Dispensa n.3 - Atmosfera OACI

Gli argomenti che affronteremo in questa lezione completano il discorso sull'atmosfera trattato nelle due lezioni precedenti.

Faremo un breve cenno all'atmosfera standard detta anche "tipo" (OACI).

Sapete che cosa significa OACI ? E' l'acronimo dell'Organizzazione per l'Aviazione Civile Internazionale (1), cioè un organismo internazionale sovraordinato a tutte le organizzazioni nazionali che si occupa di regolamentare tutto ciò che attiene all'esercizio sicuro del volo.

Un altro breve cenno lo dedicheremo all'andamento della densità e della pressione con la quota.

Infine, tempo permettendo, introdurremo il discorso sulla temperatura dell'aria.

Riprendiamo rapidamente il concetto sviluppato nell'ultima lezione in merito all'andamento della temperatura con la quota. Abbiamo visto che nella troposfera, ovvero lo strato atmosferico più prossimo al suolo e che raggiunge una quota media di 12-13 km (ricorderemo, però, che all'equatore la tropopausa è più alta rispetto al polo), la temperatura, man mano che ci si eleva con la quota, diminuisce. La causa della diminuzione sta nel fatto che il riscaldamento della troposfera avviene soprattutto dal basso. E' la superficie terrestre che riscalda la massa d'aria a suo immediato contatto. E' ovvio che la Terra non è una fonte di energia autonoma (geotermia a parte), ma restituisce il calore ricevuto dalle radiazioni solari. L'aria, invece, per la sua costituzione molecolare e gassosa, non è in grado, se non in piccola parte, di assorbire direttamente la radiazione solare. Bene. Ripreso questo concetto, andiamo a considerare adesso l'andamento della densità con l'altezza.

In fisica si adopera una lettera greca, rho , per indicare la densità, ed è legata ad una relazione precisa: massa fratto volume.

Esempio: immaginiamo un cubo di lato 1 che contiene 100 molecole di aria. Se ne diminuisco il volume, ovvero prendo un cubo il cui lato misura la metà di quello precedente, le 100 molecole di aria staranno tutte un po' strettine: si dice che è aumentata la densità. Questo esempio ci serve solo per dire che l'atmosfera, come tutti i corpi presenti sulla superficie terrestre, subisce l'attrazione gravitazionale esercitata dal nostro pianeta. Questo fa sì che le molecole dell'aria tendano ad approssimarsi in maggior numero vicino alla Terra piuttosto che lontano da essa.

Pertanto avremo una densità maggiore negli strati più bassi, ossia quelli più vicini al suolo. Come per la temperatura, quindi, anche la densità ha un andamento decrescente con la quota. Però, mentre per la temperatura la diminuzione è lineare (cioè il rapporto tra le grandezze è costante: di tanto varia uno, di tanto varia l'altro), invece per la pressione la diminuzione è di tipo non lineare, ma esponenziale, poiché essa dapprima diminuisce rapidamente e poi in maniera via via più lenta.

Qual è la diretta conseguenza delle parole che abbiamo detto sulla densità? Se ne deduce che la stragrande maggioranza della massa gassosa che compone l'atmosfera, il 50%, è concentrata nei primi 5 km. Considerate che l'estensione dell'atmosfera, partendo dal suolo fino alla quota in cui si confonde con lo spazio siderale, è valutata in circa 800-1000 km.

Come potete osservare, su 1000 km di estensione, nei soli primi 5 km è contenuta metà in massa di tutta l'atmosfera. Questo dipende dal fatto che i gas sono molto compressibili. Man mano che si sale, l'aria si fa sempre più rarefatta, e nei primi 50 km possiamo dire che è contenuto il 99% di tutta l'aria. Lo spazio da 50 km in su, fino ai confini imponderabili dell'atmosfera, è occupato solamente dall'1% di tutta l'aria del pianeta. Come abbiamo già detto, la causa di tutto ciò è semplice, ed è da imputarsi al campo gravitazionale terrestre che tende a richiamare tutta l'aria in prossimità della superficie terrestre.

Perché il concetto di densità è importante nel campo del volo? Poiché il rendimento di un motore dipende dalla densità.

Cenni sull'andamento della pressione con la quota.

Anche la pressione diminuisce con la quota, in modo analogo alla densità, a cui è comunque collegata. Ad esempio la superficie isobarica di 500 mb o hPa (è lo stesso, in quanto 1 mb = 1 hPa), si trova all'incirca a 5500 metri, la pressione di 400 hPa la ritroviamo circa 1500 metri più sù. Possiamo dire, quindi, che per una differenza di quota di 1500 metri si è verificata una diminuzione di pressione di 100 hPa. La 300 hPa si trova intorno ai 9000 metri, la 200 hPa a circa 12000 metri. Come potete notare, per soli 100 hPa (da 300 a 200 hPa), la differenza di quota è salita a 3000 metri.

Riportando tutto in uno specchietto, avremo:

500 hPa 5500 metri

400 hPa 7000 metri 7000-5500=1500 metri

300 hPa 9000 metri 9000-7000=2000 metri

200 hPa 12000 metri 12000-9000=3000 metri.

Come potete osservare, bisognerà salire di quota in misura sempre maggiore per ottenere una medesima riduzione di pressione (che noi, qui, abbiamo fissato in 100 hPa). Se per salire dalla quota a cui la pressione è di 500 hPa alla quota ove la pressione è di 400 hPa abbiamo dovuto elevarci di 1500 metri, per ottenere un ulteriore decremento di 100 hPa, e passare quindi dalla quota a 400 hPa a quella a 300, dobbiamo elevarci di 2000 metri, e dovremo percorrere ben 3000 metri per portarci da 400 hPa a 300 hPa.

In sintesi abbiamo visto che:

La temperatura diminuisce in maniera lineare, dandoci la possibilità di definire un gradiente medio per l'aria secca o non satura, di 0.65 gradi per ogni 100 metri, o, se preferite, di 2 gradi ogni 1000 piedi (gradiente termico verticale).

Sulla base di questi concetti è stata definita un'atmosfera standard, basata su valori medi della pressione e della temperatura. L'atmosfera standard serve soprattutto per tarare gli altimetri. Quando studieremo la pressione avremo modo di osservare come questo possa indurre in errore un pilota a causa del fatto che l'atmosfera standard può discostarsi in misura più o meno maggiore dalle condizioni effettive, reali, dell'atmosfera.

L'atmosfera standard assume che la temperatura al suolo sia di +15 gradi, che la pressione sia di 1013,2 hPa e che il gradiente termico verticale sia di 0,65 gradi per 100 metri. Ora, potete ben vedere che la temperatura al suolo può non essere di 15 gradi, e così vale per la pressione, anch'essa variabile da luogo a luogo e da momento a momento. Per cui, se non vengono introdotte le opportune correzioni, il pilota può volare ad una quota credendo di trovarsi ad un'altra.

Questo rapido accenno alla pressione mi serve soprattutto per fornirvi un aggancio alla realtà: noi studiamo concetti teorici, ma poi, ve ne rendete conto, vediamo quali sono i riflessi concreti di ciò che diciamo.

Quanto vi dico potrà servirvi nella vostra vita professionale.

Vi è una rivista, intitolata "Rivista della sicurezza del volo", edita dall'Aeronautica Militare, e precisamente dall'Ispettorato per la sicurezza del volo, che nelle sue pagine tratta di incidenti o situazioni di rischio vissute dai piloti e raccontate in prima persona. La maggior parte delle volte le situazioni di rischio o di emergenza sono causate da difetti nelle parti meccaniche, però molte volte, alcune situazioni rischiose sono state indotte da errori di comprensione tra piloti e controllori del traffico aereo. In uno degli ultimi numeri di questa rivista veniva descritta la conseguenza di un errato QNH. Sapete dirmi che cosa è il QNH? E' il valore di pressione su cui al suolo vengono regolati gli altimetri di bordo. Ma torniamo all'articolo. Cosa è avvenuto? Che il controllore ha chiesto il dato alla meteo e, o gli è stato fornito male, oppure ha capito male, ha comunicato al pilota un valore che differiva dal reale di 20 mb in più. E questo può essere un errore fatale, poiché in atmosfera standard ogni millibar corrisponde a 8 metri, per cui l'errore di quota equivale a circa 500 piedi. Il rischio è quello di trovarsi ad una quota più bassa rispetto alle indicazioni altimetriche, e quindi di impattare contro ostacoli fissi (quelli segnati sulle carte di navigazione) oppure di non mantenere una corretta separazione verticale del traffico.

NOTE:

(1) L'acronimo internazionale è ICAO.

Questa pagina è stata realizzata da Vittorio Villasmunta

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