenzare indirettamente molti aspetti del tempo meteorologico, ma questo richiederà una migliore comprensione della natura fondamentale delle onde. Riferimento: American Geophysical Union (AGU) - GeoSpace 
Figure: Wave clouds caused by atmospheric lee waves (Source: http://www.weathervortex.com).




DIDATTICA: ONDE ATMOSFERICHE E GRAVITAZIONALI



Le onde atmosferiche vengono identificate in presenza di variazioni dell'ondulazioni atmosferiche rispetto allo stato medio di quiete dell' atmosfera. Le onde sono incluse nei parametri meteorologici, come per esempio la temperatura atmosferica, la pressione, la velocità e la direzione del vento, e coprono una vasta gamma di valori nella scala planetaria, (con lunghezze d'onda di circa 10 mila chilometri orizzontali o anche maggiori) nella mesoscala, (100-1000 km) nella piccola scala con lunghezze d'onda orizzontali di solo alcuni km, (un esempio per la meso-e la piccola scala sono le onde gravitazionali). Le onde atmosferiche sono molto importanti per diversi processi che riguardano la chimica atmosferica e la dinamica. Le onde sono coinvolte nella formazione delle nubi, come ad esempio: nelle variazioni di temperatura dovute a onde in grado di modulare la forma delle bande delle nubi. Di notevole importanza, risulta la formazione delle nubi stratosferiche polari (PSC) attivate dalle onde di montagna alle alte latitudini, in quanto, questo è il principale processo responsabile della deplezione dell'ozono durante l'inverno Artico. Le sorgenti delle onde sono situate principalmente nella regione della troposfera e della tropopausa. Le onde sono causate, per esempio: per convenzione, tramite i sistemi atmosferici, tramite la regolazione geostrofica, e le forzature orografiche. Con lo slancio che acquista dal basso verso le elevate altitudini, l'onda in movimento attraversa i diversi livelli di altitudine dell'atmosfera terrestre; (troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera). Questa spinta che ha determinato il movimento dell'onda verticale si conclude nel punto in cui si infrange. Il meccanismo descritto è responsabile delle molteplici caratteristiche relative ai modelli di circolazione globale: le onde che si infrangono sono il principale motore di generazione della circolazione atmosferica residua (circolazione Brewew-Dobson), ma regolano anche la struttura verticale dei sistemi globali di vento zonale (per esempio, la quasi oscillazione-biennale (QBO) del vento zonale che avviene nei tropici o l'inversione dei getti di vento zonale nella mesosfera), anche il frangimento delle onde gioca un ruolo importante per la struttura verticale della temperatura dell' ambiente, (per esempio, la mesopausa fredda in estate, in cui si osservano temperature più basse nell'atmosfera della Terra. Riferimento: WAVE DYNAMICS. L'interazione delle onde con il flusso medio atmosferico non è stata ancora compresa appieno. In particolare, la forzatura delle onde che si determinano per convenzione, e la parametrizzazione delle onde gravitazionali che sono importanti fonti di incertezza nella modellazione atmosferica e nella previsione del clima. Le onde gravitazionali sono piccole onde individuabili nella mesoscala con lunghezze d'onda orizzontali comprese tra alcuni chilometri e diverse migliaia, la cui durata tipica del ciclo varia tra i 15 minuti e più, in un giorno. Tipicamente, queste onde sono generate da fonti atmosferiche inferiori, ad esempio: dal flusso del vento quando incontra delle irregolarità nella superficie terrestre come le montagne e le valli, dalla distribuzione non omogenea delle fonti di calore associate a sistemi convettivi, e dai processi atmosferici altamente dinamici quali le correnti a getto e frontali. Infine la forza gravitazionale riequilibra il sistema tramite le onde di gravità. L' ampiezza delle onde gravitazionali verticali aumenta con l'altitudine, dove proporzionalmente, la densità dell'aria diminuisce. Le onde possono irrompere nella stratosfera e nella mesosfera interrompendo, accelerando o rallentando il flusso di circolazione in queste regioni superiori. Infine, possiamo conlcudere affermando che le onde gravitazionali rappresentano una delle principali incertezze che riguardano la comprensione dello studio di determinati fenomeni atmosferici. Riferimento: GRAVITY WAVES - INSTITUTE OF ENERGY AND CLIMATE RESEARCH (IEK).













 

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