Previsioni del tempo ed elementi di nivologia

Paolo Bertolotto

SommarioIl clima e il tempoLa conoscenza delle grandezze e dei fenomeni fondamentali in meteorologiaMeteorologia sinottica (a grande scala) e mappe meteorologicheL’acquisizione e l’analisi di osservazioni meteorologicheI modelli meteorologici per la formulazione della previsioniL’emissione e la divulgazione dei bollettiniElementi di nivologia

Clima e tempo

Vapor acqueo: fino al 4%

CO2 aumento medio annuo: 0.4%

-0.93Argon

150.03Anidride carbonica

1020.9Ossigeno

10678Azoto

Tempo di permanenzaTempo di permanenza% volume% volumeGas permanentiGas permanenti

-

Nei primi Km-pulviscolo

Sino a 12-18 KmH2 0Vapor d’acqua

25-70 KmO3Ozono

QuoteQuotesimbolosimboloGas variabiliGas variabili

I dati dell’IPCC dimostrano che sono già in atto variazioni climatiche significative dovute alle attività umane.Queste

modificazioni del clima sono documentate da studi condotti a diverse scale su varie grandezze di interesse climatologico.

La linea di base è il valore medio della temperatura dal 1961 al 1990.

E’ semplicemente il peso dell’aria sopra la nostra testa.

L’unità di misura della pressione è l’ettopascal hPaLa diminuzione della pressione con la quota non è lineare e vale all’incirca

9 hPa ogni 100 m

Esiste una variazione giornaliera costante della pressione legata alla marea luni-solare, con una variazione massima di 1 hPa

Una variazione di 1-5 hPa nell’arco di una giornata non indica un cambiamento immediato del tempo. Al contrario se la variazione è di 10-20 hPa, questo prelude ad un “sicuro” cambiamento meteorologico.

Il valore medio della pressione s.l.m è 1013 hPaL’aria fredda è più densa e più pesante dell’aria calda

mb

m

altitudine Pressione (hPa)

0 1013.2

2000 795

4000 616

6000 470

10000 260

Le grandezze fondamentali in meteorologia:La pressione

La temperatura è una misura del calore in atmosfera.

L’unità di misura è il grado centigrado °C. In realtà nel S.I. è il Kelvin: T(°C)=T(K)- 273.15

La temperatura diminuisce linearmente con la quota, sino a 13 Km di altezza, di una quantità compresa tra 44°°CC e 1010°°CC ogni 1000 metri. Non è sempre detto però, che ciò accada sempre. In questi casi si parla di inversione termicainversione termica.

La temperatura

La struttura dell’atmosfera

Termosfera (o ionosfera)

Situata ad oltre 80 km di altezza, contiene particelle di gas ionizzate o dissociate, è ionizzata e quasi completamente rarefatta

Mesosfera Raggiunge un’altezza di 45-50 km e la luce solare scinde le molecole

Stratosfera Si trova ad un’altezza di 30 km ed è caratterizzata dalla formazione e dall’accumulo di ozono

Troposfera

Ha uno spessore di circa 10 km, caratterizzata dalla presenza degli organismi viventi e sede dei diversi fenomeni climatici e meteorologici, è caratterizzata dalla presenza di gran parte delle nuvole e da intensi moti d’aria

QUOTA DELLO ZERO TERMICO

DEFINIZIONE: quota alla quale la temperatura dell’aria nell’atmosfera passa da valori

positivi a valori negativi

Se sono alla quota dello z.t. a terra, misuro 0 °C?

Dipende:

1. Se c’è cielo coperto e vento, SI. Tale quota corrisponde inoltre al livello di gelo nelle ore notturne

2. Cielo sereno e assenza di vento, NO…o meglio, la temperatura alla quota indicata dallo z.t. oscillerà intorno a 0°C (fino a +5 °C di giorno/-5°C di notte). Il livello di gelo è più basso dello zero termico, con differenze anche di 1000 m.

CON INVERSIONE TERMICA (caso frequente in inverno) ci possono essere più livelli dove la temperatura sconfina con gli 0°C: si considera il livello più alto; In questo caso la quota dello z.t. ha maggiore incertezza

L’inversione termica

La temperatura aumenta con la quota!Raffreddamento dei bassi strati durante la notte.

In montagna i versanti si raffreddano la notte.L’aria discende verso le valli dove si accumula come un lago accentuando la calotta di aria fredda eventualmente già costituita.

Condizioni favorevoli alla nebbia ed al perdurare della neve accumulata sotto lo

strato di inversione.

La distribuzione dell’umidità nello spazio dipende alla struttura anemologica

La quantità di vapore d’acqua contenuto in una porzione di atmosfera dipende non linearmente dalla temperatura

Più l’aria è calda, più umidità può contenere ⇒

in inverno nevica relativamente poco in alta montagna “Fa troppo freddo per nevicare!”

L’umidità

Movimento dell’aria dovuto a differenze termiche

Unità di misura: 1 nodo = 0.51 m/s = 0.51*3.6 Km/h

Il vento

Foehn e stauTemperatura Umidità

Vento

Le nubi si formano tramite il processo di condensazione e si dissolvono mediante evaporazione. Quando l’RH supera il 100% (l’RH nelle nubi non supera il 101%. Valori superiori si raggiungono solo in condizione sperimentali), una parte del vapore acqueo condensa formando minutissime goccioline d’acqua che rimangono sospese nell’aria. Tale processo necessita della presenza dei cosiddetti nuclei di condensazione. Se questi sono grossi ed igroscopici (sostanze inquinanti), il processo di condensazione può iniziare già con umidità relativa pari al 70 %.

Le nubi

Ascesa forzata Ascesa forzata delldell’’aria aria

a causa di un ostacoloa causa di un ostacolo(montagna)(montagna)

Ascesa spontanea dellAscesa spontanea dell’’aria aria a causa del troppo caldoa causa del troppo caldo

(bolle di calore)(bolle di calore)

Ascesa forzata dellAscesa forzata dell’’aria a causa di una aria a causa di una struttura meteorologica (fronte caldo e struttura meteorologica (fronte caldo e

fronte freddo)fronte freddo)

Meccanismi di formazione delle nubi

Tipologie di nubi

I colori delle nubi sono un effetto della luce e non hanno in se un valore predittivo

La nebbia

nebbia da irraggiamento: si sviluppa al suolo per raffreddamento radiativo, tipica delle pianure, valli e percorsi fluviali durante le notti serene e prive di vento o con vento lieve, ma d’inverno può essere persistente per giorni

nebbia da avvezione: quando si ha scorrimento di aria caldo-umida su superfici fredde (tipico delle acque fredde - laghi, mari poco profondi – o delle terre fredde – Labrador, coste Adriatiche) o di aria freddo- umida su superfici gelide (p.es. innevate)

nebbia da vapore: quando aria fredda scorre su superfici caldo-umide (es. le superfici marine polari non ghiacciate, o su superfici bagnate quando ricompare il Sole dopo un temporale)

nebbia sopravvento: dovuta al movimento ascendente delle masse d’aria umide (di solito si manifesta come “nebbia alta” con nubi di tipo St)

I cristalli di ghiaccio ingrossano per impatti con goccioline d’acqua e si aggregano in fiocchi di neve che, a seconda delle condizioni di temperatura tra neve e suolo, possono cadere al suolo come neve o possono fondere in gocce di pioggia

Le precipitazioni

La grandine

Caso estremo dell’accrescimento dei cristalli attraverso il processo di brinamento.

Durante la caduta il bombardamento del cristallo da parte delle goccioline è così forte che la temperatura sulla superficie del cristallo aumenta fino a 0°C e una parte dell’acqua raccolta rimane allo stato liquido.

L’acqua sulla superficie del cristallo gela dopo che il chicco viene riportato a quote elevate: i chicchi percorrono un ciclo di sali-scendi seguendo le forti correnti verticali presenti nel cumulonembo, fino a precipitare.

Il territorio piemontese è caratterizzato da una grande variabilità spaziale del campo di precipitazioni: si individuano aree in cui si sono registrate tra le più alte piovosità medie annue dell’area alpina (fascia pedemontana settentrionale) accanto ad aree con valori di piovosità tra i più bassi in assoluto dell’area stessa (zone interne dell’arco alpino occidentale).

Precipitazioni annue sul Piemonte

Temporali•Sistemi meteorologici alla mesoscala, che interessano per breve tempo aree limitate

•Prodotti da forti correnti convettive (ascendenti: W>0) estese dal suolo fino alla tropopausa ed evidenti nelle nubi Cb a cavolfiore cella convettiva(simile a bolla)

•Un temporale consiste in una o più celle convettive ognuna delle quali può trovarsi in un istante qualsiasi del suo ciclo di vita.

•Il ciclo di vita di una cella convettiva temporalesca è suddivisibile in tre fasi:

- stadio dei cumuli

- stadio maturo

- stadio della dissipazione

La circolazione generaleLa circolazione generale

Ecco come potrebbe apparire la circolazione delle masse d’aria sulla superficie terrestre vista

dallo spazio

Meteorologia a grande scala

Alta pressione:

Cielo sereno o poco nuvoloso Sviluppo di nubi cumuliformi (rovesci, temporali improvvisi)Venti deboli o assenti (però: raffiche in prossimità dei temporali)Inversione termica, nebbie e foschieIrraggiamento notturno

Bassa pressione:

Cielo nuvoloso o coperto

Precipitazioni estese anche di lunga durata

Venti forti

Possibilità di formazione di nubi basse nelle valli

Anticiclone

Ciclone

Un ciclone rappresenta una zona mobile di bassa pressione, e viene definito anche come depressione o semplicemente “bassa pressione”

METEOSAT InfraRed

15th October at h 01:00 UTCI cicloni si generano più facilmente nelle zone che presentano grossi contrasti termici e nelle zone sottovento delle grandi catene montuose

I venti girano intorno al centro del ciclone in senso antiorario e sono tanto più forti quanto più grande è la differenza barica

I cicloni

La nuvolosità in un ciclone si dispone soprattutto lungo i fronti ed al centro del ciclone dove si sviluppano correnti ascendenti

Nella zona retrostante il fronte freddo si ha nuvolosità variabile con alternanza di schiarite ed annuvolamenti del tipo cumulus e cumulonimbus (specie d’estate)

Zona di alta pressione intorno alla Zona di alta pressione intorno alla

quale i venti girano in senso orarioquale i venti girano in senso orario

Cielo sereno o poco nuvoloso Cielo sereno o poco nuvoloso Sviluppo di nubi cumuliformi (rovesci, Sviluppo di nubi cumuliformi (rovesci, temporali)temporali)Venti deboli o assenti (raffiche in Venti deboli o assenti (raffiche in prossimitprossimitàà dei temporali)dei temporali)Inversione termica, nebbie e foschieInversione termica, nebbie e foschieIrraggiamento notturnoIrraggiamento notturno

Gli anticicloni

Il fronte caldo: aria calda che si scontra con aria fredda. L’aria calda sale sopra l’aria fredda, dato che è più leggera, e si formano nubi dapprima alte, poi medie, ed infine basse. La zona precipitante ha una ampiezza di circa 300 Km ed in genere piove davanti al fronte.

La > parte dei fronti caldi che arrivano dall’Atlantico scorrono a nord delle Alpi senza avere forte influenza sul versante a sud delle Alpi. Specie d’estate i fronti caldi sono poco attivi, mentre d’inverno lo sono maggiormente perché apportano aria mite dall’Atlantico sul continente fortemente raffreddato

I fronti

Il fronte freddo: aria fredda che si scontra con aria calda.L’aria fredda essendo più pesante, fa salire repentinamente l’aria calda, generando nubi a sviluppo verticale.La zona precipitante ha una ampiezza di circa 70 Km ed in genere piove sul fronte.

Nel periodo estivo i fronti freddi costituiscono la causa più frequente di incidenti alpinistici dovuti al tempo. Il pericolo consiste soprattutto in:

•Forti raffiche di vento

•Brusca diminuzione della temperatura

•Intense precipitazioni, temporali, anche con grandine, fulmini.

Fronte occlusoUn fronte freddo si muove tipicamente più rapidamente di un fronte caldoUn fronte freddo può raggiungere e sorpassare un fronte caldoPiù in dettaglio:

Fronte stazionarioUn fronte freddo che non si muove o si muove molto lentamente

Fronte occluso di tipo freddo

Fronte occluso di tipo caldo

Aria freddaAria Calda

Aria freddaAria Calda

Un ostacolo alto come le alpi ha la capacità di ritardare i fronti. Negli strati bassi le correnti aeree vengono bloccate e le masse d’aria sono costrette ad aggirare lateralmente l’ostacolo

Un gran numero di fronti che raggiungono le Alpi arrivano nella forma occlusa data dall’unione tra il fronte freddo e quello caldo. Tale fronte può avere sia le caratteristiche del fronte freddo che quelle del fronte caldo.

Le osservazioni meteorologiche

Osservazioni al suolo

Radiosonde

Radar

Satellite

Navi, boe, aerei…

Wind profiler, RASS, sodar, dropsonde...

• Dati della regione Piemonte

• Circuito mondiale GTS(Global Telecommunication System)

Strumenti di misura della precipitazione: RADAR

Il RADAR, ovvero RAdio Detection And Ranging, è uno strumento che misura la quantità di idrometeore (pioggia, neve, ghiaccio) presenti nell'atmosfera.

Esso è costituito sostanzialmente da tre parti:

•trasmettitore•antenna•ricevitore

Immagini ed animazioni radar in tempo reale disponibili presso www.arpa.piemonte.it

I modelli meteorologici

Suddividono l’atmosfera in un grigliato tridimensionale

Calcolano i valori medi di tutti i parametri atmosferici in ciascuna cella ad un certo istante

Prevedono l’evoluzione di questi valori medi, risolvendo in modo approssimato le equazioni della fluidodinamica.

Dinamica e fisica

Il modello descrive valori medi su aree: tutti i fenomeni che avvengono su scale più piccole non possono essere previsti

Le “parametrizzazioni” fisiche— convezione— radiazione— superficie— strato limite— microfisica - precipitazione

Parametrizzazioni e semplificazioni

Risoluzione orizzontale

• ECMWF• Modello globale• 60 km

• Lokal• LAM non idrostatico• 7 km

50 perturbazioni

alle condizioni iniziali

→

50 previsioni diverse

ECMWF Ensemble Prediction System:

previsioni di probabilità

per le previsioni da

+4 giorni in avanti

I prodotti: bollettini e previsioni

Meteorologia su Internet: un esempio, www.westwind.ch

www.meteoam.it

www.arpa.piemonte.it

Elementi di nivologiaI cristalli di neve nascono a partire da dei nuclei di congelamento ed accrescono in modi differenti a seconda della temperaturaEsistono differenti forme dei cristalli di ghiaccio, ma ne esistono 10 forme principaliImportante è la “quota neve” o il limite delle nevicate

I 10 tipi di cristalli di neve

Metamorfismi della neveSono trasformazioni della neve al suoloPer la neve asciutta si possono avere grani arrotondati, grani a facce piane e cristalli a calice a seconda del gradiente di temperatura nel manto nevoso e si hanno diverse condizioni di coesione e quindi di stabilità dei versantiNella neve umida la coesione dipende dalla quantità d’acqua presente in essa

Metamorfismi della neve

Caratteristiche della neveSi accumula a strati che si muovono a diverse velocitàLa neve è un buon isolante termico e acusticoLe onde elettromagnetiche si propagano in modo differente a seconda del tipo di neve (ARVA)

Caratteristiche delle valangheEsistono due tipi differenti di distacco: puntiforme e lineareTipi di valanghe: a debole coesione, di lastroni (superficiali o di fondo), incanalata, di versante, radente, nubiforme (bassa umidità), di neve umida, ecc..Nelle valanghe nubiformi c’è la presenza di un’onda di pressione con un elevato potere distruttivo

Tipi di valanghe

Quando cadono e come prevenirne gli effetti

I fattori scatenanti più frequenti sono vento, cambi di temperatura, azione dell’uomoLe maggiori opere di prevenzione sono la localizzazione, le difese attive o passive, i distacchi programmati.Si possono eseguire poi prove di stabilità del mantoE controllare le previsioni del bollettino nivometeorologico fatte dagli addetti ai lavori..

La probabilità di sopravvivenza

Grazie per l’attenzione