Temporale a Supercella classica                    

La Supercella è in assoluto il più pericoloso ed il più potente fra tutti i tipi di temporale e si distingue dagli altri per la presenza di un updraft rotante ovvero di un mesociclone. E' causa di fenomeni meteorologici estremi come pioggia intensa o nubifragi, alluvioni lampo, grandine di grandi dimensioni, venti forti ed a volte trombe d’aria. La formazione di una Supercella richiede la concomitanza di numerosi eventi ed è per questo motivo che in Italia è un fenomeno relativamente raro che spesso viene scambiato con temporali particolarmente violenti Una supercella ha un estensione geografica molto vasta, nell'ordine delle centinaia di chilometri quadrati, ed ha una vita autonoma che talvolta non è coerente con la circolazione nella media troposfera (deviazioni dalla direttrice di moto standard relativa alla sinottica generale indotta dalla forza di rotazione della supercella stessa).
 

Formazione di una supercella

All’interno delle celle temporalesche il sistema delle correnti spesso non è ordinato secondo il classico schema della cella convettiva (correnti calde ascendenti e correnti fredde discendenti) a tal punto che ogni cella temporalesca tende ad interferire con le correnti di una cella adiacente. In questo caso si può dire che si disturbano a vicenda, impedendo così lo sviluppo di una singola cella o cella altamente organizzata. Ma se si dovessero creare le condizioni per lo sviluppo di una sola singola cella, allora il discorso cambierebbe completamente. In questo caso il cumulonembo che si sviluppa prende il nome scientifico di Supercella ed è costituito solo da due sistemi di correnti su vasta scala. Le condizioni favorevoli allo sviluppo di supercelle possono essere così semplificate:
Forte contrasto termico sulla verticale dell’area frontale (gradiente termico verticale), cioè tra la massa d’aria fredda in arrivo e quella caldo umida al suolo in fase di sollevamento. L’aria calda, leggera e umida, si scontra con aria più fredda, più pesante e secca e viene sollevata velocemente verso l’alto tanto più rapidamente quanto maggiore è la differenza di temperatura.
Notevole riscaldamento del suolo favorito dal clima continentale delle grandi pianure tra le quali, sotto tale aspetto, può essere inclusa la Pianura Padana.
Forte differenza dei valori igrometrici quota-suolo tra la massa d’aria entrante costituita da aria secca e quella in sollevamento costituita da aria umida.
Corrente a getto (jet strema) in quota, o quanto meno ai livelli medio-alti della troposfera, che contribuisce alla ciclogenesi nei bassi strati ed accelera la convezione favorendo così l'insorgere di grandinate e tornado.
Osservazioni dal vivo e simulazioni al computer suggeriscono che il cambiamento del vento con la quota (wind shear) nei bassi livelli favorisce la rotazione all'interno del cumulonembo. In particolare, se il vento è sufficientemente forte (almeno 50 km/h) e c'è un sufficiente wind shear verticale, fra i due strati d'aria che scivolano uno sull'altro (da direzioni diverse) si creano delle rotazioni orizzontali a forma cilindrica che di per sè sono innocue. Esse nascono anche quando i venti a diverse quote spirano dalla stessa direzione ma con intensità via via crescente con l'altezza. Tuttavia, l'eventuale comparsa di moti convettivi e successivamente dei temporali possono raddrizzare secondo un asse verticale questi cilindri in rotazione che verranno assorbiti dalla corrente ascensionale del temporale in modo che essa cominci a ruotare minacciosamente. La rotazione si rafforza nel temporale e si organizza divenendo più stretta ma molto più intensa poichè gli updrafts diventano stretti e tesi a causa dall'accelerazione dell'aria ascendente a sua volta indotta dal wind shear. Oltretutto l’improvviso intervento in quota della corrente a getto determina un deciso aumento della convergenza al suolo (incontro di masse d’aria con differenti caratteristiche e provenienza), favorendo così lo sviluppo di un asse di rotazione all’interno del cumulonembo. In tal modo l'updraft si trasforma in un mesociclone, alla cui estremità inferiore potrà comparire una minacciosa Wall Cloud (nube a muro) foriera di tornado. La rotazione del mesociclone quindi deriva dal trasferimento di vorticità positiva (capacità dell'aria a ruotare su un asse) dall'inflow all'updraft. Il potenziale per una rotazione è più alto quando l'aria entrando nel temporale gira nettamente sulla destra con l'altezza. Questo avviene grazie al Wind Shear positivo, ovvero al fatto che il sistema temporalesco si muove da Ovest con un inflow da Sud est.
La supercella è un sistema autoalimentato poichè la rotazione favorisce la convezione e viceversa. Nelle supercelle quindi non è presente la rigenerazione, fenomeno tipico degli altri tipi di temporali. Inoltre una Supercella non è un temporale multicellare anche se non è escluso che possano convivere due mesocicloni al suo interno. Una volta che il temporale è completamente formato agisce come una barriera alle correnti orizzontali incrementando la sua rotazione. Un'influenza finale arriva quando una fase più severa conduce un intenso downdraft ad interagire con l'updraft adiacente creando così un vortice più piccolo all’interno del mesociclone. Quest'ultima "spinta" a favore del mesociclone può essere osservata da lontano come una fase di burst (alla base del Cb) e di overshooting top (cupola al di sopra dell'incudine) che poi collassa. Contemporaneamente la corrente dietro il temporale viene deviata verso il terreno (Rear Flank Downdraft, RFD) in modo che possa spingere la flanking line nella direzione dello spostamento della Supercella incrementando ulteriormente la rotazione del mesociclone. Quest'ultima fase dura dai 10 ai 20 minuti iniziando dopo che la cupola del più intenso updraft si è ulteriolmente indebolita. L’aumento della rotazione da parte del mesociclone è individuabile nell’aumento della rotazione della Wall Cloud dalla quale potrebbe anche svilupparsi un Funnel Cloud con l'eventuale progressione in tornado.
 

Riepiloghiamo le condizioni ideali per lo sviluppo delle Supercelle:
Forte updraft
Aria caldo-umida nei bassi strati
Vento che gira verso destra con l'altezza (wind shear positivo)
Forti venti alla sommità della nube (corrente a getto).
 

Principali differenze fra una Supercella ed una normale cella convettiva:
1) Tutto il cumulonembo del temporale a supercella ruota lentamente in senso antiorario, quindi con rotazione ciclonica nell'emisfero nord. Le supercelle contengono un mesociclone ovvero un ciclone a mesoscala (compreso in una scala di grandezza che va da 4 km a 400 km) prodotto dalla continua caduta di pressione all’interno del temporale che aumenta la velocità di rotazione della supercella stessa. Il moto rotatorio, estendendosi verso l'alto e verso il basso e venendo a contatto con il terreno, può generare vortici di diametro minore ma estremamente distruttivi noti con il nome di tornado o trombe d'aria.
2) Le correnti discendenti invece di divergere all'esterno come outflow vengono in parte richiamate all'interno del temporale, grazie al mesociclone, portando così alla formazione della Wall cloud. Sottolineiamo però che non tutte le Supercelle posseggono una Wall Cloud.
3) I temporali a Supercella possono rimanere bloccati per ore sulla stessa zona geografica prima di spostarsi o attenuarsi: in tali aree esistono quindi fenomeni di convergenza e di imbuto geografico.
Le supercelle possono collassare per:
Un indebolimento del flusso in quota
Per il cambio di direzione del flusso in quota
Per un qualunque motivo o causa esterna che inibisce il wind shear verticale favorevole
Per un indebolimento del flusso in quota contemporaneo ad una intensificazione di quello al suolo. In tal caso accade che in quota venga stimolata la subsidenza dei moti convettivi per accumulo di pressione negli strati superiori in diffusione verso il basso. Spesso le Supercelle in fase di esaurimento si trasformano in una normale cella temporalesca prima di collassare.

 

Struttura di un temporale a Supercella

Analizziamo la struttura di una Supercella Classica (Classic Supercell) che, per intensità e dimensioni, rappresenta una via di mezzo fra le HP Supercell (High Potential Supercell) e le LP Supercell (Low Potential Supercell). Sul suolo italiano le categorie di supercelle che si possono formare sono la Supercella Classica e la Low Potential Supercell mentre la High Potential Supercell, la più violenta e pericolosa, è praticamente impossibile che possa nascere.

 

                                         Sezione semplificata di una Supercella

La supercella è la forma di temporale più complessa ed il suo movimento, il più delle volte, prende la direzione lungo l’asse sud ovest- nord est e guardando la sua struttura da un punto di vista posto a sud o sud-est si hanno nell’ordine:
Sul fronte anteriore rispetto all’avanzamento le prime precipitazioni in quota (virga) che non riescono a raggiungere il suolo
Pioggia debole che mediamente copre una superficie di circa 10-15 Km.
Pioggia moderata che mediamente copre una superficie di circa 10 Km.
Pioggia intensa che a volte può essere a carattere di nubifragio e provocare alluvioni lampo. La pioggia intensa mediamente copre una superficie di circa 15-20 Km.
Grandine con chicchi di piccole dimensioni che mediamente copre uno stretto settore con una superficie nell’ordine dei 5-7 Km.
Grandine con chicchi di media o grande dimensione che mediamente coprono uno stretto settore con una superficie nell’ordine dei 3-5 Km.
Dietro le precipitazioni grandigene si ha la formazione delle nubi Tail Cloud e Wall Cloud che precedono l’eventuale formazione di una tromba d’aria.
Successiva al passaggio dell’eventuale tromba d’aria si ha una zona caratterizzata da nuvolosità bassa ma senza precipitazioni (rain free base).
Nella supercella classica quindi possiamo dire che le precipitazioni piovose e grandigene sono concentrane in corrispondenza della sua parte anteriore, rispetto al senso di avanzamento del fronte temporalesco, per poi curvare ad uncino (le trombe d’aria solitamente nascono in corrispondenza dell’estremità ricurva dell’uncino) restringendosi ed attenuandosi fino ad esaurirsi nella sua parte posteriore. Il cosiddetto “eco ad uncino” visibile sui tracciati radar è la rappresentazione visiva del mesociclone attorno al quale le bande di pioggia si muovono a spirale. Un osservatore posto sulla traiettoria della Supercella verrà raggiunto prima dai rovesci di pioggia che si faranno sempre più intensi, seguiti da una precipitazione di grandine, che inizierà con chicchi di piccole dimensioni per trasformarsi in chicchi di media o grande dimensione, dietro la quale si avrà la formazione di una Tail Cloud, di una Wall Cloud e dall’eventuale tromba d’aria ad essa associata. Dietro l’eventuale la tromba d’aria transiterà la base turbolenta della Supercella (flanking line) libera dalle precipitazioni (rain free base) ma con attività elettrica continua che lascerà spazio a cielo quasi completamente sereno attraverso il quale si potrà osservare la maestosità dell’immensa torre del cumulonembo, formata da nubi Mammatus, che si allontanerà controvento. La temperatura sarà diminuita di alcuni gradi centigradi a testimonianza della grande quantità di aria fredda che dagli strati intermedi della troposfera ha raggiunto il suolo contribuendo all’alimentazione del sistema in rotazione (mesociclone).
Per capire meglio il discorso dei quadranti occorre tracciare un vettore con freccia rivolta verso est (indicherà anche la direzione dello spostamento) e passante per il centro della Supercella. Tracciando poi una retta perpendicolare al vettore e sempre passante per il centro della Supercella otterremo quattro quadranti come se fosse un sistema di assi cartesiani. Immaginando di stare in piedi al centro della Supercella, dove si incrociano le due rette con la faccia rivolta verso est (direzione dello spostamento), avremo che i quadranti anteriori saranno quelli posti davanti a noi, quelli posteriori alle nostre spalle, i quadranti destri alla nostra destra e quelli sinistri alla nostra sinistra. Nel caso specifico avremo che l’anteriore sinistro=NE, l’anteriore destro=SE, il posteriore sinistro=NW e il posteriore destro=SW


 

All’interno della supercella, come abbiamo descritto in precedenza, i vari tipi di precipitazione quali la pioggia debole e moderata, i rovesci, la grandine con chicchi di piccola, media e grande dimensione sono ben distinti fra di loro.
La Forward Flank Downdraft (FFD) è la regione disposta nel settore orientale (parte avanzante) della supercella in cui risiedono le principale correnti discensionali (downdraft e downburst) e la stragrande maggioranza delle precipitazioni.
La Rear Flank Downdraft (RFD) è la regione in cui risiede l’aria più calda e secca subsidente, posta dietro al mesociclone (a sud ovest rispetto all'eventuale wall cloud o anche attorno alla stessa nube a muro), ed evidenziata dalla clear slot, una porzione di cielo con ridotta copertura nuvolosa e più luce (dietro e/o attorno alla wall cloud), che indica l'intrusione di aria più secca. Le precipitazioni piovose o grandigene che cadono nella zona compresa fra la clear slot e la wall cloud sono rappresentate sul tracciato radar come un eco ad uncino che tradisce la presenza di un mesociclone cioè un sistema frontale in piccola scala in cui si distinguono un fronte caldo ed un fronte freddo:
Il Pseudo Warm Front (pseudo fronte caldo) è la linea di demarcazione fra la regione in cui l'aria affluisce all’interno della supercella (inflow) e il FFD. Il Pseudo Warm Front si estende dal centro, o comunque dalle vicinanze del mesociclone, verso l’esterno in direzione orientale.
Il Pseudo Cold Front (pseudo fronte freddo) è la linea di demarcazione tra la regione in cui l'aria affluisce all’interno della supercella (inflow) e il RFD. Il Pseudo Cold Front si estende dal centro, o comunque dalle vicinanze del mesociclone, verso l’esterno in direzione meridionale o sud occidentale ed è caratterizzato dall'avanzata dell'outflow verso la regione occupata dell'inflow. Il contrasto fra le due correnti discendente ed ascendente spesso provoca la formazione della flanking line. Lo Pseudo Cold Front è una particolare forma di gust front che sostiene l'updraft principale incrementando la convergenza di differenti masse d'aria verso il mesociclone.


                                      
Rappresentazione schematica tridimensionale di una Supercella in cui il mesociclone (sottile cilindro centrale all'updraft) è completamente formato. In una Supercella in evoluzione questo stadio rappresenta un picco di intensità ed il temporaneo bilanciamento fra l'updraft ed il downdraft.
 

La vita di una Supercella è nell’ordine delle ore e la sua velocità di spostamento è compresa fra i 40 e gli 80 Km/h. La Supercella classica è l’evoluzione di una delle tre strutture temporalesche fondamentali e cioè può nascere e svilupparsi da una cella singola, da un Cluster di multicelle o da una Squall Line (temporale a multicella).
Le principali caratteristiche di una Supercella Classica sono:
Correnti ascensionali (updraft) con velocità stimate fra 240 e 280 km/h
Downburst con velocità superiori ai 130 km/h
Diametro dei chicchi di grandine anche superiore a 5 cm
Base con larghezza compresa fra 20 e 50 km ma con l’incudine enorme
Esiste poi la possibilità che si formino Supercelle in miniatura, chiamate per questo motivo Low Topped o Mini Supercell, in grado di produrre forte maltempo anche se le loro dimensioni sono ridotte sia in senso orizzontale che in senso verticale (la loro sommità non supera di norma i 10.000 metri). La visualizzazione sul tracciato radar è la stessa delle Supercelle Classiche, incluso l’eco ad uncino, ed al loro interno hanno un mesociclone avente un diametro minore ed una velocità di rotazione più bassa.
 

Come riconoscere una supercella

Il riconoscimento di una Supercella classica può essere effettuato in tre differenti modi in base alla propria esperienza ed ai mezzi che si hanno a disposizione al momento dell’analisi e cioè: con un osservazione visiva diretta del fenomeno, per mezzo di immagini satellitari oppure attraverso un tracciato radar.
La Supercella classica è un'enorme cella temporalesca all’interno della quale troviamo correnti ascendenti (updraft) e correnti discendenti (downdraft o downburst) estese su una scala molto più vasta rispetto ad una cella temporalesca singola. Inoltre la corrente ascendente, all’interno di una Supercella, è dotata di un moto rotatorio (mesociclone) che conferisce a questo tipo di temporale una caratteristica molto particolare utile per giungere alla sua individuazione. L’assenza del moto rotatorio da parte della corrente ascendente non fa più parlare di supercella classica ma di celle temporalesche comuni quali la cella singola, i cluster di multicelle o linea di multicelle (Squall line).
 

-Osservazione visiva diretta

Una Supercella ha enorme base avanzante, solitamente preceduta da una Shelf cloud, provvista di moto rotatorio antiorario se ci si trova nell'emisfero terrestre nord, orario se ci si trova nell’emisfero terrestre sud.
Nella parte posteriore della base del cumulonembo possiamo notare lo sviluppo di una nube a muro (Wall Cloud) che precede l’eventuale formazione di una tromba d’aria.
Sulla parte superiore, oltre l’incudine del cumulonembo, è visibile una grossa e persistente Overshooting Top (cupola).
Sulla parte inferiore dei fianchi del cumulonembo, oppure sul bordo anteriore della Shelf Cloud, si possono notare delle striature dovute alla rotazione delle correnti ascendenti all’interno della Supercella.
Molto raramente si possono osservare anche delle bande nuvolose (inflow band) più o meno compatte e regolari, eventualmente saldate alla base del cumulonembo e disposte con inclinazione variabile rispetto al terreno a seconda del grado di umidità presente all’interno dell’inflow. Le inflow band solitamente si dirigono all’interno del temporale.
Le bande di precipitazione sono molto fitte e non sono disposte in linea.

 

-Osservazione dal satellite

Attraverso l’immagine inviata da un satellite polare è facilmente individuabile l’Overshooting Top (cupola) che riesce a sfondare, con la sua sommità, oltre la troposfera proiettando la propria ombra sull’incudine e sulle formazioni nuvolosi circostanti.
Se si ha a disposizione solamente l'immagine di un satellite geostazionario, ad esempio il Meteosat, noteremo la forma rotondeggiante dell’Overshooting Top (cupola) ed attraverso un’animazione potremo vedere la direzione della Supercella, non sempre coerente con la direzione dominante delle correnti in quota.
Quindi possiamo dire che:
In un’immagine all’infrarosso di un satellite geostazionario una Supercella classica appare di coloro bianco acceso rispetto alle altre formazioni nuvolose.
In un’immagine da un satellite polare possiamo individuare l’ombra che l'overshooting top proietta sulla superficie dell'incudine.
Raramente può comparire una corona di nubi sulla parte occidentale della Supercella.
In un’animazione potremo notare che la Supercella, poiché ruota, non segue la direzione dominante degli altri corpi nuvolosi ma generalmente tende a deviare verso sinistra se le correnti dominanti nella media troposfera sono occidentali.
In un immagine dal satellite, quindi vista dall’alto, la forma di una Supercella è tondeggiante o ellittica ma mai di forma lineare. In quest’ultimo caso potremmo trovarci di fronte ad un forte temporale ad asse obliquo, quindi di forma allungata, ma non ad una Supercella.
D’altro canto però la forma circolare o ellittica, vista dal satellite, potrebbe trarre in inganno facendoci scambiare un normale temporale a cella singola per una Supercella. Infatti tutte le incudini, raggiunta la tropopausa, arrestano la loro espansione verticale favorendo la dispersione orizzontale che dona all’ammasso nuvoloso un aspetto rotondeggiante.
 

-Osservazione al radar

In un immagine da tracciato radar le Supercelle classiche si riconoscono innanzitutto per:
La notevole estensione su una vasta area geografica.
La forma rotondeggiante della massa nuvolosa.

La presenza di fasce concentriche, all’interno della cella temporalesca, con riflettività a fondo scala.
La massa nuvolosa è compatta e le precipitazioni sono intense, a differenza delle formazioni multicellari a grappolo fra le quali ci sono brevi spazi con assenza o precipitazioni deboli.
La presenza di un eco ad uncino, più o meno definito, nei pressi del quale ritroviamo un’area di precipitazioni fortissime con riflettività a fondo scala.
Nella sua fase embrionale una Supercella può essere mostrata dal tracciato radar come un temporale ad asse obliquo e cioè con una lunga area a bassa riflettività (incudine) ed un nucleo di forti precipitazioni (embrione di un mesociclone).
Se si ha a disposizione un’immagine in movimento anche attraverso il tracciato radar si può individuare la traiettoria della Supercella.