I vortici dell’atmosfera

Introduzione: già una semplice occhiata gettata distratta sulle tante immagini satellitari che riceviamo ogni giorno ci fa notare una caratteristica piuttosto comune delle bande nuvolose che popolano i nostri cieli: quella di disporsi a spirale attorno ad un centro immaginario. In realtà tali centri, tutt’altro che immaginari, rappresentano quei pozzi di bassa pressione ove le masse d’aria vanno a confluire per ripristinare l’alterato equilibrio di massa venutosi a creare con lo sbalzo di pressione.

Abbiamo parlato di equilibrio alterato; alterato da che cosa? Qual’è la forza che altera l’equilibrio di massa d’aria in movimento a livello sinottico? E’ la forza derivante dalla rotazione terrestre, detta anche forza deviante di Coriolis, la quale nel nostro emisfero tende a deviare appunto le masse d’aria alla destra del moto. Da qui l’ondulazione delle correnti planetarie, poste in essere dalla natura per dissipare verso i poli l’eccesso di calore prodottosi ai tropici, attorno ad un punto di equilibrio ottimale e ad una lunghezza d’onda caratteristica in proporzione alla forza applicata, la quale deriva a sua volta dall’entità del gradiente meridionale (differenza) di temperatura in ogni punto della superficie terrestre. Un primo risultato di questa operazione è il fluire delle correnti planetarie delle medie latitudini (le correnti a getto) da ovest verso est. Altri metodi di dissipazione del calore riguardano la meteorologia tropicale che esulano dall’argomento che qui ci apprestiamo a trattare.

Qualora la lunghezza d’onda raggiunga o superi una determinata soglia matematica, le ondulazioni tenderanno ad amplificarsi rallentando il proprio moto di traslazione caratteristico da ovest verso est, poichè parte dell’energia verrà utilizzata per alimentare l’onda stessa. In diversi casi l’onda si potrà bloccare (blocking) e poi addirittura rompere (cut off) generando diverse configurazioni a vortice presenti soprattutto alle quote superiori dell’atmosfera che andiamo ad elencare e a descrivere nel dettaglio a seconda delle loro origini e della fenomenologia cui si accompagnano.

La goccia fredda (Upper Level Low): quando un’onda planetaria, detta anche atmosferica di Rossby, raggiunge una particolare ampiezza nota matematicamente con il caratteristico “numero di Rossby” tende ad amplificarsi rallentando il suo moto di traslazione, un po’ come avviene per le onde del mare quando tendono a diventare ripide in prossimità della costa a causa dei fondali progressivamente più bassi. In questo caso, successivamente alla fase detta “di saccatura” nel corso della quale l’onda depressionaria si amplifica per motivi principalmente dinamici, entrano in gioco la fase due detta di “tear off“, ossia di allungamento della saccatura. In seguito possono subentrare due meccanismi che tendono a strozzare il sacco depressionario fino a staccarlo letteralmente dal corpo della saccatura madre. Si ha dunque la formazione di una configurazione a vortice nota come goccia fredda o più tecnicamente cut-off, che trae origine dai processi qui di seguito elencati nell’ordine.

1) Processo di stretching
Processo squisitamente dinamico che avviene nella fase di maturità della saccatura, allorquando il ramo ascendente della corrente a getto che alimenta il promontorio anticiclonico subito a monte (ad ovest) del suo asse tende a generare una avvezione di aria calda alle quote superiori, tale da causare un aumento dello spessore d’aria in entrata nella depressione. Quest’ultima tenderà dunque a contrarsi per mantenere inalterata la sua vorticità iniziale.

2) Processo di ciclogenesi
Processo di tipo termico che segue quello di stretching e spesso vi si accompagna e che prevede la risalita di un flusso caldo alle quote medio-basse dell’atmosfera (una Warm Conveyor Belt di tipo retrogrado) a valle dell’asse di saccatura (ad est), dove il processo iniziale si manifesta con lo sviluppo di una Wave, ossia di una ondulazione frontale. L’azione combinata delle due avvezioni calde, la prima di tipo dinamico e la seconda di tipo termico, tenderanno a tagliare il sacco depressionario isolando un minimo di pressione, ancora colmo di aria fredda, il cut off, detto anche “goccia fredda“.

La fase finale di questa serie di processi avviene allorquando la nostra struttura a vortice, la goccia fredda, tende a disperdere per attrito la propria energia e il proprio contenuto di aria fredda. La dissipazione avviene naturalmente dal basso, dove le asperità del suolo velocizzano tale processo di assorbimento, mentre in quota il vortice rimane ancora in vita prendendo il nome di “Upper Level Low”, ossia vortice in quota.

Quali fenomeni ci dovremo aspettare in caso la nostra zona venga interessata da una goccia fredda? Per arrivare ad una prognosi corretta occorre anzitutto identificare il grado di sviluppo dei processi in atto nella saccatura, quindi distinguere tra semestre estivo (aprile-ottobre) e invernale (novembre-marzo). Nelle fasi iniziali, quelle di tear off, il passaggio della saccatura si identifica con i fenomeni associati al sistemi frontali che vi si accompagnano. Quando il vortice si isola, subentrano i fenomeni di instabilità atmosferica legati alla presenza di aria fredda in quota (quella contenuta appunto nella nostra goccia e rimastavi imprigionata) eventualmente sommati ai classici scambi diabatici di calore, ossia al rilascio di calore da parte del terreno riscaldato dal sole che tende a esaltare ancor più il gradente verticale di temperatura (la temperatura cala molto velocemente al crescere della quota) e quindi l’instabilità totale della colonna d’aria.

In estate avremo dunque condizioni di tempo inaffidabile, con schiarite, ma anche con annuvolamenti consistenti accompagnati a improvvisi rovesci, temporali, grandinate e colpi di vento. In inverno le gocce fredde possono manifestarsi anche solo con poche nubi e un calo della temperatura alle quote superiori (se al suolo l’aria è molto fredda a causa delle frequenti >inversioni termiche non si hanno fenomeni). In casi di gocce fredde particolarmente cariche, come quelle sfuggite al vortice polare e originatesi diettamente sull’Artico, possiamo assistere a rovesci nevosi fino a quote molto basse o prossime alla pianura. Il fenomeno è decisamente più frequente lungo le regioni adriatiche, maggiormente esposte ai flussi provenienti dai quadranti settentrionali.

I vortici di vapore acqueo (Water Vapour Vortices): devono la denominazione al metodo ottimale utilizzato per la loro individuazione, ossia l’analisi delle immagini satellitari nel canale al vapore acqueo. Sostanzialmente simili alle Upper Level Low per quanto riguarda la loro collocazione sul piano atmosferico, dato che essi si osservano essenzialmente alle quote superiori, i vortici di vapore acqueo risultano però differenti sia nella scala di osservazione, generalmente sinottica o subsinottica, sia nell’origine che li pone in essere.

Sono vortici a scala medio-piccola, risultato della presenza di vorticità positiva (ciclonica) in quota. Questa vorticità può derivare da:

1) da massimi di vento a forma circolare (ciclonica appunto) della corrente a getto detti “drift”.
2) da mulinelli ciclonici sviluppatisi in seno a flussi sinottici in quota paralleli e provenienti da direzioni opposte.
3) dallo sviluppo dell’aria fredda a seguito del passaggio di un sistema frontale o anche in un flusso freddo lontano da perturbazioni e dotato di vorticità propria.

In base alla loro origini dunque ritroviamo tra tipi di vortici di vapore acqueo, rispettivamente gli “Eddy vortex“, “Water vapor Eyes” e le “Comma“. Di queste ultime abbiamo parlato diffusamente nell’apposito articolo di approfondimento.

Riguardo agli Eddy Vortex, possiamo affermare che si tratta di strutture vorticose di grande importanza poichè possono interagire con la circolazione delle quote inferiori determinando l’innesco e lo sviluppo di corpi nuvolosi anche ben organizzati e temporaleschi, nonchè risultare causa determinente nell’approfondimento di ciclogenesi. Qualora un Eddy Vortex transiti sulla verticale di un corpo nuvoloso dovuto a incontro di due masse d’aria differenti, o laddove lo stesso venga a transitare su superfici più calde, ivi compresa anche l’eventuale e piuttosto frequente sovrapposizione con una Warm Conveyor Belt, si pongono in essere sviluppi nuvolosi anche notevoli, con possibilità di rovesci, anche temporaleschi. Risulta pertanto di grande importanza l’individuazione degli Eddy sulle mappe satellitari, con relativo riscontro su quelle della vorticità potenziale isoentropica. Per comprendere ancor meglio il meccanismo che porta a tali processi rimandiamo all’apposito articolo di approfondimento relativo al >modello baroclino a due livelli e all’IPV thinking.

I Water Vapor Eyes sono vortici ancor più piccoli degli Eddy e nel complesso risultano meno influenti sul tempo finale che a noi interessa, poichè limitano la loro azione alle quote superiori, mentre in bassa troposfera la loro traccia può limitarsi ad una semplice presenza di nubi poco organizzate sotto la verticale della sua scia (presenti laddove esista alle quote inferiori almeno un minimo gradiente di temperatura tra due masse d’aria che scorrono adiacenti). Questi annuvolamenti, scarsamente produttivi in termini di precipitazioni, sono noti sinotticamente come “bande di deformazione” e individuano lo stiramento cui sono sottoposte queste ultime sotto la spinta di flussi contrari dovuti all’approssimarsi di due circolazioni differenti. La vorticità ciclonica generata da questo processo risulta ben individuabile in quota dove genera notevole turbolenza dovuta al repentino taglio di vento, senza tuttavia porre in essere particolari moti ascendenti o generale condizioni di particolare instabilità generale.

Luca Angelini