Le regioni tropicali sono caratterizzate da temperature persistenti e umidità opprimente che modellano sia gli ecosistemi naturali che la vita umana. Comprendere le cause di queste condizioni climatiche è essenziale per l'agricoltura, la pianificazione urbana, il turismo e la salute pubblica.

Poiché il termine tropics[]] può essere definito astronomicamente (tra il Tropico del Cancro e il Tropico del Capricorno) o climatologicamente (basato sui modelli di temperatura), le cause discusse qui si applicano in larga misura alle regioni a bassa latitudine. In tutti i casi, i componenti chiave sono radiazioni solari intense, abbondante umidità di approvvigionamento e le dinamiche climatiche che intrappolano il vapore acqueo e l'acqua che apprezzano nei dettagli della superficie.

Geometria Geografica e Geometria Solare

Luce solare diretta durante tutto l'anno

Il singolo pilota più importante delle alte temperature tropicali è l'inclinazione assiale della Terra e la sua posizione orbitale rispetto al Sole. L'equatore riceve la luce solare ad un angolo quasi perpendicolare quasi ogni giorno dell'anno. Poiché i raggi del Sole colpiscono la superficie ad un angolo ripido, la stessa quantità di energia solare è concentrata su una superficie più piccola rispetto a latitudini più elevate.

Al contrario, le regioni al di fuori dei tropici hanno una variazione stagionale, perché l’angolo del Sole cambia drasticamente. Il vantaggio geometrico dei tropici significa che c’è poca variazione di temperatura stagionale; invece, l’anno è tipicamente diviso in stagioni umide e secche. Questa mancanza di stagionalità termica è un segno distintivo di climi tropicali e deriva direttamente dalla geometria solare coerente.

Durata del giorno

Un'altra conseguenza della geografia a bassa latitudine è la variazione minima della lunghezza del giorno. Vicino all'equatore, ore diurne hover circa 12 ore durante tutto l'anno, raramente differiscono da più di pochi minuti. A 40°N latitudine, i giorni estivi possono essere 15 ore di lunghezza mentre i giorni invernali si restringono a 9 ore, causando grandi oscillazioni in ingresso di energia solare.

Intensità, durata e riscaldamento superficiale

Valori di radiazione solare e di insolazione

La radiazione solare in cima all'atmosfera è abbastanza costante (la costante solare), ma la quantità che raggiunge la superficie - insolazione - dipende dall'angolo e dalle condizioni atmosferiche. Ai tropici, i valori di insolazione sono tra i più alti sulla Terra. I cieli chiari che spesso prevalgono nella parte iniziale della giornata permettono una radiazione intensa onde corte di penetrare al suolo.

Inoltre, l'effetto albedo [] gioca un ruolo. Le foreste tropicali hanno un albedo relativamente basso (assorbono più luce solare di quanto riflettono), soprattutto rispetto alle superfici ghiacciate o desertiche. Le foreste pluviali dense assorbiscono una grande frazione di energia solare in entrata, convertendola in calore e umidità attraverso l'evapotraspirazione.

Rapido riscaldamento di terra e acqua

Le superfici terrestri dei tropici si riscaldano rapidamente sotto il sole intenso. In molte regioni tropicali, le temperature massime pomeridiane possono superare i 35°C (95°F) anche all'ombra. Gli oceani e i mari anche caldi, ma l'acqua ha una maggiore capacità termica specifica, quindi riscalda più lentamente. Tuttavia, i vasti oceani tropicali, come l'Oceano Indiano, il Pacifico occidentale e l'Atlantico, producono enormi quantità di calore.

Fonti oceaniche di umidità e umidità

L'umidità elevata nei tropici non è solo un prodotto di alte temperature. Richiede abbondante vapore acqueo, e la fonte primaria è l'oceano. Gli oceani tropicali coprono circa il 75% della cintura equatoriale, fornendo una fornitura quasi illimitata di umidità. I tassi di evaporazione sono alti perché le temperature di acqua calda (spesso sopra i 27°C o 80°F) aumentano la pressione del vapore di saturazione dell'aria a contatto con la superficie.

Commercio Venti e Moisture Trasporti

I venti di scambio[] (origini) soffiano dalle cinghie ad alta pressione subtropicali verso la Zona di Convergenza Intertropicale (ITCZ). Mentre attraversano gli oceani tropicali caldi, essi raccolgono enormi quantità di vapore acqueo.

Evapotranspiration da Dense Vegetation

Oltre all'evaporazione oceanica, le foreste tropicali contribuiscono in modo significativo all'umidità attraverso l'evaporazione . Le foreste pluviali e altre vegetazione lussureggiante assorbono grandi quantità di acqua dal suolo e lo rilasciano attraverso le stomate fogliari nell'atmosfera. La foresta pluviale amazzonica, per esempio, ricicla circa il 50–80% della propria pioggia attraverso l'evaporazione.

Circolazione atmosferica e zona di convergenza intertropicale (ITCZ)

La cella di Hadley e l'aria di Rising

La cellula Hadley è un modello di circolazione atmosferica su larga scala che domina il clima tropicale. L’aria calda all’equatore sale a causa di un intenso riscaldamento solare. Come si alza, raffredda adiabaticamente, causando vapore acqueo a condire in nuvole e precipitazioni. Questo arto crescente della cellula Hadley è responsabile per la banda di temporali e pioggia lungo l’ICTCZ.

Convergenza e copertura cloud

In cui i venti commerciali dell'Emisfero Nord e del Sud si incontrano (l'ICZ), la convergenza costringe l'aria verso l'alto. La conseguente profonda convezione produce nubi cumulonimbus torreggianti che possono estendersi oltre 15 chilometri all'atmosfera. Queste nuvole bloccano una certa luce solare in entrata, che modera leggermente le temperature superficiali, ma intrappolano anche radiazioni a onde lunghe a 150°, contribuendo all'effetto serra di notte.

Poiché l’ICTCZ migra stagionale (seguindo la declinazione del Sole), la cintura di massima precipitazione si sposta a nord e a sud, creando stagioni bagnate e secche distinte in molte aree tropicali. Anche durante la stagione secca, tuttavia, l’umidità rimane elevata a causa della presenza persistente di masse d’aria calde e umide e della copertura nube ridotta ma ancora significativa.

Copertura del terreno, Vegetazione e Microclimi

Foreste come regolatori di calore e umidità

Le foreste tropicali sono spesso chiamate "polungi del pianeta", ma agiscono anche come regolatori del clima. Il tetto denso riduce la velocità del vento vicino al suolo, trapping aria umida sotto le foglie. Il decadimento della materia organica rilascia calore e umidità aggiuntivi. L'albedo basso della foresta pluviale significa che più energia solare è assorbita, ma la maggior parte di essa è usata per la disgregazione del terreno più forte.

Il contributo complessivo delle foreste tropicali all'umidità regionale è significativo, mentre due o tre miliardi di tonnellate di vapore acqueo al giorno vengono rilasciate dall'Amazzonia, influenzando i modelli di precipitazioni molto oltre il bacino, che rappresentano una componente critica del sistema climatico tropicale.

Altitudine e Variazioni locali

L'altitudine modifica la temperatura: zone di elevazione più elevate (ad esempio, le Ande, il Monte Kenya, le Highlands etiopi) sperimentano temperature più fresche anche se sono nei tropici. Per ogni 1.000 metri di salita, le temperature cadono di circa 6,5°C. Tuttavia, l'umidità può rimanere elevata in tali luoghi se sono vicino a oceani o nel percorso dei venti commerciali.

Schemi stagionali e diurni di temperatura e umidità

Stagione bagnata vs. Stagione secca

Nella maggior parte delle regioni tropicali, ci sono due stagioni distinte: una stagione umida associata alla overhead ITCZ e una stagione secca quando l'ICZ si allontana. Durante la stagione umida, nuvole e piogge temperature moderate diurne, ma l'umidità relativa rimane vicina alla saturazione. La stagione secca vede spesso temperature diurne più elevate a causa di cieli più chiari, ma l'umidità è leggermente più bassa.

Ritmo giornaliero

La tipica giornata tropicale inizia con i cieli chiari e le temperature in aumento. Entro la tarda mattinata, la convezione si sviluppa e nel pomeriggio si verificano dei forti downpours, soprattutto nelle aree della foresta pluviale. Dopo la pioggia, l'umidità aumenta ulteriormente come il vapore acqueo di scarico del suolo e del baldacchino. Il raffreddamento notturno è limitato perché l'atmosfera rimane umida e le nuvole (se presente) insulano lentamente la superficie.

Influenza umana sui climi tropicali

Urbanizzazione e modifiche microclima

L'urbanizzazione sostituisce la vegetazione con superfici impervi che assorbono il calore e riducono l'evapotraspirazione. Di conseguenza, le città sperimentano temperature più elevate diurne e notturne. L'umidità aumentata può verificarsi nelle città a causa delle emissioni di condizionatori d'aria, processi industriali e una minore ventilazione, ma in alcuni casi la mancanza di vegetazione rende le aree urbane più umide. L'effetto netto è spesso un indice di calore più opprimente, perché entrambi

Disboscamento e cambiamento di uso del suolo

La deforestazione ha un impatto dimostrabile sul clima tropicale. Quando grandi aree di foresta pluviale sono sgomberate, la perdita di traspirazione riduce l'ingresso di vapore acqueo all'atmosfera, potenzialmente riducendo le precipitazioni locali e aumentando la durata della stagione secca. Allo stesso tempo, la terra sgomberata ha un albedo più alto a breve termine, ma l'assenza di ombreggiatura e la conversione di evapotranspiration può causare temperature di superficie per aumentare di rottura di 2-5 °C.

Cambiamento climatico e Ampliamento

Il riscaldamento globale amplifica le cause naturali del calore tropicale e dell’umidità. Poiché l’atmosfera tropicale è calda per cominciare, può contenere più vapore acqueo (circa il 7% in più per grado Celsius riscaldamento, seguendo il rapporto Clausius-Clapeyron). Questo aumenta il potenziale per eventi di umidità estrema e precipitazioni più intense.

Conclusioni

Le alte temperature e l'umidità delle regioni tropicali non sono causate da un unico fattore ma da una combinazione di processi geografici, atmosferici, oceanici e biologici che funzionano in concerto. La radiazione solare diretta e coerente vicino all'equatore assicura un surplus di energia costante, mentre i vasti oceani tropicali e la fitta vegetazione forniscono l'umidità necessaria per mantenere l'umidità elevata.