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MeteoLive school - 18 Settembre 2003, ore 10.24

Qualsiasi fenomeno meteorologico che avviene nell’atmosfera è, in ultima analisi, una manifestazione dell’energia che, irradiata dal sole sottoforma di luce e calore, giunge sulla superficie terrestre dopo aver percorso, in media, circa 150 milioni di chilometri. Alcuni fenomeni, per fortuna non frequenti, sono il chiaro indizio di una enorme concentrazione di energia in zone molto ristrette dell’atmosfera: tra di essi possiamo ricordare i cicloni tropicali ed i tornado. I cicloni tropicali sono dei sistemi atmosferici caratterizzati da valori della pressione estremamente bassi, con una distribuzione delle isobare pressochè circolare e con gradienti barici molto forti, dell’ordine di 20¸25 Pascal per ogni chilometro di distanza orizzontale. Tali valori di gradiente non sono praticamente mai riscontrabili nelle depressioni delle medie latitudini. Tale fortissima differenza di pressione è il motore che porta l’aria a muoversi vorticosamente fino a raggiungere delle velocità che possono superare i 200 km/h. Venti che spirano a 200 km/h sono capaci di apportare gravi devastazioni: la pressione dinamica esercitata supera, infatti, di gran lunga i 100 kg per ogni metro quadrato di superficie investita. Valori di questa entità fanno si che nessuna persona, per quanto corpulenta possa essere, possa restare in piedi e soggetti più leggeri potrebbero letteralmente essere trascinati via dal vento. I cicloni tropicali si formano generalmente alle basse latitudini (tra i 5 ed i 20 gradi di latitudine nord e sud), zone ove per gran parte dell’anno i raggi solari incidono sulla superficie terrestre con un angolo molto piccolo rispetto alla verticale. Questa intensa radiazione incidente porta ad un consistente riscaldamento della superficie del mare, con una temperatura che può avvicinarsi ai 30°C. Per quanto detto si potrebbe essere indotti a pensare che il massimo numero dei cicloni possa generarsi proprio in corrispondenza dell’equatore: questo non accade in quanto a pochi gradi di latitudine nord e sud, è praticamente nulla la forza di Coriolis, quella forza cioè che induce la messa in rotazione delle correnti d’aria. Nelle zone tropicali a nord dell’equatore la probabilità di sviluppo di un uragano è massima verso la fine dell’estate boreale (agosto), alta nei mesi di luglio e settembre, modesta a giugno ed ottobre, praticamente nulla nei rimanenti mesi. Ma ciò non significa che, eccezionalmente, non possano formarsi tempeste anche in altri periodi dell’anno. Alla fine della stagione estiva anche la temperatura delle masse d’aria sovrastanti alla superficie del mare risulta molto alta: questo fatto comporta una grande disponibilità dell’aria ad accogliere al suo interno i grossi quantitativi di vapor acqueo provenienti dalla superficie liquida: il vapore non è altro che un esempio di immagazzinamento dell’energia termica proveniente dal sole. Tale energia (calore latente) si libera al momento in cui avviene la condensazione, rendendosi subito disponibile quale ulteriore “carburante termico” per il movimento delle masse d’aria. Esistono diverse aree geografiche che vengono periodicamente colpite da tali tempeste; le zone che registrano la maggior frequenza di cicloni sono il mar dei Caraibi (ove tali tempeste vengono identificate con il termine di uragani), i mari intorno alle Filippine ed alle isole più meridionali del Giappone (ove vengono detti tifoni) e il Golfo del Bengala (ove vengono detti cicloni); zone a minore frequenza sono le coste settentrionali dell’Australia (ove tali tempeste vengono dette “willy-willy). I cicloni provocano ogni anno gravi perdite di vite umane: ci sono zone come il Bangladesh nelle quali, per un insieme di fattori (configurazione del territorio, enorme densità di popolazione, mancanza di un efficace sistema di allertamento e organizzazione dell’emergenza) le vittime di una violenta tempesta si contano spesso a migliaia. In altre zone, invece, le maggiori disponibilità economiche hanno portato ad una complessa ed efficiente struttura organizzativa, concepita per fronteggiare efficacemente le conseguenze del transito di un ciclone. Negli Stati Uniti del sud, per esempio, esistono centri meteorologici che hanno, quale scopo precipuo, quello di individuare e seguire l’evoluzione di tutte le perturbazioni che si formano nella zona di convergenza intertropicale: è in questa zona, infatti, che quasi tutti gli uragani hanno origine, spesso manifestandosi in una prima fase come semplici onde nelle deboli correnti orientali presenti a quelle latitudini. La maggior parte di tali perturbazioni tende a dissolversi nell’arco di una giornata. Una percentuale molto piccola di tali onde, per il realizzarsi di particolari strutture delle correnti aeree alle quote superiori della troposfera, tende ad acquistare sempre maggiore intensità, trasformandosi prima in una depressione tropicale (con venti sino a circa 40 km/h), poi in tempesta tropicale (con velocità del vento comprese tra i 40 km/h ed i 120 km/h) ed infine in un ciclone propriamente detto quando la velocità dei venti supera l’ultimo valore indicato. L’innesco del processo di formazione di un ciclone può essere indotto dal transito di una zona di divergenza delle correnti aeree in quota al di sopra di una zona depressionaria al suolo: questa circostanza porta ad una sorta di effetto aspirazione che induce, al livello del mare, una immediata intensificazione della convergenza, con un più rapido sollevamento di masse d’aria. Il processo, per portare allo sviluppo di un ciclone, deve andare avanti ininterrottamente per molte ore: per ottenere questo risultato è di fondamentale importanza che l’aria che affluisce dalle zone periferiche verso il cuore della depressione sia calda ed umida. Un rifornimento continuo di masse d’aria calda ed umida può avvenire, evidentemente, solo sulle ampie estensioni dei mari tropicali. Essa, sollevandosi, porta alla condensazione dell’umidità in essa contenuta sotto forma di vapor acqueo: il cambiamento di stato porta alla liberazione dello stesso calore che era servito per far evaporare dalla superficie del mare l’immenso volume di acqua: questo calore è il carburante elettivo per alimentare il motore del sistema “ciclone tropicale”. Quando il ciclone raggiunge il suo stadio di completo sviluppo al centro del vortice compare una zona praticamente priva di nuvolosità significativa: è l’occhio del ciclone. Esso è caratterizzato da una discesa di aria che porta ad un riscaldamento per compressione adiabatica. Ciò fa si che il cuore di un uragano sia di diversi gradi più caldo della restante parte del sistema perturbato. I massimi gradienti orizzontali di temperatura si manifestano generalmente alla quota di circa 5000 m, ove tra l’occhio ed il margine esterno della spirale possono registrarsi gap termici di oltre 15°C. La elevatissima velocità dei venti è il fattore caratterizzante un ciclone tropicale: punte massime di oltre 300 km/h sono state misurate in diverse occasioni. Il problema più grosso che deve essere risolto dai meteorologi è quello della definizione della presumibile traiettoria del vortice. Da questo punto di vista gli uragani hanno un comportamento quanto mai imprevedibile; generalmente tali vortici hanno dapprima un moto da est verso ovest sia a nord che a sud dell’equatore, poi piegano verso la loro destra nell’emisfero nord ed a sinistra in quello sud. Nel loro moto verso zone a latitudine maggiore tendono poi ad assumere una componente di moto da sud-ovest verso nord-est (da nord-ovest verso sud-est) per poi essere catturati dalle correnti occidentali delle medie latitudini. Numerosissimi sono i casi di uragani e di tifoni che iniziano a girovagare per il Mar dei Caraibi o per il Mar Cinese o del Giappone, comportandosi come una palla su di un tavolo da biliardo: può capitare, quindi, che una stessa area venga investita dal vortice più di una volta, con lo stesso che vi giunge da direzioni diverse e spesso contrarie. Si potrebbe pensare che il ciclone è impazzito: in effetti non è così. Il ciclone tergiversa solo ed esclusivamente per non allontanarsi dalle superfici marine che gli consentono di vivere, dandogli il nutrimento di cui ha bisogno che, come già detto più volte, sono l’umidità ed il calore. Quando un ciclone si addentra sulla terraferma tende gradualmente ad attenuarsi. Il primo elemento che tende a perdere di vigore è il vento; mentre in un ciclone al culmine della propria intensità si può riscontrare un quasi perfetto parallelismo tra isobare e vettori velocità del vento, col diminuire della velocità di quest’ultimo si osserva una maggiore tendenza alla convergenza; le precipitazioni, di conseguenza, si mantengono molto copiose potendo persino manifestare, inizialmente, degli ulteriori incrementi di intensità. Gradualmente la pressione tende a risalire ed il diametro del vortice si allarga : in altri termini si manifesta una diminuzione della “densità di energia” presente nell’atmosfera. Un ciclone che si sposta dai Caraibi verso le pianure centrali degli Stati Uniti può essere considerato, comunque, un immenso volume di aria calda ed umida che si sposta verso zone caratterizzate da temperature più basse. Questa aria calda procede da sud verso nord percorrendo il vasto canale percorso dal fiume Mississippi, delimitato dalle Montagne Rocciose ad Ovest e dai Monti Appalacchi ad est, tentando di giungere sino alla zona dei Grandi Laghi. Nel suo cammino può accadere che aria fredda e secca in quota proveniente da ovest, mantenuta in quota dai rilievi delle Montagne Rocciose, venga a sovrascorrere sulla massa di aria calda e umida. Questa circostanza è alla base della creazione delle condizioni ottimali per lo sviluppo di un altro fenomeno di estrema violenza : il tornado. Il tornado è un vortice di aria di diametro molto modesto (da pochi metri sino a qualche centinaio di metri e solo molto raramente superiore al km) caratterizzato da velocità del vento estremamente elevate e spesso stimabili solo in relazione alle conseguenze indotte dal transito del vortice stesso. Sino a pochi anni fa gli studiosi, basando le loro ipotesi sugli effetti osservati, facevano delle stime su quale potesse essere la velocità del vento nel vortice: alcuni asserivano che la velocità potesse raggiungere, ed anche superare, gli 800 km/h, altri si limitavano ad indicare velocità di circa 400 km/h; negli ultimi anni dalle stime più o meno empiriche si è passati a rilevazioni strumentali sicuramente più precise mediante l’utilizzazione sempre più diffusa dei radar Doppler, non solo su postazioni fisse ma anche da postazioni mobili (DOW – Doppler on Wheels – radar Doppler cioè montato a bordo di una autovettura che può letteralmente mettersi all’inseguimento di un tornado). Tali strumenti sfruttano la modifica della frequenza delle onde radio per valutare, attraverso software dedicato, la velocità del vento. E’ evidente che anche il tornado, al pari di un uragano, è la manifestazione di una grandissima concentrazione di energia. Mentre modesti vortici a forma di “imbuto” o di “ghiacciolo” possono essere osservati anche alla base di cumulus congestus o di formazioni di nubi stratocumuliformi, i tornado si originano solo ed esclusivamente alla base di giganteschi cumulonimbus temporaleschi. Non essendo ipotizzabile lo sviluppo di un tornado senza un cumulonembo si può fare la prima osservazione: la previsione di un tornado passa necessariamente attraverso la verifica della sussistenza delle condizioni di instabilità atmosferica per le quali si può prevedere la formazione di cumulonimbus a grande sviluppo verticale. Ma le osservazioni compiute negli ultimi 30 anni evidenziano che anche nel periodo in cui è più elevata la probabilità di sviluppo dei tornado, approssimativamente solo un cumulonimbus su 1000 genera un tornado. Quella descritta in precedenza, quindi, non è assolutamente una condizione sufficiente. Il periodo dell’anno in cui i tornado si manifestano più di frequente è la parte finale della primavera: in questo periodo la risalita verso nord di aria calda proveniente dal G. del Messico ed il forte riscaldamento del suolo e degli stati inferiori dell’atmosfera, portano alla realizzazione del primo fattore di rischio: in tarda primavera, le masse di aria in transito sulla parte settentrionale dell’oceano Pacifico, presentano temperature molto più basse e rispetto a quelle che iniziano a registrarsi sulle masse continentali: quando una corrente occidentale a tutte le quote investe la catena montuosa delle Montagne Rocciose (catena che, pur se molto articolata, può essere assimilata ad un immenso altopiano con altezza media di circa 2000 m sul l.m.m.) nel suo transito verso est, non subisce consistenti aumenti di temperatura neanche negli strati a contatto con il suolo. Quando tali masse d’aria fresca giungono sulla verticale dei versanti orientali delle Montagne Rocciose che degradano verso le Grandi Pianure (stati del Texas, Oklahoma, Kansas, Nebraska, nord e sud Dakota) per inerzia, tendono inizialmente a mantenersi in quota. Poi, grazie alla loro maggiore densità, precipitano verso il suolo innescando una situazione grande turbolenza atmosferica con moti convettivi che possono raggiungere, specie nella componente ascensionale dell’aria calda, velocità di oltre 100 km/h. Con questa situazione meteorologica i centri di previsione dei tornado emetteranno certamente i loro primi avvisi. Ma, ovviamente, tali avvisi sono su base probabilistica : essi avvertiranno che è “probabile” o “estremamente probabile” che possano svilupparsi dei tornado. Resta ancora irrisolto, e non è cosa da poco, dove e quando tali fenomeni potrebbero formarsi. E’ subito evidente che la previsione probabilistica delle condizioni favorevoli o predisponenti alla formazione dei tornado è alquanto semplice: enormemente più complessa risulta la seconda problematica. Una previsione di probabile sviluppo di tornado sull’Oklahoma per un determinato giorno è semplice e, probabilmente, destinata ad avere successo ma, ai fini operativi di protezione civile, occorrerebbe un livello di dettaglio spaziale e temporale molto più spinto. Questa informazione è, comunque, molto importante: tutti i sistemi di rilevamento e di allertamento saranno, infatti, al massimo potere operativo per individuare in tempo reale le cellule temporalesche o i vortici in formazione. La vita di un tornado può durare da pochi minuti sino a diverse decine di minuti : molto spesso un tornado sembra essersi esaurito ma dopo pochi istanti ricompare; alcuni ammassi di cellule temporalesche mostrano una grande prolificità : riescono a sfornare in sequenza, per percorsi di centinaia di km, tornado in serie, andando ad interessare ampie estensioni di territorio. Un evento storico è quello detto “The Palm Sunday Outbreak” dell’11 aprile 1965, con l’individuazione di 37 distinti tornado in meno di 9 ore: il primo tornado si generò intorno alle 13.00, l’ultimo verso le 21.00 : sei stati furono sconvolti dalle tempeste. Altro evento di grande rilevanza è quello del pomeriggio del 3 maggio 1999, giorno in cui lo stato dell’Oklahoma ha dovuto sopportare le conseguenze di un terribile sciame di oltre 60 tornado, alcuni dei quali di violenza tale da poterli classificare al livello F5 della scala Fujita. Nella previsione dei tornado è molto importante cogliere immediatamente i punti di innesco dei fenomeni temporaleschi : temporali in una fase avanzata di sviluppo hanno minori possibilità di generare vortici di grande intensità. La fase critica è quella di giovinezza del cumulinimbus , quando le dimensioni orizzontali della nube non superano la decina di km e nel volume dell’ammasso nuvoloso coesistono le correnti ascendenti e discendenti. In una fase successiva le correnti discendenti tendono a prevalere spazialmente, dando inizio alla fase di senescenza del temporale. Spesso nelle supercellule temporalesche che generano i tornado si può osservare un meccanismo dinamico che le consente di rigenerarsi di continuo nel loro spostamento sul territorio : aspirazione di aria calda in corrispondenza della parte frontale destra di avanzamento dell’ammasso nuvoloso (zona a più elevata probabilità di sviluppo di tornado); quindi, oltre allo spostamento orizzontale delle masse d’aria (spesso modesto e/o trascurabile) si può intuire un’onda di trasferimento energetico, una vera e propria una perturbazione.

Autore : Alberto Fortelli

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