SULLA METEREOLOGIA

• Qualche definizione:
  • Pressione: normalmente la pressione "normale" è attorno ai 1010-15; quando la pressione è molto bassa, arriva a 960 (e il tempo diventa terribile); Il massimo della pressione alta può arrivare a 1070; gli anticicloni sono aree (delimitate da isobare) di pressione alta.
    La densità dell'aria secca al livello del mare è circa 1/800 volte minore della densità dell'acqua, ma salendo di quota essa diminuisce rapidamente, in modo direttamente proporzionale alla pressione e inversamente proporzionale alla temperatura. La pressione atmosferica normale a livello del mare, misurata per mezzo di precisi barometri, è circa di 760 torr, cioè 760 mm di mercurio (1 torr equivale alla pressione esercitata da una colonna di mercurio alta 1 mm), ma all'aumentare della quota diminuisce rapidamente, dimezzandosi ogni 5,6 km circa; a 80 km essa è approssimativamente uguale a 0,007 torr. Questo significa che la metà dell'intero contenuto d'aria dell'atmosfera si trova al di sotto dei 6 km di quota.
  • Pa: Pascal
• La nostra Biosfera:
  • Permafrost: suolo perennemente congelato. Vasti tratti di permafrost attraversano l'Alaska, l'Europa settentrionale, l'Asia settentrionale e l'Antartide, mentre la Groenlandia ne è quasi completamente ricoperta.
  • Atmosfera: involucro di gas che circonda ogni corpo celeste dotato di un campo gravitazionale abbastanza intenso. L'atmosfera terrestre è composta principalmente da azoto (78%) e ossigeno (21%), e contiene in quantità minori argo (0,9%) e anidride carbonica (0,03%); sono presenti anche percentuali variabili di vapore acqueo e tracce di idrogeno, ozono, metano, monossido di carbonio, elio, neon, cripto e xeno.Senza l’atmosfera sulla Terra non esisterebbe la vita. L’atmosfera è una miscela di gas (soprattutto azoto e ossigeno) che permette agli esseri viventi di respirare e li protegge dalle radiazioni provenienti dallo spazio. E' composta (nell'ordine) da: Troposfera, Stratosfera, Mesosfera, Ionosfera, Esosfera e Magnetosfera
  • Ionosfera (o Termosfera): è la regione che va dagli 80 ai 640 km, dove gli atomi si dissociano in elettroni e ioni. E' detta Ionosfera a causa della concentrazione relativamente alta degli ioni nell'aria. Lo studio della propagazione e della riflessione delle onde radio ha mostrato che, a partire da circa 80 km di quota, la radiazione ultravioletta, i raggi X e i fasci di elettroni provenienti dal Sole, hanno un effetto ionizzante sui gas che costituiscono l'atmosfera, aumentandone la conducibilità elettrica e la capacità di riflessione di onde radio di determinata lunghezza d'onda.
  • Fasce di Van Allen (o Fasce di raziazione): zone dello spazio che circondano la Terra e i pianeti Giove e Saturno, e che contengono protoni ed elettroni ad alta energia elettricamente carichi. Queste fasce di radiazione consistono di elettroni e protoni intrappolati in una regione a forma di ciambella centrata sull'equatore magnetico. Questa regione si estende da qualche centinaio di chilometri sopra la superficie terrestre fino a 50-60.000 km di distanza. Gli elettroni e i protoni provengono dai raggi cosmici e dal vento solare, un flusso continuo di particelle cariche, perlopiù elettroni e protoni, emesso dal Sole. Poiché il campo magnetico è più intenso in prossimità dei poli della Terra (in quelle regioni le linee di campo sono più fitte), le particelle vengono riflesse e si muovono avanti e indietro tra i poli nord e sud terrestri percorrendo appunto traiettorie a spirale.
  • Magnetosfera: regione dello spazio dove si trovano ioni di gas atmosferici rarefatti che risentono fortemente del campo magnetico terrestre e del vento solare; si estende dagli 800 km di altezza per decine di migliaia di km nello spazio; qui le particelle cariche si muovono secondo schemi complicati, che cambiano o si intensificano in risposta alle condizioni del sole, creando perturbazioni nella ionosfera e, talvolta, problemi ai satelliti
  • Stratosfera: sopra la Troposfera, con cui spesso scambia vapore acqueo. La temperatura è praticamente costante, aumentando leggermente con l'altezza in particolar modo nelle regioni tropicali. All'interno della fascia di ozono la temperatura cresce più rapidamente e, al limite superiore della stratosfera, circa 50 km sopra il livello del mare, raggiunge valori prossimi a quelli registrati sulla superficie terrestre.
  • Troposfera: la parte più bassa dell'atmosfera, in cui si svolgono la maggior parte dei fenomeni metereologici; si estende fino a circa 15 km di quota nelle regioni tropicali e fino a circa 10 km alle latitudini temperate, ed è caratterizzato da una diminuzione costante della temperatura che decresce con l'altezza di circa 5,5 °C ogni chilometro; la troposfera è la zona in cui si forma la maggior parte delle nuvole.
• Fenomeni climatici:
  • Aurora boreale (o "luce del Nord"): zona luminosa della ionosfera dove particelle di alta energia in arrivo dallo spazio colpiscono atomi di ossigeno e azoto; le collisioni eccitano gli atomi che quindi emettono luce di diversi colori
  • Ciclone tropicale: massa d'aria umida che si solleva dal mare e si sposta sulla terraferma salendo in verticale.
  • El Niño: Il fenomeno è legato al movimento degli alisei. Questi venti, che di norma soffiano da Nord-Est (nell'emisfero boreale) e da Sud-Est (nell'emisfero australe) portando le acque tiepide superficiali verso occidente e richiamando acque fredde dal profondo dell'oceano lungo le coste del Perù, verso Natale perdono di intensità e viene così a crearsi una vasta area di acque tiepide che si estende dall'America latina fino all'Australia, alle Filippine e all'Indonesia. Questa situazione può generare una serie di perturbazioni climatiche (siccità e incendi in Australia, alluvioni in zone normalmente aride nel Perù, tempeste anormali che hanno ridisegnato alcune spiagge della California, morie diffuse di pesci e uccelli).
  • Fulmini: dall'epoca di Franklin gli scienziati hanno capito che le cariche elettriche possono accumularsi lentamente nelle nubi e poi dare origine a lampi violenti quando l'energia immagazzinata si scarica all'improvviso.
  • Onda corta: è un vortice ad alta quota con venti a 100-150 km/h.
  • Pioggia: nel gelido ambiente della sommità delle nubi, le goccioline superraffreddate condensano quando incontrano una particella solida di ghiaccio o polvere.
  • Precipitazioni a carattere alluvionale: hanno maggiore intensità e minore durata.
  • Supercella: violenta perturbazioni a lunga vita e di intensità costante (tempesta). Quando tempeste multiple si sviluppano in prossimità, spesso interferiscono l'una con l'altra riguardo al potenziale di generazione di tornado. Una tempesta può divorare tutta l'energia disponibile oppure può riversare il suo contenuto di aria fredda e umida in un'altra. Spesso le tempeste si stabilizzano in poche ore in una linea o in un grappolo poco idoneo alla produzione di tornado.
  • Tempesta geomagnetica: quando strati di elettroni liberi della ionosfera si spostano in modo imprevedibile (interrompendo le trasmissioni radio che vengono fatte riflettere su questi strati) e violento e le particelle acquisiscono un'energia elevata, a volte per diversi giorni. Quelle più terribili possono anche interrompere le linee di trasmissione dell'energia elettrica (come nel marzo 1989 in Canada, dove milioni di persone rimasero senza elettricità per molte ore).
  • Tempesta solare: quando il Sole è perturbato, emette più radiazioni ultraviolette del normale, scaldando l'atmosfera della Terra, che si espande. Poiché i satelliti orbitano all'esterno dell'atmosfera, questa espansione li frena e li fa andare in un'orbita più bassa. Allora i controllori di terra devono usare un po' del "prezioso" carburante per rimetterli nell'orbita appropriata (abbreviandone però la vita operativa).
  • Tornado: violento vortice di vento, accompagnato in modo caratteristico da una nube a forma di imbuto che si protende verso il suolo da un cumulonembo. Il diametro del vortice può andare da pochi metri a circa un chilometro, con una media di alcune centinaia di metri, e la velocità del vento nell'imbuto può superare i 500 km/h. L'imbuto è reso visibile dalla polvere che viene risucchiata dal suolo e dalla condensazione di goccioline d'acqua.
  • Uragano e Tifone: Uragano indica un ciclone migratorio tropicale che si sviluppa sugli oceani nelle regioni prossime all'equatore, in particolar modo nel mare dei Caraibi e nel golfo del Messico. I cicloni che si sviluppano nella parte occidentale dell'oceano Pacifico sono invece detti tifoni.
  • Wind Shear (o Downburst): vento forte verticale verso terra, che "rifrange" e ritorna verso l'alto; un aereo prima viene spinto in alto (per il rimbalzo del wind shear sul terreno) e poi schiacciato a terra. Ha causato molti incidenti aerei.
• Pratica di mare: osservatorio dell'Aeronautica militare.
• Paleoclimatologia è lo studio del clima del passato (quando non esistevano misure sistematiche del clima), utilizzando, al posto degli strumenti, dati sull'ambiente naturale ("proxy records") per dedurre le condizioni climatiche. Questa disciplina non si limita a collezionare evidenze sui climi passati, ma studia anche i processi climatici alla base di quelle condizioni.
• Analisi delle severe thunderstorm type (tornadoes, large hail, and/or damaging winds) : i 2 parametri fondamentali da analizzare sono le variazioni di buoyancy and shear in the convective storm environment e la previsione di questi fenomeni dipende in larga misura da un accurata valutazione delle interrelazioni fra questi 2 parametri (oltre ad altri parametri come i boundaries).
• WCM: è il local severe weather focal point or climatological focal point
• I rischi delle tempeste solari sono: tempeste geomagnetiche, tempeste da radiazioni solati e radio-blackouts
• L'uso crescente dei modelli dinamici aprì la strada verso la scoperta del caos. Nel 1961 Lorenz del MIT scoprì che i modelli dinamici erano estremamente sensibili alle fluttuazioni delle condizioni iniziali (detto "effetto farfalla") e che anche l'atmosfera aveva questa caratteristica (oggi chiamata caos). A causa del caos il tempo non si ripete mai esattamente, sicché fare previsioni basate esclusivamente sul passato è uno sforzo inutile. Lorenz previsse anche che, al di là di 2 settimane (limite teorico), non si può dire se in un determinato giorno pioverà. Oggi i metereologi sono ancora molto lontani da questo limite (molti ritengono impossibile anche il preavviso di poche ore).
• Le condizioni che fanno formare un tornado a Oklahoma City sono oramai note da una cinquantina d'anni: un fronte di aria calda, umida e aderente al suolo, proveniente dal Golfo del Messico, passi sotto a uno strato  più freddo e secco che si trovi a una quota di diversi km, creando condizioni di instabilità. Spesso uno strato di aria calda e secca interposto fra i due funge da ammortizzatore, impedendo che si incontrino direttamente e tenendo a freno l'instabilità fino al tardo pomeriggio o alla sera, allorché l'aria riscaldata dall'insolazione fa breccia attraverso questo strato di separazione. A questo punto un può formarsi un tornado se sono presenti alcune altre condizioni (con la quota il vento deve intensificarsi o cambiare direzione; vicinanza di un fronte in prossimità del suolo; avvicinarsi di un vortice, ...). Quello che non si sa ancora è come si formano gli sciami di tornado.
• Nella scala dei tornado: F0 produce venti compresi fra 65-115 km/h, mentre F5 li produce compresi fra 415-510 km/h.
• I radar tradizionali usano l'energia riflessa di un fascio di onde radio per elaborare mappe delle precipitazioni; i radar Doppler (negli ultimi anni diventati anche mobili), invece, rilevano i cambiamenti di frequenza delle onde radio stesse per delineare anche l'andamento dei venti.
• La distribuzione stagionale delle piogge nel bacino del Mediterraneo sta progressivamente mutando come conseguenza dell'effetto serra e del riscaldamento globale. In Italia settentrionale sta aumentando la frequenza delle precipitazioni a carattere alluvionale. Inoltre gran parte dei disastri che hanno colpito l'Italia negli ultimi anni è legata a fenomeni atmosferici inconsueti: i cicloni di tipo tropicale. Infine i sistemi montuosi italiani sono relativamente giovani e soggetti quindi ad una continua azione di rimodellamento dei versanti, generando frane e piccoli smottamenti (che sono quindi "fisiologici" ma diventano pericolosi se le precipitazioni sono abbondanti). L'innalzamento delle acque potrebbe causare nel 2090 sommersioni periodiche di Manhattan.
• Spesso costruire gli argini è pericoloso, perché se il fiume supera l'argine, fa disastri. Bisogna quindi regolamentare le costruzioni nella fascia inondabile e realizzare invasi e bacini dove dirottare l'acqua in caso di emergenza.
• Negli anni '50 alcuni scienziati escogitarono l'inseminazione delle nubi (introducendo nelle nubi i cristalli di ioduro di argento (?? il ghiaccio secco) - succedanei delle particelle di ghiaccio e quindi capaci di fare condensare) per fare piovere. Un altro filone di indagini mira a combattere la grandine, riducendone la dimensione dei chicchi - e quindi i potenziali danni.
• Viste le previsioni di incremento del traffico aereo (+50% nei prossimi 10 anni), la possibilità di avere un andamento regolare dei voli dipenderà dal tempo e da previsioni più accurate.
• Lo studio di El Niño ha fatto scoprire che oceano e atmosfera sono intimamente legati in un ritmo oscillante, complesso ma non casuale - detto Southern Oscillation, di cui El Niño è l'oscillazione più forte ed evidente; infatti si parla di ELSO (El Niño/Southern Oscillation). In genere si verifica un El Niño ogni 4 anni, ma il ciclo è irregolare.
• Per le misurazioni di routine in quota i meteorologi hanno sviluppato la cosiddetta rawinsonda (radio-wind-sounding device), che consiste di un insieme compatto e leggero di strumenti per la misurazione di pressione, temperatura e umidità.

QUALCHE NUMERO

• L'Oklahoma è lo stato che viene spazzato più spesso dai tornado. Lo sciame (65) di tornado del 3 maggio '99 (alcuni di scala F5) ha distrutto 8.000 edifici, causando danni per oltre $1b. Uno dei tornado F5 ha avuto anche una larghezza di oltre 1.200 metri e ha percorso 60 km. L'allarme è arrivato 32 min. prima (la media è di 15 min) e i morti sono stati "solo" qualche decina (alcuni tornado hanno causato oltre 100 morti).
• Nel 1985 un tornado percorre oltre 350 km attraverso 3 stati (Missouri, Illinois e Indiana) e uccide 689 persone.Circa la metà di tutti gli abitanti degli USA è coinvolta in almeno un allarme per tornado all'anno, ma Oklahoma city è la capitale dell"allertamento".
• Nel 1900 un uragano spazza l'isola di Galveston (Texas) con venti di oltre 160 km/h e provoca un ondata di oltre 6 m che uccide 8.000 persone.
• Nel novembre 1970 un ciclone nel Golfo del Bengala (Bangladesh) uccide circa 300.000 persone.
• Al culmine della sua potenza il tifone Tip imperversa su un raggio di 1.100 km e l'occhio del ciclone misura una pressione di 870 millibar.
• La temperatura minima è stata -89,5° a Vostok (Antartide) e quella massima è stata +57,8° in Libia. Nel Montata - tra il 23 e il 24 gennaio 1916 - la temperatura precipitò da +6,5° a -49°.
• Il vento più forte (a eccezione del tornado) è stato in USA, con raffiche a oltre 370 km/h.
• In USA ogni anno 20 m.ni di fulmini raggiungono il suolo e provocano la morte di diverse centinaia di persone e causano ingenti danni materiali (soprattutto incendi); sono responsabili di circa metà delle interruzioni della corrente elettrica durante i temporali con un costo per le compagnie elettriche pari a anche $1b (danni alle apparecchiature e bollette non percepite). Il 22 giugno 1918 nello Utah i guardiaparco scoprirono le carcasse di oltre 500 pecore, evidentemente uccise da un solo fulmine.
• Nel 1998 El Niño ha distrutto in Perù circa 230.000 abitazioni con inondazioni. Quello del 1982-83 provocò migliaia di morti e più di $13b di danni. El Niño del 1972-73 portò al collasso l'industria peruviana del pesce, allora la prima del mondo, con gravi ripercussioni sul mercato globale.

STORIA

• Il primo tentativo di "scienza del tempo" nasce con Aristotele che, nella sua Metereologia (che significa studio di ciò che "sta sospeso in alto"), espose la sua teoria sulle caratteristiche dell'aria atmosferica. Le sue osservazioni furono poi riprese da Teofrasto, che ha lasciato la più antica collezione di segni del tempo - 80 presagi di pioggia, 50 di temporale e 24 di bel tempo (alcuni completamente privi di fondamento - le stelle cadenti annunciano pioggia)
• Nel Medioevo trionfò la Astrometeroelogia (pronostici fatti in base alla posizione di stelle e pianeti) e nacque l'almanacco (dall'arabo "al-manakh" - il luogo dove si facevano inginocchiare i cammelli per il carico) - in origine tavole astronomiche per determinare il giorno della settimana  e poi pubblicazione periodica dove, per ogni giorno, dava diverse notizie.
• Nel Rinascimento nascono gli strumenti per misurare le caratteristiche dell'atmosfera (termometro di Galieo, barometro e di Torricelli).
• La svolta decisiva per la creazione di un servizio metereologico internazionale efficiente venne dopo il disastro del 1854 durante la Guerra di Crimea, dove Francia, Inghilterra, Piemonte e Turchia persero 41 navi per una tempesta a Balaklava, nel Mar Nero.
• Nel 1878 venne creata l'Organizzazione Metereologica Internazionale, divenuta nel 1951 l'Organizzazione Metereologica Mondiale.

LINK INTERESSANTI

Weather Channel | AccuWeather | Meteo France | Dundee Satellite (UK)

NASA | AMS (American Metereological Society) | FAA (Federal Aviation Administration
NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) 
NCAR (National Center for Atmospheric Research) 
NCEP (National Center for Environmental Prediction) 
ITWS (Integrated Terminal Weather System : sistema che fa previsioni usando diverse fonti
HPC (Hydrometereological Prediction Center) : uno dei centri di eccellenza sulla previsione
CAPS - Univ. Oklahoma: per l'analisi e la previsione delle tempeste
NWS (National Weather Service) di Norman - Oklahoma: i dati del disastro del 3may99
SPC (Storm Prediction Center): per l'analisi delle tempeste
NCDC (National Climatic Data Center): ha i primati sulle condizioni del tempo
CPC (Climate Prediction Center): centro del NCEP (National Centers for Environment Prediction)
NLDN (National Lightning Detection Network): centro per il controllo dei fulmini gestito da GAI di Tucson
GAI (Global Atmospherics Inc): azienda privata specializzata in "gestione fulmini"
CIFAR (Cooperative Inst for Artic Research): segue l'impatto dell'effetto Serra sui ghiacci
UMAC (Upper Midwest Aerospace Consortium): immagini satellitari delle fattorie fatta dalla NASA per gli agricoltori
GOES - NOAA: approfondimenti sui satelliti USA GOES
SEC (Space Environment Center): informazioni e approfondimenti sugli effetti delle tempeste solari
Società Metereologica Europea 
Centro nazionale di Metereologia e Climatologia Aeronautica 
Centro europeo di Reading 
Metosat di Darmstadt 
ICRAM (Ist. Centrale per la Ricerca scientifica Applicata al Mare) 

ALTRI LINK: OREGON Scientific | Aviation-related links | MetEd (Meteo Education & Training) | 

Aggiornato il 8 gennaio 2001