A volte, l'aria fresca sale. Ecco cosa significa per i climi tropicali.

Potresti aver imparato una volta che "l'aria calda sale e l'aria fredda scende". Ma questo non è sempre vero. 

Questo perché la galleggiabilità dell'aria - la sua capacità di salire - è dettata sia dalla sua temperatura che dalla quantità di vapore acqueo che contiene. L'aria secca contiene principalmente gli elementi azoto e ossigeno, assemblati in diverse molecole. Il vapore acqueo è meno denso di queste molecole pesanti; nell'aria umida, il vapore acqueo occupa uno spazio che normalmente sarebbe occupato da azoto e ossigeno. Conosciuto come "effetto galleggiabilità del vapore", questo fenomeno rende l'aria umida più leggera dell'aria secca della stessa temperatura, pressione e volume. 

Su larga scala, l'effetto di galleggiabilità del vapore aiuta a dirigere il movimento dell'aria attraverso la regione più bassa dell'atmosfera, nota come troposfera, e influisce in particolare sull'aria nelle regioni tropicali umide. Anche ai tropici, alcune zone d'aria rimangono relativamente asciutte rispetto all'aria più umida situata a est o ovest. Ora, un nuovo modello climatico suggerisce che questo ciclo di aria umida che sale e affonda di aria secca può in qualche modo attenuare gli effetti del cambiamento climatico nei tropici.    

"Senza questo effetto, il riscaldamento climatico [nelle regioni tropicali] sarebbe anche peggiore", ha detto l'autore dello studio Da Yang, un assistente professore di scienze atmosferiche all'Università della California, Davis e uno scienziato di facoltà congiunta con il Lawrence Berkeley National Laboratory. Secondo il modello di Yang, pubblicato il 6 maggio sulla rivista Science Advances, l'effetto di galleggiabilità del vapore amplifica la quantità di energia termica (calore) rilasciata nello spazio dalle regioni tropicali, nell'ordine di circa 1-3 watt per metro quadrato. Il modello suggerisce che, poiché i climi tropicali sono caldi, l'effetto potrebbe aumentare in modo esponenziale, il che significa che la regione emetterebbe sempre più calore, anche se le temperature aumentano. 

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Detto questo, l'effetto della galleggiabilità del vapore non annulla in alcun modo gli effetti del cambiamento climatico, ha detto Yang. Ma potrebbe in qualche modo stabilizzare i climi tropicali mentre le temperature ai poli terrestri salgono a un ritmo relativamente più veloce, ha detto. 

Ma come funziona, esattamente?

Nuvole e cieli sereni 

L'effetto della galleggiabilità del vapore "è noto ai meteorologi da molto tempo", almeno un secolo, ha detto in una e-mail Olivier Pauluis, professore di matematica e atmosfera / scienze oceaniche alla New York University che non è stato coinvolto nello studio. . Sebbene familiare a molti, l'idea che l'aria calda si alzi sempre e che l'aria fresca si affondi è un "presupposto errato", ha detto..

"La corretta 'saggezza convenzionale' risale al principio di Archimede ed è che l'aria leggera sale, l'aria pesante affonda." Tuttavia, l'aria umida è più leggera dell'aria secca della stessa temperatura e pressione, ha detto Pauluis. 

Mentre i moderni modelli di cambiamento climatico tengono conto di questa saggezza, Yang mirava a indagare su come l'aria umida dei tropici influenza il riscaldamento generale nella regione, più specificamente. 

I tropici si trovano a circa 20 gradi dall'equatore, avvolti intorno al pianeta come una cintura, secondo il National Geographic. Ai tropici, i modelli globali di circolazione dell'aria generano colonne di aria umida e colonne di aria relativamente secca che siedono una accanto all'altra, estendendosi verso il cielo, ha detto Yang. Lo stesso modello di colonne d'aria alternate si manifesta anche su scale più piccole, ma queste sacche d'aria localizzate si dissipano nel giro di pochi giorni, mentre quelle su scala più grande rimangono stabili per lunghi periodi di tempo e influenzano il clima attraverso i tropici, ha detto..

Nubi e temporali si formano nell'aria umida, mentre i cieli sereni coprono in gran parte le regioni aride, ha detto Yang. Il vapore acqueo agisce come un gas serra, intrappolando l'energia termica emessa dagli oceani, dalla terra e dalle regioni inferiori dell'atmosfera; quindi, poca energia può sfuggire nello spazio dalle regioni più umide dei tropici. "La maggior parte dell'energia verrebbe emessa dalle regioni del cielo sereno, non dalle nuvole", ha detto Yang. 

È qui che entra in gioco l'effetto della galleggiabilità del vapore. 

Secondo i modelli informatici del team, l'aria fresca intrisa di vapore acqueo sale verso l'alto, formando nuvole e facendo cadere la pioggia mentre procede. Nel frattempo, l'aria relativamente secca e calda affonda nelle regioni limpide del cielo. Man mano che il clima tropicale si riscalda, più acqua si riscalda e passa alla sua forma vaporosa, facendo sì che l'aria sovrastante diventi sempre più umida. Il successivo cambiamento di galleggiabilità spinge l'aria umida verso l'alto e spinge le increspature nell'aria circostante; queste increspature, note come onde gravitazionali atmosferiche, spingono il calore fuori dall'aria umida e nell'aria secca vicina, ha detto Yang. 

Fondamentalmente, le onde bilanciano l'improvviso aumento della galleggiabilità del vapore riducendo l'eventuale galleggiabilità aggiuntiva fornita dal calore, ha detto.        

Questo ciclo spinge sempre più calore nell'aria secca, che rilascia energia termica nel cielo limpido sopra, ha detto Yang.   

"In altre parole, [la spinta del vapore] renderà l'aria secca che affonda ancora più calda", consentendo l'emissione di più calore dalle regioni a cielo sereno, ha detto Yang. "Se non avessimo questo effetto di galleggiamento del vapore, sarebbe probabilmente il contrario", il che significa che l'aria sempre più calda salirebbe nelle regioni umide dove il suo calore sarebbe intrappolato sotto le nuvole, ha aggiunto. 

La scoperta non è "necessariamente rivoluzionaria", come gli scienziati sanno da molto tempo sull'effetto della galleggiabilità del vapore, ha detto Pauluis. Tuttavia, evidenzia la necessità di tenere in considerazione sia la temperatura che l'umidità relativa quando si modella il cambiamento climatico, specialmente nelle regioni tropicali, ha aggiunto..

Guardando al futuro, Yang ei suoi coautori mirano a sviluppare modelli su larga scala per testare la loro teoria. Nello studio attuale, hanno modellato sistemi su piccola scala di aria umida e secca che sono rimasti stabili nel tempo, come farebbe un sistema su larga scala. Per sviluppare un modello su vasta scala che catturi l'attività nei tropici, in generale, il team richiederà molta più potenza di calcolo. Inoltre, Yang spera di raccogliere dati osservativi da diverse regioni tropicali, per vedere come le previsioni del team reggono nel mondo reale.

"Vogliamo anche sapere, in che modo la galleggiabilità del vapore influisce sulle nuvole e sui venti sulla Terra?" Egli ha detto.  

"Una sfida centrale nella previsione dei futuri cambiamenti climatici sta nella corretta valutazione dei cambiamenti alle nuvole di basso livello, che è dove l'effetto [della spinta del vapore] è più significativo", ha aggiunto Pauluis.

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