Leggere un radiosondaggio
La meteorologia ha fatto in questi ultimi decenni passi da gigante; l'avvento di Internet, in un secondo tempo, ha messo a disposizione di tutti l'enorme mole di dati quotidianamente raccolti ed elaborati.
Tra le risorse meteo più cliccate vi sono i radiosondaggi (in inglese: soundings), che permettono di tracciare un "profilo verticale" dell'aria e dedurre quali saranno gli sviluppi del tempo nelle ore successive. I radiosondaggi diventano spesso nei forum di meteorologia dei veri e propri "tormentoni", oggetto di infinite discussioni, in quanto danno indicazioni molto importanti ma non facilmente interpretabili sia in estate, per la previsione dei temporali, che in inverno, quando invece mettono in evidenza le eventuali inversioni termiche ed aiutano a capire se in pianura potrà cadere la neve.
I radiosondaggi si ottengono grazie ai palloni sonda, che si spingono fino a 25-30 km di altezza registrando pressione, temperatura, umidità e vento. Essi, sospinti dalle correnti, possono spostarsi dalla verticale del punto di lancio anche di qualche centinaio di chilometri ed essere sottoposti a temperature di diverse decine di gradi sotto lo zero. La progressiva diminuzione della pressione li fa gonfiare a dismisura fino ad esplodere; a quel punto un piccolo paracadute limita la possibilità di danni a cose o persone. La maggior parte degli osservatori meteorologici si trovano nell'emisfero settentrionale ed eseguono il lancio dei palloni tutti i giorni alle stesse ore (00z e 12z, oppure 00z, 06z, 12z, 18z; la "z" dopo l'ora indica il tempo di Greenwich).
Va precisato che i radiosondaggi hanno valore indicativo e che per determinare il tempo che farà il meteorologo, oltre a valutare gli indici termodinamici in essi contenuti, dovrà effettuare una complessa serie di valutazioni sull'orografia, sulle brezze locali e sulla curvatura delle correnti in quota.
Da ricordare inoltre che la maggior parte degli indici sono stati coniati negli Stati Uniti, e qui offriranno la massima attendibilità.
Interpretare a dovere un radiosondaggio è compito di un professionista, perché implica un'ottima conoscenza della fisica dell'atmosfera; per quanto mi riguarda, per fare un esempio, pur non essendo proprio un "pivellino" in fatto di meteo mi sono servite più di due settimane di ricerche in internet, approfondimenti ed... imprecazioni per la stesura di questo testo. In ogni caso anche il semplice appassionato può trarre alcune indicazioni sul tempo che farà.
Partiamo dal seguente radiosondaggio, presentato in formato testuale, che permetterà di snocciolare le informazioni che in esso appaiono:
Le varie colonne riportano:
la pressione atmosferica espressa in hectopascal (PRES hPa) alle varie altezze;
l'altezza in metri (HGHT m) a cui il pallone sonda ha inviato i dati presenti nella riga;
la temperatura (TEMP) in gradi centigradi;
il valore di dewpoint, (o temperatura di rugiada) ovvero la temperature necessaria per portare a condensazione l'acqua presente nella massa d'aria mantenendo la pressione costante. Il dewpoint è sempre minore od al massimo uguale all'effettiva temperatura dell'aria;
il valore di umidità relativa (RELH %), ovvero il contenuto in acqua della massa d'aria in rapporto al massimo teorico che essa potrebbe contenere;
il rapporto di mescolanza (MIXR, mixing ratio), ovvero il rapporto tra la massa del vapore acqueo e la massa d’aria totale che lo contiene. Il MIXR è espresso come grammi di vapore acqueo su chilogrammi di aria secca;
la direzione del vento in gradi (degrees) (DRCT) che può assumere valore 0° (nord), 90° (est), 180° (sud), 270° (ovest) ed ovviamente tutti i valori intermedi;
la velocità del vento (SKNT), espressa in nodi internazionali (knots); 1 nodo = 0,514444 m/s = 1,852 km/h;
la temperatura potenziale (THTA) è la temperatura espressa in gradi Kelvin (come per le due grandezze che seguono) che una particella avrebbe se fosse portata, tramite uno spostamento adiabatico (senza un apprezzabile scambio di calore con l'esterno) ad una pressione di riferimento, in genere 1000 millibar. La temperatura potenziale è indice della stabilità di una massa d'aria; se essa diminuisce con l'altezza si ha una situazione di instabilità atmosferica. Tale situazione è però poco frequente, in quanto la convezione tende rapidamente a ristabilire l'equilibrio. Al contrario della temperatura reale, la temperatura potenziale di una particella non viene influenzata dall'aumento o diminuzione di quota in presenza per esempio di una catena montuosa e non cambia fino a che altri fattori non intervengono (raffreddamento o riscaldamento rispettivamente per avvezione di aria fredda o calda o per evaporazione o condensazione). Ciò la rende nel radiosondaggio una grandezza molto più importante di quella reale;
la temperatura equivalente potenziale (THTE) è la temperatura equivalente portata adiabaticamente a 1000 hPa; quest'ultima è la temperatura che avrebbe la massa d'aria considerata se si facesse condensare tutto il vapore in essa contenuto e si utilizzasse il calore latente di condensazione per far riscaldare l'aria stessa. Infatti quando una molecola di acqua passa dallo stato gassoso allo stato liquido libera calore che viene ceduto all'aria circostante. La temperatura equivalente potenziale è indice della stabilità di una massa d'aria: a grandi linee, a parità di temperatura, tanto più una massa d'aria possiede THTE elevata, tanto più il suo contenuto di umidità è elevato;
la temperatura potenziale virtuale (THTV) dipende dalla temperatura potenziale e dall'indice di mescolanza (MIXR) visto prima. Aiuta a determinare il "tetto" dello strato d'aria in cui avvengono i processi di rimescolamento.
Una volta esposti tutti i rilevamenti effettuati (nell'immagine se ne vede solo una parte), vengono riportati una serie di indici calcolati in base ad essi:
il Lifted Index, che misura la stabilità dell'aria nella media troposfera. Esprime in gradi centigradi la differenza di temperatura tra una particella presente alla quota di 500 hpa (circa 5500 metri di quota) ed un'altra particella che è giunta a quella quota partendo dalla superficie. E molto utile per prevedere la possibilità di temporali: se è maggiore di 2 non vi saranno temporali, tra 0 e 2 possibilità di temporali isolati, da -2 a 0 temporali abbastanza probabili, da -4 a -2 temporali forti possibili, sotto -6 temporali forti abbastanza probabili con possibili trombe d'aria. Ad un analogo utilizzo si presta lo Showalter Index;
lo SWEAT INDEX è utile soprattutto negli Stati Uniti per la previsione di tornado associati a supercelle (in Italia le trombe d'aria, che possiamo definire dei "fratelli minori", sono invece generalmente associate a "normali" nubi temporalesche). Valori molto alti (dai 400 in su) indicano la possibilità di eventi disastrosi;
il K-Index o Whiting Index, un indice di stabilità che deriva dalla seguente formula: K-INDEX = T850 - T500 + TD850 - (T700 - TD700) dove T è la temperatura, TD il dew point ed il numero che segue indica le superfici isobariche di 850, 500 e 700 hpa. K-index minore di 25 indica scarsa probabilità di temporali, tra 25 e 40 discrete probabilità che diventano ottime con valori superiori a 40;
l'indice TT (Totals-Totals) è un ulteriore indice di stabilità dato dalla formula valore assoluto di Cross totals index (T850 - T500) + valore assoluto di Vertical totals index (TD850 - T500). Con valori inferiori a 45 basse probabilità di temporali, tra 45 e 50 discrete, oltre 50 rischio di fenomeni intensi;
il CAPE (Convective Available Potential Energy), molto utile per valutare l'instabilità dell'atmosfera, e dunque la possibilità che vengano favoriti i moti convettivi determinanti nella formazione delle nubi temporalesche. Semplificando al massimo, il CAPE è l'energia in gioco in atmosfera; si tratta del lavoro svolto dalla spinta che permette l'ascesa di una massa d'aria. Un CAPE minore di 500 (Joule per kg di aria) esclude la possibilità di temporali, tra 500 e 1000 possibilità di fenomeni isolati, da 1000 a 2000 abbastanza probabili, oltre 2000 temporali forti ed abbastanza probabili con possibili trombe d'aria;
il CINS (Convective Inibition) (o CINH) è una sorta di anti-CAPE, perché quantifica l'energia disponibile (sempre espressa in joule) nella bassa troposfera nell'impedire la partenza di moti verticali spontanei. Un CINS alto indica una situazione di inversione termica, che normalmente impedisce ogni movimento dell'aria verso l'alto fino ad un livello di CAP (Capping inversion: limite superiore dello strato inversionale); si noti però che vi possono essere situazioni (l'arrivo un fronte freddo, il forte riscaldamento del suolo da parte del sole, il sollevamento forzato di una massa d'aria che incontra un versante montuoso...) in cui, nonostante il CINS elevato, grandi masse d'aria si innalzano comunque fin oltre il CAP, generando sistemi nuvolosi. Con valori di CINS fino a 50 il CAP è basso e la convezione può partire anche spontaneamente, fino a 200 il CAP è medio e ci potrà essere convezione solo se si verifica una delle condizioni instabilizzanti sopra descritte, oltre 200 di CINS il CAP è alto e quindi sarà poco probabile lo sviluppo di celle temporalesche anche in presenza di elevati valori di CAPE;
l'Equilibrium level (espressa in hpa) indica il livello al quale si trova la base dell'inversione permanente presente tra troposfera e stratosfera;
il Level of free convection è il livello al quale termina la spinta convettiva subita dalla particella d'aria ad opera delle termiche; da quel punto in poi la particella dovrà contare solamente sul residuo contenuto in vapore per continuare ancora per un po' la salita (sfruttando il principio condensazione-liberazione di calore-riscaldamento che agevola ulteriore risalita);
il Bulk Richardson Number mette in relazione il CAPE ed il wind shear (l'eventuale cambiamento di direzione del vento al variare della quota, vedere più avanti) ed a seconda del valore assunto indica la possibilità o meno di sviluppo di temporali a multicella, supercellulari o mesociclonici: minore di 10 scarsa possibilità, tra 11 e 49 moderata possibilità, tra 50 e 100 elevata possibilità;
il Lifted condensation level o LCL (livello di condensazione) indica a quale temperatura ed a quale altezza (in hpa) avviene la condensazione; quando l'altezza è ridotta la quantità di vapore in atmosfera è abbondante e la possibilità di formazioni nuvolose alta. In presenza di nubi cumuliformi l'LCL coincide con la base delle nubi stesse;
il rapporto di mescolanza (mixing ratio) è il rapporto tra la massa del vapore acqueo e la massa di aria secca in un determinato volume d'aria. Si esprime in grammi di acqua per chilogrammo di aria ed è equivalente nella sostanza al valore di umidità specifica;
il thickness esprime in metri lo spessore tra i livelli a 1000 e 500 hPa; esso varia in funzione della temperatura dell'aria (più calda è l'aria, maggiore sarà la misura);
la precipitable water è il contenuto di vapore acqueo, espresso in potenziali millimetri per metro quadrato precipitabili, della colonna d'aria sulla verticale del luogo. Con valori superiori a 20 c'è vapore a sufficienza per lo sviluppo di temporali.
Fino ad ora abbiamo visto diagrammi testuali; ma i dati rilevati possono anche essere rappresentati graficamente nel diagramma aerologico, la cui variante più diffusa è quello di Herlofson, detto anche Skew T-ln p, perchè ha come coordinata verticale (asse "y") la pressione "p" in scala logaritmica tra il suolo e 100 hPa, mentre sulle ascisse (asse "x") si trovano i valori della temperatura "T"; le isoterme sono però inclinate di 45° verso destra, rispetto alle linee della pressione, che sono invece orizzontali.
Possiamo prima di tutto notare la presenza di una curva rossa, la curva di stato, che indica l'andamento della temperatura al diminuire della pressione (che è come dire: all'aumentare dell'altitudine). Si tratta della linea che termina il suo cammino nell'angolo in alto a destra del diagramma.
La linea azzurra indica invece l'andamento del dew point (temperatura di rugiada) ovvero la temperatura alla quale il vapore contenuto nella massa d'aria inizierebbe a condensare. La linea azzurra si troverà ovviamente sempre a sinistra (verso temperature più basse) della curva rossa; quando esse tendono ad avvicinarsi (o addirittura a toccarsi) l'aria è vicina alla saturazione: è il caso tipico delle giornate estive afose anche se, come detto, altri fattori devono realizzarsi affinché il temporale si scateni.
La linea verde rappresenta la velocità del vento in nodi.
L'ultima, la linea viola è l'adiabatica satura, che indica la variazione adiabatica di temperatura (variazione adiabatica=processo che avviene senza scambio significativo di calore con l'esterno) verticale in presenza di aria satura. A questo proposito va ricordato che la variazione di temperatura (gradiente) per l'aria secca in salita è di 1°C per ogni 100 metri, ma quando l'aria diventa satura ed inizia la condensazione essa libera una certa quantità di calore, detto "calore latente" (590 calorie per grammo), facendo sì che il gradiente passi a 0,55°C circa per 100 metri. L'estremità più bassa della linea viola si trova dunque alla quota in cui inizia la condensazione (nella figura proposta essa inizia ad una quota di circa 1000 hpa). Fino a questa quota, che coincide con il Lifted condensation level o LCL che abbiamo visto prima, al posto dell'adiabatica satura appare l'adiabatica secca, che come detto riporta una variazione di temperatura di circa 1 grado per 100 metri di salita. La linea viola dell'adiabatica parte da due punti alla base del grafico in quanto il tratto di linea (sulla destra) che va dal suolo al livello di condensazione (LCL: linea retta viola tra 800 e 900 hPa) non è l'adiabatica satura, ma è quella secca, poiché fin lì l'aria non condensa in goccioline, per cui perde 1°C ogni 100 metri di salita; la linea viola rappresenta anche la traiettoria nel diagramma di una particella d'aria che si trova a salire.
Vi sono inoltre delle linee rosse e blu, più tenui, arcuate, che partono dall'asse "x" del diagramma e si dirigono verso l'alto formando una specie di griglia; di tratta rispettivamente delle adiabatiche secche e delle adiabatiche sature di riferimento per ogni "tacca" di temperatura presente sull'asse "x".
Sulla destra accanto all'asse "y", infine, possiamo osservare la direzione del vento alle varie quote. Anch'esso è un parametro decisamente importante: se infatti all'aumentare dell'altitudine si osserva un "wind shear" positivo (ovvero si ha una progressiva rotazione delle correnti in senso orario) la tendenza dell'aria ad invorticarsi verrà agevolata; esiste anche uno "speed shear", che risulterà positivo quando all'aumentare della quota aumenta anche la velocità (e quindi il risucchio di aria dal basso, fondamentale per la costruzione di nubi temporalesche).
A questo punto abbiamo tutte le informazioni per estrapolare alcuni degli indici citati in precedenza; per fare ciò ci baseremo sul seguente diagramma, molto semplificato, su cui vengono riportati solamente alcuni degli elementi visti finora.
La linea azzurra indica la temperatura di rugiada; essendo piuttosto vicina a quella rossa si denota una situazione di instabilità atmosferica.
La linea viola, infine, rappresenta l'adiabatica satura, che coincide con il destino termodinamico di una particella d'aria in salita al di sopra del livello di condensazione.
L'area evidenziata con il carattere "+" tra la curva rossa e quella viola rappresenta il CAPE, quella indicata con il "-" tra la curva di stato e la linea viola rappresenta il CINH. Nell'esempio l'area del CAPE è più estesa di quella del CINH, per cui vi sono condizioni favorevoli allo sviluppo di temporali.
E' inoltre riportato il livello di condensazione forzata (LCL); è il livello al quale la massa d'aria è satura in seguito al raffreddamento ed in estate, quando prevalgono i moti convettivi, corrisponde generalmente alla base delle nubi cumuliformi.
Possiamo inoltre identificare il Level of free convection (LFC) nel punto in cui la curva dell'adiabatica satura interseca la curva di stato; da questo livello in poi la condensazione proseguirà in altitudine fino a quando la particella non avrà esaurito il suo contenuto in vapore (ovvero la sua instabilità latente).
Un altro livello che possiamo facilmente individuare è l'Equilibrium Level (EL), che corrisponde alla base dell'inversione termica permanente presente tra troposfera e stratosfera (12-15 km circa alle latitudini intermedie); qui la curva di stato interseca l'adiabatica satura ed oltre tale quota i processi convettivi tendono ad arrestarsi spontaneamente. Interessante notare che, in caso di moti convettivi (updraft) molto vigorosi, alcune celle temporalesche riescono a "bucare" tale inversione dando luogo alle "overshooting top", ovvero a particolari protuberanze che superano in altezza l'incudine del cumulonembo.
Per concludere: leggere a dovere un radiosondaggio non è cosa semplice anche per gli esperti del settore; ma chi dispone di un certo "bagaglio tecnico" può "giocare" al meteorologo ed azzardare una previsione, anche molto particolareggiata, a breve termine... si tenga comunque presente che il rischio di farsi sfuggire un dettaglio fondamentale e commettere grossi errori è sempre dietro l'angolo!
Marco Bonatti
