L'umidità si definisce come la quantità di vapore acqueo presente nell'atmosfera o più precisamente in una massa d'aria.
La quantità di vapore acqueo presente nell'aria può assumere valori variabili in base alla regione della Terra in cui si trova o al periodo dell'anno in relazione alla temperatura.
L'umidità di un sistema può essere rappresentata in base ai seguenti parametri:
Umidità assoluta: è la quantità di vapore acqueo in grammi, contenuta in un m3 d'aria e si ottiene rapportando la massa del vapore acqueo con il volume che la contiene. Nel SI (sistema internazionale) essa viene misurata in kg/m3; nonostante ciò come precedentemente affermato si preferisce misurarla in g/m3 poiché la massa del vapore acqueo non è molto elevata. Essa varia in base alla temperatura e alla disponibilità d'acqua presente nel territorio.
Umidità relativa: è il rapporto percentuale dell'umidità assoluta rispetto all'umidità massima possibile (limite di saturazione). L'aria infatti ad una certa temperatura può contenere una determinata quantità di vapore acqueo che non è possibile superare. In particolare all'aumentare della temperatura aumenta il limite di saturazione e diminuisce l'umidità relativa (a parità di umidità assoluta). L'umidità relativa è molto utilizzata dai meteorologi per le previsioni del tempo.
Umidità specifica: si definisce come il rapporto tra la massa di vapore acqueo e la massa d'aria secca contenute in un certo volume. Viene misurata in g/kg. L'umidità specifica rispetto alle altre due non cambia al variare della temperatura perché non si basa sul volume bensì sulle masse.
L'umidità può essere misurata con diversi strumenti:
Igrometro a capelloIgrometro a capello: serve per misurare l'umidità relativa sfruttando una proprietà dei capelli umani, cioè la capacità di allungarsi o accorciarsi in base all'umidità dell'aria.
PsicrometroPsicrometro: è composto da una coppia di termometri dove uno dei due presenta il bulbo (la parte contenente il mercurio) rivestito di una garza bagnata. Più è secca l'aria e più si abbassa la temperatura del termometro rivestito. Dalla differenza di temperatura dei due termometri, tramite delle tabelle, è possibile ricavare l'umidità assoluta e relativa.
IgrografoIgrografo: molto simile all'igrometro viene utilizzato per misurare la variazione dell'umidità in un certo intervallo di tempo. Esso infatti si compone di un igrometro associato ad un registratore meccanico o elettronico.
In base all'umidità presente in una determinata area è stato possibile identificare diverse zone climatiche:
zone umide;
zone semi-aride;
zone aride.
Distribuzione nel mondo delle zone umide (verde scuro), delle zone semi-aride (verde chiaro) e delle zone aride (giallo)
Le nuvole sono masse d'aria contenenti goccioline d'acqua e cristalli di ghiaccio sospesi nell'atmosfera. Le gocce si formano a seguito della condensazione del vapore acqueo in eccesso presente nell'aria e rimangono sospese perché le correnti ascensionali riescono a reggerne il peso.
Le nuvole si possono formare in due modi:
Nel primo caso la superficie terrestre viene riscaldata dai raggi solari e quindi l'acqua di mari, oceani e fiumi evapora e sale perché più calda e quindi più leggera dell'aria secca che la sovrasta. Qui la massa d'aria che contiene il vapore si raffredda, abbassando il proprio limite di saturazione, fino a quando la quantità di vapore non raggiunge e supera tale limite. Quindi questo si condensa formando piccole gocce d'acqua attorno ai nuclei di condensazione (cioè particelle come sali, polveri...) che si trovano sospesi in aria e offrono una base sulla quale il vapore può condensarsi. In caso di temperature particolarmente rigide (sotto gli 0 °C), vengono a formarsi piccoli aghi o cristalli di ghiaccio in un processo detto brinamento.
In alternativa, le nuvole si possono formare anche quando due masse d'aria con temperature differenti e la cui umidità non supera il limite di saturazione si mescolano, come nel caso delle scie degli aerei; l'aria proveniente dall'aereo esce dai motori e perciò è molto calda, quando si mescola con l'aria dell'atmosfera abbassa il proprio limite di condensazione e il vapore in eccesso si condensa, andando a formare le cosiddette "scie".
Si definiscono "punto di rugiada" le condizioni di temperatura e pressione in cui il vapore presente in una massa d'aria inizia a condensare. Esso può variare in uno stesso luogo di giorno in giorno anche in base all'umidità. Quando invece il vapore passa direttamente dallo stato gassoso a quello solido, e quindi il punto di rugiada è sotto gli 0 °C, si parla di "punto di brina".
In particolare, in base alla temperatura di formazione, si possono distinguere:
nubi calde, formate a temperature superiori a 0 °C;
nubi fredde, formate a temperature inferiori a 0 °C;
nubi miste, in cui la parte superiore si è formata a una temperatura superiore a 0 °C, mentre la parte inferiore si è formata a una temperatura inferiore a 0 °C.
Le nuvole sono distinte in 4 tipi principali:
Cirricirri: nuvole dall'aspetto filamentoso formate da cristalli di ghiaccio che le fanno sembrare traslucide;
Cumulicumuli: nuvole che ricordano grumi e dalle dimensioni e forme molto varie. Si formano generalmente sopra una corrente ascensionale;
Stratistrati: nuvole molto estese e piatte, formate da varie fasce compatte;
Nembinembi: nuvole grigiastre portatrici di pioggia.
Da questi gruppi principali si possono individuare 8 sottogruppi ulteriormente divisi base all'altezza:
nuvole alte: sono nuvole che si formano tra gli 8000 e i 14000 metri, molto fredde e formate principalmente da cristalli di ghiaccio, cioè cirri, cirrocumuli e cirrostrati;
nuvole medie: sono nuvole che si formano tra i 2000 e gli 8000 metri, composte da gocce d'acqua eventualmente mescolate a cristalli di ghiaccio, cioè altocumuli e altostrati;
nuvole basse: sono nuvole che si formano sotto i 2000 metri, composte da gocce d'acqua, cioè cumuli, stratocumuli e strati. Appartengono a questo gruppo anche le nebbie, ossia nubi che si sviluppano a contatto con il terreno e dalle dimensioni più limitate rispetto a una nuvola propriamente detta.
Si possono poi individuare altri 2 sottogruppi in base allo sviluppo verticale:
nuvole a medio sviluppo verticale, cioè i nembostrati;
nuvole ad alto sviluppo verticale, cioè i cumulonembi.
La nuvolosità è la quantità di nubi presenti nel cielo. Si misura in okta, lungo una scala che va dal grado 0 a 9. Ad ogni grado è associato un colore diverso.
okta
colore
descrizione
0 okta
blu chiaro
assenza di nuvole
1 okta
giallo
nuvole rare e sparse
2 okta
magenta
nuvole sparse
3 okta
verde chiaro
nuvole sparse con tendenza a raggrupparsi
4 okta
argento
metà del cielo coperto da nuvole
5 okta
blu-nero
la maggior parte del cielo coperto da nuvole
6 okta
marrone
cielo generalmente coperto
7 okta
grigio
cielo coperto con rare schiarite
8 okta
viola
cielo totalmente coperto
9 okta
rosso
cielo invisibile
Inoltre le nuvole hanno influenza sul clima: le nubi alte tendono a contribuire all'effetto serra, lasciando entrare la radiazione solare e trattenendo quella terrestre, mentre le nubi basse tendono a non far passare nemmeno la radiazione solare.
Mappa animata delle precipitazioni mensili su scala mondiale
Le precipitazioni meteoriche sono tutti quei fenomeni che permettono all'acqua di arrivare al suolo sia allo stato liquido che a quello solido.
Si suddividono in tre tipi:
La pioggia: è la caduta di gocce d'acqua che si sono formate dall'aggregazione delle goccioline presenti nelle nuvole; esse cadono perché hanno raggiunto delle masse tali da non poter essere più sostenute dalle correnti ascensionali.
La neve: i fiocchi di neve sono formati da cristalli esagonali di ghiaccio che cadono quando la temperatura dell'aria è uguale o inferiore agli 0 °C. La neve cade soprattutto in corrispondenza di elevate latitudini e elevate altitudini (circa 3000 m s.l.m.); occasionalmente, in inverno, si può osservare il fenomeno anche a quote meno elevate.
La grandine: è un tipo di precipitazione costituita da chicchi sferoidali formati da vari strati di ghiaccio. Si origina nei cumulonembi, nubi temporalesche ad alto sviluppo verticale. La grandine si forma quando le goccioline d'acqua vengono trascinate dai moti convettivi nella parte più alta della nuvola dove si ghiacciano, in seguito vengono riportate nella parte inferiore dove si ricoprono di un altro strato d'acqua per poi risalire nuovamente, congelarsi e riscendere. Questo circolo continua fino a quando la massa dei chicchi diventa troppo pesante e cade al suolo. La grandine può essere pericolosa perché quando le masse dei chicchi raggiungono dimensioni considerevoli possono causare danni alle attività umane.
Vengono considerate precipitazioni meteoriche anche la rugiada e la brina: si formano di notte quando il vapore acqueo viene a contatto con una superficie fresca e si condensa sotto forma di goccioline (la rugiada), oppure, quando la temperatura è più rigida il vapore acqueo passa direttamente allo stato solido (brinamento) sotto forma di granelli di ghiaccio (la brina).
Le precipitazioni, per lo più le piogge, vengono misurate con due strumenti:
PluviometroIl pluviometro: costituito da un piccolo recipiente di forma cilindrica e di dimensioni convenzionali, serve a misurare la quantità di pioggia che cade in un certo intervallo di tempo, generalmente un giorno. In questo modo si riesce a misurare la quantità media di precipitazioni in un giorno.
PluviografoIl pluviografo: anch'esso formato da un recipiente cilindrico, misura la quantità di precipitazioni in un intervallo di tempo inferiore; la caratteristica che lo differenzia del pluviometro consiste nel fatto che è munito di un registratore grafico che riporta le misurazioni in una tabella. In questo modo è possibile determinare la quantità di precipitazioni media in un'ora.
Per quanto riguarda la distribuzione, le precipitazioni non sono distribuite in modo omogeneo su tutta la superficie terrestre, ma si può notare un graduale aumento dai poli all'equatore, dove si hanno le massime precipitazioni comprese in una fascia di circa 10° di latitudine. La loro distribuzione, oltre ad essere influenzata dalla latitudine, dipende anche dalla temperatura dell'aria, del terreno e dalla distanza dalle correnti marine.
Anche se inferiore a quello equatoriale, tra i 45° e i 55° gradi di latitudine vi è un secondo massimo di precipitazioni.
Per esprimere la distribuzione geografica vengono utilizzate le isoiete, ovvero delle linee ideali che uniscono tutti i luoghi interessati dalla stessa quantità di precipitazioni.
In base a questo dato si possono distinguere i seguenti regimi, chiamati anche regimi pluviometrici:
regime delle basse latitudini;
regime mediterraneo, con estati asciutte e scarse di precipitazioni, e inverni caratterizzati da venti umidi occidentali e persistenti precipitazioni;
regime delle alte latitudini, costituito da stagioni più o meno piovose variamente distribuite, mentre non vi è una stagione secca vera e propria;
regime polare, tipico delle zone situate oltre i 60° di latitudine, con precipitazioni molto scarse se non assenti in alcuni territori;
regime desertico, caratteristico delle zone tropicali ad alta pressione. Precipitazioni inferiori a 250 mm/anno;
regime monsonico, con venti estivi marini apportatori di pioggia, e venti invernali continentali apportatori di siccità.
A loro volta due di questi regimi sono suddivisi più specificatamente in alcune tipologie.
Nel regime delle basse latitudini si possono includere i seguenti tipi:
equatoriale: senza stagione secca e caratterizzato da due massimi di precipitazione;
subequatoriale: diviso in due stagioni secche e due piovose;
subtropicale: distinto in un solo periodo di piogge violente, di durata di 3 o 4 mesi, e un periodo più lungo secco.
Regime delle alte latitudini, invece, si divide in:
continentale: con un massimo di piovosità nella stagione estiva;
oceanico: caratterizzato da piogge sparse in tutto l'anno, causate dall'influenza dell'oceano, con un massimo in autunno;
di transizione: con piogge in primavera e autunno.
