Questo articolo tratterà i seguenti argomenti:

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

Le regioni equatoriali e polari presentano caratteristiche meteorologiche molto specifiche e pertanto esulano dall'ambito di questa trattazione.

Le medie latitudini sono governate dalla cella di Ferrel. Questa regione è racchiusa tra aria fredda e secca e aria calda e umida, il che la rende un'area in cui si concentra la maggior parte del trasporto di calore e dove si sviluppano i sistemi meteorologici. È anche la zona in cui vive la maggior parte della popolazione mondiale e in questo articolo ci concentreremo sul clima delle medie latitudini.

Nell'emisfero settentrionale, la parte settentrionale della cella di Ferrel è molto dinamica, ed è lì che si concentra gran parte dei fenomeni meteorologici. Intorno ai 60° di latitudine nord, si trova una linea immaginaria chiamata fronte polare. Ai lati di questa linea si riscontrano condizioni meteorologiche molto diverse:

Queste due masse d'aria molto diverse devono mescolarsi. Il mescolamento dell'aria avviene metaforicamente grazie a grandi ventagli che spingono l'aria calda verso nord e l'aria fredda verso sud. Il grande ventaglio che ruota in senso antiorario rappresenta le depressioni alle medie latitudini che i marinai incontrano durante la navigazione (ad esempio, la traversata dell'Atlantico settentrionale dagli Stati Uniti all'Europa, o i velisti della Vendée Globe negli oceani meridionali durante la circumnavigazione dell'Antartide).

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

Ma prima di farlo, nella prossima sezione faremo una breve presentazione di cosa sia un fronte meteorologico.

Lo schema qui sopra mostra due diverse masse d'aria ai lati del fronte polare a 60° Nord. I simboli meteorologici vengono utilizzati per identificare facilmente quale massa d'aria è calda e quale fredda, nonché per illustrarne il movimento.

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

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

Un fronte occluso si forma quando un fronte freddo in rapido movimento raggiunge un fronte caldo più lento, provocando il sollevamento dell'aria calda dal suolo tra due masse d'aria più fredde. Questo processo porta a una miscelazione degli strati d'aria e in genere si traduce in condizioni meteorologiche complesse come la formazione di nuvole, pioggia persistente o persino temporali. Dopo il passaggio del fronte occluso, il tempo spesso si stabilizza e diventa più sereno.

Un fronte stazionario non si muove, come suggerisce il nome. I simboli utilizzati sono una combinazione di fronte freddo e fronte caldo. In base ai due fronti sopra descritti, 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 che i marinai incontrano nelle medie latitudini è responsabile del rimescolamento di aria fredda e calda sul fronte polare. Le depressioni si verificano quando la pressione barometrica diminuisce, condizione spesso accompagnata da precipitazioni e venti forti.

Questa sezione spiegherà la fisica della formazione di queste depressioni. Il lettore può approfondire l'argomento consultando il materiale disponibile all'indirizzo https://pressbooks-dev.oer.hawaii.edu/atmo/chapter/chapter-13-extratropical-cyclones/

La ciclogenesi si articola in 5 fasi.

Fase 1: Al 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: la formazione di un'onda frontale

Si verifica una perturbazione che sconvolge questo equilibrio, spingendo l'aria fredda verso sud e l'aria calda verso nord.

Fase 3: un ciclone di nuova formazione

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

Il fronte freddo si scontra con il fronte caldo.

Fase 5: Fase di dissipazione

Il modello sopra descritto illustra ciò che accade in superficie. L'aria converge al centro della depressione e sale, come l'aria in un camino. Ma l'aria ascendente ha bisogno di trovare condizioni favorevoli negli strati superiori dell'atmosfera per continuare a salire e poi espellersi. Questo può essere paragonato a un fuoco in un camino. Il camino deve favorire l'ascesa dell'aria, altrimenti il ​​fuoco si spegnerà.

Nel capitolo successivo, a un livello più avanzato, analizzeremo le condizioni favorevoli all'intensificarsi di una depressione fino a trasformarla in una potente tempesta.

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

Al livello superiore, utilizziamo l'altezza geopotenziale anziché l'isobara. Queste mappe appaiono leggermente diverse; le depressioni e le creste rappresentano rispettivamente zone di bassa e alta pressione.

Una saccatura è correlata a una zona di bassa pressione. Chi consulta le carte meteorologiche conosce il sistema di bassa pressione in generale, rappresentato da un cerchio chiuso di isobare. La saccatura è un'area allungata di bassa pressione atmosferica, priva di un contorno isobarico chiuso. Può essere immaginata come una valle.

L'immagine qui sopra rappresenta due cose:

Immagine: le linee di pressione possono essere immaginate come le altitudini su una mappa dei sentieri. Se si cammina lungo la linea di depressione verso nord, si percorre una valle, circondati da rilievi su entrambi i lati.

Una cresta è correlata all'alta pressione. La cresta è un'area allungata di pressione atmosferica più elevata, priva di una curva isobarica chiusa. Può essere immaginata come una collina.

L'immagine qui sopra rappresenta due cose:

Immagine: Se si percorre la cresta in direzione sud, si sale su una montagna con dirupi su entrambi i lati.

Le depressioni e le creste non si verificano isolatamente. Si presentano una accanto all'altra e in qualche modo si combinano per formare un andamento ondulatorio.

Il modello ondulatorio mostra chiaramente la miscelazione dell'aria, come nei grandi ventilatori di cui abbiamo parlato nella prima parte.

Le creste di alta pressione sono associate ad aria calda, alta pressione in quota e un'atmosfera più stabile. Ciò tende a tradursi in condizioni meteorologiche asciutte e favorevoli al di sotto della cresta.

La depressione è associata a condizioni meteorologiche fredde e in peggioramento, mentre la cresta di alta pressione è associata a condizioni meteorologiche calde e miti, come illustrato di seguito.

Le depressioni e le creste atmosferiche si verificano sia in superficie che in quota. Quelle negli strati superiori dell'atmosfera sono quelle che determinano i modelli meteorologici globali, i quali a loro volta influenzano ciò che accade al livello del suolo.

I meteorologi sono come dei 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 riferimento per individuare gli indizi su dove si svilupperà una tempesta in superficie. Le tempeste si formano quando 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 una mappa meteorologica possa indicare dove l'aria sta salendo?

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 le aree di vorticità positiva per sapere dove si svilupperanno le tempeste.

Maggiori informazioni su Weather.gov - Nozioni di base sulla vorticità

La vorticità si verifica a causa di tre fattori elencati di seguito:

La teoria sopra esposta è complessa, ma può essere semplificata in un'immagine. L'area di massima vorticità positiva complessiva si trova davanti alla depressione (l'area blu sottostante). Questa è la zona di pericolo e richiede particolare attenzione. Anche la parte posteriore della depressione presenta vorticità, ma in misura minore e quindi meno rilevante (l'area arancione sottostante).

Di seguito è riportato un esempio di un valore reale di geopotenziale pari a 500 mbar.

Abbiamo aggiunto qui sotto, sulla stessa mappa, le aree antistanti la depressione dove si genereranno temporali/depressioni.

Come illustrato nella sezione precedente, i temporali si sviluppano dove l'aria sale. L'aria sale fino a un certo punto (la sommità della troposfera a 10 chilometri di altezza, che funge da barriera invalicabile). Quest'aria deve essere evacuata affinché la sua ascesa verticale possa continuare e la depressione possa intensificarsi. Pertanto, è negli strati superiori dell'atmosfera (300 mbar / 9 chilometri di altezza) che il meteorologo o l'analista cercherà indicazioni di divergenza dell'aria, condizioni ideali per l'intensificazione dei temporali.

Le correnti a getto sono zone in cui il vento è particolarmente forte, con velocità superiori a 200 nodi. Le regioni di ingresso destro e di uscita sinistro delle correnti a getto sono aree in cui i venti in quota divergono, permettendo all'aria sottostante di salire. Queste due aree sono indicate in rosso nella figura sottostante.

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

Se mettiamo insieme tutto ciò che abbiamo visto prima, ecco come una depressione si intensificherà trasformandosi in una potente tempesta: