Questo articolo tratterà:

I: Scambio termico alle medie latitudini

II: Fronti

II.1 Fronte freddo

II.2 Fronte caldo

II.3 Fronte occlusa

II.4 Fronte stazionario

III. Ciclogenesi in superficie

IV. Ciclogenesi a livello superiore

IV.1 Trogolo

IV.2 Cresta

IV.3 Combinazione di solco e cresta: il modello Wave

IV.4 Trogolo e cresta a livello medio

IV.5 Divergenza del flusso a getto e del livello superiore

V. Ciclogenesi in 3 dimensioni

Alla fine del precedente articolo sul vento, abbiamo mostrato la circolazione globale del vento attorno al globo. Per ogni emisfero, la circolazione globale del vento definisce 3 aree:

Le regioni equatoriali e polari sono molto specifiche in termini meteorologici e sono quindi fuori dal nostro ambito.

Le medie latitudini sono governate dalla cella di Ferrel. La regione delle medie latitudini è considerata a sandwich tra aria fredda/secca e aria calda/umida, il che rende quest'area il luogo in cui avviene la maggior parte del trasporto di calore e dove si verificano i sistemi meteorologici. È anche qui che vive la maggior parte della popolazione umana sul globo e in questo articolo ci concentreremo sul clima delle medie latitudini.

Per l'emisfero settentrionale, la parte settentrionale della cella di Ferrel è un luogo molto dinamico, dove si verificano molti fenomeni meteorologici. Intorno ai 60° di latitudine Nord, c'è una linea immaginaria chiamata fronte polare. Su entrambi i lati di questa linea si verificano condizioni meteorologiche molto diverse:

Queste due masse d'aria molto diverse devono mescolarsi. La miscelazione dell'aria avviene, in senso figurato, tramite grandi ventole che spingono l'aria calda verso nord e l'aria fredda verso sud. Le grandi ventole che ruotano in senso antiorario rappresentano le depressioni alle medie latitudini che i velisti sperimentano durante la navigazione (ad esempio, durante la traversata dell'Atlantico settentrionale dagli Stati Uniti all'Europa, o i velisti del Vendée Globe negli oceani australi durante la doppiaggio dell'Antartide).

Questo articolo si concentrerà sulla spiegazione dei meccanismi di queste depressioni e di come alcune di esse si intensifichino trasformandosi in potenti tempeste.

Ma prima di proseguire, nella prossima sezione spiegheremo brevemente cos'è un fronte meteorologico.

Lo schizzo sopra mostra due diverse masse d'aria su entrambi i lati del fronte polare a 60° Nord. I simboli meteorologici vengono utilizzati per identificare facilmente quale massa d'aria è calda e quale è fredda, e anche il movimento di queste masse d'aria.

L'aria fredda sta sostituendo l'aria calda. Il triangolo blu indica la direzione del movimento del fronte.

L'aria calda sta sostituendo l'aria fredda. Il semicerchio rosso indica la direzione del movimento del fronte.

Un fronte occluso si forma quando un fronte freddo più veloce raggiunge un fronte caldo più lento, causando il sollevamento dell'aria calda dal suolo tra due masse d'aria più fredda. Questo processo porta alla miscelazione degli strati d'aria e in genere si traduce in modelli meteorologici complessi come la formazione di nubi, pioggia costante o persino temporali. Dopo il passaggio del fronte occluso, il tempo spesso si stabilizza e diventa più sereno.

Il fronte stazionario non si muove come indica il nome.

I simboli utilizzati sono una combinazione del fronte freddo e caldo.

Rispetto ai due fronti sopra, l'aria fredda si trova dall'altro lato del triangolo, mentre l'aria calda si trova dal lato dei semicerchi.

Come visto nella prima parte, la depressione/grande bassa pressione sperimentata dai velisti che navigano alle medie latitudini è responsabile della miscelazione di aria fredda e calda sul fronte polare. La depressione è sperimentata dai velisti in concomitanza con un calo della pressione barometrica, spesso accompagnato da precipitazioni e forti venti.

Questa sezione spiegherà la fisica alla base della formazione di queste depressioni. Il lettore può approfondire ulteriormente il materiale disponibile al seguente indirizzo: https://pressbooks-dev.oer.hawaii.edu/atmo/chapter/chapter-13-extratropical-cyclones/

La ciclogenesi si articola in 5 fasi.

Fase 1: Sul fronte polare intorno ai 60° Nord, l'aria fredda a nord e l'aria calda a sud sono separate da un fronte stazionario. Questa è la fase iniziale o di equilibrio.

fonte: https://slcc.pressbooks.pub/

Fase 2: formazione di un'onda frontale

Si verifica una perturbazione che rompe questo equilibrio e spinge l'aria fredda verso sud e quella calda verso nord.

Fase 3: un ciclone di nuova concezione

Fase 4: Ciclone maturo, formazione di un fronte occluso e punto triplo

Il fronte freddo si scontra con quello caldo.

Fase 5: Fase di dissipazione

Il modello sopra descritto descrive ciò che accade in superficie. L'aria converge al centro della Bassa Atmosfera e sale, come l'aria in un camino. Ma l'aria che sale deve trovare condizioni favorevoli agli strati più alti dell'atmosfera per continuare a salire e poi evacuare. Questo può essere paragonato a un incendio in un camino. Il camino deve favorire la risalita dell'aria, altrimenti l'incendio soffocherà.

Nel capitolo successivo ci sposteremo a un livello superiore per scoprire quali sono le condizioni favorevoli affinché una depressione si intensifichi e si trasformi in una potente tempesta.

Per i lettori dell'emisfero australe, le immagini qui sopra potrebbero risultare confuse, poiché i sistemi di bassa pressione ruotano in senso orario in quella regione. Per evitare il torcicollo, abbiamo invertito e combinato le immagini qui sotto.

A livello superiore utilizziamo l'altezza geopotenziale anziché l'isobara. Queste mappe hanno un aspetto leggermente diverso e i valori minimi e massimi sono rappresentati da depressioni e dorsali.

Una depressione si riferisce alla bassa pressione. Chi legge le carte meteorologiche conosce il sistema generale di bassa pressione, che mostra un cerchio chiuso di isobare. La depressione è un'area allungata di bassa pressione, senza un contorno isobarico chiuso. Può essere immaginata come una valle.

L'immagine sopra rappresenta due cose:

Immagine: le linee di pressione possono essere immaginate come altezze su una mappa dei sentieri. Se si cammina lungo la linea di valle verso nord, si starebbe camminando lungo una valle e si sarebbe circondati da terreni su entrambi i lati.

Una dorsale si riferisce all'alta pressione. La dorsale è un'area allungata ad alta pressione, senza un contorno isobarico chiuso. Può essere immaginata come una collina.

L'immagine sopra rappresenta due cose:

Immagine: Se si percorre la cresta verso sud, si cammina su una montagna con pareti rocciose su entrambi i lati.

Trough e Ridge non si formano da soli. Si formano uno accanto all'altro e in qualche modo si combinano per formare un'onda.

Il modello ondulato mostra chiaramente che l'aria si sta mescolando, come nei grandi ventilatori di cui abbiamo parlato nella parte I.

La dorsale è associata ad aria calda, alta pressione in quota e un'atmosfera più stabile. Questo tende a determinare condizioni meteorologiche secche e miti al di sotto della dorsale.

La depressione è associata a un clima fresco e deteriorato, mentre la cresta a un clima caldo e mite, come illustrato di seguito.

Dossi e dorsali si formano sia in superficie che in quota. Quelli negli strati più alti dell'atmosfera determinano i modelli meteorologici globali, che a loro volta influenzano ciò che accade a livello del suolo.

I meteorologi sono come detective (vedi il programma televisivo "The Rookie" 😀) e usano la parte centrale dell'atmosfera (500 mbar, ovvero circa 5 chilometri di altezza) come punto di partenza per individuare indizi su dove si svilupperà una tempesta in superficie. Le tempeste si formano se l'aria sale, vedi la lezione 3 sulle nuvole. Quindi il meteorologo consulta la mappa del geopotenziale a 500 mbar per individuare le aree in cui l'aria sale. Ci si potrebbe chiedere come faccia una mappa meteorologica a indicare dove l'aria sale?

L'aria che sale si verifica dove l'aria converge, il che a sua volta accade quando l'aria ruota in senso antiorario nell'emisfero settentrionale. Questa rotazione è chiamata vorticità positiva. Quindi, in pratica, tutto ciò che i meteorologi devono fare è cercare aree di vorticità positiva per sapere dove si svilupperanno le tempeste.

maggiori informazioni su https://www.weather.gov/source/zhu/ZHU_Training_Page/Miscellaneous/vorticity/vorticity.html

La vorticità si verifica a causa dei 3 fattori elencati:

La teoria di cui sopra è complessa, ma in realtà può essere semplificata in un quadro semplice. L'area di massima vorticità positiva complessiva si trova davanti alla saccatura (area blu in basso). Questa è la zona di pericolo e richiede particolare attenzione. La parte posteriore della saccatura presenta vorticità, ma in misura minore (area arancione in basso).

Di seguito è riportato l'esempio di 500 mbar reali di geopotenziale.

Abbiamo aggiunto qui sotto, sulla stessa mappa, le aree antistanti la depressione in cui si genereranno tempeste/depressioni.

I temporali si sviluppano dove l'aria sale, come mostrato nella sezione precedente.

L'aria salirà fino a un certo punto (la sommità della troposfera a 10 chilometri di altezza, che è come un muro che l'aria non può attraversare). L'aria deve evacuare/divergere affinché la sua risalita verticale possa continuare e la depressione possa rafforzarsi. Quindi, osservare gli strati superiori dell'atmosfera (300 mbar / 9 chilometri di altezza) è il punto in cui il meteorologo/investigatore cercherà indicazioni di aria divergente come condizioni ideali per l'intensificarsi delle tempeste.

I jetstreak sono zone in cui il vento è molto forte, sopra i 200 nodi. Le regioni di entrata destra e uscita sinistra dei jetstreak sono aree in cui i venti in quota divergono, permettendo all'aria sottostante di salire. Queste due aree sono contrassegnate in rosso qui sotto.

Ulteriori informazioni sono disponibili al seguente indirizzo: https://skepticalscience.com/print.php?n=1967

Se combiniamo tutto ciò che abbiamo visto prima, ecco dove una depressione si intensificherà trasformandosi in una potente tempesta: