2. Il bilancio di massa ed energia
Il bilancio di massa
Innanzitutto si sceglie un
volume di controllo.
Il bilancio rappresenta
la variazione di una quantità
nel volume di controllo.
Tale variazione e’ uguale alla
somma algebrica di quanto
entra meno quanto esce.
Eventualmente si aggiungono/
tolgono le variazioni della
quantità dovute a
trasformazione chimiche, di
fase, o altre, a seconda del tipo
di bilancio.
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R. Rigon
3. Il bilancio di massa ed energia
Il bilancio di massa
superficie
zona insatura
zona satura
!3
R. Rigon
4. Il bilancio di massa ed energia
Il bilancio di massa
Nella slide precedente mancavano deflusso
superficiale, deflusso nei suoli e deflusso
sotterraneo.
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R. Rigon
5. Il bilancio di massa ed energia
Il bilancio di massa
Manca infine l’evapotraspirazione. Questa e
somma di evporazione dagli specchi d’acqua
superficiali, dal suolo e di traspirazione dalle
piante (erba ed alberi)
!
!5
R. Rigon
6. Il bilancio di massa ed energia
Il bilancio di massa per un volume di suolo
Variazione di volume
d’acqua nel volume di
suolo
Deflusso
superficiale
Deflusso
Evapotraspirazione
nei suoli
Intensità di
precipitazione
Deflusso
sotterraneo
Intervallo
temporale
!6
R. Rigon
7. Il bilancio di massa ed energia
Il bilancio di massa
Il volume di controllo non deve
necessariamente essere un forma
elementare: un bacino idrografico
rappresenta esso stesso un volume di
controllo.
!7
R. Rigon
8. Il bilancio di massa ed energia
Il bilancio di massa
Altri esempi
Volume di controllo
!8
R. Rigon
9. Il bilancio di massa ed energia
Il bilancio di massa
Altri esempi
Qg
!9
R. Rigon
10. Il bilancio di massa ed energia
Il bilancio di massa
Altri esempi
!10
R. Rigon
11. Il bilancio di massa ed energia
Il bilancio di massa
Altri esempi
!11
R. Rigon
12. Il bilancio di massa ed energia
Il bilancio di massa
Altri esempi
!12
R. Rigon
13. Il bilancio di massa ed energia
Il bilancio di massa per un volume di
atmosfera al di sopra del suolo
Intensità
di
Deflussi
evaporazione
sotterranei
netta
Avvezione
Variazione acqua e
laterale
vapore nello strato
di vapore e
di
atmosfera
acqua
considerato
D e f l u s s i
superficiali
!13
R. Rigon
14. Il bilancio di massa ed energia
Il bilancio di energia
Il gruppo di termini del bilancio
di energia è il bilancio di radiazione.
Ad onde corte dal sole (nel campo
del visibile); ad onde lunghe (nel
campo dell’infrarosso):
dall’atmosfera e dalle nuvole verso
il suolo e, ad onde lunghe dal suolo
verso l’atmosfera
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R. Rigon
15. Il bilancio di massa ed energia
Il bilancio di energia
Nel bilancio di energia, entra anche
la precipitazione che, per esempio,
può contribuire a sciogliere la neve.
Il flusso di calore da e verso il centro
della Terra dipende dai flussi
geotermici e può essere sia positivo
che negativo.
!15
R. Rigon
16. Il bilancio di massa ed energia
Il bilancio di energia
Infine entrano in gioco
anche
evapotraspirazione, nelle
sue componenti, e il
fusso di calore per
convezione dal
suolo verso
l’atmosfera.
!16
R. Rigon
17. Il bilancio di massa ed energia
Il bilancio di energia
E = (Rsw
n
Rlw
n
H
e
ET
n
G) t
!17
R. Rigon
18. Il bilancio di massa ed energia
Il bilancio di energia
E = (Rsw
n
Rlw
n
Radiazione netta
ad onde corte
Variazione di
e n e r g i a
immagazzinata nel
suolo.
R. Rigon
H
e
ET
n
C o n t e n u t o
t e r m i c o
dell’evapotraspir
azione
G) t
Intervallo
temporale
Radiazione netta
ad onde lunghe
Rilascio di calore
per convezione/
conduzione
v e r s o
l’atmosfera
Rilascio di calore
per convezione/
conduzione
verso il basso
!18
19. Il bilancio di massa ed energia
Il bilancio di energia
E = (Rsw
n
Rlw
n
H
e
ET
n
G) t
Evapotraspirazione
Entalpia
di
vaporizzazione (o
calore latente di
vaporizzazione)
R. Rigon
!19
22. Il bilancio globale di energia
modificato da Wallace and Hobbs, 1977
Della Radiazione netta ad onde
corte
In media (spaziale su tutta la
Terra e temporale in un anno
medio ) solo il 50 % arriva al
suolo
!22
R. Rigon
23. modificato da Wallace and Hobbs, 1977
Il bilancio globale di energia
Il 19% viene assorbito
dall’atmosfera.
Una piccola percentuale (1%)
viene utilizzata dalle piante.
Piccola percentuale ma
importanza sostanziale !
Il 30% della radiazione
mediamente riflesso verso lo
spazio (e costituisce l’albedo
medio della Terra).
19 + 1 + 30 + 50 = 100
(16+3)
R. Rigon
!23
24. Il bilancio globale di energia
modificato da Wallace and Hobbs, 1977
A questo 50 % sia aggiunge il
19% che l’atmosfera aveva
assorbito a costituire la
radiazione infrarossa uscente
(69 %).
Il 50 % si può pensare composto
di 3 parti:l’emissione radiativa
della superficie (20%), il flusso
evapotraspirativo (23%) e la
perdita di calore per
convezione (7%)
Il 50 % che il suolo riceve, viene
restituito allo spazio (se il
bilancio di energia fosse
stazionario: in verità il
cambiamento climatico sta
tutto nell’ “imbalance”).
!24
R. Rigon
26. Lin, B., P. W. Stackhouse Jr., P. Minnis, B. A. Wielicki, Y. Hu, W. Sun, T.F. Fan, and L. M. Hinkelman (2008), Assessment of global annual
atmospheric energy balance from satellite observations, J. Geophys.
Res., 113, D16114, doi:10.1029/2008JD009869
Il bilancio globale di energia
R. Rigon
Bilancio Annuale Medio degli Oceani
!26
27. A. Tack - Time and Timeslessnness
Spazio-Tempo
47. Il ciclo idrologico
Comparto
Volume
%
Sorgente
Oceani
1338
96.51
P
R
Atmosfera
0.013
0.001
ET
dai continenti
dagli oceani
Continenti
48
3.46
P
Flusso
entrante
4581
3242
3853
471
372
403
5771
721
622
713
5051
3612
4243
1191
992
1113
Emissione
E
Flusso
uscente
5051
3612
4243
P
5771
992
1113
ET
R
3242
3853
721
622
712
471
372
403
Flussi Globali d'acqua (1-Shiklomanov and Sokolov,1983 ; 2- Peixoto e Kettani, 1973 3- Baumgartner e Reichel,
1975 . I volumi sono in unità di
milioni di km cubi e i flussi in milioni di kilometri cubi per anno. P =
Precipatazioni; R = deflusso superficiale; E =evaporazione ; ET = evapotraspirazione
!47
R. Rigon