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Genesi nubi convettive     -       Anvil e tropopausa                      

Cumulus:

L’aria vicina alla superficie in seguito al riscaldamento solare espande e la sua densità diminuisce facendola salire sotto forma di termiche che si miscelano all’aria attraverso la quale salgono. Il livello di condensazione è determinato da una media dell’umidità lungo la verticale. Come conseguenza del mescolamento le nubi condensano alla stessa altezza su vaste aree ed hanno base piatta. Le prime nubi che si formano per questo fenomeno sono i cumuli e la loro sommità in ascesa appare come in ebollizione con l’aspetto di un cavolfiore con i contorni molto ben definiti. A differenza del fumo che diluisce gradualmente salendo nell’aria un cumulo appare repentinamente, diluisce gradualmente, ma scompare altrettanto subitaneamente allorchè le goccioline che lo compongono evaporano. L’aria tra le nubi contiene meno vapore altrimenti sarebbe ovviamente occupata da nubi anch’essa: come conseguenza i cumuli sono soggetti a continua evaporazione su tutta la loro superficie laterale. La nube cresce al top perchè l’aria all’interno sale, spingendo verso l’esterno. A tempo debito le termiche esauriscono la loro spinta e l’evaporazione prende il sopravvento. I cumuli trasportano calore (a causa delle loro temperatura in eccesso) ed umidità verso l’alto. Tuttavia nella loro parte superiore l’evaporazione può utilizzare più calore di quello trasportato verso l’alto dalle termiche e l’aria sarà raffreddata, anche se qualche tempo dopo il calore utilizzato per evaporare la nube può riapparire se una nuova nube si forma per ascesa a livelli più alti. Quando le nubi raggiungono livelli ancora più elevati i top divengono più freddi fino a che ad un certo punto le goccioline ghiacciano e diventano cristalli di ghiaccio. Chiamiamo questo processo ghiacciamento (glaciation) che è la stessa cosa di congelamento (freezing), se si esclude il fatto che però non si verifica fino a che la temperatura è molto al di sotto di 0°C. Il ghiacciamento rilascia ancora un pò di calore latente del quale 1/6 circa è rilasciato dalla condensazione. Questo tuttavia non è il maggiore effetto che il ghiacciamento ha sulla nube. Il ghiaccio evapora meno facilmente delle goccioline di acqua liquida e cosí i cristalli di ghiaccio crescono mentre le goccioline d’acqua evaporano se sono entrambi presenti nella massa d’aria. Di conseguenza le particelle di ghiaccio si ingrossano ed è più facile che si abbia caduta (fallout). Inoltre l’aria può essere satura rispetto al ghiaccio e non all’acqua cosí che la nube, ghiacciando, può cessare di evaporare, il che rende possibile un’ulteriore crescita; ciò non potrebbe accadere senza il ghiacciamento.

Anvil e tropopausa

Se esiste uno strato stabile (inversione) ad un certo livello che le termiche non hanno sufficiente forza per penetrare, queste ultime vengono appiattite verso l’esterno e si aprono orizzontalmente come se incontrassero una sorta di “soffitto”. La forma della nube approssima quella di un incudine (anvil) e cosí è chiamata. Quando i cumuli sono ristretti in uno strato a causa di un’inversione essi divengono appiattiti e si definiscono stratocumuli (stratocumulus). Se lo strato di appiattimento orizzontale ha una base chiaramente identificabile ben al di sopra della base del cumulo originario allora viene definito anvil stratocumulus. Questo ci porta a domandarci quanto alto può salire il più alto dei cumuli. Ci deve per forza essere un limite poichè la temperatura scende con la quota nella regione in cui la nube convettiva cresce ed il gradiente verticale cresce da 4°C km-1 tipicamente alla base della nube fino a 9°C km-1 a 300 hPa (10 km) e ovviamente non potrebbe scendere, anche teoricamente, al di sotto dello zero assoluto (-273°C), cosa che accadrebbe intorno a 35 km dal suolo. L’aria raggiungerebbe una temperatura di equilibrio radiativo di circa -50°C come risultato di essere scaldata da sotto dalla Terra e di perdere calore verso lo spazio esterno. Questa temperatura è più o meno la stessa sulla profondità di alcuni km da circa 12 fino a 30 km e l’aria tra questi livelli è quindi molto stabile poichè il gradiente verticale è quasi nullo. Questo strato di atmosfera è definito stratosfera perchè è stratificato in strati stabili. L’aria sottostante è chiamata troposfera che significa regione mescolata ed il mescolamento è il risultato di tutte le nubi convettive e di altre nubi temporalesche. Il confine tra stratosfera e troposfera è chiamata tropopausa. Normalmente gli anvils hanno iniziato il ghiacciamento molto al di sotto della tropopausa cosí che hanno un’apparenza setosa e sono descritti come anvils di ghiaccio per contrasto con gli stratocumuls anvils che non sono solitamente ghiacciati. La tropopausa si trova tra 14 e 18 km sul livello del mare ai tropici e le nubi più grandi possono penetrare al di sopra fino a 3 o 4 km. Per lo più la penetrazione è intorno a 1 km. Alle medie latitudini vi sono luoghi in cui la tropopausa si abbassa al di sotto del normale abbassamento dai tropici ai poli: questo succede in corrispondenza dei fronti dove l’aria proviene da diverse località geografiche ai due lati. La tropopausa spesso si “ripiega” su se stessa sui fronti e si produce una doppia o tripla tropopausa. Qui è dove avviene la maggior parte degli scambi di aria con la stratosfera e possono passare uno o due giorni prima che il primitivo bilancio radiativo sia ristabilito; nel frattempo vi possono essere due o tre inversioni nella parte più bassa della stratosfera. A causa della elevata stabilità della stratosfera la navigazione aerea è più semplice che nella turbolenta atmosfera. L’aria tersa tra i cumuli è anch’essa stabile ed è più facile volare attraverso di essa che all’interno della nube o al di sotto della sua base dove le termiche secche rendono il volo molto sobbalzante. Quando i cumuli producono pioggia divengono, in linea teorica almeno, dei cumulonembi (cumulonimbus) nome che letteralmente sta a significare cumuli precipitanti. Il nome, tuttavia, è riservato a nubi organizzate per produrre scrosci (showers) di lunga durata e questo normalmente presuppone anvils ghiacciati.

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