Ground speed

[mach789i]

un mio amico appassionatissimo di aerei, patito della simulazione, quindi ritenuto da me molto esperto mi ha contestato l'affermazione che "nei voli oceanici sfruttando i jetstream di alta quota i voli civili possono arrivare anche a 1.100-1150 km/h verso il suolo".

d'altra parte io ricordo benissimo (c'era su un amico) di avere visto tempo fa sul sito flightradar24 un volo dai Caraibi verso l'Europa che veniva dato a 1.170 km/h (sempre verso terra).

chi ha ragione?

[Vultur]

Triangolo del vento.

Premesso che aerodinamicamente per l'aereo il vento "non esiste", nel senso che non influisce sull'anemometro di bordo (velocità dell'aereo rispetto all'aria) perchè tutto il velivolo è immerso nella massa d'aria che si sposta tutta con il vento, se il vento è a favore, cioè il vettore della V del vento ha la stessa direzione e lo stesso verso della traiettoria di volo (in poche parole il vento è "in poppa"), la ground speed è la risultante della somma della V dell'aria (TAS, true air speed, data dalla spinta o potenza dei motori) più la V del vento.

Quindi la velocità al suolo (ground speed) in questo caso è = TAS + V del vento.

(Siccome poi il vento è del tutto a favore dell'aereo è lo investe in coda, l'angolo di correzione di deriva per mantenere la traiettoria di volo è zero).

 

La ground speed è la V con cui l'aereo si sposta rispetto al suolo, cioè come se con la matita tracci sulla carta di navigazione la traiettoria del volo.

 

Il vento muove una certa massa d'aria (enorme) in cui l'aereo vola con la sua V data dai motori (TAS). La massa d'aria sotto l'azione del vento è come una di quelle pedane mobili nei grandi aeroporti: tu ci puoi camminare sopra con i bagagli mentre lei scorre, quindi la tua V sarà data dalla V con cui tu cammini più la V della pedana mobile su cui cammini. In volo la pedana mobile è il vento, che però può girare sotto tutti i 360° dell'orizzonte, quindi può decidere anche di esserti contrario e qui è come se tu cammini in avanti su una pedana mobile che va invece all'indietro. Triangolo del vento (vedi).

[Mustanghino]

mai provato a camminare lungo il corridoio di un treno che procede lentamente?

[mach789i]

quindi 1150 possono essere veri, sempre rispetto al terreno

[Vultur]

Si, V dell'aereo (TAS) più quella della jetstream, che nel suo centro può arrivare anche a centinaia di nodi. La V massima della corrente è al centro del jetstream. In periferia ci possono essere grosse turbolenze. Le correnti a getto influiscono moltissimo su tempo di volo e consumi. Ma sono ad alta quota minimo 20.000 piedi al polo e minimo 65.000 piedi all'equatore (tropopausa).

Modificato 29 Maggio 2013 da Vultur

[Mustanghino]

è il motivo per il quale i tempi di crociera nei voli transatlantici sono in genere diversi nel percorso est-ovest e viceversa. Di solito hai vento a favore dagli USA verso Europa

 

esempio: tragitto D = 6000 km,

con vento in direzione est Vw =100 km/h

velocità di crociera (all'aria) Vc = 850 km/h

 

Velocità vs suolo

Ovest -> Est Vg = Vc + Vw = 950 km/h

Est -> Ovest Vg = Vc - Vw = 750 km/h

 

tempo di volo (alla quota di crociera)

Ovest -> Est tc = D / Vg = 6h 20'

Est -> Ovest tc = D / Vg = 8h 00'

 

In entrambi i casi l'aereo viaggia a 850 km/h rispetto all'aria, pertanto i piloti "hanno viaggiato attraverso tanti km di aria" proporzionalmente al tempo che sono stati in volo, pertanto la distanza apparente percorsa è pari a:

 

Ovest -> Est D' = tc x Vc = 5380 km

Est -> Ovest D' = tc x Vc = 6800 km

 

Il pilota che viaggia in direzione degli USA deve tenere conto dei venti contrari, altrimenti rischia di fare una sosta all'autogrill di Gander, Goose Bay - Canada

 

 

'

[mach789i]

infatti un mese fa per andare a Cuba da madrid ci ho messo 2 ore in più che per tornare.

un'altra domanda, la direzione di questi jetstream si inverte a seconda dell'emisfero (e della stagione?)

[Mustanghino]

no è speculare: alle nostre latitudini (e a quelle a cui si trovano argentina australia e nuova zelanda) vanno sempre da ovest verso est: all'equatore invece è l'inverso: ciò è dovuto alla rotazione terrestre e alle forze derivate.

[mach789i]

ok

[Vultur]

no è speculare: alle nostre latitudini (e a quelle a cui si trovano argentina australia e nuova zelanda) vanno sempre da ovest verso est: all'equatore invece è l'inverso: ciò è dovuto alla rotazione terrestre e alle forze derivate.

 

Quasi esatto, solo che qui all'equatore non si inverte niente. Non stiamo trattando della genesi dei venti e degli effetti complessivi della forza d Coriolis sulla circolazione dell'atmosfera terrestre.

 

Questo che segue è quel che ricordo io (da miei vecchi appunti). Può contenere inesattezze.

 

Le correnti a getto sono altro, hanno genesi diversa e stanno molto in alto. Sono assimilabili a un fiume che scorre ondeggiando ad alta quota da ovest verso est e questo accade sia nell'emisfero boreale che in quello australe: la direzione è sempre ovest-est, anche se il percorso di questi "fiumi" a volte è tortuoso e prevede spesso dei cambiamenti di direzione e anche tratti sud-nord o nord-sud, anche se la direttrice principale alla fine è sempre ovest-est in entrambi gli emisferi.

L'atmosfera si può molto schematicamente suddividere in strati sovrapposti.

A causa di:

1) Rotazione terrestre

2) Forma non perfettamente sferica della Terra (schiacciata ai poli e più larga all'equatore)

3) Irradiamento solare

gli strati dell'atmosfera tendono ad essere significativamente più sottili ai poli e più spessi all'equatore.

Lo strato più basso, a contatto con il suolo è la troposfera, che raggiunge circa i 20.000 piedi ai poli e i 65.000 piedi all'equatore.

La troposfera è la parte dove si svolge il 99% dei voli, essa è caratterizzata dal progressivo calo della T man mano che si sale. Gradiente termico verticale: la T scende di 6,5° C ogni 1000 metri (2° C ogni 1.000 ft) in atmosfera standard (nella realtà il g.t.v. varia moltissimo da un punto a un altro della Terra). Questo calo di T in troposfera si blocca bruscamente in quota, alla fine della troposfera, dove la T smette di scendere e si arresta a -52/-56° C sottozero.

Lo strato dove la T cessa di diminuire e si stabilizza è la tropopausa. Subito sopra, inizia la stratosfera.

Come già detto, a causa della forza centrifuga della Terra che gira e a causa del Sole che scalda la Terra, la troposfera è molto più spessa all'equatore, dove la forza centrifuga terrestre "allontana" le molecole d'aria e dove l'irradiamento solare scalda l'aria più che ai poli. A causa della f. centrifuga e del calore quindi la tropopausa all'equatore è molto più in alto che ai poli.

Ora, l'aumento di quota della tropopausa dai poli all'equatore NON è né continuo, né, tanto meno, graduale, ma ha luogo a gradini.

Guardando adesso l'atmosfera dal punto di vista complessivo, si vede che essa, sotto il calore del Sole e grazie alla rotazione terrestre, non è mai uniforme e non è mai immobile, ma è costituita da enormi masse d'aria in continuo movimento a T e P diverse, che si muovono, si sfregano, si urtano e NON hanno alcuna propensione a fondersi tra loro unendo le loro caratteristiche fisiche, ma tendono per natura a conservare ognuna la sua direzione, la sua P, T, ecc ... e se si mescolano lo fanno molto lentamente e quasi "controvoglia".

In generale, in ogni emisfero, esistono complessivamente 4 masse d'aria, quattro tipi fondamentali d'aria, individuati da 3 Fronti principali. Andando dal polo all'equatore incontreremo per primo il Fronte Artico, poi il Fronte Tropicale o Polare e infine il Fronte Equatoriale. Tra questi 3 fronti ci sono appunto 4 masse d'aria fondamentali. Andando dal polo all'equatore quindi avremo:

1) Massa d'aria artica. Che va dal polo fino al fronte artico.

2) L'aria Intermedia, tra il fronte artico e quello tropicale o polare.

3) L'aria tropicale, compresa tra il fronte tropicale e quello equatoriale.

4) L'aria equatoriale, che comprende la latitudine dell'equatore e sta tra i due fronti equatoriali dei due emisferi nord e sud.

All'interno di queste "fasce" o masse d'aria poi si genereranno di volta in volta e di luogo in luogo i vari fronti secondari (freddi, caldi, stazionari e occlusi).

Osservando l'atmosfera nel suo spessore verticale si vede come in corrispondenza dei 4 fronti principali la tropopausa, andando dal polo all'equatore, compie dei gradini, dei balzi verso l'alto per nulla graduali.

In ogni emisfero, i due "balzi" verso l'alto della tropopausa più significativi sono quello in corrispondenza del fronte tropicale, o polare e quello in corrispondenza del fronte equatoriale.

A livello di questi due gradini della tropopausa si crea una differenza di temperatura, un gradiente tale da fare da nucleo, da alveo, a una corrente a getto. Per esempio, a livello del gradino della tropopausa sul fronte tropicale accade che la tropopausa della massa d'aria tropicale si spinge molto più in alto della vicina tropopausa della massa d'aria intermedia (che si trova più vicina al polo). A livello di questa "frattura" tra tropopause affiancate, la differenza di T (gradiente termico) causa l'innesco (visto in sezione trasversale) di una corrente a getto.

Guardando la Terra dalla Luna, complessivamente, in ogni emisfero ci sono due correnti a getto da ovest a est: quella più vicina al polo, in corrispondenza del Fronte Tropicale o Polare è detta appunto corrente a getto polare e si trova grosso modo tra i 55° e i 65° di latitudine Nord. L'altra corrente a getto è più vicina all'equatore, in corrispondenza del Fronte equatoriale ed è detta appunto corrente equatoriale. Ma NON si invertono di direzione all'equatore. Fanno il giro del mondo sempre da ovest a est.

Osservando in sezione una corrente a getto si vede che essa è come un sovrapporsi di lamine concentriche coassiali, in cui la V aumenta dalla periferia verso il centro. In sezione, il lato dove c'è il più grosso gradiente di V, cioè dove la V dei venti aumenta più bruscamente (wind shear) è sempre il lato che guarda verso il polo.

Al centro invece la V è massima e l'aria non è più turbolenta.

Modificato 30 Maggio 2013 da Vultur

[Vultur]

Uno schema del jetstream sulla verticale del fronte polare nel nostro emisfero. L'innesco del jetstream come ho scritto è dato dal gradiente barico (di pressione) e termico a livello del gradino, della frattura, della troposfera (le due linee orizzontali in neretto). Notare l'andamento delle isoterme (tratteggiate) o linee di egual T; sulla destra e in alto nell'immagine tende a fare più freddo di ben 15°-25° C. Dove le isoterme si fanno verticali si vede il gradiente termico. L'aria fredda è anche più densa, tende a rimanere più in basso della vicina aria più "calda" del fronte polare. Inoltre l'aria calda tende a mantenere una P maggiore dell'aria fredda man mano che si aumenta di quota.

 

L'immagine va vista immaginando di avere il polo nord sulla sinistra, l'equatore sulla destra e il jetstream che "entra" dentro la pagina (diretto verso est).

Il fronte polare non è rappresentato, ma bisogna immaginarlo posto in verticale da terra fino alla frattura della tropopausa polare.

 

Le linee continue concentriche sono isotachie o linee di egual V. La loro magior vicinanza sul fronte polare del jetstream da l'idea della maggior forza dell'accelerazione dei venti sul lato polare della corrente a getto.

 

 

 

Modificato 6 Giugno 2013 da Vultur