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Il meteoincasa

Rubrica curata da Graziano Locci

La Pressione Atmosferica


   INDICE

  1. L'atmosfera
  2. La pressione atmosferica
  3. Calcolo della pressione media al livello del mare
  4. Riduzione della pressione al livello del mare (QFF)
  5. I Barometri

  1   L'ATMOSFERA

Per Atmosfera s'intende la massa d'aria che circonda il nostro pianeta, e che solidale con esso, compie i moti di rotazione e rivoluzione.La forza di gravita' li tiene uniti..La composizione dell'aria secca , in % v/v e' costante ed e' la seguente:

N2 =78,084%   O2=20,946%   Ar=0,93%                                             CO2=0,033%            He=0,0052%         Ne=0,0018%

Un discorso a parte meritano i componenti variabili che sono:                

Vapore acqueo. La sua presenza in aria e' molto variabile ,     difatti con Pressione = 1013,25 hPa  e Temperatura di  -10 gradi C abbiamo un valore di 0.26% , mentre con Pressione = 1013.25 hPa e Temperatura di 30 gradi C si sale ad un valore di 4.17 %.Come si vede la presenza di vapore acqueo nell'aria dipende fortemente dalla Temperatura e cresce esponenzialmente con essa a causa della sua tensione di vapore che e' sempre funzione di T.

CO2   La sua concentrazione e' in aumento nel Tempo difatti dai 280 ppm del 1850 siamo passati ai 345 ppm del 1985.(fonte ENEA

CH4  0.7 ppm nel 1850 e 1.7 ppm nel 1985 (fonte ENEA)

Inoltre bisogna ricordare che nell'aria e' presente il pulviscolo atmosferico , costituito da NaCl , C, e polveri,che riveste particolare importanza nello sviluppo di molti fenomeni meteorologici.

2   LA  PRESSIONE  ATMOSFERICA

E' una grandezza significativa dell'Atmosfera fino ad esserne forse la piu' rappresentativa.Essa e' la forza,riferita all'unita' di superficie,che l'aria esercita in ogni punto dell'Atmosfera o della superficie terrestre.Ad ogni quota,essa e' uguale al peso della colonna d'aria di sezione unitaria, che si estende verticalmente da quel punto fino al limite estremo dell'Atmosfera.La Pressione Atmosferica, a causa dell'elasticita' e scorrevolezza dei fluidi, si trasmette in modo omogeneo in tutte le direzioni.(legge di Pascal  1626-1666). E' cosi' che controbilancia il peso del mercurio della colonna barometrica,ed impedisce di cadere all'acqua di un bicchiere rovesciato, coperto da un foglio di carta.Geometricamente parlando lo spessore dell'Atmosfera e' molto piccolo rispetto al diametro terrestre.Il 95% della massa atmosferica si trova concentrata nei primi 20 Km di altitudine , e il 99,9% nei primi 50 Km , contro il diametro terrestre che conta 12700 Km.La massa dell'atmosfera e' una quantita' finita percio' le immissioni in essa di CO2 derivante dalla combustione dei combustibili fossili ,portano ad una concentrazione sempre maggiore , qualora essa non venga assorbita fisicamente o chimicamente dagli Oceani,mari,fotosintesi clorofilliana...etc).La CO2 , il Vapor acqueo ed altri gas in misura minore , contribuiscono a quel fenomeno conosciuto come 'Effetto Serra' fondamentale per la vita sulla Terra, poiche' questo fenomeno di cattura di energia solare permette alla temperatura del nostro pianeta di essere mediamente di 15 gradi C,al contrario la temperatura della Terra sarebbe di 30 gradi C piu' bassa.

 

3   CALCOLO DELLA PRESSIONE MEDIA AL LIVELLO DEL MARE

Nel sistema di unita' di misura M.K.S (metro,Kgmassa,secondo),oggi in uso, la pressione atmosferica si misura in Pascal      

Poiche' il Pascal e' un valore molto piccolo si usa , in pratica un suo multiplo l'hPa , che numericamente e' uguale alla 'vecchia' unita' di misura della pressione , il millibar (mb).

La formula per il calcolo della pressione e' la seguente P=@ * g * h        in cui @ e' la densita' della colonna d'aria,di sezione unitaria, dal punto di misura della sommita' dell'atmosfera. La densita' e' molto difficile da determinare a causa dei continui afflussi e deflussi d'aria nella colonna alle varie altezze e per le continue variazioni di temperatura.Questo problema viene risolto misurando la pressione della colonna di Hg che controbilancia la pressione in oggetto.

g = accelerazione di gravita' alla latitudine e altitudine di misura                                                                  h = altezza della colonna di Hg (misurabile) che la controbilancia                                                                  Poiche' l'altezza della colonna barometrica che controbilancia la pressione media al MSL a 0C e 45 32' 40" e' 0,76 m ne consegue che                                                                                                                     P = @*g*0,76  = 13595,1* 9,80665 * 0,76  = 101325  = 101,325 Pa = 1013,25 hPa

VALORI DI CONVERSIONE DELLE VARIE UNITA' DI MISURA DELLA PRESSIONE ATMOSFERICA.

  hPa = mb Atmosfera Torr (mm di Hg) Inch
hPa 1 1/1013,25=0,0009869 760/1013,25=0,75006 29,92/1013,25=0,029529
Atm 1013,25 1 760 760/25,4=29,9213
Torr 1,33322 1/760=0,0013158 1 1/25,4=0,03937
Inch 1,33322*25,4=33,86379 1/29,9213=0,03342 25,4 1

 

3.1  ALCUNE DEFINIZIONI DI PRESSIONI E ALTEZZE NEL CODICE 'Q'

QFE : pressione atmosferica assoluta corrispondente al livello della pista.          

QFF : pressione atmosferica ridotta al livello del mare (MSL) considerando l'atmosfera  reale.

QNH : pressione atmosferica ridotta al livello del mare (SLM) considerando l'atmosfera standard.

QNE : altezza che intercorre in atmosfera standard tra la pressione atmosferica di un certo luogo e quella dello standard di 1013,25 hPa.

L' atmosfera standard (Tipo I.C.A.O) si fonda sulle seguenti ipotesi:

-1- Pressione atmosferica al MSL = 1013,25 hPa                                                                                           -2- Temperatura al MSL = 15 C                                                                                                                      -3- Quota della Tropopausa = 11000 metri                                                                                                    -4- Gradiente termico verticale = 0,65C                                                                                                        -5- Aria secca

Da tali considerazioni risulta che a parita' del QFE=QNH abs.,si avra':

per temperature di capannina < 15C  :  QNH < QFF                                                                               per temperature di capannina > 15C  :  QNH > QFF

3.2  MISURA DELLA PRESSIONE ATMOSFERICA E RIPORTO AL LIVELLO DEL MARE  (M.S.L)

La pressione atmosferica essendo un valore puntuale,variabile nel tempo e nello spazio, deve avere degli orari di rilevamento ed un riporto topografico uguale per tutti, per poter essere comparato ed usato per elaborare le carte sinottiche della situazione al suolo.A tale proposito il tempo standard e' quello di Greenwich,indicato nelle carte con UTC (Universal Time Coordinated) od anche tempo Z (Zulu).Gli orari stabiliti per le osservazioni sono i seguenti:

00.00   12.00                           utc   ore di osservazione sinottica di base

00.00   06.00   12.00  18.00   utc   ore di osservazioni sinottiche principali

03.00   09.00   15.00   21.00  utc   ore di osservazioni sinottiche intermedie

Le osservazioni dei vari parametri meteo delle stazioni di rilevamento del WMO (World Meteorological Organization) vengono eseguite nei 15 minuti precedenti l'orario standard, mentre la lettura della Pressione Atmosferica avviene esattamente all'ora standar stabilita.La misura viene eseguita con un barometro a mercurio (Hg) da stazione, ' a scala compensata ' , o  ' da taratura ' (usato cioe' per tarare altri barometri).La pressione rilevata da questi particolari strumenti e' migliore di +- 0,2 hPa intorno ai 1000 hPa ,e di +- 0,3 hPa per qualsiasi altro valore.Per individuare il campo barico e' , come abbiamo gia' accennato , necessario effettuare le misure della pressione nello stesso istante e alle stesse condizioni per tutte le stazioni di rilevamento , e cioe' a Temperatura di 0C , Latitudine 45,32',40" e con riporto altimetro al livello del mare. A seconda del metodo usato per effettuare questo riporto altimetrico al livello del mare , si avra' il QFF , se tale riporto viene fatto secondo i parametri dell'atmosfera reale (formula di Laplace) oppure il QNH se tale riporto viene calcolato con la formula della fluodinamica.

3.3  ESECUZIONE DELLA MISURA DELLA PRESSIONE (QFE)

Operazioni da eseguire:

-1- Lettura del Termometro annesso al Barometro (formisce la temperatura del Hg del pozzetto e della canna barometrica .

-2- Lettura dell'altezza della colonna barometrica (uso del nonio per determinare i decimi di hPa)

-3- Eliminazione dell'eventuale errore strumentale (dato fornito dalla casa costruttrice dell'apparecchio)

-4- Riduzione dell'altezza della colonna barometrica a 0C mediante tabelle.

-5- Effettuare correzione gravimetrica (se la stazione si trova a latitudine < 45,32',40" si togliera' un valore a seconda di tabelle determinate) (se la stazione si trova a latitudine > 45,32',40" il valore tabellare dovra' essere sommato)

Il valore ottenuto sara' il QFE (pressione atmosferica assoluta al livello del pozzetto del barometro, a 0C e latitudine di 45,32',40" , secondo cioe' l' Atmosfera Reale

4   RIDUZIONE DELLA PRESSIONE AL LIVELLO DEL MARE  (QFF)

Per fare questa operazione si usa la formula ipsometrica di Laplace:

dove Tm = temperatura media della colonna d'aria della stazione di rilevamento al mare secondo l'atmosfera reale cioe': 

Z = altitudine geometrica del livello del pozzetto del barometro

P = QFF

P = QFE

Il QFF e' il valore di pressione con il quale vengono tracciate le isobare  delle carte al suolo, quelle carte cioe' , che sono mostrate nelle varie trasmissioni televisive di previsioni del tempo.

5   I BAROMETRI  

5.1  BAROMETRI A MERCURIO  (Hg)               

Generalita'  e Caratteristiche

Il mercurio e' l'unico metallo liquido con caratteristiche particolari che sembrano fatte apposta per misurare la pressione atmosferica. Le principali di queste sono:

-1- La densita' molto alta , che con un altezza di 760 mm  permette di equilibrare a 0C e al livello del mare (MSL) , la pressione di 1013,25 hPa.

-2- La non bagnabilita' delle pareti di vetro della canna barometrica.

-3- La bassissima tensione di vapore alla Temperatura ordinaria (0,0169 hPa a 50C)

-4- La facilita' di poterlo ottenere puro (per distillazione).

-5- La costanza del coefficiente di dilatazione  al variare della temperatura nel campo di misura.

-6- In cima alla canna barometrica il Mercurio forma un menisco convesso ben definito, che facilita la lettura del Barometro.

5.2  BAROMETRO DI FORTIN

E' costituito da un pozzetto, una canna, una scala con nonio e da un termometro annesso.Il pozzetto e' di vetro ma ha come fondo una borsa di pelle di camoscio che permette l'azzeramento dello strumento.Per questo nella parte alta dello strumento e' fissato una cuspide d'avorio con la punta rivolta verso il basso .Per effettuare l' azzeramento , con una vite sotto il pozzetto si porta il livello del Mercurio a sfiorare la punta della cuspide:In questo modo il livello del pozzetto coincide con lo zero della scala e l'operazione di azzeramento e' conclusa.Questa operazione va eseguite tutte le volte ,prima di effettuare una lettura.Eseguita poi la lettura dell'altezza della colonna barometrica (in mm , hPa o mb) si passa poi ad eseguire le operazioni di compensazione della lettura e riporto al livello del mare (come descritto nel paragrafo dedicato alla pressione atmosferica).

5.3  BAROMETRO A POZZETTO FISSO  ( BAROMETRO DA STAZIONE )

Questo barometro noto come 'barometro a scala compensata' e' il 'principe' per la misura della pressione atmosferica, ed e' quello usato nelle stazioni meteo , e nei laboratori di Fisica e di Chimica, nonche' per tarare gli altri tipi di barometri.(In realta' questi ultimi sono chiamati 'da taratura' ed hanno il pozzetto di diametro maggiore rispetto a quelli da stazione).Il barometro da 'stazione' ha un rapporto tra le sezioni della canna e del pozzetto di 1/40 o 1/50 , cioe' ad 1 cm2 della canna barometrica corrispondono 40 o 50 cm2 di sezione del pozzetto.Questi barometri per le operazioni di lettura e correzione , sono identici al 'Fortin' ma hanno il vantaggio di non avere bisogno dell'azzeramento prima della misura.Tale vantaggio e' dovuto alla scala graduata che e' gia' stata compensata : cioe' la scala nella quale scorre il nonio e viene fatta la lettura, non ha le incisioni alla distanza di 1 mm , bensi' a quella di (1-C/P) , in cui C e P sono le sezioni della canna e quella del pozzetto.

5.4  BAROMETRO A MERCURIO DEL COMMERCIO

Questi strumenti hanno un diametro interno della canna di circa 3-4 mm e del pozzetto di 12-20 mm , corrispondenti a rapporti tra le sezioni di 1/16 o 1/25.Tali rapporti sono troppo grandi, per cui al variare della pressione , il livello del pozzetto scendera' o salira' in senso inverso alla pressione stessa e non essendo la scala compensata , non sara' possibile avere la misura esatta della pressione atmosferica.Inoltre con questi diametri di canna e pozzetto , possono aversi fenomeni di capillarita' , che andranno a falsare ancora maggiormente la lettura della pressione.Per queste ragioni tali barometri danno valori indicativi e pertanto sono da evitare.

5.5  BAROMETRI METALLICI

Molto usati per la loro semplicita' e praticita' dato il piccolo ingombro e l'assenza di liquido e per essere trasportati facilmente.Sono i Barometri che normalmente si trovano nelle case.Non sono molto precisi  poiche' , durante le variazioni di pressione risentono dell'effetto d'inerzia del metallo rispetto all'elasticita' e dei giuochi di leve che vengono usati per amplificare lo spostamento dell'elemento sensibile e trasmettere il movimento all'indice della scala graduata.Hanno quindi bisogno di tarature frequenti.La regolazione e' semplicissima ed avviene agendo su una piccola vite posteriore.Possono essere tarati sulla pressione assoluta del luogo (a 0C e 45,32',40" di latitudine) oppure sulla corrispondente pressione riportata al livello del mare (M.S.L).

5.6  BAROMETRO OLOSTERICO

Dal Greco ho'los : 'tutto intero' e stereo's : 'solido'.Sono i piu' diffusi.L'elemento sensibile e' costituito da una capsula metallica deformabile, nel cui interno e' stato praticato quasi il vuoto.Una parte della capsula e' ondulata per aumentare la superficie di deformazione , e all'interno di essa trovasi anche una molla antagonista che impedisce alla pressione atmosferica di schiacciamento.Al centro della parte ondulata e flessibile si trova una colonnetta , i cui movimenti si trasmettono per mezzo di lievismi ad una lancetta indicatrice che si muove davanti ad un quadrante con scala graduata in mm di Hg o hPa. La taratura  e la regolazione si eseguono come per i modelli 'Aneroidi'.Per avere piu' sensibilita' si usano a volte piu' capsule in serie.Questo sistema e' usato particolarmente nei Barografi, dove ne sono usate anche 10.I Barografi sono barometri olosterici il cui moto e' trasmesso ad un pennino , la quale traccia il grafico della pressione su un diagramma avvolto su un tamburo girevole , mosso da un sistema ad orologeria.

5.7  BAROMETRO ANEROIDE

Il barometro aneroide (cioe' senza fluido) consiste in un tubo chiuso a pareti sottilissime , di sezione lenticolare , privo d'aria e piegato ad arco (toroide).Questo barometro e' detto anche a 'tubo di Bourbon'.Allorche' varia la pressione , la superficie esterna, piu' estesa di quella interna , ne risente maggiormante l'influenza, e percio' gli estremi dell'arco si avvicinano se la pressione aumenta e si allontanano se la pressione diminuisce.I piccoli spostamenti vengono amplificati e trasmessi all'indice  , che si muove davanti al quadrante , come nel barometro Olosterico.

5.8  BAROMETRI ELETTRONICI

Sono quelli di ultima generazione , nelle versioni da tavolo , da parete o da polso.La bibliografia che per ora si trova su di essi si riduce alle sole istruzioni, che non parlano affatto di sensori , ma solo dei modi operativi per usarli.In contrapposizione pero' , questi strumenti sono sensibili , pronti e precisi, allorche' vengono paragonati alle indicazioni del barometro a Hg 'da stazione' . Alcuni di essi sono sensibili fino a 0,1 hPa.Sono tarati secondo l'atmosfera standard (Tipo I.C.A.O.) e possono indicare il QNH abs. (pressione assoluta secondo l'atmosfera standard) o il QNH relativo al livello del mare (M.S.L.) a seconda della taratura eseguita dall'utente.Sono tarati secondo la formula fluido-dinamica dell'atmosfera standard.

P = QNH rel. al livello del mare (S.M.L.)

P = QNH abs. (indicato dal barometro elettronico)

Tz ST = Temperatura standard in K dell'altitudine alla quale si trova il barometro.

 

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