22 January 2021

Il modello baroclino a due livelli

Quando la scuola sinottica norvegese degli anni ’20  introdusse la famosa teoria dei fronti, fu un grande passo avanti per la meteorologia del tempo. Con l’avanzare dei progressi matematici e con l’introduzione delle equazioni complesse, dette quasi-geostrofiche, tale teoria però risultò insufficiente a spiegare e a dimostrare i processi fisici che avvengono durante lo sviluppo di una ciclogenesi, ossia di quel processo che porta alla formazione di un centro di bassa pressione alle medie latitudini, accompagnato da nubi e piogge.

Negli anni ’50 furono Norman e Phillips che introdussero una nuova teoria che traeva fondamento dalle equazioni matematiche complesse e che riusciva finalmente a dimostrare cosa accade durante il processo della ciclogenesi. Venne dunque messo a punto e, poiperfezionato da Eady, un modello noto come “modello baroclino a due livelli“, il quale di fatto soppiantava la teoria norvegese del “fronte polare”. Senza entrare in dettagli matematici che esulano dallo scopo del presente articolo, possiamo porre le basi per comprendere anche noi appieno tale fondamentale processo della fisica dell’atmosfera.

Affinchè si sviluppi una ciclogenesi necessitiamo di due elementi ben precisi:
1) una porzione di atmosfera collocata nei medio-bassi livelli e caratterizzata da uno spiccato gradiente termico. In sostanza una zona ove vengono a contatto due masse d’aria con caratteristiche differenti. Le due masse d’aria coesistono senza che l’una prevarichi l’altra. Lungo la linea di separazione tra le due si sviluppa una banda nuvolosa poco sviluppata nota come “banda baroclina”, che racchiude un certo quantitativo di energia.

2) una saccatura collegata al vortice polare che sopraggiunga negli strati medio-alti dell’atmosfera che venga a sovrapporsi alla banda baroclina.

Nel momento in cui le due strutture si sovrappongono come descritto, le due masse d’aria presenti nei bassi strati vengono distorte (distorsione del vento termico): l’aria calda viene spinta verso nord a formare un flusso dalla curvatura anticiclonica, mentre l’aria fredda risponderà procedendo verso sud secondo un andamento a curvatura ciclonica che avverrà alla quota immediatamente superiore. Tale distorsione interessa dunque il vento termico il quale, per ristabilire il proprio equilibrio iniziale, metterà in moto un flusso meridionale ascendente nei bassi strati atmosferici noto come Low Level Jet.

Nel frattempo il procsso appena descritto si ripeterà asimmetricamente anche alle quote via via più alte e metterà dunque in presa diretta l’energia baroclina inizialmente contenuta nella basse porzioni dell’atmosfera con quella dinamica presente in quelle superiori. Ne deriverà lo sviluppo e l’approfondimento di un cono di correnti ascendenti che ruotano in senso antiorario: è la ciclogenesi. Dobbiamo anche notare che il processo descritto, in virtù dell’asimmetria menzionata, porrà in essere una struttura verticalmente inclinata all’indietro, ossia da est (in basso) verso ovest (in alto), situazione che di fatto ne favorirà l’ulteriore approfondimento.
Tale cono vorticoso a scala sinottica è il centro di bassa pressione e presenterà un campo di convergenza delle masse d’aria alle quote inferiori (dal suolo a 700hPa), un settore di non-divergenza in media troposfera (mediamente intorno ai 500hP) e un settore di divergenza posto alle quote superiori (uscita o entrata del getto a 200-300hPa).

Ne deriva un altro importantissimo fattore: questo gioco di convergenza e divergenza alle varie quote non farà altro che mettere in moto un flusso d’aria dal basso verso l’alto: è la componente detta “ageostrofica” del vento, quella responsabile dello sviluppo di nubi e precipitazioni. Sarà infatti proprio questo il “triggering“, ossia l’innesco che determinerà lo spostamento delle masse d’aria anche lungo la verticale e che originerà dunque la sovrapposizione delle stesse, finora rimaste fianco a fianco senza colpo ferire. Nasceranno dunque i sistemi frontali (le perturbazioni), metodo utilizzato dalla natura per riequilibrare ancora una volta il disequilibrio del vento termico nato con il meccanismo messo in moto da questa stupefacente macchina termica che è l’atmosfera.

Luca Angelini

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