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Massa ed Energia

Bruno Munari - Ara Pacis

Quantità di Moto ed Entropia

Riccardo Rigon
Il bilancio di massa ed energia

Il bilancio di massa
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volume di controllo.

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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.

!2
R. Rigon
Il bilancio di massa ed energia

Il bilancio di massa

superficie

zona insatura

zona satura

!3
R. Rigon
Il bilancio di massa ed energia

Il bilancio di massa

Nella slide precedente mancavano deflusso
superficiale, deflusso nei suoli e deflusso
sotterraneo.

!4
R. Rigon
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
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
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
Il bilancio di massa ed energia

Il bilancio di massa
Altri esempi

Volume di controllo

!8
R. Rigon
Il bilancio di massa ed energia

Il bilancio di massa
Altri esempi

Qg
!9
R. Rigon
Il bilancio di massa ed energia

Il bilancio di massa
Altri esempi

!10
R. Rigon
Il bilancio di massa ed energia

Il bilancio di massa
Altri esempi

!11
R. Rigon
Il bilancio di massa ed energia

Il bilancio di massa
Altri esempi

!12
R. Rigon
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
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

!14
R. Rigon
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
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
Il bilancio di massa ed energia

Il bilancio di energia

E = (Rsw

n

Rlw

n

H

e

ET

n

G) t

!17
R. Rigon
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
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Il bilancio di massa ed energia

Il bilancio di energia

E = (Rsw

n

Rlw

n

H

e

ET

n

G) t

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R. Rigon

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Riccardo Rigon
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R. Rigon
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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
modificato da Wallace and Hobbs, 1977

Il bilancio globale di energia

Il 19% viene assorbito
dall’atmosfera.
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viene utilizzata dalle piante.
Piccola percentuale ma
importanza sostanziale !
Il 30% della radiazione
mediamente riflesso verso lo
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medio della Terra).
19 + 1 + 30 + 50 = 100
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R. Rigon

!23
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
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R

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ET
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dagli oceani

Continenti

48

3.46

P

Flusso
entrante
4581
3242
3853
471
372
403
5771
721
622
713
5051
3612
4243
1191
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Emissione
E

Flusso
uscente
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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

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R. Rigon
Gentine, 2012

Scale Spaziali e temporali

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R. Rigon
Scale Spaziali e temporali

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6 b-radiation-the sun
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6 a-radiation-goals
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1b introduzione all'idrologia - Seconda Parte

  • 1. Massa ed Energia Bruno Munari - Ara Pacis Quantità di Moto ed Entropia Riccardo Rigon
  • 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. !2 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. !4 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 !14 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
  • 20. Jackson Pollock Il Bilancio Globale di Energia Riccardo Rigon
  • 21. modificato da Wallace and Hobbs, 1977 Il bilancio globale di energia !21 R. Rigon
  • 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
  • 36. F. Serafin, 2011 Scale di Analisi !36 R. Rigon
  • 37. F. Serafin, 2011 Scale di Analisi !37 R. Rigon
  • 38. F. Serafin, 2011 Scale di Analisi !38 R. Rigon
  • 39. F. Serafin, 2011 Scale di Analisi !39 R. Rigon
  • 43. Scala di pixel Scale di Analisi !43 R. Rigon
  • 44. R. Rigon Ernst Haas E ancora più in piccolo Scale di Analisi !44
  • 45. Venturi - Flussi, riserve, tempo di residenza Riccardo Rigon
  • 46. Aeschbach-Hertig and Gleeson, 2012 RFWR !46 R. Rigon
  • 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
  • 48. Gentine, 2012 Scale Spaziali e temporali !48 R. Rigon
  • 49. Scale Spaziali e temporali Peixoto-Oort, 1992; Mitchell, 1974 Dal punto di vista della ciclicità !49 R. Rigon