Introduzione ai modelli fisico-matematici: le mappe primarie

L’avvento di Internet ha reso accessibili al grande pubblico della rete tutti quei prodotti che fino ad alcuni anni orsono erano esclusivo appannaggio del personale previsore facente capo in particolare all’Aeronatuica Militare o di di ambienti accademici. La diffusione dei prodotti modellistici sulla rete ha permesso non solo l’ampliamento del ventaglio di fruitori, anche amatoriali, della meteorologia, ma ha dato una spinta senz’altro positiva a questa scienza, rendendola accessibile ai più, pur nella sua immutata multiforme complessità.

Se il modello numero uno per eccellenza, quello che dispone delle migliori risorse di calcolo e di griglia, ossia l’ECMWF, elaborato presso il centro di calcolo europeo di Reading in Inghilterra, mette a disposizione del grande pubblico solo pochi e limitati prodotti, quello americano GFS, appena meno performante dell’ECMWF, ma pur sempre uno dei migliori modelli al mondo, ha il merito di divulgare a costo zero una gran quantità di parametri. Anche altri centri di calcolo rendono pubbliche le loro elaborazioni, ma la loro consultazione risulta più che altro significativa in modo particolare se affiancata a quelle di ECMWF e GFS.

Di seguito abbiamo riassunto senza la presunzione dell’esaustività alcuni prodotti modellistici indispensabili al personale previsore dei vari centri meteorologici per comprendere la circolazione generale in atto e per portare a compimento una prognosi prognostica di livello professionale. Si noti che la suddivisione per quota è dettata solo e soltanto dalla più agevole comprensione e memorizzazzione degli elementi rispettivamente più significativi, ma non può prescindere dall’analisi sovrapposta delle carte ai vari livelli isobarici, tali da dare una visione tridimensionale del fluido atmosfera. Per questo motivo per ogni tipo di carta abbiamo allegato la corrispondente analisi in tempo reale prelevata dal centro di calcolo GFS che ne dà libera divulgazione.

Le mappe primarie

– Geopotenziale e vento a 300hPa
– Mappe della vorticità potenziale
– Geopotenziale e temperatura a 500hPa
– Temperatura potenziale equivalente a 850hpa

Mappe di geopotenziale e vento a 300hPa

Carta di primaria importanza, in quanto ci mostra la dislocazione delle onde atmosferiche a scala planetaria e i flussi portanti in alta troposfera. Alla nostra latitudine la quota isobarica di 300hPa corrisponde a circa 9000 metri di quota altimetrica, settore chiave per l’individuazione dei grandi registi dell’atmosfera, le correnti a getto. Queste ultime si suddividono in due fasci principali di vento: la corrente a getto polare, che scorre ondulando mediamente intorno ai 60° di latitudine e interessa il Mediterraneo soprattutto nel semestre freddo, e quella subtropicale, attiva intorno a 30° di latitudine, presente sul Mare Nostrum più spesso presente nel semestre estivo (ma la regola non è vincolante).

Le due correnti viaggiano in realtà su due piani differenti, tant’è vero che la polare è ben individuabile nelle carte a 300hPa, quella subtropicale più in alto, a 200hPa. Le mappe in esame (l’esempio sotto rappresenta l’analisi attuale in tempo reale) permettono altresì l’individuazione dei massimi di vento, determinanti nella collocazione delle zone di convergenza e divergenza in quota e dunque delle ripercussioni sulla circolazione anche delle quote inferiori ivi compresa la strutturazione di anticiclogenesi e ciclogenesi di tipo dinamico, responsabili numero uno del nostro tempo atmosferico finale.

Mappe della vorticità potenziale

Altra carta di primaria importanza per l’ottimale comprensione delle pedine atmosferiche in gioco a livello emisferico. Le mappe della >vorticità potenziale profondono i loro migliori risultati se rappresentate su superfici isoentropiche, o meglio, tra due piani a medesima entropia, questo perchè la proprietà conservativa di questo parametro rende la vorticità potenziale quale elemento tracciante delle masse d’aria.

Solitamente alla nostra latitudine si è soliti individuare l’andamento della vorticità potenziale alla superficie corrispondente a 320° Kelvin, ossia alla quota che corrisponde al limite della tropopausa dinamica. Nel caso di rappresentazione su superifici isobariche si sceglie quella a 300hPa. Tali rappresentazioni tornano utili anche nell’individuazione delle correnti a getto, della presenza o meno di cut-off depressionari e, unitamente alle immagini satellitari al vapore acqueo, di vortici del tipo Eddy, di difficile discernimento sulle normali mappe del geopotenziale, ma determinanti nella previsione di situazioni ciclogenetiche.

Mappe di geopotenziale e di temperatura a 500hPa

La classica “carta in quota”. Si trova al livello medio isobarico di 5500 metri, quindi in media troposfera, laddove le condizioni di “non divergenza” rendono ottimale l’individuazione del livello che guida le onde sinottiche e i transienti (le perturbazioni) e alcuni elementi subsinottici quali le gocce fredde. Bene evidenti i centri di alta e bassa pressione legati alle onde a scala planetaria ma anche le onde barocline a scala sinottica. La sovrapposizione delle isoterme ci consente di individuare l’andamento del getto in media troposfera e ad individuare altresì la presenza dei flussi relativi secondo la teoria dei >nastri trasportatori.

Di vitale importanza anche il discernimento degli assi di saccatura termici (legati al vento termico a quella quota isobarica) e dinamici (legati all’altezza geopotenziale a quella quota isobarica) poichè mette nero su bianco sia le aree barocline, dove tendono a concentrarsi le ciclogenesi e le frontogenesi, sia le aree soggette ad eventuale instabilità convettiva, dove tendono a concentrarsi le strutture temporalesche maggiormente estese e significative.

Mappe della temperatura potenziale equivalente a 850hPa

Se per le quote superiori dell’atmosfera abbiamo l’andamento della vorticità potenziale, in bassa troposfera la mappa della temperatura potenziale equivalente, anche detta Theta-e o temperatura pseudopotenziale, si presta bene alla funzione di tracciante delle masse d’aria. In realtà il parametro ideale, quello maggiormente conservativo, anche per quanto riguarda i cambiamenti di stato dell’acqua nei vari processi fisici in atto nei piani bassi dell’atmosfera, sarebbe la mappa della temperatura pseudopotenziale di bulbo bagnato.

Tale mappa tuttavia non risulta di facile reperimento sul web. Da qui l’utilizzo delle mappe della Theta-e. La sua maggiore utilità risulta quella dell’individuazione delle masse d’aria, nonchè la dislocazione delle zone frontali che separano tali masse d’aria, in sostanza le perturbazioni. La nostra mappa ci indica, tramite un infittimento del gradiente, le discontinutià termiche che originano i corpi nuvolosi e che possono interagire con le quote superiori generando in opportune situazioni lo sviluppo di ciclogenesi.

Da notare anche il fatto che convenzionalmente alla quota isobarica di 850hpa viene fatto coincidere il limite superiore del cosiddetto “boundary layer”, ossia lo strato rimescolato che parte dal suolo, entro il quale avvengono gli importanti processi fisici delle quote inferiori, ossia, inversioni termiche, brezze, attriti vari sui venti sinottici, rilascio di umidità, deviazioni orografiche, sviluppo di termiche.

Per la descrizione delle mappe secondarie invitiamo alla lettura del relativo approfondimento.

Luca Angelini