Scie di condensazione

Il grafico di Appleman

Come usare il grafico di Appleman:

A. Compilazione del grafico: usando le informazioni sulle temperature fornite dal docente, oppure le temperature ottenute da Internet (vedi nota qui sotto), completare la tabella della "Scheda Studente", poi segnare le temperature corrispondenti ad ogni livello di pressione sul "Grafico di Appleman: grafico di lavoro dello studente". Collegare i punti per creare un profilo della temperatura nell'atmosfera.

[Insegnanti: duplicare come necessario la scheda dei dati ed il grafico in modo da fornire una copia di ogni foglio di lavoro per ogni singola osservazione.]
Nota: le informazioni sulla temperatura e l'umidità possono essere ottenute dai palloni sonda meteorologici che due volte al giorno vengono lanciati da diverse località nel mondo . Diversi siti Internet, tra cui http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html, forniscono informazioni dettagliate sui dati rilevati da tali sonde. Scegliete la località più vicina la vostra scuola.

B. Uso del grafico: Le due linee più importanti sul grafico sono la linea dello 0% e quella del 100 per cento di umidità relativa. Se l'atmosfera è più fredda rispetto alla temperatura indicata dalla linea del 0%, la scia di condensazione si forma anche se l'umidità relativa dell'atmosfera è pari a zero. Questo perché l'aereo fornirà abbastanza umidità per produrre la scia di condensazione, e non è necessaria umidità dall'atmosfera per formare la nube. Secondo il grafico, le contrails si formano sempre quando il valore della temperatura è a sinistra della linea dello 0%. Se l'atmosfera è più calda della temperatura indicata dalla linea del 100%, la scia di condensazione non può formarsi anche se l'umidità relativa dell'atmosfera è del 100 per cento. In tale campo l'umidità combinata del gas di scarico dell'aereo e quella dell'atmosfera non sarà mai abbastanza per generare una nuvola. Quindi i profili di temperatura a destra della linea del 100% non daranno mai luogo ad una scia di condensazione. Per le temperature comprese tra le linee dello 0% ed del 100%, la possibilità che si formi una scia di condensazione dipenderà dall'umidità atmosferica, che nel grafico viene rappresentata come umidità relativa (RH). Quando la temperatura è compresa tra le linee dello 0% e del 100% la scia di condensazione può formarsi oppure no.

D1: Facendo riferimento al profilo della temperatura sul vostro grafico. È possibile che oggi si formi una scia di condensazione nella vostra zona?

[Insegnanti: Un'attività consigliata può essere quella di far fare agli studenti delle previsioni su più giorni consecutivi, e quindi di controllare ogni giorno all'esterno (preferibilmente al mattino, in modo che le informazioni dai palloni sonda meteorologici siano più rappresentative) per verificare se la previsione si verifica. Un modo per fare la previsione potrebbe essere quello di tracciare il profilo della temperatura sul grafico; se qualsiasi punto del profilo si trova a sinistra della linea 0% la previsione sarà "sì, le contrails si formano". Se invece tutti i punti sono a destra della linea 100%, la previsione sarà "no, le contrails non si formano ". In caso contrario, la previsione sarà "forse". Un altro semplice modo per fare le previsioni può essere quello di assumere come tasso di umidità relativa dell'atmosfera il 30%. Se tutti i punti sono a sinistra della linea 30%, le previsioni dovrebbe essere "sì, le scie di condensazione si formano". In caso contrario, la previsione sarà "no, le scie di condensazione non si formano ".]
D2: Se è possibile che si formi una scia di condensazione, a che livello devono volare gli aerei per lasciare una scia di condensazione?

D3: Perché potrebbe formarsi una scia di condensazione in un giorno in cui non è prevista la formazione di contrails?

D4: Perché potrebbero non formarsi contrails in un giorno in cui è sempre prevista la loro formazione?

Per le prossime due domande utilizzare il "Grafico di Appleman esteso alla superficie terrestre".
D5: Perché gli aerei non generano scie di condensazione quando volano bassi (poco dopo il decollo o prima dell'atterraggio)?

D6: Puoi immaginare un luogo in cui gli aerei a reazione che volano bassi potrebbero produrre una scia di condensazione?

[Insegnanti: Per le seguenti domande deve essere usato un grafico con un profilo delle temperature medie climatiche. In base alla latitudine ed alla longitudine della vostra scuola fate riferimento al corrispondente profilo di temperatura incluso con l'attività.]

D7: La maggior parte dei jet commerciali vola tra gli 8 e i 12 km (26000 e 39000 piedi, oppure circa tra 350 hPa e 200 hPa). Supponiamo che tutti gli aeromobili in volo nel paese siano tenuti a volare ad una quota superiore agli 11 km (36000 piedi o circa 230 hPa). Pensi che il numero delle contrails aumenterebbe oppure diminuirebbe?

D8: Supponiamo che tutti gli aeromobili siano tenuti a volare ad un livello uguale o inferiore ai 9 km (29000 piedi o circa 310 hPa). Pensi che il numero delle contrails aumenterebbe oppure diminuirebbe?

Umidità: sia la temperatura che l'umidità dell'atmosfera contribuiscono a determinare le condizioni meteorologiche idonee per la formazione di una scia di condensazione. Come l'umidità relativa nell'atmosfera aumenta, l'atmosfera stessa è in grado di fornire più umidità ai gas di scarico e così è più probabile che si formi una scia di condensazione. La temperatura dell'atmosfera richiesta per la formazione di una scia di condensazione varia con l'umidità relativa, quindi affinché si formino contrails con il 60% di umidità relativa la temperatura richiesta non è fredda come quella necessaria con il 0% di umidità relativa. Se l'umidità relativa dell'atmosfera è del 60 per cento, una scia di condensazione può formarsi se la temperatura dell'aria è inferiore alla temperatura indicata dalla linea del 60% (il valore della temperatura è a sinistra della linea 60%).

[Insegnanti: Gli studenti possono utilizzare i dati di umidità per perfezionare le loro previsioni sulla formazione delle scie di condensazione. Per ciascun livello nell'atmosfera selezionare la relativa linea dell'umidità relativa sul grafico di Appleman corrispondente all'umidità relativa misurata. Se la temperatura rilevata è inferiore alla temperatura indicata sulla carta, le contrails sono previste. Lasciate che gli studenti facciano previsioni per più giorni consecutivi, poi verificate ogni giorno all'esterno se la previsione si è avverata.]
Calcolo dell'accuratezza della previsione di formazione di una scia di condensazione

Raccogliere i dati delle sonde e le osservazioni delle scie di condensazione per almeno 10 giorni. Registrare le osservazioni nella "Scheda dati degli studenti".

[Insegnanti: Programma permettendo, la raccolta di dati per un periodo supplementare di 20 giorni (quindi un totale di 30 giorni) sarebbe molto utile per i calcoli].
Utilizzando le informazioni dalla scheda dati degli studenti rispondere alle seguenti domande:

D9: Quante volte sono state previste le contrails e si sono verificate? (Chiameremo questo numero A).

D10: Quante volte sono state previste le contrails e NON si sono verificate? (Chiameremo questo numero B).

D11: Quante volte NON sono state previste le contrails ed invece si sono verificate? (Chiameremo questo numero C).

D12: Quante volte NON sono state previste le contrails e NON si sono verificate? (Chiameremo questo numero D).

La percentuale di previsioni corretta è (A + D) / (A + B + C + D).

Q13: Qual è la percentuale di previsioni corrette ottenute nella tua scuola?

La US Air Force ha condotto degli studi volti a verificare l'esattezza del grafico di Appleman. A volte i piloti militari annotano nei loro rapporti di volo la formazione o meno di contrails nel corso dei loro voli. Utilizzando queste relazioni e le osservazioni di temperatura, pressione e umidità relativa, l'USAF ha riscontrato che le previsioni fatte utilizzando il metodo di Appleman sono risultate corrette per circa il 60-80 per cento delle volte. Esaminando con più accuratezza i dati, è stato scoperto che quando non sono state previste contrails, la previsione si è rivelata corretta nel 98 per cento dei casi! Tuttavia, quando sono state fatte previsioni di formazione delle scie di condensazione, la previsione si è dimostrata corretta solo nel 25-35 per cento dei casi, e spesso il metodo ha fallito nel prevedere la formazione delle contrails. Di conseguenza, il grafico di Appleman tende a sottostimare il verificarsi di contrails mentre ne sovrastima la NON formazione. Per questo motivo, l'USAF è attivamente impegnata per trovare un modo migliore per prevedere la formazione delle scie di condensazione.

D14: Come sono i tuoi risultati se confrontati con quelli della US Air Force?

Scie di condensazione persistenti

Alcune scie di condensazioni sono brevi e durano solo per pochi secondi. Altre contrails invece sono molto lunghe e continuano a crescere per molto tempo dopo che il jet è passato. Perché alcune contrails possono rimanere in cielo così a lungo? Torniamo all'esempio della nuvoletta che si forma dal respiro durante l'inverno. Tali nubi di solito scompaiono non appena si respira di nuovo. L'umidità relativa dell'aria invernale sulla superficie è di solito ben al di sotto del 100%, e non può sostenere una nube di miscelazione per un lungo periodo di tempo. Il tasso di umidità relativa alle altitudini dove gli aerei volano a volte può essere maggiore del 90%. Sorprendentemente, alle basse temperature le nubi di ghiaccio (tra cui le contrails) sono in grado di formarsi e persistere con umidità inferiore al 100%. La linea rossa (riga doppia tratteggiata) nel grafico di Appleman mostra con quale umidità le contrails possono persistere (di solito tra il 60% e il 70% di umidità relativa). Quindi, se l'aria è abbastanza umida e fredda (il valore di temperatura è a sinistra della linea rossa), il grafico di Appleman indica che si possono formare scie di condensazione persistenti.

[Insegnanti: gli studenti avanzati possono usare i dati dell'umidità per prevedere se si possono formare contrails persistenti.]
Attività aggiuntiva: Utilizzare i dati dell'umidità per prevedere se si possono formare scie di condensazione persistenti.

[Insegnanti: Di seguito trovate i numeri utilizzati per creare il grafico Appleman. Essi si basano su un aeromobile con un motore di media efficienza. Le temperature sono in gradi Celsius. Tali dati possono essere utilizzati per fare un grafico di Appleman di vostra scelta.]


Nella seguente tabella sono elencati i valori per la massima temperatura possibile per le scie di condensazione persistenti.



Scheda degli studenti:dati delle sonde e osservazioni sulle scie di condensazione
Dati dei palloni sonda

Data ________________

Fonte dei dati (sito web): _______________________________



Dati sull'osservazione delle scie di condensazione

Sono presenti scie di condensazione? _____ SI _____ NO

Se viene svolta anche l'attività aggiuntiva indicare anche le seguenti caratteristiche delle scie di condensazione osservate:

Numero delle scie di condensazione di breve durata _____

Numero delle scie di condensazione persistenti che NON si propagano _____

Numero delle scie di condensazione persistenti che SI propagano _____

  

Grafico di Appleman:

grafico di lavoro dello studente

Grafico di Appleman esteso fino alla superficie terrestre