Vento

Da TecnoLogica.

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Come già precedentemente accennato, in prossimità del suolo il flusso d'aria tende a diventare turbolento, ma anche a rallentare per effetto dellla viscosità del fluido. Per tale motivo, convenzionalmente la velocità del vento viene musurata ad un'altezza di 10 m dal suolo attraverso uno strumento di misura detto anemometro. La variazione della velocità dell'aria può essere calcolata utilizzando la relazione empirica:
Come già precedentemente accennato, in prossimità del suolo il flusso d'aria tende a diventare turbolento, ma anche a rallentare per effetto dellla viscosità del fluido. Per tale motivo, convenzionalmente la velocità del vento viene musurata ad un'altezza di 10 m dal suolo attraverso uno strumento di misura detto anemometro. La variazione della velocità dell'aria può essere calcolata utilizzando la relazione empirica:
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<math> v_h = v_{ref} \left( \frac{ \delta_{ref}}{h_{ref}} \right) ^ {\alpha_{ref}} \left( \frac{h}{\delta} \right) ^ {\alpha} </math>,
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dove:
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*<math>v_h</math> è la velocità [m/s] dell'aria all'altezza <math>h</math> [m];
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*v<sub>h</sub> è la velocità [m/s] dell'aria all'altezza h [m];
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*<math>v_{ref}</math> è la velocità dell'aria [m/s] rilevata da un anemometro posto ad altezza <math>h_{ref}</math> [m] (di solito pari a 10 metri);
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*v<sub>ref</sub> è la velocità dell'aria [m/s] rilevata da un anemometro posto ad altezza h <sub>ref</ref> [m] (di solito pari a 10 metri);
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*<math>\delta</math> è la quota oltre la quale la velocità dell'aria, nel luogo di osservazione, non subisce più alcun rallentamento a causa della viscosità (il valore dipende dalle costruzioni presenti sul territorio, ed è tabellato);
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*δ è la quota oltre la quale la velocità dell'aria, nel luogo di osservazione, non subisce più alcun rallentamento a causa della viscosità (il valore dipende dalle costruzioni presenti sul territorio, ed è tabellato);
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*<math>\delta_{ref}</math> ha il medesimo significato di <math>\delta</math> ma è riferito al luogo in cui si effettua la misurazione della velocità (che può essere differente rispetto a quello in cui si effettua il calcolo);
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*δ <sub>ref</sub> ha il medesimo significato di <math>\delta</math> ma è riferito al luogo in cui si effettua la misurazione della velocità (che può essere differente rispetto a quello in cui si effettua il calcolo);
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*<math>\alpha</math> e <math>\alpha_{ref}</math> sono due esponenti che dipendono dal tipo di suolo (relativi al luogo di osservazione e a quello in cui si effettua la misurazione della velocità), e sono anch'essi tabellati.
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*α e α<sub>ref</sub> sono due esponenti che dipendono dal tipo di suolo (relativi al luogo di osservazione e a quello in cui si effettua la misurazione della velocità), e sono anch'essi tabellati.
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La norma americana<ref>ASHRAE - Foundamentals, cap.16.</ref> fornisce i seguenti valori di <math>\alpha</math> e <math>\delta</math>:
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La norma americana<ref>ASHRAE - Foundamentals, cap.16.</ref> fornisce i seguenti valori di α e δ:
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Versione delle 17:21, 3 apr 2020

Descrizione

Hadley.jpg

Per vento si intende il movimento dell'atmosfera che si origina per effetto della differente temperatura alla quale si trova la superficie terrestre, generalmente più alta all'equatore e più bassa ai poli.
La crosta terrestre, fortemente riscaldata nella fascia equatoriale, crea infatti un movimento convettivo ascensionale di aria al quale corrisponde un abbassamento della pressione. Allo stesso modo ai poli si genera una colonna d'aria discendente che aumenta la pressione atmosferica al suolo. Ne consegue che ai poli l'aria viene spinta verso l'equatore, dove l'effetto depressivo la proietta verso l'alto, fino ad una quota superiore ai 5000 m. In alta quota, l'atmosfera procede in senso opposto fino ad essere spinta verso il basso in corrispondenza dei poli, per ricominciare il ciclo verso l'equatore. Queste celle di circolazione convettiva prendono il nome di celle di Hadley, ed il loro movimento è generato dalla differenza di pressione che prende il nome di gradiente barico, a cui è associata la forza di gradiente barico che materialmente spinge l'aria a muoversi.
Secondo questo modello interpretativo, ai poli sono presenti delle zone di alta pressione, dette anche zone divergenti o aree anticicloniche, mentre all'equatore si formano zone di bassa pressione, dette zone convergenti o aree cicloniche. Il vento che si forma avrebbe quindi perennemente la direzione da nord a sud nell'emisfero boreale, e la direzione contraria in quello australe. Nella realtà insorgono notevoli effetti perturbativi che modificano sostanzialmente questo semplice comportamento.

Il primo effetto si deve alla rotazione della terra su se stessa, che imprime una deviazione crescente al vento (forza di Coriolis) dai poli all'equatore; questa deviazione mette in rotazione l'atmosfera, facendola girare:

  • nell'emisfero boreale in senso orario intorno agli anticicloni, ed in senso antiorario intorno ai cicloni;
  • nell'emisfero australe in senso antiorario intorno agli anticicloni, ed in senso orario intorno ai cicloni.

Questa deviazione permette di enunciare la legge di Buys-Ballot: se ci si pone con le spalle alla direzione del vento, la zona divergente si trova a destra, e quella convergente a sinistra dell'osservatore posto nell'emisfero boreale, e al contrario se questi si trova nell'emisfero australe.

Il secondo effetto si deve alla disomogeneità della superficie terrestre, che tende a riscaldarsi e raffreddarsi in modo non uniforme. Questo comporta la formazione di gradienti barici molto disomogenei, e la conseguente comparsa di zone di alta e bassa pressiona anche lontano dai poli e dall'equatore. Il modello interpretativo più avanzato prevede, in luogo di due sole celle di Hadley (una nell'emisfero nord, ed una in quello sud), sei celle convettive, che meglio tengono conto della reale distribuzione delle pressioni.

In ultimo, nella parte bassa dell'atmosfera, le forze di attrito che si oppongono all'avanzamento del vento creano zone di grande turbolenza, che rende molto caotico il fluire dell'aria, che rende ancora più complessa l'interpretazione del fenomeno atmosferico. Nell'alta atmosfera invece (al di sopra dei 5000 metri) il flusso è ordinato, e la formazione delle zone cicoloniche e anticicloniche è molto più aderente al modello interpretativo che in prossimità della superficie terrestre.

Misura

Rosa venti.png

Come tutti i fluidi in movimento, il vento può essere espresso come una grandezza vettoriale il cui modulo rappresenta la velocità e la direzione indica il verso di percorrenza.
Vista la sua natura caotica, occorre più propriamente parlare di velocità media e di direzione media, calcolate in un determinato periodo di tempo.
La direzione viene espressa indicando l'angolo secondo il quale proviene il vento: ad esempio, se l'aria spira da Est, ciò significa che il vento procede soffiando da Est verso Ovest. L'angolo che esprime la direzione viene misurato a partire da Nord (a cui corrisponde il valore di 0°), procedendo poi in senso orario verso est. Si avrà quindi:

  • Nord (N) a 0°;
  • Nord-Est (NE) a 45°;
  • Est (E) a 90°;
  • Sud-Est (SE) a 135°;
  • Sud (S) a 180°;
  • Sud-Ovest (SW) a 225°;
  • Ovest (W) a 270°;
  • Nord-Ovest (NW) a 315°.

In teoria, la direzione del vento può assumere tutti i valori di angolo compresi tra 0° e 360° ma, vista la turbolenza del flusso, non avrebbe senso dare un'indicazione così precisa. Per tale motivo le direzioni vengono ridotte ad otto: i quattro punti cardinali (N, E, S, e W) a cui si aggiungono le direzioni intermedie (NE, SE, SW, NW), come già indicato nel precedente elenco. In tal modo un vento da est, ad esempio, soffia all'incirca dalla direzione 90°, con una tolleranza di ±22.5°[1]. Su questo principio si basa la rosa dei venti che, tradizionalmente, attribuisce un nome ad ogni direzione e, di conseguenza, ad ogni vento proveniente da quella direzione.

La velocità, secondo il sistema internazionale, è espressa in metri al secondo [m s-1], ma a volte può essere misurata anche in chilometri all'ora [km h-1] (1 km/h = 0.277 m/s) o in nodi [kn oppure kts] (1 kn = 0.5144 m/s).
Quest'ultima unità di misura è molto in uso in ambito marino perché esprime la velocità in termi di miglia nautiche all'ora [Nm h-1] (pari a 1.852 km/h). Per questo motivo il nodo è spesso assunto come riferimento sia nella misurazione che nella catalogazione dei venti secondo la nota scala di Beaufort, che suddivide e classifica i venti empiricamente (guardando cioè i suoi effetti) in tredici categorie.
Come già precedentemente accennato, in prossimità del suolo il flusso d'aria tende a diventare turbolento, ma anche a rallentare per effetto dellla viscosità del fluido. Per tale motivo, convenzionalmente la velocità del vento viene musurata ad un'altezza di 10 m dal suolo attraverso uno strumento di misura detto anemometro. La variazione della velocità dell'aria può essere calcolata utilizzando la relazione empirica:

VelocitaVento.gif

dove:

  • vh è la velocità [m/s] dell'aria all'altezza h [m];
  • vref è la velocità dell'aria [m/s] rilevata da un anemometro posto ad altezza h ref</ref> [m] (di solito pari a 10 metri);
  • δ è la quota oltre la quale la velocità dell'aria, nel luogo di osservazione, non subisce più alcun rallentamento a causa della viscosità (il valore dipende dalle costruzioni presenti sul territorio, ed è tabellato);
  • δ ref ha il medesimo significato di LaTeX: \delta ma è riferito al luogo in cui si effettua la misurazione della velocità (che può essere differente rispetto a quello in cui si effettua il calcolo);
  • α e αref sono due esponenti che dipendono dal tipo di suolo (relativi al luogo di osservazione e a quello in cui si effettua la misurazione della velocità), e sono anch'essi tabellati.

La norma americana[2] fornisce i seguenti valori di α e δ:

Categoria
di terreno
Descrizione Esponente
α
Altezza
dello strato
δ [m]
1 Centri urbani, con almeno la metà degli edifici più alti di 20 metri 0.33 460 m
2 Aree urbane o suburbane, aree alberate o terreni con costruzioni numerose e vicine, mono o plurifamiliari 0.22 370 m
3 Terreni aperti con poche e rade costruzioni, di altezza non superiore a 9 metri 0.14 270 m
4 Aree pianeggianti prive di costruzioni 0.10 210 m

Calcolo

Venti UNI

Secondo la norma[3], la velocità dell'aria si calcola nel seguente modo:

  1. si determina la regione di vento alla quale appartiene la località di calcolo, utilizzando l'apposita cartina geografica;
  2. in funzione della regione di vento, dell'altitudine e della distanza dal mare, si determina la zona di vento della località di calcolo, impiegando la relativa tabella;
  3. si individua la stazione meteorologica più vicina alla località di calcolo, appartenente alla stesa zona di vento;
  4. si assume che la direzione del vento prevalente nella località di calcolo sia la stessa di quella della stazione meteorologica di riferimento;
  5. si calcola la velocità del vento utilizzando la seguente formula:

LaTeX:  v_{med} = c v_{ref},

dove c è un coefficiente correttivo e vref è la velocità dell'aria nella stazione di riferimento, deducibile dalla tabella a lato. Il metodo permette quindi di calcolare vmed, rappresentativa della velocità media giornaliera media annuale che si registra in una data località.
Il coefficiente c può essere dedotto facilmente dalla seguente tabella, in funzione delle zone di vento della località di calcolo e di quella di riferimento.

Zona di vento
della località
di riferimento
Zona di vento
1 2 3 4
1 1.000 1.780 2.780 4.000
2 0.562 1.000 1.560 2.250
3 0.360 0.640 1.000 1.440
4 0.250 0.445 0.694 1.000

Purtroppo la norma UNI non riporta i dati meteorologici mensili o stagionali, per i quali occorre rifarsi ad altre fonti (vedi→Vento (meteorologia)).

Note

  1. Secondo tale principio quindi si classifica come vento proveniente da Est qualsiasi flusso d'aria che abbia una direzione compresa tra 66.5° e 112.5°.
  2. ASHRAE - Foundamentals, cap.16.
  3. UNI 10349:1994.

Voci correlate

La consultazione di TecnoLogica è preordinata alla lettura delle avvertenze

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