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MANUALE AISA .pdf



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4 LIBRI DI SCIENZE AMBIENTALI

¾ INDICE ALFABETICO DEGLI ARGOMENTI
¾Glossario

1.Atmosfera e Clima

> SOMMARIO LIBRO UNO

2.Oceanografia
ed Ecosistemi marini

> SOMMARIO LIBRO DUE

> SOMMARIO LIBRO TRE

3.Ecosistemi terrestri

4.Ecosistemi urbani

Edizioni

> SOMMARIO LIBRO QUATTRO

INDICE ALFABETICO DEGLI ARGOMENTI
A
ABBANDONO DELLA TERRA ED I SISTEMI AGRICOLI MARGINALI
ACQUE CONTINENTALI
ACQUE SOTTERRANEE, RISORSA A RISCHIO
AGENDA 21
AGRICOLTURA BIOLOGICA NELLE AREE PROTETTE DEL MONDO
ANALISI DEI SEDIMENTI NELLO STUDIO DEGLI ECOSISTEMI LACUSTRI
ANALISI DELLE TECNOLOGIE DISPONIBILI PER IL TRASPORTO PUBBLICO
LOCALE
ANTROPIZZAZIONE
ATMOSFERA E CLIMA

B
BIOARCHITETTURA
BIOEDILIZIA: CENNI STORICI

C
CAMBIAMENTI CLIMATICI INDOTTI
CENNI DI OCEANOGRAFIA BIOLOGICA
CENNI DI GEOLOGIA MARINA E DINAMICHE COSTIERE
COMUNICAZIONE AMBIENTALE TRA CINEMA E PENSIERO
COMPOSIZIONE E DINAMICA FISICA DELL’ATMOSFERA
CONSERVAZIONE E GESTIONE DELLA NATURA: PARADIGMI A CONFRONTO

D
DAI PARCHI COME “ISOLE” AD UN SISTEMA DI AREE PROTETTE
DESERTIFICAZIONE

E
ECOSISTEMI FLUVIALI E MONITORAGGIO BIOLOGICO
ECOSISTEMI TERRESTRI ED AGROECOSISTEMI
ECOSISTEMI URBANI
< Percorsi di ricerca

ECOTOSSICOLOGIA
ECOURBANISTICA
EMISSIONI GASSOSE CARATTERISTICHE
ENVIRONMENTAL KUZNETS CURVE: ALCUNE RIFLESSIONI SUI RECENTI
SVILUPPI
EROSIONE E CATTIVA PIANIFICAZIONE

F
LA FITODEPURAZIONE COME SISTEMA DI TRATTAMENTO NATURALE DEI
RIFIUTI I

G
GEOMORFOLOGIA DEI SISTEMI FLUVIALI
GESTIONE E CONSERVAZIONE DELLA NATURA
GESTIONE FORESTALE SOSTENIBILE
GESTIONE DELLA COSTA (ICZM)

I
IMMISSIONI ED EMISSIONI ATMOSFERICHE
INQUINAMENTO E CONTAMINAZIONE ATMOSFERICA
INQUINAMENTO E DEPURAZIONE DELLE ACQUE
INTERAZIONI FRA LE COLTIVAZIONI ED IL SISTEMA SUOLO: LE PIANTE
GENETICAMENTE MODIFICATE
INTERCONNESSIONE CON LA DINAMICA EVOLUTIVA DEL SISTEMA TERRA

L
LIFE CYCLE ASSESSMENT (LCA): UNA METODOLOGIA PER LA VALUTAZIONE
SISTEMICA DI PRODOTTI, PROCESSI E SERVIZI
LOCALIZZAZIONE DI IMPIANTI PRODUTTIVI E CONSENSO LOCALE

M
MUCILLAGINI

< Percorsi di ricerca

O
ONDE MAREE CORRENTI
OCEANOGRAFIA ED ECOSISTEMI MARINI

P
PESCA E MARICOLTURA
POLITICHE DI SALVAGUARDIA E PREVENZIONE DALL’INQUINAMENTO
PORTI ED AMBIENTE MARINO
PRODUZIONE E GESTIONE DEI RIFIUTI
PROPRIETA’ CHIMICO-FISICHE DELL’ACQUA

R
RAPPORTO TRA AGRICOLTURA E ZOOTECNIA
RIFIUTI SOLIDI URBANI
RITMI E PERIODICITA’ DELLA VITA

S
SISTEMI DI GESTIONE AMBIENTALE, APPLICATI AI PORTI TURISTICI
SISTEMI DI GESTION AMBIENTALE, COMUNICAZIONE E SOSTENIBILITÀ
SQUILIBRI ED ALTERAZIONI CHIMICO-FISICHE DELL’ATMOSFERA
STORIA EVOLUTIVA E CICLI DELL’ATMOSFERA

T
TELERILEVAMENTO E APPLICAZIONI AMBIENTALI: UN’ INTRODUZIONE
TELERILEVAMENTO E LE SUE APPLICAZIONI NEL CAMPO DELLE SCIENZE
AMBIENTALI
TRAFFICO CITTADINO

U
UOMO E MARE

< Percorsi di ricerca

V
VALUTAZIONE, CONTROLLO E MONITORAGGIO DEL RISCHIO INQUINAMENTO
(PARTE A)
VALUTAZIONE, CONTROLLO E MONITORAGGIO DEL RISCHIO INQUINAMENTO
(PARTE B)

< Percorsi di ricerca

SOMMARIO LIBRO 1
Atmosfera e Clima
Curatore Mario Napoletano

ATMOSFERA E CLIMA
INTRODUZIONE
STORIA EVOLUTIVA E CICLI
COMPOSIZIONE E DINAMICA FISICA
ANTROPIZZAZIONE
IMMISSIONI ED EMISSIONI ATMOSFERICHE
SQUILIBRI ED ALTERAZIONI CHIMICO-FISICHE
CAMBIAMENTI CLIMATICI INDOTTI
INQUINAMENTO E CONTAMINAZIONE ATMOSFERICA
EMISSIONI GASSOSE CARATTERISTICHE
VALUTAZIONE, CONTROLLO E MONITORAGGIO DEL RISCHIO INQUINAMENTO
(PARTE A)
VALUTAZIONE, CONTROLLO E MONITORAGGIO DEL RISCHIO INQUINAMENTO
(PARTE B)
POLITICHE DI SALVAGUARDIA E PREVENZIONE
CONCLUSIONI
INTERCONNESSIONE CON LA DINAMICA EVOLUTIVA DEL SISTEMA TERRA
ABSTRACTS
AUTORI

< Percorsi di ricerca

Atmosfera e Clima
Mario Napoletano

Introduzione generale
Parlare di atmosfera e di clima terrestri significa affrontare un discorso che coinvolge
le dinamiche evolutive di tutto il Sistema Terra, dalla sua origine fino ai giorni nostri.
Nell’immaginario comune, con la parola atmosfera si identifica quel qualcosa di
invisibile all’occhio umano che avvolge ogni elemento sulla Terra, influenza il clima e
determina le condizioni affinché sia possibile il manifestarsi della Vita.
Questo ”involucro” che avvolge la Terra si è formato attraverso un meccanismo di
differenziazione chimica, con la separazione di una crosta superficiale ricca di attività
vulcaniche, che hanno reso possibile la formazione di vapore acqueo (e la sua
liberazione dal magma) da una zona più densa interna (nucleo centrale terrestre), da
cui si è originato il suolo ( per azione combinata dell’atmosfera sulla litosfera e
l’intervento dei processi biologici ).
La composizione dell’atmosfera era essenzialmente un mix di vapore acqueo,
idrogeno, cloruro di idrogeno (HCl), ossido di carbonio (CO), biossido di carbonio
(CO2) e azoto (N2), quindi un ambiente privo di ossigeno.
Solo con la comparsa della vita sulla Terra si è giunti alla formazione (circa 2 Miliardi
di anni fa) di un’atmosfera ricca in ossigeno (O2), grazie ai processi fotosintetici
attivati dagli organismi acquatici in un primo tempo e terrestri successivamente.
Studiare l’atmosfera significa indagare la composizione chimica dell’aria, le sue
caratteristiche fisiche, la sua circolazione e la sua suddivisione in strati.
Conoscendo lo stato dell’aria in un certo luogo ed in un determinato momento
determiniamo il “tempo” atmosferico; conoscendo la successione abituale del tempo
(almeno 20-30 anni) in quel dato luogo ne caratterizziamo il “clima” (come stato
medio dell’atmosfera) e studiando i diversi eventi meteorologici di una regione ne
stabiliamo la “Climatologia” (scienza che definisce il Clima).

1
< Percorsi di ricerca

< Sommario LIBRO1

I moti circolatori atmosferici originano venti e stratificazioni che si ripercuotono su
tutte le componenti degli ecosistemi, dai cicli biogeochimici all’azione antropica.
Ogni manifestazione terrena dell’attività del Biota deve considerare la componente
climatica come un tutt’uno con il proprio ciclo di vita.
L’atmosfera è quindi strettamente correlata alle altre componenti del Sistema Terra:
idrosfera, litosfera e biosfera ne sono condizionate e determinate in alcuni aspetti (si
pensi ad esempio all’instaurarsi delle correnti o al manifestarsi delle precipitazioni) sia
su scala planetaria che a scale ridotte, regionali e locali.
Dal punto di vista del possibile condizionamento evolutivo del comparto atmosfera,
certamente il ruolo dell’Uomo può essere considerato significativo se non addirittura
determinante. Modificazioni nella composizione chimica e variazioni nella dinamica
fisica sono, infatti, alla portata degli esseri umani tanto per via diretta (
microvariazioni zonali indotte), che per via indiretta (ad esempio con la creazione dei
tessuti urbani che originano “isole di calore”) almeno sulla piccola e media scala
(organizzazione uomo – ambiente di vita).
Parlare dell’influenza dell’Uomo su queste dinamiche, significa accettare l’idea che
inevitabilmente esistano meccanismi di alterazione ( non necessariamente con
connotazione negativa) dell’equilibrio dei cicli naturali e del bilancio energetico
terrestre. La teoria dell’effetto serra antropogenico, quella del riscaldamento terrestre
globale e quella della variazione climatica indotta, sono tutti esempi (concatenati)
dell’azione –o per meglio dire, introduzione- dell’attività umana nel ciclo naturale
degli eventi.
L’approccio allo studio delle problematiche derivanti da questo scenario deve tenere
in considerazione il fatto che non esiste un “ecosistema atmosferico” finito, ma
esistono invece gli “ecosistemi terrestri, marini e -al limite- urbani, su cui si
ripercuotono tutte le variazioni climatiche in maniera determinante.
In definitiva, infatti, si può pensare che l’atmosfera e di conseguenza il clima, siano
“attori” dell’evoluzione sistemica del Pianeta Terra, cogeneratori di variazioni
importanti per ciascuna componente sia essa vivente che non vivente.

2
< Percorsi di ricerca

< Sommario LIBRO1

Il fatto che l’elemento Uomo sia un determinatore dell’azione del fattore Clima e
Atmosfera, deve far pensare a quanto sia importante riuscire a stabilire i limiti e le
circostanze di azione e condizionamento, individuandone con attenzione gli ambiti
operativi e gli interventi finalizzati al raggiungimento di un nuovo equilibrio
dinamico-evolutivo.
Di fatto, riuscire in questo intento significherebbe aver compreso la misura della
portata dell’azione umana in conformità ed in armonia con il Sistema Terra.
Questo potrebbe essere, infatti, il ruolo della componente umana “aggiunta” affinché
si procrastini nel tempo la Vita.

< Percorsi di ricerca

< Sommario LIBRO1

3

SOMMARIO
ATMOSFERA E CLIMA
STORIA EVOLUTIVA E CICLI
Storia evolutiva e Cicli
Storia evolutiva
Ciclo giornaliero, Ciclo annuo dell’Atmosfera e Classificazione climatica
Mutamenti millenari del Clima
Variazione dell’Inclinazione dell’Asse terrestre
Precessione degli Equinozi
Eccentricità dell’Orbita
Variazioni climatiche periodiche e aperiodiche a Scala secolare e decennale
Bibliografia

< Percorsi di ricerca

< Sommario LIBRO1

1

Storia evolutiva e Cicli
Mario Napoletano

Storia evolutiva
Nel corso della storia evolutiva del pianeta Terra, che dura da circa 5 Miliardi di anni, si
sono alternati numerosi periodi di freddo, culminati in episodi di glaciazione della durata
anche di milioni di anni e periodi di clima temperato o caldo umido della durata di
centinaia di milioni di anni.
In particolare questo alternarsi di cambiamenti climatici ha portato ad oscillazioni
climatiche testimoniate da piccole glaciazioni di breve durata che hanno interrotto lunghi
periodi di caldo intenso, oggi avvalorate dai numerosi studi sul paleoclima e dalle
campagne di rilevamento geologico e paleontologico compiute soprattutto nel corso
dell’ultimo secolo.
La capacità di adattamento a queste continue variazioni climatiche dimostrata da parte
dell’uomo si è rivelata una delle concause che giustificano il successo evolutivo della
specie umana. Si può, infatti, affermare senza timore di smentita che l’Uomo è stato in
grado di colonizzare tutti gli ambienti più estremi del nostro Pianeta, dalla Terra del
Fuoco ai ghiacci dei Circoli Polari.
Tuttavia a fronte del proprio successo, l’Uomo ha sempre dimostrato di essere un
elemento di disturbo e alterazione degli equilibri naturali del “Sistema Terra” ed anche
per ciò che attiene alle motivazioni della variazione climatica, c’è chi è pronto ad
attribuire alla specie umana gran parte di questa responsabilità sia sulla piccola che sulla
grande scala.
Tuttavia non bisogna pensare che il fattore umano sia l’unico elemento determinante
della variazione climatica cui si è assistito negli ultimi 6000 anni, anzi, lo studio della
dinamica naturale degli eventi a portato ad analizzare cicli storici di variazione climatica
fin dall’ultimo milione e mezzo di anni, ovvero fin dall’Era Quaternaria.

< Percorsi di ricerca

< Sommario LIBRO1

2
Sommario

Proprio in questo periodo, durante il quale si sono verificate quattro glaciazioni maggiori
e tre fasi interglaciali, l’uomo moderno fece la propria comparsa e la Terra assunse
l’attuale aspetto per ciò che attiene alla distribuzione delle terre emerse e degli oceani.
La diffusione dell’uomo sui continenti è stata resa possibile proprio nell’ultima Era
Glaciale quando il livello delle acque si abbassò e nuovi “corridoi di terre emerse”
facilitarono gli spostamenti. Al termine dell’era glaciale, circa 20 mila anni fa, il clima si
caratterizzò per la ripresa di oscillazioni periodiche attorno a condizioni di regime caldo
e umido. Così si alternarono condizioni di variabilità climatica fino a circa 8000 anni fa,
quando la Terra tornò a scaldarsi. Questa fase di riscaldamento dovuta all’intensa attività
vulcanica ed in generale magmatica, ha prodotto il proprio culmine tra il 5500 e il 2500
a.C. fornendo le temperature più calde degli ultimi 10000 anni.
Verso il 4000 a.C. difatti l’attuale area del deserto del Sahara presentava un clima molto
umido ed era caratterizzata dalla presenza di praterie con conseguente insediamento di
attività umana da parte di civiltà anche molto evolute.
Al culmine di questo periodo, si è verificato l’inaridimento di queste terre e la
desertificazione costrinse le civiltà a concentrarsi attorno alla valle del Nilo ( nacquero le
grandi civiltà mesopotamiche ed egiziana), il tutto mentre i ghiacciai cominciavano a
sciogliersi e nell’Oceano Pacifico si originava per la prima volta il fenomeno oggi
conosciuto come “El Niño”.
Verso il 1100 a.C. si assistette ad un periodo di sconvolgimenti climatici non ancora
pienamente documentato, ma i cui effetti sono testimoniati dalle difficoltà cui andarono
incontro numerose civiltà umane, dalla minoica e micenea a quella egiziana.
Successivamente attorno al 900 a.C. il clima terrestre si presentava in una condizione di
fresco e umido, permettendo lo sviluppo di altre civiltà, la greca, l’etrusca e la romana
che vissero così in condizioni di prosperità, soprattutto dal punto di vista agricolo.
La situazione rimase stabile e mite climaticamente almeno fino al periodo a cavallo della
nascita di Cristo e solo all’inizio dell’era cristiana ricominciò a farsi viva la minaccia
dell’aridità e si riscontrarono periodi particolarmente ricchi di siccità.

< Percorsi di ricerca

< Sommario LIBRO1

3
Sommario

Attorno al VI secolo d.c., in concomitanza con alcuni sconvolgimenti che riguardano le
attività umane (caduta delle dinastie cinesi, spostamento delle civiltà sudamericane sugli
altipiani andini) si ritiene possa essersi verificata una fase particolarmente avversa dal
punto di vista climatico.
Tra l’800 e il 1100 d.c. il clima si presentava sostanzialmente caldo ed, infatti, le
testimonianze sulle colture attive nel nord Europa ce ne danno conferma (la vite era
coltivata in Irlanda ed Inghilterra). Questo era un periodo favorevole allo sviluppo della
cultura e della prosperità, culminato in grandi spostamenti da parte di numerose civiltà (i
Vichinghi raggiunsero il Nord della Groenlandia e la via della seta era il percorso dei
principali traffici commerciali che da oriente arrivavano in Europa).
Dal XV secolo fino a metà ottocento si assistette invece ad una fase di raffreddamento
globale del Pianeta chiamata Piccola Età Glaciale. L’avanzamento dei ghiacciai in Europa
comportò l’abbandono di numerose valli abitate e il 1816 è passato infatti alla storia
come “l’anno senza estate”. Dal 1850 ad oggi si può sostanzialmente affermare che la
temperatura del globo terrestre è aumentata di 0,5-1 grado centigrado a seconda delle
zone di rilevamento. I ghiacciai di tutto il mondo sono in ritiro, il livello dei mari sembra
crescere di un paio di millimetri l’anno e la causa (o la concausa secondo le teorie
avanzate dagli esperti del settore) principale sembra da ricercare negli effetti derivanti
dalle attività dell’uomo (industriali e civili).
Le attuali indicazioni confermano che la temperatura media globale dell’aria presso il
suolo è aumentata di circa 0,3-0,6 °C dalla fine del XIX secolo. Nel 1997, globalmente
l’anno più caldo fino a quel momento, la temperatura media globale della Terra è stata di
0,43 °C al di sopra della media del periodo 1961-90.
Il trend generale per l’Europa è simile al trend globale mondiale, con gli anni Novanta
che sono stati i più caldi del periodo.
Gli stessi modelli matematici di cui oggi disponiamo prevedono un riscaldamento
generale degli strati più bassi dell’atmosfera e della superficie terrestre in un intervallo

< Percorsi di ricerca

< Sommario LIBRO1

4
Sommario

compreso tra 1,5 e 5,8 gradi centigradi mentre si assisterà contemporaneamente ad un
raffreddamento degli strati più alti dell’atmosfera.

Ciclo giornaliero, Ciclo annuo dell’Atmosfera e Classificazione
climatica
L’elemento di maggior importanza per la determinazione del clima di una località della
superficie terrestre è dato sicuramente dall’andamento della temperatura dell’aria
prossima al suolo, rilevato per un periodo di tempo che può variare da un giorno
all’intero anno solare. L’oscillazione della temperatura per un dato luogo è la risultante
dell’effetto della radiazione di calore emessa dal suolo e quindi della tipologia fisica dello
stesso (la costituzione fisica della materia determina il livello di emissione della
radiazione di calore) e della condizione di irraggiamento solare cui è sottoposta la
porzione di superficie terrestre interessata dal fenomeno radiativi.
In generale si rileva che il passaggio di energia dal suolo all’atmosfera ha inizio appena
dopo il verificarsi dell’alba e aumenta fino ad un massimo rilevabile attorno a
mezzogiorno, per decrescere successivamente fino ad invertire di flusso (cioè con
passaggio di calore dall’atmosfera più calda al suolo raffreddatosi) poco prima del
tramonto del sole. Si può quindi dire che la variazione giornaliera della temperatura
atmosferica segue il mutare delle condizioni di insolazione e la risposta termica dei
materiali che compongono la superficie terrestre o la ricoprono (come nel caso di luoghi
in cui sia particolarmente presente l’attività umana, ovvero grandi agglomerati urbani e
metropoli).
Monitorando l’andamento di tali variazioni si possono individuare i cambiamenti nel
corso del ciclo giornaliero, mensile, stagionale e annuale dell’atmosfera sull’intero
Pianeta. Per esempio, il ciclo giornaliero dell’andamento della temperatura atmosferica si
costruisce rilevando nell’arco di 24 ore per ciascuna ora i dati di temperatura al suolo e a
quote determinate sempre nello stesso luogo di misura in modo tale da costruire un

< Percorsi di ricerca

< Sommario LIBRO1

5
Sommario

andamento curvilineo che presenta un minimo all’alba, attorno alle 6 del mattino e un
massimo dopo mezzogiorno attorno alle 14 pomeridiane (nell’emisfero boreale).
La quota netta di radiazione complessiva (differenza tra la radiazione in arrivo sulla Terra
e quella in uscita dal suolo) risulta quindi in passivo prima dell’alba e dopo il tramonto e
in eccesso, con un massimo a mezzogiorno, nelle ore centrali della giornata.
Sulla stessa base di misurazione si possono calcolare gli andamenti della variazione di
temperatura atmosferica nell’arco di un intero anno solare. Infatti nell’emisfero boreale il
mese più caldo dell’anno risulta Luglio e il più freddo Gennaio, in ragione del fatto che
l’insolazione raggiunge il massimo nel mese successivo al solstizio d’estate e tocca valori
minimi in corrispondenza del mese immediatamente successivo al solstizio d’inverno.
Indagare su scala planetaria i fenomeni che interessano l’atmosfera terrestre e il clima del
Pianeta, però, significa avere anche una visione complessiva dell’intero ciclo naturale di
fattori come la pressione e l’umidità dell’aria oltre che la temperatura. La conoscenza dei
meccanismi di circolazione dei venti, dei fenomeni fisici come le correnti a getto, della
circolazione delle masse d’aria polare e della formazione dei cicloni tropicali ed
extratropicali è alla base della capacità umana di interfacciarsi con l’ambiente di vita
quotidiano. Tutti questi fenomeni condizionano le attività dell’Uomo sulla Terra;
comprenderne i meccanismi, gli effetti e saperne sfruttare le caratteristiche significa
entrare a far parte di un equilibrio dinamico che coinvolge l’intera Biosfera.
Ad esempio, le grandezze che misurano le condizioni dell’atmosfera come la
temperatura, l’umidità assoluta e relativa, la pressione atmosferica, la radiazione solare, la
nuvolosità, l’intensità delle precipitazioni, sono tutti elementi del Clima. A loro volta,
questi elementi sono la risultante dell’interazione dei fattori climatici, cioè dei fenomeni
astronomici (si pensi all’attrazione gravitazionale della Luna sui mari) e terrestri (la
distribuzione delle terre emerse, le attività umane…), i quali caratterizzano diversamente
ogni punto sulla Terra. Proprio per questo la varietà dei climi sul pianeta risulta così
ampia e differenziata.

< Percorsi di ricerca

< Sommario LIBRO1

Sommario6

La classificazione dei climi terrestri può seguire numerosi schemi a seconda dei parametri
che si sceglie di assumere come significativi e come caratterizzanti per un dato luogo.
Esistono per questo varie classificazioni climatiche cui rimandiamo per un’analisi più
approfondita. Qui ci interessa invece sottolineare che a prescindere dalla classificazione
adottata ciò che conta per l’Uomo è saper inquadrare un fenomeno fisico sia esso
naturale che artificiale in modo da essere in grado di adottare tutte le strategie più
opportune di adattamento, sia di tipo climatico quindi, che socio-economico.
Di fatto, ciò che determina la capacità di sopravvivenza è riconoscere di essere in grado
di conformarsi e integrarsi al meglio con la realtà naturale che ci circonda, alterandola se
necessario ma solo in misura bastante per riuscire a soddisfare i nostri bisogni di
sopravvivenza (sociale ed economica), rispettandone quindi i cicli evolutivi e la dinamica
di regolazione naturale. Significa cioè adottare strategie economiche e sociali compatibili
con l’ambiente che la Terra ci offre, individuando quei parametri che risultano più
indicativi delle condizioni fenomenologiche sia su scala locale che su scala mondiale.
Semplificando e schematizzando l’analisi a parametri quali la temperatura e la piovosità
medie su scala mondiale, si può ricondurre la fenomenologia climatica a tre grandi gruppi
(P. Peguy, 1960 e successive rivisitazioni):
Climi a differenziazione termica, in cui le caratteristiche climatiche sono
direttamente correlabili alla escursione termica annua. Tra questi si enumerano i
climi freddi e quelli temperati delle regioni di media e alta latitudine.
Climi a differenziazione pluvio-termica, in cui l’acqua è fondamentale parametro
di riferimento per la dinamica di precipitazione-evaporazione in ragione
dell’oscillazione termica. Sono rappresentati dai climi mediterranei, sub tropicali e
tropicali delle zone a bassa e media latitudine.

< Percorsi di ricerca

< Sommario LIBRO1

7
Sommario

Climi aridi, ovvero climi azonali che non caratterizzano determinate latitudini ma
si distribuiscono variamente a cavallo della fascia equatoriale a seconda
dell’azione di parametri di influenza particolari che determinano le condizioni
locali.
Un’ulteriore classificazione di richiamo riguarda i cosiddetti microclimi, utile per
comprendere alcuni fenomeni che si manifestano a scala locale, ovvero in ambienti di
estensione spaziale piuttosto limitata ( pochi Km2 di estensione per al massimo un
centinaio di metri in altitudine, come ad esempio sulle aree urbane ed industriali ). Si
tratta di variazioni locali del clima regionale dovuti o a fenomeni naturali (microclimi
naturali) come ad esempio la differenza di insolazione cui sono sottoposti i versanti di
una montagna e della sottostante valle, oppure a fenomeni artificiali (microclimi
artificiali), come la presenza di attività umana in corrispondenza di agglomerati urbani
(ad esempio, caratteristici sono la produzione di calore, l’alterazione topografica, la
generazione di correnti d’aria incanalate al suolo, la modificazione dei suoli e del potere
d’albedo delle superfici e soprattutto la modificazione atmosferica dovuta alle emissioni
civili ed industriali). Nella Figura 1a.1 riportiamo, a titolo di esempio, la suddivisione in
regimi climatici della Penisola Italiana.

< Percorsi di ricerca

< Sommario LIBRO1

8
Sommario

Figura 1a.1 Schematizzazione dei regimi climatici della Penisola Italiana (catalogo CESI, 2000).

Mutamenti millenari del Clima
Esistono variazioni climatiche con periodi millenari che sono da attribuire alla variazione
dei parametri dell’orbita terrestre quali:
Variazione dell’inclinazione dell’asse
Precessione degli equinozi
Eccentricità dell’orbita
Variazione dell’Inclinazione dell’Asse terrestre
Oggi sappiamo che l’inclinazione dell’asse terrestre oscilla tra i 22.1° ei 24.5° con un
periodicità di 41.000 anni, facendo così variare la posizione dei tropici e poli.
Da ciò emerge che:

< Percorsi di ricerca

< Sommario LIBRO1

9
Sommario

con valori minimi d’inclinazione si hanno deboli variazioni stagionali;
per valori alti d’inclinazione la quantità di radiazione che colpisce le alte latitudini
nella stagione estiva è maggiore mentre diminuisce nella stagione invernale; in
questo modo si accentua l’escursione termica annua ( tendenza continentale).
Attualmente l’inclinazione terrestre è pari a 23.4°.
Precessione degli Equinozi
A causa dell’attrazione della luna sul rigonfiamento equatoriale e dell’inclinazione
dell’asse terrestre rispetto a quello dell’ellittica, si produce il moto di precessione che
corrisponde ad un lento movimento dell’asse secondo la generatrice di un cono.
Dai calcoli risulta che la rotazione completa dell’asse equinoziale avviene in un periodo
di circa 21,5 mila anni. Se l’orbita terrestre fosse circolare (ricordiamo che è ellittica) la
precessione non determinerebbe nessun cambiamento, invece data la traiettoria della
rotazione della terra intorno al sole, la variazione di questo parametro provoca i seguenti
cambiamenti climatici:
l’emisfero boreale è privilegiato perché l’inverno si presenta al perielio (distanza
minore tra terra-sole), quindi gode di un inverno più mite ed una estate più
fresca; il contrario avviene nell’emisfero australe (estate più calda e inverno più
freddo);
fra 12 mila anni il nostro emisfero avrà la coincidenza dell’estate con il perielio e
dato che la velocità della terra è maggiore (a causa delle forze gravitazionali)
proprio in corrispondenza di questo punto, l’estate sarà più corta e gli inverni
saranno più lunghi e rigidi.

< Percorsi di ricerca

< Sommario LIBRO1

10
Sommario

Figura 1a.2 Movimenti caratteristici della Terra e generazione delle relative forze
(Fonte: Goddard Institute)
Eccentricità dell’Orbita
L’attrazione esercitata dai pianeti appartenenti al sistema solare fa sì che l’orbita della
terra nei millenni si discosti dalla forma circolare, assumendo diversi valori di eccentricità
(rapporto tra la “distanza sole centro ellisse” e la “lunghezza del semiasse maggiore
dell’ellisse stesso”). Attualmente il valore è pari a 0.0017, ma può variare da 0.06 a 0.0018
in un periodo complessivo di circa 400.000 anni, con valori massimi che si ripetono però
ad intervalli di 100.000 anni circa, influenzando molto il clima della terra. Maggiore è
l’eccentricità maggiore è la differenza tra la distanza massima e quella minima della terra
dal sole nel corso dell’anno. Nei periodi in cui l’eccentricità è più forte viene intensificato
l’effetto determinato dalla precessione.

< Percorsi di ricerca

< Sommario LIBRO1

11
Sommario

Figura 1a.3 Moto orbitale terrestre (Fonte: Goddard Institute)

Quindi, riassumendo, i mutamenti millenari del clima, sono dovuti alla combinazione dei
tre cicli prima descritti e più precisamente dalla quantità della radiazione solare che arriva
sulla terra alle diverse latitudini. Oggi osserviamo come i periodi di minimo di radiazione
ricadano all’interno delle ere glaciali del Riss e Wurm, nei quali sono presenti però anche
dei picchi massimi. Per spiegare questa caratteristica si può ricorrere ad una maggiore
complessità di fattori che influenzano le variazioni climatiche e lo sviluppo-ritiro dei
ghiacciai.
Tra questi fattori i più rilevanti sono:
la variazione della concentrazione dell’anidride carbonica e degli altri gas ad
effetto serra;
la variazione dell’albedo (il potere riflettente della superficie terrestre).

< Percorsi di ricerca

< Sommario LIBRO1

12
Sommario

Figura 1a.4 Variazione della radiazione solare nei periodi glaciali (Riss e Wurm). Fonte: Goddard
Institute

Variazioni climatiche periodiche e aperiodiche a Scala secolare e
decennale
Le cause delle variazioni climatiche con periodi molto brevi sono di difficile
determinazione ed inoltre si presentano sotto due forme: periodiche e aperiodiche. Un
esempio di variazione periodica è dato dall’influenza sul clima dovuta alla
comparsa/scomparsa delle macchie solari; mentre un esempio di variazione aperiodica è
quella dovuta alle eruzioni vulcaniche le quali non hanno un andamento prevedibile.
Le principali categorie di fenomeni che causano variazioni climatiche a scala secolare e
decennale possono essere:
fattori astronomici, in cui ricadono le macchie solari che si presentano con un
ciclo noto di 11 anni. Anche se non esiste nessuna certezza sulla loro influenza
diretta su eventuali modifiche climatiche, si ipotizza una loro azione marcata

< Percorsi di ricerca

< Sommario LIBRO1

13
Sommario

sull’alta atmosfera, che influenza indirettamente anche la circolazione nella
troposfera.
circolazione oceanica. Le correnti oceaniche “trasportano” grandi quantità di
energia e quindi una loro variazione, anche minima, può provocare dei
cambiamenti marcati della circolazione oceanica e conseguentemente del clima
(ad esempio El Niño).
grandi moti atmosferici che, con l’instaurasi di variazioni nella circolazione
dell’atmosfera rispetto all’andamento “normale”, provocano uno scompenso a
scala planetaria del clima.
fattori geologici come le eruzioni vulcaniche, le quali, grazie alle ceneri che
espellono nell’atmosfera, influenzano nel tempo la quantità di radiazione solare
che arriva sul pianeta. Il materiale in sospensione negli alti strati dell’atmosfera
infatti, funziona come uno schermo protettivo che ostacola l’arrivo dei raggi
solari sulla Terra.
attività umane che alterano la composizione dell’atmosfera, variano l’albedo di
vaste aree (ad esempio deforestazione, costruzioni di città ecc), modificano i moti
e cicli delle acque e dell’aria.

Figura 1a.5 Schematizzazione delle interconnessioni dei fenomeni climatici ed atmosferici a scala
secolare e decennale (Fonte: Istituto Meteorologico Lombardo)

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14
Sommario

Molte di queste categorie che concorrono alle variazioni del clima sono più correlate tra
loro (circolazione oceanica e atmosferica) rispetto ad altre (fattori geologi, attività umane
e fattori astronomici ) ma tutte possono essere assimilate ed identificate come input per
innescare cambiamenti climatici.

Bibliografia
Augusto Biancotti, Tullio Regge, Claudia Binelli, Geografia Generale 1987, Ed. Bompiani
Catalogo CESI, 2000
Goddard Institute, Annual Reports, annate varie
Centro Meteorologico Lombardo, 2001, archivio Internet
P. Peguy, 1960, Climi del Mondo Ed. varie
Robert Dickinson, Richard Monastersky, University of Arizona, Science News
John Eddy, Office for Interdisciplinary Earth Studies, 2001 The Climate System
Kirk Bryan, 2001, The Climate System, National Oceanic and Atmospheric Administration
Samuel Matthews, 2001,The Climate System, National Geographic Society
UCAR Office for Interdisciplinary Earth Studies and the NOAA Office of Global
Programs, 2001, Reports to the Nation on Our Changing Planet: The Climate System

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15
Sommario

SOMMARIO
ATMOSFERA E CLIMA
COMPOSIZIONE E DINAMICA FISICA
Composizione e Dinamica fisica (fisica-chimica e circolazione)
Composizione
Dinamica fisica e Circolazione
Circolazione planetaria
Circolazione tropicale
Circolazione extratropicale
Circolazione polare
Circolazione ciclonica
Cicloni tropicali
Cicloni extratropicali
Circolazione locale
Perturbazioni atmosferiche
Bibliografia

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Composizione e Dinamica fisica (Fisica-Chimica e Circolazione)
Mario Napoletano

Composizione
Con il termine “Atmosfera” s’intende caratterizzare l’ “involucro” d’aria che avvolge il
pianeta Terra partendo dalla superficie fino ad oltre 500 km d’altezza.

Figura 1b.1 Schematizzazione della suddivisione in strati dell’Atmosfera (Fonte: ESA, 1999)
Generalmente si analizza l’Atmosfera considerandola suddivisa per fasce o strati
successivi per composizione, temperatura e pressione, partendo dalla zona a contatto
con la superficie terrestre e procedendo verso l’esterno.
La forza che “trattiene” l’atmosfera attorno alla Terra naturalmente è la forza di gravità.
Si potrebbe immaginare che l’atmosfera costituisca un continuum unico verso lo spazio

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Sommario

interplanetario, ma in realtà non è così: l’atmosfera, infatti, è organizzata in fasce con
caratteristiche ben differenziate ed evidenziabili.
La zona più prossima al suolo terrestre è la cosiddetta Troposfera (dal greco trépō =
volgere e sphaîra = sfera), che rappresenta la fascia più densa dell’atmosfera dove si
concentra circa il 90% della massa atmosferica. Essa segue la forma del nostro Pianeta,
rivelandosi più assottigliata nelle zone polari ed estendendosi in altitudine mediamente
fino ai 15 km. La troposfera è interessata in maniera sostanziale dall’azione della
radiazione terrestre, rivelandosi più calda verso il basso e più fredda verso l’alto.
Questa differenziazione è la causa dei numerosi moti convettivi e delle annesse
perturbazioni nuvolose che si formano quando l’aria fredda pesante tende a sprofondare
richiamando quella calda verso l’alto e generando correnti ventose.
Chimicamente la troposfera è costituita da una miscela gassosa costituita
prevalentemente da Azoto (N2), Ossigeno (O2), vapore acqueo (H2O), e Argon (Ar) e in
cui sono presenti Biossido di Carbonio (CO2), pulviscolo solido sospeso e tracce di
Neon (Ne), Kripton (Kr), Xeno (Xe), Metano (CH4) e Idrogeno (H).
Dal punto di vista percentuale l’Azoto è il gas più diffuso (78%), seguito dall’Ossigeno
(21%) e dall’Argon (0,9%). Tutti gli altri gas messi insieme costituiscono il restante 0,1%
della composizione atmosferica. Può sembrare irrilevante, ma anche questa percentuale
apparentemente trascurabile è invece indispensabile alla vita sulla Terra.
Di fatto, l’atmosfera è una miscela in costante equilibrio dinamico (ed evolutivo) che
rappresenta il sostegno e il fondamento stesso all’esistenza della Vita sulla Terra.
La Temperatura della troposfera ha un andamento caratterizzato da una diminuzione dal
suolo verso l’alto di circa 6,4 °C ogni Km. Questo valore rappresenta il gradiente
verticale di temperatura universalmente noto e assunto come valore di riferimento
della variazione di temperatura in altitudine.
La diminuzione di temperatura, infatti, si osserva fino alla Tropopausa, strato di
transizione dello spessore di circa 2 Km, in cui la temperatura non presenta più alcuna
variazione. Questo strato si estende per 8-10 Km sopra i Poli terrestri, dove si registrano

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Sommario

temperature di –60 °C e per 15-18 Km sull’equatore dove si hanno invece temperature di
–80°C.
Al di sopra della troposfera si osserva poi la Stratosfera (dal latino stratus = disteso e
sphaîra = sfera), la quale si estende fino a circa 50 Km d’altezza.
In questo strato la temperatura aumenta dapprima lentamente poi più velocemente fino
a raggiungere 0 °C. Qui non si osserva alcun movimento d’aria verticale proprio in
ragione della dislocazione dell’aria fredda in basso e di quella calda in alto. Di fatti non si
generano moti di convezione. L’aria è estremamente rarefatta (1/1000 della densità
dell’aria misurata a livello del mare) ed i gas che la caratterizzano sono disposti in strati
secondo il proprio peso molecolare.
In questo strato si posiziona la sottile e caratteristica fascia di ozono (ozonosfera) la
cui presenza è assolutamente indispensabile al mantenimento della Vita sulla Terra.
La molecola che costituisce tale strato, l’Ozono (O3), è una specie chimica estremamente
instabile che si forma in ragione dell’effetto della radiazione solare sull’Ossigeno
molecolare atmosferico provocandone la scissione in atomi dotati di elevata reattività.
Questi atomi reagiscono con l’O2 formando proprio l’O3 che è quindi in equilibrio fra la
formazione e la distruzione delle proprie molecole.
L’Ozono presenta la massima densità a circa 25 Km di altezza, dove appunto si osserva
l’ozonosfera, oggi minacciata nella sua capacità schermante delle radiazioni ultraviolette
dalla presenza di alcune specie chimiche di origine antropica (soprattutto CFC, HCFC ed
altri gas della famiglia dei freon).
Questa capacità di fare da barriera alle radiazioni UV risulta di grande importanza dal
momento che gran parte delle radiazioni che giungono sulla Terra sono responsabili di
fenomeni di danneggiamento cellulare (danni a livello del DNA animale) e di attivazione
di meccanismi di sensibilizzazione cutanea (fino al generarsi di alcuni tipi di neoplasie a
livello del tessuto epiteliale).
L’assorbimento delle radiazioni UV da parte dell’Ozonosfera favorisce i movimenti e
l’ingenerarsi degli urti delle molecole gassose che provocano l’aumento della temperatura

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Sommario

che altrimenti sarebbe bassa a causa della debole densità dei gas. L’Ozonosfera ha quindi
anche questa finzione termoregolatrice della temperatura terrestre.
La stratosfera, così come lo era la troposfera, è limitata superiormente dalla Stratopausa,
ad un’ altezza di circa 55 Km, caratterizzata da una limitata variazione in temperatura.
La zona successiva che si incontra salendo in altitudine è la cosiddetta Mesosfera,
compresa tra i 60 e i 100 Km, in cui si rileva una nuova diminuzione di temperatura a
valori di circa –83 °C. In questa zona si osservano alcuni dei fenomeni meteorologici più
caratteristici e suggestivi di tutta l’atmosfera. Tra questi, sicuramente, il manifestarsi delle
nubi noctilucenti è degno di rilievo. A circa 80 km di altezza, infatti, si osserva la
formazione di nubi lucenti brillanti (di colore blu e argento) sopra l’orizzonte,
all’approssimarsi del crepuscolo e durante le notti estive in prossimità dei circoli polari.
La loro formazione deve essere presumibilmente riconducibile a fenomeni di
addensamento di pulviscolo di origine cosmica ed alla formazione di cristalli di ghiaccio
sospesi. Restano le forme di addensamento più caratteristiche visibili alle elevate
altitudini. Nessuna altra tipologia di nube si forma infatti a queste quote.
Sopra la mesosfera si estende la Mesopausa, la quale rappresenta una superficie di
inversione della temperatura.
Oltre la mesopausa si differenzia la Termosfera (nota anche come Ionosfera), fascia in
cui la temperatura registra valori elevatissimi (anche fino ai 2000 °C secondo alcune
rilevazioni) e il cui compito è di difesa della Terra tramite un’azione schermante nei
confronti della radiazione ionizzante proveniente dal Sole e di quella cosmica derivante
da altre stelle (vento solare e raggi cosmici). Tali radiazioni, definite ionizzanti, sono le
responsabili della cattura degli elettroni degli orbitali molecolari più esterni degli atomi
che incontrano, il che porta ad esempio alla trasformazione delle molecole di Azoto e di
Ossigeno della termosfera in gruppi ionici carichi di elettricità molto reattivi.
Le radiazioni, siano di natura corpuscolare (particelle α e β) che elettromagnetica (raggi γ
o raggi X) colpiscono comunemente tutta la fascia di protezione atmosferica della Terra.

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I raggi cosmici stessi (formati da protoni derivanti da gas come Elio ed Idrogeno)
viaggiano alla velocità della luce e raggiungono la Terra trasportando moltissima energia
che in occasione dell’urto con atomi di gas porta alla formazione di neutroni, protoni e
raggi γ. Queste specie atomiche passano quindi lo strato di protezione della ionosfera e
raggiungono la superficie terrestre ingenerando anche fenomeni di mutagenicità naturale
e alterazione cellulare ad alte concentrazioni.
Le particelle ionizzate sono altresì utili per riflettere i segnali radio e le onde corte su cui
si basano molte tecnologie di trasmissione dei segnali di comunicazione su scala
planetaria. Queste stesse particelle interagiscono anche con quelle trasportate dal vento
solare (che non è altro che un flusso continuo di protoni ed elettroni emessi dalla Sole),
urtandosi di continuo e generando fenomeni luminosi come le spettacolari aurore
polari, sia australi che boreali, generate ad altezze di 100-150 Km con cicli di sviluppo
periodici (circa 11 anni) corrispondenti al manifestarsi sulla superficie solare del
fenomeno delle macchie solari. L’estensione di questi fenomeni raggiunge qualche
decina di chilometri in verticale e un centinaio in lunghezza.
A titolo esemplificativo si riporta in Figura 1b.1 una schematizzazione della suddivisione

Altezza

in strati dell’atmosfera terrestre

Temperatura (K)
Figura 1b.2 Schematizzazione della composizione atmosferica in relazione alle variazioni di temperatura ed altitudine terrestri (Fonte: AISA, 2002)

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Sommario

Al di là dei 500 km la termosfera sfuma nella più indefinita Esosfera, in cui i gas
possono sfuggire all’attrazione terrestre e disperdersi nello spazio cosmico.
L’Idrogeno ad esempio raggiunge facilmente la velocità di fuga (circa 11,2 Km/s per la
Terra) e si diffonde nello spazio. In questa fascia inoltre i gas si rarefanno sempre di più
e si “confondono” con il flusso di materia e di energia solare e interstellare.
Riassumendo, si può ancor oggi affermare che la Terra è caratterizzata dalla presenza di
un’atmosfera strutturata a “buccia di cipolla” ovvero a strati concentrici caratterizzati
ciascuno da determinati valori di temperatura, pressione e umidità con specie chimiche
ben definite e variamente distribuite.
L'atmosfera è quindi un sistema dinamico in continuo movimento; le sostanze che la
compongono si trasformano continuamente per effetto di reazioni chimiche ed esiste un
continuo scambio di materia tra l'atmosfera, gli oceani, il suolo e gli esseri viventi.

Dinamica fisica e Circolazione
Lo studio della circolazione delle masse d’aria atmosferiche ha lo scopo di evidenziare le
relazioni esistenti tra i movimenti che avvengono in alta quota e quelli che si generano in
prossimità dei suoli. Certamente l’indagine relativa ai fenomeni che si osservano nella
bassa troposfera riesce più facile essendo molti di essi osservabili ormai da lungo tempo
(si pensi alla conoscenza dei venti che hanno guidato anche nei secoli passati i navigatori
di tutto il mondo). Tuttavia per meglio comprendere la circolazione atmosferica nella sua
completezza si ricorre alla suddivisione dei fenomeni a scale diverse.
In particolare si può distinguere una fenomenologia:
su scala planetaria;
su scale ciclonica;
su scala locale.
La prima riguarda gli eventi relativi alla circolazione delle masse d’aria su tutto il Pianeta.
Si distinguono a questa scala ad esempio le zone a bassa pressione (equatoriale e

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subpolare) da quelle ad alta pressione (subtropicale e polare) e contestualmente sono
individuabili tra queste zone i movimenti orizzontali delle masse d’aria (venti alisei, venti
occidentali, venti orientali) e quelli verticali (moti circolatori tra zone di alta e bassa
pressione).
La seconda (scala ciclonica) interessa specificatamente zone limitate della superficie
terrestre dove si generano i cicloni tropicali ed extratropicali.
La terza si riferisce a fenomeni di interesse locale, che riguardano quindi estensioni
superficiali di modesta entità, quali ad esempio possono essere i venti locali (brezze di
terra e di mare).

Figura 1b.3

Rappresentazione planetaria delle masse d’aria in movimento

(Fonte: Istituto Superiore di Geofisica, 2000)

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Circolazione planetaria
Circolazione tropicale
La circolazione generale dell’atmosfera è il risultato dei meccanismi di trasporto
dell’energia che si instaurano sulla Terra in conseguenza del fatto che nella zona
equatoriale tale energia è presente in eccesso contrariamente ai poli dove risulta scarsa.
Questa dinamica è frutto della distribuzione disomogenea della radiazione solare sulla
Terra, in ragione della forma a “geoide” e dei movimenti del nostro pianeta.
Paradossalmente se la Terra fosse ferma, avesse una distribuzione di terre emerse ed
oceani uniforme e se la radiazione solare che la colpisce avesse la medesima intensità
ovunque, i movimenti dell’atmosfera sarebbero semplici e ciclici, ovvero si avrebbe
unicamente un continuo innalzamento di aria calda all’equatore che sarebbe rimpiazzata
da quella fredda proveniente da sud e da nord. Nell’alta troposfera l’aria calda
migrerebbe verso i poli e nella bassa si sposterebbe dai poli all’equatore, chiudendo così
un ciclo unico (modello a cella convettiva o cella di Hadley).
Invece la situazione è assai più complicata giacché è noto che a quote attorno ai 5000
metri si genera un’inversione barica che permette la formazione di aree cicloniche in
quota al di sopra delle zone anticicloniche (e viceversa). Infatti sopra i poli si osservano
aree di bassa pressione mentre nella fascia intertropicale si genera alta pressione. Ma non
solo, infatti a causa della rotazione terrestre attorno al proprio asse (e quindi della forza
centrifuga che si genera), la tropopausa raggiunge altezze doppie all’equatore rispetto a
quelle misurate ai poli, influenzando quindi l’intera circolazione della massa d’aria
atmosferica e determinando la genesi di:
una circolazioni tropicale;
una circolazione extratropicale;
una circolazione polare.

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La circolazione tropicale segue l’andamento della cella di Hadley, seguendo l’andamento
dei meridiani terrestri. Si ha scambio di calore tra l’equatore e i tropici con salita di aria
caldo-umida dall’equatore fino al limite della tropopausa (ca. 16 km) con conseguente
raffreddamento durante la salita e la formazione di fenomeni ad alta piovosità sulla fascia
equatoriale. Nell’alta troposfera parte di quest’aria calda origina i venti orientali che
spirano lungo la fascia equatoriale mentre la restante, raffreddandosi e aumentando
quindi di densità, si muove in una prima fase verso i tropici a nord e a sud e poi
raffreddandosi ulteriormente, scendendo fino alla superficie (riscaldandosi quindi
adiabaticamente lungo la discesa). Si formano così le zone di calme tropicali e dei
deserti., mentre all’equatore si riformano gli alisei e si osserva la grande circolazione di
venti occidentali della zona extratropicale.
Nella circolazione generale secondo lo schema della cella di Hadley rientra anche la
formazione dei Monsoni invernali, che altRo non sono che alisei di nord-est anche se
l’intera circolazione dei Monsoni si spiega soltanto tenendo conto del ciclo di
riscaldamento e raffreddamento dell’aria al suolo.

Figura 1b.4 Esempio di coperture generate dallo spostamento delle masse
d’aria continentali ed oceaniche (Fonte: Meteosat, 2000)

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Circolazione extratropicale
Si tratta della parte di circolazione generale dell’atmosfera che interessa la fascia
compresa tra i Tropici e i 60° di latitudine nord e sud e che comprende un’ampia
porzione di venti occidentali che agiscono in parte al suolo ma sono preponderanti in
quota. Anche in questo caso si può ricorrere ad un modello di circolazione detto cella
di Ferrel che presuppone uno sviluppo convettivo meridiano originato dalle alte
pressioni subtropicali in cui l’aria scende verso il basso e dal suolo genera in parte degli
Alisei e in parte i venti della bassa troposfera in direzione nord-est. Tali venti caldi di
provenienza tropicale allorché incontrano la zona delle basse pressioni subtropicali
salgono verso l’alto venendo deviate per effetto della forza di Coriolis1 e trasformandosi
nelle correnti occidentali dell’alta troposfera.
Uno dei fenomeni più noti che caratterizzano le correnti occidentali è la formazione delle
correnti a getto (note anche col nome di jet stream), veri e propri flussi di aria che si
estendono fino a 6000 Km , il cui spessore è di circa 3 Km e la cui larghezza arriva anche
a 500 Km. Sono generalmente caratterizzate da una porzione centrale dotata di elevata
velocità di movimento (ca. 400 Km/h) circondata da flussi concentrici di velocità
inferiore.
In ciascuno degli emisferi si osservano due correnti:
una corrente a getto subtropicale, di bassa latitudine (25°-30 °), attiva alla
quota di 13-14 Km lungo una frattura esistente tra tropopausa tropicale e
subtropicale;
una corrente a getto polare, di alta altitudine (45°-60°) attiva a circa 10 Km di
altezza e localizzata tra la tropopausa subtropicale e quella polare.
_____________________________
1

Forza di Coriolis: detta anche forza deviante, è una conseguenza del moto di rotazione terrestre che devia

la direzione di spostamento dei corpi in movimento sulla superficie terrestre e influenza la direzione dei
venti e delle correnti marine fino ad imprimere loro un moto circolare.

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Sommario

Queste correnti a getto, assieme alle correnti occidentali, presentano un andamento
ondulatorio detto ad onde di Rossby, caratterizzato da una geometria ad “insaccature”
e “celle” che si staccano dalla corrente principale a causa della variazione di velocità dei
venti. In particolare, le onde di Rossby si generano quando i venti delle correnti
occidentali viaggiano a velocità inferiori ai 150 Km/h ed incontrano ostacoli imponenti
sulla superficie terrestre (ad esempio le catene montuose che delimitano ad Ovest il
continente americano).
Tali onde si formano quando avviene il contatto tra l’aria fredda polare e quella calda
tropicale, costituendo quindi il sistema primario di scambio di calore fra le regioni
equatoriali e polari. Talvolta in concomitanza della chiusura del moto d’onda, si assiste
alla formazione di vere e proprie celle di aria calda immerse in correnti d’aria fredda (e
viceversa). Queste celle, che ruotano in senso orario nell’emisfero Boreale, formano un
anticiclone, mentre quelle fredde, che ruotano in senso antiorario nell’emisfero Nord,
formano i cicloni.
Tali celle sono centri costanti di bassa ed alta pressione e determinano la formazione di
aree più o meno vaste che interessano le medie latitudini e le zone prossime al suolo
terrestre. Le aree anticicloniche dell’alta troposfera infatti inducono la salita di nuova aria
dal basso e di conseguenza al suolo si osserva la formazione di zone di bassa pressione
causata appunto dalla corrente ascendente.
Al contrario, ma analogamente, le aree cicloniche dall’alta troposfera sono zone di
convergenza di aria che tende ad entrare, accumularsi e a generare un flusso discendente
che determina al suolo un’area di alta pressione.
Quindi la convergenza di masse d’aria in quota porta alla formazione di alta pressione al
suolo mentre la divergenza causa la bassa pressione.
Circolazione polare
Questa circolazione interessa le masse d’aria dislocate tra i 60° di latitudine ed i poli.

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Anche qui si osserva la formazione di celle convettive, in particolare si evidenzia come
dalle aree polari di alta pressione, l’aria della bassa troposfera si sposti verso le fasce
subpolari di bassa pressione e formi i venti orientali osservabili al suolo.
Nella discesa lungo latitudini più basse invece l’aria si riscalda e una volta raggiunte le
aree di bassa pressione, risale fino alla tropopausa. Da qui torna poi a dirigersi verso il
polo, richiamata a rimpiazzare l’aria a livello del polo scende verso terra. In quota a
livello di poli si ha quindi bassa pressione che determina la discesa di aria verso il suolo
dove staziona l’alta pressione. Dalle regioni subpolari verso quelli polari si instaura un
flusso d’aria di alta troposfera che risente enormemente dell’azione della forza di
Coriolis, originando anche in questa zona dei forti venti occidentali.

Circolazione ciclonica
Cicloni tropicali
I cicloni tropicali sono fenomeni che si manifestano nelle fasce dei tropici in maniera
diversa da quelli extratropicali, sia da punto di vista della struttura che degli effetti.
Generalmente un ciclone tropicale è generato da una depressione dell’ampiezza di circa
500 Km di diametro che si origina sul mare, contente al centro una zona detta “occhio
del ciclone” del diametro di circa 30 Km attorno a cui l’aria ruota a velocità elevatissime
(oltre i 120 Km/h) e soffiano raffiche di vento violente ed irregolari.
La zona centrale dell’occhio presenta aria calma, calda ed afosa mentre il vento che soffia
intorno genera delle forti correnti ascendenti che raggiungono la tropopausa. La corrente
ascendente è continuamente alimentata da una zona di divergenza che rende perciò
possibile la depressione sul mare. La zona in corrispondenza di questa corrente
ascendente è caratterizzata da intense nuvolosità ed intorno all’occhio del ciclone si
osservano forti precipitazioni accompagnate da scariche elettriche. L’intero ciclone si
sposta da est verso ovest seguendo il flusso degli alisei e disegnando quindi traiettorie
incurvate verso destra nell’emisfero Boreale e verso sinistra nell’Australe, raggiungendo
però modeste velocità attorno ai 30-40 Km/h.

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L’origine di questi fenomeni atmosferici è da ricercarsi nell’intensa attività di
evaporazione che avviene a carico degli oceani tropicali. L’evaporazione produce un
accumulo di energia che si trasferisce nel vapore d’acqua come calore latente di
evaporazione e quest’ultima si trasforma in energia cinetica che dà vita ai cicloni.
Giacché questi fenomeni traggono origine dal mare, si esauriscono velocemente quando
incontrano le terre emerse, anche se provocano di sovente ingenti danni nello smaltire
l’accumulo di energia residua.

Figura 1b.5 Genesi di un fenomeno ciclonico tropicale (Fonte: Meteosat, 2000)
Allontanandosi dalla zona equatoriale i cicloni si estendono e perdono di intensità così
che entrando nella zona delle correnti occidentali possono tramutarsi in depressioni delle
medie latitudini. Di minore entità ma più violente rispetto ai cicloni, sono i tornado, i
quali si formano nelle regioni tropicali e subtropicali della Terra, sia in zone pianeggianti
che montuose. La loro genesi ha origine durante i periodi primaverile ed estivo, quando
cioè in corrispondenza di una massa calda e umida cala aria fredda polare. La tipica
forma ad imbuto che caratterizza tutti i tornado è il risultato del sollevamento violento

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dell’aria entro il cono e della velocità di rotazione dell’aria che può arrivare anche a 800
Km/h.
La fortissima depressione che si genera nell’imbuto è responsabile della forza distruttrice
del fenomeno che seppur di breve durata è estremamente pericoloso. Quando il
fenomeno si forma su una massa d’acqua, si parla di tromba marina, la quale seppur
strutturalmente simile al tornado è tuttavia meno violenta.
Cicloni extratropicali
Questa fenomenologia di cicloni è meno distruttiva che quella tropicale ma più estesa (da
1500 a 3000 Km di diametro) e caratteristica delle depressioni delle fasce temperate. Si
tratta di cicloni associati al manifestarsi delle onde di Rossby, alle correnti a getto ed alle
celle che ne derivano. Queste ultime producono onde minori (con lunghezze d’onda di
500-1000 Km) al suolo, le quali a loro volta generano cicloni ed anticicloni a bassa quota.
Le celle si generano nella fascia di contatto tra aria fredda e densa proveniente da nord e
aria calda e leggera che giunge da sud.
La zona di separazione fra l’aria calda e quella fredda si identifica come superficie
frontale o fronte della massa d’aria. Lungo questa superficie di separazione, i due flussi
d’aria calda e fredda non si mescolano mai ma si fronteggiano. Esistono due tipi
fondamentali di superfici frontali: quello caldo e quello freddo.
Il fronte caldo si osserva allorché la massa d’aria calda invade una zona occupata da una
porzione di aria fredda e vi scivola sopra con la conseguente formazione di nubi a strati e
precipitazioni continue. Il fronte freddo, si osserva invece quando una massa d’aria
fredda si insedia in una zona di aria calda, incuneandovisi sotto e sollevando la massa
calda più leggera con conseguente formazione di cumulonembi e abbondanti
precipitazioni. Nel caso in cui l’aria fredda del fronte freddo costringa l’aria calda del
fronte caldo a salire verso l’alto, isolandola dal suolo, si parla di fronte occluso, poiché
l’aria calda resta isolata rispetto al suolo a causa dell’infiltrazione della massa fredda dal
basso. Si è periodicamente osservato che i cicloni delle medie latitudini seguono percorsi
costanti nel tempo, formando delle vere e proprie serie o famiglie.

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Dato che in inverno, nell’emisfero Boreale, l’aria polare raggiunge le temperature più
basse di tutto l’anno e si espande verso sud, la zona di contrasto fra l’aria polare e quella
tropicale si sposta anch’essa verso sud, originando le perturbazioni maggiori a latitudini
sempre più basse, fino a comprendere l’area del Mediterraneo. Viceversa, durante
l’estate, questa zona di contrasto si sposta verso nord poiché l’aria polare è meno fredda
ed estesa e le precipitazioni interessano maggiormente l’Europa centrale. I cicloni che
compongono una serie si sviluppano allora uno per volta, seguendo ciascuno
l’ondulazione del fronte freddo del ciclone che lo precede. In questo modo, il primo
ciclone della serie si trova in fase di occlusione mentre l’ultimo segue l’ondulazione
dell’ultimo fronte freddo.

Figura 1b.6 Avanzamento di un fronte freddo (Fonte: CESI, 2002)

Circolazione locale
Perturbazioni atmosferiche
Generalmente si identifica con il termine perturbazione un fenomeno temporalesco a
carattere locale, di intensità piuttosto elevata e spesso accompagnato da generazione di
scariche elettriche, tuoni, precipitazioni piovose e correnti ventose intense ed irregolari.
Oltre a ciò, spesso si manifestano repentini cambiamenti di temperatura e pressione che
sono tanto più violenti quanto più calda ed umida risulta essere l’aria degli strati inferiori

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prossimi al suolo e più fredda quella degli strati sovrastanti. Infatti, maggiore è la
temperatura di saturazione dell’aria, maggiore è la quantità di vapore d’acqua che
condensa liberando calore e limitando il raffreddamento della massa d’aria che resterà
più calda rispetto a quella circostante e tendendo quindi a salire ancora verso l’alto. La
risalita di una massa di aria calda sopra uno strato di aria fredda è una delle cause
principali della formazione dei temporali estivi. Oltre a questa, altri eventi che
favoriscono il verificarsi di precipitazioni sono la convezione termica, dovuta al
riscaldamento del terreno e degli strati d’aria più prossimi al suolo per effetto della
radiazione solare e la presenza di ostacoli come le catene montuose, che costringono le
masse d’aria in movimento a risalire verso quota.

Figura 1b.7 Genesi di una perturbazione a carattere temporalesco (Fonte: Centro Meteo Epson, 2001)
La fenomenologia che accompagna la genesi di un evento temporalesco è spesso
caratterizzata da scariche elettriche (lampi, fulmini e saette) e sonore (tuoni, boati e
rombi) che si producono a causa delle notevoli differenze di potenziale instauratosi tra
due punti all’interno di una nube o tra nubi e suolo. L’espansione dell’aria attorno alla
scarica produce l’onda d’urto che comprime e dilata l’aria generando il tuono.
L’evoluzione di una nube o di una cellula temporalesca, prevede la rapida ascesa di aria
calda e umida (con generazione di forti correnti ascendenti fino a quote dell’ordine di

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10000 metri) ad alta quota dove, per effetto della diminuzione di temperatura, il vapore
d’acqua condensa in pioggia, grandine o neve.
Il moto di caduta di questi elementi genera una corrente discendente in direzione
opposta a quella ascendente dell’aria calda; questo porta alla formazione al suolo di
raffiche di vento e all’abbassamento della temperatura fino all’esaurimento del fenomeno
temporalesco. Talvolta la presenza di aria calda ed umida negli strati più bassi
dell’atmosfera porta alla formazione di una serie di cellule temporalesche che si attivano
in fasi successive, prolungando nel tempo l’evento piovoso.

Bibliografia
Augusto Biancotti, Claudia Binelli, Tullio Regge, GEOGRAFIA GENERALE, 1990,
Ed. Bompiani
Istituto Superiore di Geofisica, Internet, ARCHIVIO IMMAGINI, 2000
Catalogo CESI METEO, Archivio fotografico 2002
Centro Meteo Epson, Archivio Fotografico 2001
Archivio Nazionale METEOSAT , 2000, da Internet
Agenzia Spaziale Europea, 1999, Archivio Immagini da Internet.

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Sommario

SOMMARIO
ANTROPIZZAZIONE
IMMISSIONI ED EMISSIONI ATMOSFERICHE
Immissioni ed Emissioni atmosferiche
La Tipologia delle Fonti di Emissione: Proposte di Inventario
Macrosettore 1: Combustione - Energia e Industria di Trasformazione
Macrosettore 2: Combustione - non industriale
Macrosettore 3: Combustione – Industria
Macrosettore 4: Processi produttivi
Macrosettore 5: Estrazione, Distribuzione Combustibili fossili / geotermico
Macrosettore 6: Uso di Solventi
Macrosettore 7: Trasporti stradali
Macrosettore 8: altre Sorgenti mobili
Macrosettore 9: Trattamento e Smaltimento Rifiuti
Macrosettore 10: Agricoltura
Macrosettore 11: altre Sorgenti di Emissione ed Assorbimenti
Stima delle Emissioni
Caratterizzazione generale di un Inventario di Inquinanti atmosferici
Fattori di Emissione: Applicabilità e Criticità
Bibliografia
Proprietà radiative atmosferiche e Ruolo climatico del Vapor d’Acqua
Introduzione
La Molecola d’Acqua
Il Bilancio radiativo
Bibliografia
Il Vapor d’Acqua e l’Equilibrio climatico
Gli Aerosol ed il Vapor d’Acqua

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Antropizzazione
Mario Napoletano

Immissioni ed Emissioni atmosferiche
La Tipologia delle Fonti di Emissione: Proposte di Inventario
La presenza di numerose tipologie di sorgente responsabili dell’inquinamento
atmosferico ha portato nel corso degli anni alla necessità di elaborare delle codifiche che
permettessero una classificazione univoca in ambito europeo. Per questo motivo, si è
scelto di adottare una nomenclatura unica ed uguale per tutti i Paesi della UE, detta
SNAP (Selected Nomenclature for Air Pollution), giunta alla sua ultima revisione nel
1997 (SNAP97).
Tale classificazione si basa sulla ripartizione delle attività antropiche e naturali
responsabili di emissioni in atmosfera, di inquinanti monitorati in undici macrosettori,
ovvero:
Macrosettore 1: Combustione - Energia e Industria di Trasformazione
Combustione - Energia e industria di trasformazione
Combustione - Non industriale
Macrosettore 2: Combustione - non industriale
Racchiude processi di combustione analoghi a quelli del macrosettore precedente, ma
non di tipo industriale. Vi rientrano quindi, gli impianti commerciali ed istituzionali,
quelli residenziali (riscaldamento e processi di combustione domestici quali camini, stufe,
ecc.) e quelli agricoli stazionari (riscaldamento, turbine a gas, motori stazionari ed altro).
Macrosettore 3: Combustione – Industria
Comprende impianti analoghi a quelli del macrosettore 1 ma direttamente correlati
all’attività industriale; annovera i processi che necessitano di energia prodotta in loco
tramite combustione: caldaie, fornaci, prima fusione di metalli, produzione di gesso,
asfalto, cemento, ecc.

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Nel macrosettore 3 vanno stimate unicamente le emissioni dovute ai processi combustivi
e non quelle dovute alla produzione di beni o materiali.
Macrosettore 4: Processi produttivi
Comprende i processi industriali di produzione. Si considerano solo le emissioni
specifiche di un determinato processo, ovverosia quelle legate non alla combustione, ma
alla produzione di un dato bene o materiale. Le stime riguardanti le emissioni dovute ai
processi di raffinazione nell’industria petrolifera, alle lavorazioni nell’industria
siderurgica, meccanica, chimica (organica ed inorganica), del legno, della produzione
alimentare, rientrano in questa categoria.
Macrosettore 5: Estrazione, Distribuzione Combustibili fossili / geotermico
Raggruppa le emissione dovute ai processi di produzione, distribuzione, stoccaggio di
combustibile solido, liquido e gassoso e riguarda sia le attività sul territorio che quelle
off-shore. Contempla anche le emissioni dovute ai processi geotermici di estrazione
dell’energia.
Macrosettore 6: Uso di Solventi
Annovera le attività che richiedono l’uso di prodotti a base di solvente o contenenti
solventi. Include sia la produzione intesa come fabbricazione di prodotti farmaceutici,
vernici, colle, soffiatura di plastiche ed asfalto, industrie della stampa e della fotografia,
che le emissioni dovute all’uso di tali prodotti (operazioni di verniciatura industriale e
non, sgrassaggio, produzione di fibre artificiali ed uso domestico di tali prodotti).
Macrosettore 7: Trasporti stradali
Include altri sottosettori: automobili, veicoli leggeri, veicoli pesanti, motocicli - tutti
suddivisi in base alla tipologia del percorso, nelle attività autostrade, strade extra urbane,
strade urbane -, ciclomotori, evaporazione di benzina, pneumatici e usura dei freni e
guarnizioni.

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Macrosettore 8: altre Sorgenti mobili
Include il trasporto ferroviario, la navigazione interna, i mezzi militari, il traffico
marittimo, quello aereo e le sorgenti mobili a combustione interna non su strada, come
ad esempio mezzi agricoli, forestali (seghe, apparecchi di potatura, ecc.), quelli legati alle
attività di giardinaggio (falciatrici, ecc.) ed i mezzi industriali (ruspe, caterpillar, ecc.).
Macrosettore 9: Trattamento e Smaltimento Rifiuti
Comprende le attività di incenerimento, spargimento, interramento di rifiuti con gli
aspetti ad essi collaterali come il trattamento delle acque reflue, il compostaggio, la
produzione di biogas, lo spargimento di fanghi, ecc. Sono riconducibili a questo
macrosettore l’incenerimento di rifiuti agricoli e la cremazione di cadaveri.
Macrosettore 10: Agricoltura
Comprende le emissioni prodotte dalle attività agricole (con e senza fertilizzanti e/o
antiparassitari, pesticidi, diserbanti) e dall’incenerimento di residui effettuato in loco; vi
rientrano anche le attività di allevamento (fermentazione enterica, produzione di
composti organici) e di produzione vivaistica.
Macrosettore 11: altre Sorgenti di Emissione ed Assorbimenti
Indicato con il nome “Natura”, comprende le attività non antropiche che generano
emissioni (attività fitologica di piante, arbusti ed erba, fulmini, emissioni spontanee di
gas, emissioni dal suolo, vulcani, combustione naturale, ecc.) e quelle attività gestite
dall’uomo che ad esse sono riconducibili (foreste gestite, piantumazioni, ripopolamenti,
combustione dolosa di boschi).
A titolo esemplificativo si riporta (Figura 2a.1) l’andamento delle emissioni di gas metano
per macrosettore di provenienza negli ultimi venti anni.

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Figura 2a.1 Esempio di provenienza di Metano per macrosettore di interesse (Fonte: ANPA 1999)
Una volta individuate le attività in base al macrosettore di appartenenza, è necessario
anche diversificarle in puntuali ed areali.
Tale ripartizione dipende essenzialmente dalla soglia che si adotta per produrre
l’inventario di utilità specifica e quindi non risulta sempre facile indicare in modo
univoco quali macrosettori comprendano l’uno o l’altro tipo di fonte.
Alcune attività, come ad esempio la produzione di energia elettrica, possono essere
considerate come puntuali, mentre altre, come l’uso di solventi o la distribuzione al
dettaglio di combustibili possono essere invece trattate nell’uno o nell’altro modo in
relazione alla risoluzione spaziale, alla disponibilità di mezzi e di tempo in fase di stesura
dell’inventario e all’attenzione che si rivolge ad inquinanti specifici.

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Sommario

All’interno di una stessa attività generalmente trattata come puntuale – si pensi ad
esempio ai processi industriali o di trasformazione di energia – si possono sviluppare
delle linee produttive che invece vengono considerate come sorgenti areali, in ragione
della scarsità di dati dettagliati o per una scelta particolare compiuta a monte.
In questo caso si adotta il termine di sorgenti localizzate per le sorgenti trattate come
areali, ma non diffuse su tutto il territorio oggetto di inventario; un tipico esempio è la
stima delle emissioni di biossido di carbonio da parte delle centrali di produzione
dell’energia.
Rientrano nel gruppo delle sorgenti potenzialmente puntuali o lineari tutte le fonti di
emissione relative alle seguenti attività:
-

processi di combustione esterna e motori a combustione interna
(macrosettori 1, 2, 3);

-

grandi impianti di stoccaggio ed incenerimento rifiuti (macrosettore 9);

-

industria metallurgica, petrolifera, mineraria, chimica, del legno,
del cemento e del vetro (macrosettore 4);

-

grandi impianti di stoccaggio di carburante (macrosettore 5);

-

grandi impianti di verniciatura industriale (macrosettore 6);

-

trasporti (macrosettore 7,8) da considerare sorgenti lineari.

Sono invece da considerarsi potenzialmente areali le seguenti attività:
-

processi di combustione domestica (macrosettore 2);

-

processi metallurgici secondari, alcuni aspetti dell’industria petrolifera
e la manifattura di prodotti chimici (macrosettori 4 e 6);

-

uso di solventi nello sgrassaggio, nelle operazioni di verniciatura, nell’industria
della stampa ed in quella grafica, ecc. (macrosettore 6);

-

stoccaggio, distribuzione, trasporto di materiali e carburanti (macrosettori 4,5, 9);

-

raccolta ed il trattamento dei rifiuti (macrosettore 9);

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Sommario

-

agricoltura ed allevamento (macrosettore 10);

-

processi naturali, tra cui erosione, incendi, attività fitologica, (macrosettore 11)

Si possono generalmente classificare le sorgenti emissive in diverse tipologie in
conformità a più criteri, come ad esempio:
- la modalità di funzionamento;
- la dislocazione spaziale sul territorio;
- la loro forma per una trattazione a fini modellistici.
Secondo la modalità di funzionamento, le sorgenti si possono distinguere in continue e
discontinue.
Rientrano nel primo gruppo le fonti le cui emissioni sono caratterizzabili da una certa
regolarità, continuità (per esempio grossi impianti come le centrali termoelettriche o
inceneritori, ecc.) o periodicità (per es. gli impianti di riscaldamento).
Appartengono al secondo gruppo le sorgenti che emettono in modo intermittente e
senza alcuna periodicità (impianti di verniciatura, fonderie di metalli, ecc.).
Per quanto riguarda la distribuzione spaziale, le sorgenti si suddividono in sorgenti fisse
o sorgenti mobili a seconda che la loro posizione sia costante o variabile nel tempo.
Un’ulteriore classificazione delle sorgenti, molto utilizzata nella pratica, ricorre alla
determinazione di opportuni valori di soglia, ossia valori delle emissioni in base ai quali
differenziare tra fonti che devono essere considerate a se stanti – nel caso le emissioni
superino la soglia stabilita – oppure possono essere raggruppate ad altre, simili per
tipologia di inquinante e processo.
Sulla base di queste considerazioni, le sorgenti vengono ripartite tra puntuali, da
considerare singolarmente, lineari, tipicamente infrastrutture da trasporto ed areali.
In base alla scelta dei valori di soglia è possibile calibrare il dettaglio delle informazioni
da raccogliere e viceversa definire i valori di soglia in base alle risorse disponibili ed alle

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