Pressione dell’aria

La pressione atmosferica  è la pressione che l’aria esercita sugli oggetti, sui liquidi e sui gas presenti nell’atmosfera terrestre. La pressione dell’aria esiste perché l’aria è sotto l’influenza della gravità e quindi ha un peso. La pressione dell’aria agisce in tutte le direzioni.

La massa dell’atmosfera terrestre è di circa 5,1018   ^kg   e la superficie terrestre è di circa   ^5,1014    metri   ^quadrati   . Su ogni metro quadrato della superficie terrestre premono circa 10.000 kg di aria. All’aumentare dell’altitudine, la lunghezza della colonna di pressione discendente diminuisce. Pertanto la pressione atmosferica diminuisce con l’aumentare dell’altitudine.

Nei bollettini meteorologici, la pressione atmosferica è tradizionalmente espressa   in millibar e oggi in ettopascal (hPa). Il pascal è un’unità di misura ufficiale del Sistema Internazionale di Unità di Misura (SI), ma le unità sono numericamente equivalenti: ad esempio, la pressione atmosferica al livello del mare è di circa 1013 hPa, che equivale approssimativamente a 1013 millibar.

La forza della pressione dell’aria fu dimostrata già nel 1654 dal classico esperimento con gli emisferi a Magdeburgo. Poiché una stazione meteorologica si trova più in alto rispetto alle altre sul livello del mare, non tutte le stazioni meteorologiche sulla Terra misurano necessariamente i valori della pressione atmosferica. Per un corretto confronto, la pressione atmosferica nella maggior parte delle stazioni meteorologiche sulla Terra viene convertita nel livello medio del mare. Nelle stazioni di montagna molto elevate si usa un metodo diverso. I palloni meteorologici possono misurare la pressione dell’aria e altri parametri fino a un’altitudine di circa 40 km, per ottenere un quadro più completo dello stato dell’atmosfera.

La pressione dell’aria si misura con un barometro. La maggior parte dei manometri moderni ha una scatola quasi priva di aria, che si comprime più o meno a seconda della pressione (scatola Fedi). Premendo leggermente o fortemente la casella, l’indicatore attaccato si muoverà, passando a uno schermo su cui è possibile leggere la pressione dell’aria. Molti misuratori di pressione domestici sfruttano questo principio. Molti misuratori di pressione domestici hanno ancora una scala di pressione a mercurio in millimetri. Questa unità può essere facilmente convertita in ettopascal moltiplicando il numero in mmHg per 1,333. La pressione  atmosferica standard  è 76 cmHg (760 mmHg) = 1013 hPa = 1,013 bar = 1 atmosfera. Questa è anche chiamata pressione standard. Nei manometri a mercurio reali, se è richiesta un’elevata precisione, è necessario tenere conto della variazione della densità del mercurio sotto l’influenza della variazione di temperatura.

La pressione dell’aria misurata a fini meteorologici è importante per i meteorologi perché consente loro di capire dove si trovano importanti sistemi di pressione, come le aree di bassa e alta pressione. Una mappa climatica con isobare può essere disegnata sulla base di un gran numero di valori di pressione atmosferica distribuiti geograficamente fino al livello del mare. Le isobare sono linee che collegano punti a uguale pressione atmosferica. In molti paesi del mondo, le isobare vengono tracciate ogni 5 hPa (ad esempio 995, 1000, 1005 hPa, ecc.). Dall’andamento delle isobare si possono individuare diversi centri di pressione e farsi un’idea della direzione e della velocità del vento. Si distinguono i seguenti sistemi di pressione:

• Un’area di bassa pressione, detta anche minimo o depressione. Le isobare formano bande chiuse attorno a un nucleo a bassa pressione, mentre è presente una circolazione ciclonica.
• Area di alta pressione, detta anche massimo o anticiclone. In questo caso, il nucleo delle isobare chiuse presenta una pressione relativamente elevata, dove avviene la circolazione anticiclonica.
• Regione della sella, la regione di transizione all’intersezione di due regioni di alta pressione e due regioni di bassa pressione.
• Una depressione è un’area rettangolare di bassa pressione atmosferica e un’area di bassa pressione che si allarga. La distanza tra le isobare è solitamente piccola e di conseguenza la velocità del vento è elevata.
• Il vore è il punto in cui la distanza tra le isobare è maggiore. Qui c’è un po’ vento. Il concetto di vore non è ancora sufficientemente utilizzato. Questo fenomeno è comunemente definito “indentazione”.
• Una dorsale, parte di un’area di alta pressione a forma di V, solitamente caratterizzata dalla distanza isobarica più grande.

La maggior parte dei barometri amatoriali riporta denominazioni quali “discreto”, “costante”, “variabile”, “pioggia” e “tempesta”. Questi riferimenti risalgono a tempi precedenti, quando si sapeva ancora poco della relazione tra clima e pressione atmosferica.

Una pressione superiore a 1030 o 1040 ettopascal (hPa) non significa sempre tempo soleggiato. Potrebbe esserci nebbia o pioggia. Ad alta pressione le precipitazioni sono solitamente limitate al massimo a pochi millimetri, ma ci sono state occasioni in cui sono caduti rovesci localizzati da 10 a 15 mm a 1030 hPa. Al contrario, in  una zona di bassa pressione  il tempo può essere soleggiato, asciutto e calmo. Ciò dipende principalmente dalla posizione del centro della zona di pressione rispetto alla Terra. A seconda di ciò, potremmo trovarci in un clima umido con nuvole o nebbia oppure, al contrario, potremmo trovarci in un clima asciutto e soleggiato.

Tuttavia, le precipitazioni sono generalmente più probabili a bassa pressione che ad alta pressione. Confrontando le letture giornaliere del barometro e le condizioni meteorologiche, si scopre che la probabilità di precipitazioni a una bassa pressione atmosferica di 990 hPa è dell’80%. Ciò significa che otto volte su dieci pioverà o nevicherà. A 1000 hPa la probabilità di pioggia è del 70%, a 1010 hPa del 40%, a 1020 hPa del 20% e a pressioni superiori a 1030 hPa solo del 10%.

Oggi, le misurazioni della pressione atmosferica (e di altre grandezze) provenienti da tutto il mondo vengono inserite in modelli matematici calcolati su una rete di supercomputer per le previsioni meteorologiche e la ricerca climatologica.

La forza del vento è determinata dal gradiente di pressione dell’aria, che è la variazione della pressione dell’aria   per unità di distanza   , e la cui direzione è sempre perpendicolare alle isobare. Pertanto, il gradiente di pressione dell’aria è massimo quando la distanza tra le isobare è minima. Secondo la legge dell’acquisto dei voti, in quella zona la velocità del vento sarà elevata e non importa se la pressione dell’aria in quella zona sarà bassa o alta.

La pressione dell’aria non è mai costante. Una diminuzione della pressione dell’aria in un’area ad alta pressione è detta depressione in un’area ad alta pressione, mentre un aumento della pressione dell’aria in un’area ad alta pressione è detto edificio. In un’area di bassa pressione, la diminuzione della pressione dell’aria è detta approfondimento, mentre l’aumento è detto riempimento. Le variazioni della pressione dell’aria sono spesso associate a sollecitazioni del sistema di pressione. Ciò è rappresentato dalle isobare, ovvero linee lungo le quali la pressione dell’aria cambia della stessa quantità in un dato periodo di tempo.

I rapidi cambiamenti di pressione sono solitamente associati a forti venti o sono un precursore delle tempeste. Se la temperatura del barometro sale o scende rapidamente, di solito significa che il meteo sta per cambiare. Le ricerche sulla relazione tra barometri e clima dimostrano che nell’80% dei casi un aumento della pressione barometrica determina un miglioramento delle condizioni meteorologiche, mentre una diminuzione della pressione barometrica determina un peggioramento delle condizioni meteorologiche.

Sotto l’influenza del sole, il tempo cambia durante il giorno. Questo schema giornaliero si verifica in base alla radiazione solare, alla radiazione terrestre, alla temperatura dell’aria, al vento, alla copertura nuvolosa e all’umidità dell’aria. La pressione atmosferica ha un periodo di due giorni. Ciò è particolarmente facile da rilevare nei barografi delle regioni tropicali, a causa della variazione non periodica nei sistemi di bassa pressione.

Soprattutto ai tropici, il moto diurno crea venti sia terrestri che marini, perché la superficie del mare è molto più calda e quindi il moto diurno è minimo.

Anche la pressione atmosferica subisce variazioni periodiche dovute alle maree, che sono simili alle maree marine. L’impatto maggiore si verifica nelle zone tropicali. L’ampiezza è di pochi millibar ed è quasi nulla ai poli.

Il 26 gennaio 1932 a De Bilt venne misurata una pressione atmosferica di 1050,0 hPa, la pressione più alta mai misurata dal KNMI. La pressione dell’aria è rimasta molto alta per diversi giorni consecutivi: a De Bilt è stata calcolata una media di 1048 hPa in 48 ore. Il 23 gennaio 1907 la pressione atmosferica a De Bilt salì a 1047,9 hPa e il 23 dicembre 1962 fu misurata a 1047,8 hPa.

Il record RMI a Uccle è stato recentemente battuto: il 20 gennaio 2020, la pressione dell’aria è stata misurata a 1048,3 hPa   ^{[   1   ]}   . Il record precedente era del 27 gennaio 1932: 1048,0 hPa.

I valori più elevati della pressione atmosferica si misurano solitamente nei mesi invernali. In estate, i barometri raramente superano i 1035 hPa e le variazioni giornaliere della pressione atmosferica sono molto più basse rispetto ad altri periodi dell’anno. In autunno, soprattutto da metà ottobre, la pressione atmosferica può variare rapidamente da un giorno all’altro e generalmente si misurano i valori più bassi. Ad esempio, la pressione atmosferica a De Baillet in luglio non ha mai superato i 1033 hPa, mentre in agosto il record del secolo è stato di 1034 hPa.

Le aree ad alta pressione in inverno sono note per i loro elevati valori di pressione atmosferica. In inverno, soprattutto in Siberia, si verificano spesso pressioni atmosferiche superiori a 1050 hPa. Il 31 dicembre 1968 nella città siberiana di Agata (350 km a sud-est di Norilsk) venne registrata la temperatura record di 1083,8 hPa. Nel 2011 a Tusontsengil in Mongolia è stato misurato un valore di 1084,4 hPa. Si tratta del valore di pressione dell’aria più alto misurato finora nel 2019.   ^{[   2   ]}   La maggior parte delle bilance per la casa, il giardino e la cucina non sono in grado di visualizzare questo valore.

La pressione atmosferica più bassa mai misurata dal KNMI a  Depilat  è stata di 956,4 hPa il 26 febbraio 1989. Quel giorno a Vlissingen è stata misurata una pressione atmosferica di 954,4 hPa, ma il record per i Paesi Bassi è di 954,2 hPa, misurato a Eelde il 27 novembre 1983. Il record di pressione atmosferica nelle isole britanniche è di 936 hPa, misurato nella notte tra il 19 e il 20 dicembre 1982 nella Scozia nord-occidentale. Il 26 gennaio 1884 la pressione in Scozia scese a 925,6 ettopascal.

I valori della pressione atmosferica sono notevolmente più bassi nella parte settentrionale dell’Oceano Atlantico. Il 15 dicembre 1986 la pressione atmosferica nella zona marina a sud-ovest dell’Islanda scese a 920,2 hPa, la pressione più bassa mai misurata in quella zona. Dalle misurazioni effettuate vicino al fondo, il KNMI è riuscito a concludere che la pressione dell’aria al centro dell’area di bassa pressione dovrebbe essere di circa 915 hPa. L’11 gennaio 1993 la pressione atmosferica nei pressi dell’Islanda scese nuovamente a valori molto bassi, stimati in circa 916 ettopascal.

Nel 2005, durante la stagione degli uragani atlantici, molto attiva, l’uragano Wilma raggiunse la temperatura minima di 882 hPa. Wilma è diventato uno degli uragani più attivi di questa stagione.

 All’equilibrio, la pressione dell’aria P(h) diminuisce approssimativamente con l’altezza secondo   l’equazione dell’altitudine barometrica:

P(ora)=P0⋅e-mora/arte

dove
M:   massa molare media dell’aria; Circa 0,029 kg/mol g
:   accelerazione dovuta alla gravità. 9,8 m/  ^s2 al     livello del mare H:   altezza in metri R:   costante universale dei gas; 8,3145 J/(mol.K) _T :   temperatura assoluta in K P0     :   pressione dell’aria al livello del mare. Questa formula è solo un’approssimazione, poiché si suppone che sia  T   che   g siano  costanti per tutte le altezze. Inoltre, le diverse masse molari dell’azoto (28 kg/mol km) e dell’ossigeno (32 kg/mol km) devono essere calcolate separatamente. Tuttavia, il grafico sopra mostra che l’effetto di tutte queste semplificazioni è marginale, poiché la pressione misurata, tracciata su scala logaritmica, ha una progressione pressoché lineare in funzione dell’altitudine. Pertanto la pressione assoluta per metro diminuisce più rapidamente negli strati inferiori dell’atmosfera rispetto a quelli superiori. Nella parte bassa dell’atmosfera, la pressione atmosferica diminuisce di circa 13 pascal per metro. A 5,5 km di altitudine la pressione è già scesa di circa il 50%.