METEOROLOGIA: La scienza che studia il tempo atmosferico

Che cos’è il TEMPO ?

Per tempo meteorologico s’intendono le condizioni dell’atmosfera in un dato luogo e in uno specifico momento. Il tempo può cambiare anche più volte nel corso di una giornata; se si considerano le condizioni atmosferiche su più giorni o più settimane si parla di andamento del tempo.

Quest’ultimo è oggetto di studio della Meteorologia: scienza che studia i processi fisici che avvengono nell’atmosfera.

Dove ha origine il TEMPO ?

La superficie terrestre è avvolta da un involucro gassoso, chiamato atmosfera (dal greco atmós che significa soffio), senza il quale i fenomeni meteorologici non ci sarebbero. In particolare, lo strato dell’atmosfera determinante per il tempo è quello più vicino alla superficie terrestre: la TROPOSFERA, con uno spessore di circa 8 chilometri in corrispondenza dei poli, 11 chilometri alle nostre latitudini e 17 chilometri in corrispondenza dell’equatore.

La troposfera contiene oltre all’azoto e all’ossigeno, in maggiore quantità, anche vapore acqueo, anidride carbonica, gas nobili e finissime particelle solide.

Il motore del nostro sistema atmosferico è il Sole; con le sue radiazioni fornisce enormi quantità di energia alla Terra, mettendo così in movimento l’aria e l’acqua.

Quest’ultima ricopre la maggior parte della superficie terrestre e accumula una parte dell’energia solare sotto forma di energia termica. Le correnti marine trasportano questa energia per migliaia di chilometri, contribuendo così a regolare la temperatura sulla Terra. Il vapore acqueo originato dall’evaporazione dell’acqua dei mari, è trasportato dai venti sulla terraferma, dove può formare delle precipitazioni.

Il VENTO

Tutti i fenomeni naturali sono dettati dalla costante ricerca dell’equilibrio. Per questo motivo, una differenza di pressione (per insolazione) mette in moto le masse d’aria: il loro spostamento dalle zone di alta pressione verso quelle di bassa pressione genera i moti delle masse d’aria.

Il vento, definito come il movimento orizzontale di una massa d’aria, ha quindi la funzione di livellare il campo barico e, nel complesso, di ripristinare l’equilibrio dell’atmosfera che l’insolazione invece tende a disturbare con continuità.

L’aria, tuttavia, non segue un percorso diretto dall’alta pressione a quella di bassa pressione, ma a causa della rotazione della Terra, nell’emisfero Nord è deviata verso destra. Ciò fa sì che in una zona di bassa pressione le masse d’aria circolino in senso antiorario, mentre in una zona di alta pressione la circolazione avviene in senso orario.

LE NUBI E LE PRECIPITAZIONI

Il vapore acqueo è una componente fondamentale dell’aria. Nell’aria fredda troviamo poco vapore d’acqua, mentre nell’aria calda se ne può trovare di più.

Le nubi sono la manifestazione fisica e visibile dei movimenti verticali e orizzontali dell’aria (dinamica atmosferica). Quando una massa d’aria è costretta a salire di quota, incontra temperature via via più basse. L’umidità contenuta in una massa d’aria (e di conseguenza il vapore acqueo) comincia a raffreddarsi e raggiunta la temperatura di rugiada, con umidità relativa superiore al 100%, condensa sotto forma di minute goccioline, formando una nube. L’altezza alla quale inizia la condensazione viene chiamata LCL – Lift condensation Level –  livello di condensazione. Tale altezza corrisponde alla base della nube.  Superato il livello di condensazione, se il moto ascensionale dell’aria tende a smorzarsi, si svilupperà una nube in senso orizzontale (stratiforme); se invece il moto ascensionale continua con una certa velocità anche dopo il livello di condensazione, si svilupperà una nube in senso verticale (cumuliforme).

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Tuttavia, raggiunta la saturazione, il vapore acqueo condensa in piccole goccioline di acqua, che, se le temperature sono molto basse, possono trasformarsi in minuscoli cristalli di ghiaccio. In una nube possono essere presenti contemporaneamente goccioline di acqua e cristalli di ghiaccio, a seconda della temperatura, turbolenza e sviluppo verticale della nube.

Le precipitazioni si verificano quando le goccioline oi cristalli di ghiaccio si aggregano fra loro per coalescenza (cioè per aggregazione dovuta a collisione) e/o per moti turbolenti, diventano talmente pesanti da non essere più trattenuti in aria dai moti ascendenti. Quando i cristalli di ghiaccio cominciano a scendere al suolo, incontrando temperature man mano più alte, si fondono e si aggregano con le gocce sottostanti, formando gocce ancora più grosse. Quando arrivano al suolo le gocce possono raggiungere la velocità di 4 m/s. Se le temperature rimangono basse lungo tutta la discesa, le precipitazioni sono a carattere nevoso.

Il TEMPO METEOROLOGICO È matematica

Il primo tentativo di esprimere i fenomeni atmosferici in formule matematiche risale a molti decenni fa. oggi modelli numerici sono un elemento imprescindibile della meteorologia. le previsioni di domani sono il risultato di migliaia di equazioni.

Il tempo è il risultato di complessi processi fisici dell’atmosfera che possono essere approssimativamente espressi tramite equazioni matematiche. Secondo la temperatura, la pressione e l’umidità dell’aria o la velocità dei venti possono innescarsi diversi processi: si formano nuvole, precipitazioni o venti, zone di alta o bassa pressione. I modelli numerici devono poter riprodurre tramite formule matematiche tutti questi fenomeni.

MODELLI NUMERICI

 Il problema di fondo è che le equazioni alla base della fisica atmosferica non hanno una soluzione analitica esatta. Ma i meteorologi e i matematici hanno trovato una via d’uscita e cercano di avvicinarsi alla soluzione utilizzando i modelli numerici e approssimazioni matematiche che richiedono tuttavia moltissimi calcoli di estrema complessità. Ecco perché soltanto la comparsa di computer molto potenti ha aperto la strada allo sviluppo dei modelli meteorologici numerici.

I modelli numerici lavorano immaginandosi di stendere attorno al globo o su una determinata parte di esso una griglia tridimensionale a più livelli (globale, continentale, regionale e locale). A ogni nodo della griglia un sistema di formule calcola l’evoluzione di diverse grandezze meteorologiche quali la temperatura, la pressione o l’umidità dell’aria oppure i venti. Le condizioni iniziali sono costituite dai dati reali misurati in quel nodo della griglia (se disponibili) o vicino ad esso. Da essi il supercalcolatore calcola come si evolverà lo stato dell’atmosfera nei giorni seguenti.

Maggior periodo di previsione, minor precisione

Il tempo è un sistema caotico in cui anche i più piccoli cambiamenti possono influenzare di molto il corso dell’evoluzione. Secondo i valori di partenza le previsioni dei modelli possono quindi differire considerevolmente. Ciononostante per molti nodi della griglia non sono disponibili dei valori reali. Le condizioni iniziali vanno dunque calcolate – un fattore d’incertezza. Per definire l’attendibilità della previsione numerica sono utilizzati i cosiddetti modelli di ensemble: fino a 50 diverse condizioni iniziali sono immesse in un modello semplificato che calcola l’evoluzione del tempo implicata da ciascuna di esse. L’analisi statistica dei risultati determinerà lo scenario più probabile. Un esempio di quanto enunciato è il cosiddetto “grafico a spaghetti“, generato dal modello ensemble GEFS (Global Ensemble Forecasting System) per la previsione a 15 giorni dei valori di temperatura a 850Hpa (gruppo di linee in alto) e di precipitazione (gruppo di linee in basso). 

Nel grafico le linee colorate rappresentano i valori delle diverse simulazioni generate dal modello (20 simulazioni o membri). 

La linea rossa in ciascun gruppo rappresenta il valore della climatologia del periodo, ovvero il trentennio 1981-2010. La linea nera indica la media dei valori delle singole simulazioni o membri.  Si nota come le linee mostrano generalmente un andamento fortemente omogeneo nel breve periodo (primi due giorni), in cui risultano tutte accorpate sui medesimi valori di previsione, mentre con l’aumentare del periodo temporale le diverse simulazioni divergono creando il cosiddetto effetto “a spaghetti”, tipico dell’ensemble; motivo per il quale le previsioni a breve termine (1-2 giorni) sono molto più attendibili.

Quindi, riassumendo il tutto, la precisione delle previsioni dipende dalla tipologia della situazione meteorologica. Più il tempo è costante, più le previsioni sono precise. In caso di tempo variabile, le previsioni sono nettamente meno facili e meno sicure.  Le previsioni a lungo termine presentano maggiori difficoltà. Negli ultimi anni la quota di previsioni per l’indomani esatte è stata di circa l’85 per cento. Le previsioni per 2–5 giorni si sono avverate nel 75 per cento dei casi.

IL MAJORANA PREVEDE IL FUTURO METEOROLOGICO

“Se la sera si preannuncia un temporale, il contadino raccoglie il fieno già al mattino, l’organizzatore di un concerto all’aperto sposta l’evento a un’altra sera e il servizio di allerta competente avverte del rischio i naviganti”.

Tutte queste persone necessitano di previsioni meteo il più possibile precise.

Nota l’importanza delle previsioni meteo per le azioni quotidiane di ogni singolo individuo, i ragazzi dell’Istituto “E. Majorana” – indirizzo trasporti e logistica articolazione “conduzione del mezzo aereo”, a partire dal mese di novembre saranno impegnati in un laboratorio didattico finalizzato alla stesura di previsioni meteo riguardanti Milazzo nel fine settimana.

Prof. Gennaro Piccirillo