Le nuove frontiere delle previsioni meteorologiche

temporale - Foto di Radoslaw WyjadlowskiLe osservazioni da satellite permettono di valutare le temperature delle nubi per ottenere accurate previsioni di perturbazioni particolarmente intense fino a 45 minuti prima rispetto a quanto attualmente consentito dal tradizionale radar meteorologico.

E’ quanto affermano i ricercatori dello Space Science and Engineering Center della University of Wisconsin-Madison che, in collaborazione con gli scienziati del Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies (CIMSS), hanno sviluppato una nuova modalità di misurazione delle variazioni termiche nella parte più alta delle nubi con lo scopo di migliorare e ridurre i tempi di previsione con particolare riferimento ai casi di perturbazioni a crescita rapida.

“L’importanza di scoprire e analizzare questi cambiamenti termici sta nel fatto che possiamo anticipare di ben 45 minuti la previsione di un sistema di perturbazioni rispetto a quanto è attualmente possibile fare con il radar” spiega Wayne Feltz ricercatore del CIMSS.

Le nubi iniziano a raffreddarsi molto prima che il radar possa identificarle come perturbazioni in formazione. Un cumulo caldo inizia a crescere e ad espandersi verso l’alto, in direzione di altitudini più elevate, in modo tale che si raffredderà rapidamente. Questo rapido raffreddamento nella parte più alta della nube può rivelare la formazione di una perturbazione di importante entità.

La temperatura delle nubi può essere misurata per mezzo di lunghezze d’onda nell’infrarosso vicino. Attualmente i satelliti geostazionari – si tratta di satelliti che stazionano sopra una determinata area della Terra – possono distinguere 5 differenti bande di frequenze, ogni banda si riferisce ad un diverso stadio di sviluppo del sistema nuvoloso. Il satellite può perciò fornire dati che consentono di valutare se la parte più alta della nube è formata da acqua allo stato liquido piuttosto che acqua molto fredda o persino ghiaccio.

Attraverso un algoritmo, accuratamente studiato per lo scopo, i ricercatori possono analizzare al computer le scansioni ottenute da satellite per valutare in modo molto rapido le variazioni termiche negli strati più alti del sistema nuvoloso.
Questo metodo permette di capire se evolverà una tempesta oppure no.
“Noi siamo alla ricerca delle transizioni. Se la parte più alta della nube è ricca di acqua allo stato liquido che si raffredda rapidamente è possibile che stia iniziando un’attività convettiva” afferma Feltz.

Feltz e altri scienziati del CIMSS, come Kris Bedka, oltre ai colleghi del National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), hanno dimostrato la “previsione a breve termine dell’inizio di attività convettiva” e “il tasso di raffreddamento nella parte più alta di una nuvola” presentando i loro dati allo Storm Prediction Center.

Questa ricerca apre nuove prospettive riguardo alla possibilità di prevedere con maggiore anticipo eventi meteorologici di una certa entità che potenzialmente potrebbero rivelarsi pericolosi per la popolazione.

Bisogna infatti ricordare che, in alcuni casi, la tempestiva comunicazione dell’arrivo di una perturbazione severa può fare la differenza. Basti pensare agli uragani e ai tornado che colpiscono frequentemente l’America settentrionale e numerose altre zone del mondo.

Negli ultimi anni l’intensità dei fenomeni meteorologici è in aumento, come testimoniano anche gli eventi distruttivi prodotti da alluvioni e trombe d’aria che colpiscono il territorio italiano ed europeo. Tra le possibili cause bisogna ricordare, oltre all’intensiva antropizzazione del territorio, l’effetto del riscaldamento globale sulle perturbazioni meteorologiche. Il calore presente nell’atmosfera, infatti, dona maggiore energia agli eventi meteorologici che risultano di conseguenza più intensi e potenzialmente pericolosi per l’uomo.

Il radar

Nell’ambito delle previsioni a breve termine, i radar meteorologici permettono di misurare la quantità di goccioline di pioggia o cristalli di ghiaccio presenti in atmosfera con una precisione di 1 chilometro quadrato.

I radar sono composti da un’ emittente: invia onde elettromagnetiche nell’atmosfera con un raggio di circa 200 km, e da una ricevente: raccoglie la riflettività (frazione di energia riflessa) proveniente dagli oggetti che hanno ostacolato il percorso delle onde elettromagnetiche emesse. Maggiore è la presenza di acqua, sotto forma liquida o solida, nelle nubi maggiore sarà la riflettività e quindi l’intensità della precipitazione, inoltre, i diversi tipi di precipitazione presentano valori di riflettività differenti.

I radar emettono onde nello spettro delle microonde, infatti, queste lunghezze d’onda permettono di rilevare la presenza di eventuali gocce d’acqua o cristalli di ghiaccio nei sistemi nuvolosi.

I dati forniti dal radar servono per l’elaborazione informatica che ha lo scopo di valutare la presenza e l’entità delle precipitazioni che vengono quindi rappresentate su mappe con differenti tonalità di colore.

Il radar Doppler sfrutta l’effetto Doppler per stimare la velocità di spostamento delle nubi. Questi strumenti servono sia per valutare l’intensità sia la direzione di spostamento dell’evento meteorologico.

E’ possibile ottenere una buona precisione nelle previsioni meteorologiche con una distribuzione uniforme di strumenti di rilevamento sul territorio. In Italia, come in numerosi altri Paesi, tale processo è ancora in fase di sviluppo.

Le nubi

Le nubi sono aggregati visibili, in sospensione nell’atmosfera, costituiti da minuscole gocce d’acqua o da piccoli cristalli di ghiaccio o entrambi. Quando le goccioline superano il diametro di 200 μm diventano gocce di pioggia.

Sono state osservate variazioni significative nelle dimensioni delle gocce nei diversi tipi di nubi.

Esistono numerose forme di nubi, alla classificazione di Howard del 1803 che distingueva strati, cumuli e cirri, sono seguite numerose classificazioni fino a quella del 1975 pubblicata dall’Organizzazione Meteorologica Mondiale che prevede 10 generi, ognuno dei quali comprende un numero variabile di specie e di varietà.

  • Cirri (Ci): nubi isolate, costituite da cristalli di ghiaccio. Hanno forma di filamenti bianchi o di strisce bianche.
  • Cirrocumuli (Cc): nubi costituite da cristalli di ghiaccio. Si trovano in banchi sottili, trasparenti, biancastri, a volte allineate o in strisce.
  • Cirrostrati (Cs): nubi costituite da cristalli di ghiaccio. Formano un velo biancastro di aspetto fibroso o liscio che copre il cielo determinando aloni attorno al disco solare o a quello lunare.
  • Altocumuli (Ac): nubi in banchi rotondeggianti simili a batuffoli, di colore biancastro o grigio. Quando si presentano in file ordinate e compatte si dice comunemente “cielo a pecorelle”.
  • Altostrati (As): nubi che costituiscono una distesa grigia di aspetto striato che copre il cielo. E’ formata sia da goccioline d’acqua sia da cristalli di ghiaccio e può dare luogo a precipitazioni deboli e continue.
  • Nembostrati (Ns): nubi grigie, di aspetto poco definito a causa della pioggia o della neve. Possono essere accompagnati al di sotto da nubi basse e frastagliate.
  • Stratocumuli (Sc): nubi a banchi formati da grossi elementi arrotondati più o meno uniti tra loro. Hanno colore grigio con parti più scure. Sono costituite da goccioline d’acqua e danno luogo a piogge deboli.
  • Strati (St): nubi che costituiscono una distesa grigia con base più o meno definita e spessore variabile. Possono dare luogo a piogge deboli o nevischio.
  • Cumuli (Cu): nubi isolate, generalmente dense e dai contorni netti. Hanno base scura quasi orizzontale e le parti illuminate dal sole sono bianco brillante. Si innalzano verticalmente assumendo spesso nella parte superiore un aspetto arrotondato simile a un cavolfiore.
  • Cumulonembi (Cb): nubi dense a forte sviluppo verticale. La parte inferiore è scura e frastagliata mentre la sommità può essere appiattita, fibrosa o striata, spesso a forma di incudine. Provocano violente precipitazioni, grandine e temporali.

Bibliografia

Casati P. – 2002, Scienze della Terra vol.2, Città Studi Edizioni