molti chiedono delucidazioni.
Le carte di pressione a livello del mare sono indispensabili in meteorologia. Permettono infatti di localizzare le zone di bassa pressione (depressioni) e quelle di alta pressione (anticicloni). Inoltre, applicando la legge di Buys-Ballot, si può determinare con discreta precisione la direzione del vento in un determinato punto: il vento scorre parallelamente alle linee di uguale pressione (isobare). Per l'esatta direzione direzione del vento, occorre semplicemente sapere che esso soffia in senso antiorario attorno ad una depressione (lettera T sulla carta qui sotto), e in senso orario attorno ad un anticiclone (lettara H). Attenzione però, perché questa norma vale se ci si situa nell'emisfero Nord, ma è invertito se si passa nell'emisfero Sud. La velocità del vento invece, è proporzionale in base all'infittimento delle isobare: quanto più esse saranno vicine tra di loro, tanto maggiore sarà la velocità del vento.
Un occhio attento ed esperto potrà immediatamente riconoscere la posizione del fronte con la semplice osservazione di una carta di questo tipo, senza dover passare per altri parametri, come la temperatura a 850hPa o lo spessore di geopotenziale.
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Qui sopra, ecco un tipico esempio di una carta che rappresenta la pressione a livello del mare. Le isobare sono rappresentate dalle linee bianche con quote di hPa che vanno di 5 in 5 (per evitare problemi di sovrapposizione). Applicando la norma di Buys-Ballot, si può osservare che il vento soffia dal sud dell'Islanda (anche se non è completamente esatto, poiché la forza d'attrito costringe il vento a tagliare le isobare con un angolo di 20/25° in direzione della bassa pressione), e che deve soffiare anche molto intensamente, quasi a livello di tempesta: basta osservare la limitata distanza delle isobare in quel punto. In Francia, ad esempio, il tempo è molto più stabile, poiché le isobare sono molto intervallati tra di esse. Questo tipo di zona si chiama in gergo una zona di palude barometrica. Il vento è infatti debole ed abbastanza variabile nella sua direzione.
La carta della pressione al suolo è dunque una carta di notevole interesse che qualsiasi previsore utilizza come base di partenza per la sua previsione. È una carta molto importante per cominciare lo studio dei modelli matematici.
Geopotenziale alla quota di 500 hPa
Il Geopotenziale: ecco un termine tipicamente meteorologico ed abbastanza astratto. In realtà, si potrebbe tradurlo brutalmente come segue: il geopotenziale di una quota x è l'altitudine alla quale questa quota x si trova. O meglio, si intende la quota alla quale la pressione atmosferica raggiunge questo valore. Ad esempio, in media, l'altitudine della superficie di 500hPa è di 5500m. Ma ci teniamo a precisarlo, è soltanto una media! Infatti, quest'altitudine può variare al variare della pressione atmosferica al livello del mare. I valori di geopotenziale vengono espressi in DAM.
La Scala DAM è una scala che rappresenta la pressione a 5500m e viene espressa al centesimo, essa non è altro che una semplificazione dell'hPa (ettoPascal). Ad esempio se prendiamo la 552DAM, la quale viene presa come punto di riferimento nella scala principale corrispondera' a 5520hPa.
L'utilizzo delle carte di geoponziale è di semplice utilizzo, al pari delle carte di pressione al livello del mare: le zone con isobare con valori di pressione elevata sono comparabili agli anticicloni visti in una carta di pressione al livello del mare, mentre le zone di bassa pressione sono comparabili alle depressioni in una carta di pressione al suolo. Inoltre, la norma di Buys-Ballot citata qui sopra si applica allo stesso modo.
Le linee tracciate in una carta che congiungono i punti nei quali una data superficie isobarica ha il medesimo geopotenziale, si chiamano gli isoipse (ancora un termine erudito) e sono rappresentate in nero sulla carta qui di seguito (che è la medesima mostrata qui sopra). Si può dedurre che il vento che soffia sopra Madrid, non sia molto forte (isoipse molto intervallate), e che viene dal Sud.
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Ora proveremo a familiarizzarsi rapidamente con alcune configurazioni di base, e a collocare in esse 2 termini che ritornano molto spesso in meteorologia: promontori e saccature. Per definizione, una saccatura è un'area allungata a forma di U o di V, di pressione relativamente bassa, che si protende da una depressione, cioè un'area dove i geopotenziali molto bassi hanno tendenza ad inghiottirsi verso Sud (linee rosse). Le saccature sono spesso sinonimi d'instabilità e di tempo perturbato. Non è raro che queste saccature scendano così tanto verso Sud che finiscano per isolarsi in una goccia fredda; le isoipse formano in questo caso un cerchio, e le temperature in quota indicano che l'aria è più fredda all'interno della goccia piuttosto che ai suoi margini (da qui il suo nome): questo tipo d'isolamento può produrre anche autentiche tempeste, poiché l'aria diventa instabile con l'arrivo d'aria fredda in quota. A contrario, un promontorio è un'area allungata di pressione relativamente alta che si protende da un anticiclone, con isobare a forma di U o di V. Nel secondo caso prende più propriamente il nome di cuneo. E' dunque un area dove gli alti geopotenziali hanno tendenza ad inghiottirsi verso Nord (linee blu). Queste aree sono spesso sinonimi di tempo bello e stabile.
Lo spessore geopotenziale
Ora sappiamo cos'è un geopotenziale... occorre ora conoscere un'altra nozione: lo spessore tra 2 superfici isobare. Sulle 2 carte precedenti, è lo spessore tra le superfici a 500 e a 1000hPa, che è rappresentato dalle aree colorate, cioè la differenza d'altitudine tra la superficie a 500hPa e quella della a 1000hPa.
Questo spessore è strettamente collegato alla temperatura dalla formula seguente:
Spessore = Z500-Z1000 = 67,445*T*log(500/1000).
Dove T è la temperatura media dello strato 500/1000hPa.
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Se ne deduce che lo spessore di uno strato dell'atmosfera è proporzionale alla temperatura media di questo strato (se si trascura l'umidità, poiché non è solamente la temperatura in sè che conta, ma la temperatura virtuale, che cambia con l'umidità). È per questo che le linee di spessore possono essere interpretate come carte della temperatura in quota. Questo parametro è utile per indivuduare abbastanza facilmente i fronti: non si individuano tanto dove la differenza di GPT è più elevata, ma un leggermente spostati verso i valori alti (fronte caldo in rosso, fronte freddo in blu, fronte occluso in violaceo).
Gli spessori possono anche risultare utili per la previsione della neve. Ad esempio, uno spessore dello strato 1000/850hPa inferiore a 1281m (valore calcolato) lascia buone possibilità di neve in pianura. Ma come tanti altri paramentri, anche questo non è infallibile.
Temperatura ad 850 hPa
Ecco un altro parametro, che ci permetterà di stimare grossolanamente la temperatura massima al suolo. Infatti, un'esperienza personale (e verificata dalla teoria) mostra che è possibile valutare la temperatura al suolo in funzione di quella a 850hPa (=1500m d'altitudine), aggiungendo in gerere tra 9 e 13°C:
+ 9°C con cielo interamente coperto
+ 11°C con cielo poco nuvoloso
+ 13°C con cielo sereno
Ci si può anche aiutare con i valori di umidità in quota per determinare le eventuali correzioni da apportare. Precisiamo che questo è un metedo molto aleatorio e molto dipende dalla zona di riferimento, se è posta in quota o in pianura, se viene influenzata da particolari microclimi, ecc. Ma spesso, in molti casi, vi possiamo assicurare che funziona.
Ovviamente, la carta di temperatura a 850hPa si utilizza per molti altri aspetti, ben più importanti: uno, ad esempio, è quello di individuare la traccia dei fronti a quest'altitudine.
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Su questa carta, la temperatura a 850hPa è rappresentata dalle aree colorate. Le linee nere, aiutano nella visione delle temperature, ma ovviamente essendo un modello ad ampia scala, non sono sempre così precise.
Le linee bianche rappresentano la pressione a quella determinata quota, e viene preso come punto di riferimento, per l'appunto 149DAM. La questione è la stessa dei 552DAM.
La temperatura potenziale ad 850hPa
Per comprendere la temperatura potenziale, si può citare quest'espressione, letta recentemente su un forum meteo francese, che ci è molto piaciuta: "la temperatura potenziale sta alla temperatura come la pressione al livello del mare sta alla pressione al suolo". E' cioè un valore virtuale poiché non misurabile, ma calcolabile.
Si sa infatti che la temperatura scende quando si sale di altitudine... e che quindi aumenta quando si scende di altitudine. Ebbene, la temperatura di una particella d'aria a 850hPa è la temperatura che avrebbe questa particella se la si costringesse a scendere verso la quota di 1000hPa (senza scambi di calore con il suo ambiente, ed a condizione che l'aria non sia satura).
Le mappe che descrivono la Temperatura Potenziale a 850HPa sono uno strumento ideale per localizzare il contenuto di umidità delle masse d'aria (alla quota di 850HPa), e quindi anche identificare le zone che, con più probabilità, saranno soggette a nuvolosità e precipitazioni.
Infatti tramite la lettura di queste carte è facile individuare anche dove si formeranno i fronti nuvolosi, mentre dalle normali carte termiche ad 850HPa si possono solo ipotizzare i fronti dall'andamento delle isoterme, con queste carte è visualizzabile proprio il fronte nuvoloso stesso anche in un regime termico ad 850HPa uniforme.
Il principio di funzionamento è subito svelato, alla stssa pressione (850HPa) e quindi più o meno alla stessa quota, si possono distinguere 2 masse di aria con contenuto di umidità differente. Se si ipotizzasse di far condensare tutto il vapore in esse contenuto e si utilizzazze il calore latente di condensazione per far riscaldare l'aria stessa (una molecola di acqua che passa dallo stato gassosso (vapore) allo stato liquido (acqua) libera, un certa quantità di calore che viene ceduto all'aria circostante.
Nel fare questo calcolo, però, viene portata "idealmente" quest'aria alla quota del mare (alla pressione, cioè, di circa 1000HPa), ed è chiaro che si tratta di una grandezza puramente teorica, ma molto utile per capire le differenti origini delle masse d'aria (aria secca, aria umida, ecc) che tendono a conservare la caratteristica fisica umidità/temperatura e di qui è molto utile a distinguere i fronti che, appunto, si formano proprio sulla linea di confine di masse di aria dalle caratteristiche fisiche differenti.
Valori positivi quindi per alto contenuto in umidità, capace di sviluppare per condensazione diversi gradi °C, valori bassi con aria secca... addirittiura negativi)
Una cosa interessante da notare, infatti, è come le aree di alta pressione non possano raggiungere temperature potenziali equivalenti ad 850 HPa alti (non al suolo, dove invece potrebbe anche avere contenuti elevati di umidità) visto che l'aria secca avendo pochissimo vapore non può produrre molto calore nella condensazione... anzi, tende al processo inverso.
Potete comparare questa carta con quella mostrata sopra, dove il fronte è stato già tracciato.
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La velocità verticale a 500hPa
Sappiamo tutti che il vento si muove orizzontalmente, ma si ha spesso la tendenza a dimenticare che il vento si muove anche attraverso moti verticali.
L'unità di misura utilizzata per definire la velocità verticale è espressa in hPa/ora quando l'aria sale (ascendenze), la velocità verticale è negativa, ed è positiva quando l'aria scende (cedimento).
Sebbene la componente verticale del vento sia molto debole rispetto alla componente orizzontale (qualche cm/s contro molti m/s), sarebbe comunque un grave errore trascurare questo parametro. Infatti, la velocità verticale permette ad esempio di misurare lo stato di una depressione, l'attività di un fronte ecc.... in più, se associato all'umidità in quota, questo parametro è molto interessante per darci un'idea dell'entità di una precipitazione e dove essa andrà a cadere.
Si può osservare da questa mappa, che le zone di ascendenza (in rosso) sono associate a zone molto nuvolose e piovose (a causa della condensazione dell'aria che sale in quota), e dunque ai fronti (potete fare una comparazione con la carta di temperatura potenziale ad 850hPa). Invece, le zone di subsidenza annunciano generalmente tempo stabile e soleggiato. La massa d'aria stagnante, infatti, durante il suo movimento di discesa, generalmente accompagnato da divergenza negli strati inferiori, si riscalda secondo la termovariazione adiabatica secca, sicché la struttura termica verticale varia e la stabilità aumenta.
Quando l'aria è allo stesso tempo in fase ascendente ed instabile (vedere indici d'instabilità), si possono temere forti perturbazioni.
Vento a 300 hPa
Un'altra quota decisamente interessante per monitorare la velocità del vento è quella di 300hPa. Infatti, è più o meno a questa quota che si trovano le cossiddette correnti a getto o Jet-Stream.
Un getto che comporta venti che raggiungono o che superano i 200km/h è abbastanza potente, e può causare la formazione molto rapida di temporali a volte violenti se un'anomalia termica o di pressione si realizza al di sotto di esso (sfasamento tra isoterme ed isoipse a 500hPa ad esempio).
Un esempio pratico dove si può osservare un Jet Stream molto forte
La corrente a getto rappresenta un fattore fondamentale anche per lo sviluppo e la propagazione delle supercelle. Gli ingredienti necessari affinché un temporale possa svilupparsi sono umidità (moisture), instabilità (instability) e sollevamento (lift). Una supercella ha bisogno di un ulteriore ingrediente: il wind shear. La corrente a getto produce un forte wind shear verticale. Nei livelli bassi dell'atmosfera, i venti possono essere due o tre volte minori rispetto al vento che esiste nel cuore della corrente a getto. Quando un temporale si sviluppa, il top della nube temporalesca incontrerà venti più forti che non alla sua base. Ciò farà inclinare la nube man mano che essa si andrà estendendosi in altezza. Tale inclinazione rende la nube potenzialmente più vigorosa, in quanto le correnti ascendenti sono sostituite da quelle discendenti. Quando la corrente ascendente è rimpiazzata da quella discendente, essa non ne viene cancellata da quest'ultima. Lo shear risulterà ulteriormente accresciuto se i venti a bassa quota differiscono per più di 40° in direzione dal vento della corrente a getto.
La tropopausa
Si sa che la tropopausa segna la zona di transizione tra il troposferae ed il stratosfera. In generale, la tropopausa si situa intorno ai 300hPa, ed è in realtà una superficie semirigida. Cioè che non può essere spinta molto verso l'alto (a causa della stabilità verticale che si ha a questa quota, indotta dalla risalita della temperatura nella stratosfera), ma può senza troppi problemi essere risucchiata verso il basso (l'aria stratosferica fredda e secca fa in questo caso un'intrusione nella troposfera).
Queste immissioni della tropopausa verso il basso si possono individuare grazie ad un nuovo parametro meteorologico: la vorticità potenziale (VP). Non si andrà in questo caso nei dettagli, ma considereremo soltanto che questo è un parametro che permette di fare una distinzione tra aria stratosferica ed aria troposferica. La vorticità potenziale si esprime in PVU (Potential Vorticity Unit in inglese). L'aria troposferica ha generalmente una VP inferiore a 1,5PVU, mentre l'aria stratosferica ha una VP spesso in larga misura superiore a 1,5PVU. Si capisce facilmente che la tropopausa (detta dinamica) ha una TP costante di 1,5PVU.
La carta qui di seguito mostra la VP della superficie isentropica di 320K. Per semplificare la comprensione della carta, si trascureranno le variazioni d'altitudine di questa superficie isentropica, e si supporrà che l'altitudine, o piuttosto la superficie isobara alla quale si trova questa isentropica di 320K è costante = 300hPa. Applicando quindi ciò che è stato detto più su, si può capire che dove la VP è superiore a 1,5PVU, l'aria stratosferica viene inghiottita verso il suolo; dove la VP è inferiore a 1,5PVU, la tropopausa viene stata spinta verso la stratosfera, mentre dove la VP è uguale a 1,5PVU, la tropopausa rimane costante al livello di 300hPa.
In realtà, non sono tanto i valori di VP ad essere importanti, ma soprattutto le zone dove la VP varia abbastanza rapidamente e su brevi distanze. In queste zone, si dice che c'è uno sganciamento della tropopausa. E precisamente, un cedimento brutale della tropopausa indica un fronte in quota, che costringe l'aria che si trova appena dinanzi ad esso a salire rapidamente verso l'alto. Ciò può anche contribuire alla formazione di forti perturbazioni.
