Alberi divelti dal terreno, piantagioni danneggiate, due vittime: uno scenario che ricorda da vicino il passaggio di un tornado. Ma il 9 Agosto 2008 a Grado, sulla costa friulana, l'immensa energia del vento non ha costruito trombe d'aria né tornado ma l'altrettanto terribile downburst: la cascata di una massa d'aria densa e fredda che si scarica dalla nube temporalesca verso terra a velocità impressionante, capace di travolgere e sconvolgere tutto ciò che incontra. Un vento da paura.
Il vento sostanzialmente è un fenomeno atmosferico che consiste nel moto ordinato, essenzialmente orizzontale, di masse d'aria causato dalla differenza di pressione esistente tra due punti dell'atmosfera. In presenza di differente pressione tra due punti più o meno lontani tra loro si origina una forza detta di gradiente che agisce sulla massa d'aria per tentare di ristabilire l'equilibrio.
Perché nel periodo estivo i venti sono più deboli rispetto alle altre stagioni?
Il motivo è da ricercarsi nella maggiore stabilità atmosferica che normalmente caratterizza il periodo estivo alle nostre latitudini. Infatti nel trimestre estivo il bacino del Mediterraneo ed anche la nostra penisola sono sede di strutture anticicloniche talora molto solide, specie alle quote superiori, o di origine oceanica (alta pressione delle Azzorre) o nordafricana (la cui incidenza è in sensibile aumento nell'ultimo decennio), derivate dalla fascia degli anticicloni dinamici semipermanenti subtropicali che in questa stagione si alzano di latitudine.
In tal modo le depressioni ed i sistemi perturbati atlantici vengono quasi sistematicamente dirottati verso alte latitudini (oltralpe) senza interessare le nostre regioni. Solo saltuariamente, e più spesso ad inizio e fine stagione, tali sistemi possono temporaneamente forzare il blocco anticiclonico e portare brevi periodi di tempo instabile, segnatamente sulle regioni settentrionali.
Una delle caratteristiche delle alte pressioni dinamiche (cioè caratterizzate da masse d'aria calda a tutte le quote) è quella di favorire scarsa ventilazione o addirittura calme di vento a causa del basso gradiente barico esistente al loro interno, specie sulle zone interne, mentre le aree costiere possono beneficiare di brezze a ciclo giornaliero.
Anche per tale motivo, ad esempio in Pianura Padana, la scarsa ventilazione determina condizioni di aria stagnante, via via più umida con fasi di caldo afoso, talvolta anche opprimente, le quali possono avere termine solo nel caso in cui transiti una perturbazione o si abbia comunque un minimo rinforzo dei venti in grado di sostituire almeno parzialmente la massa d'aria.
La mappa sopra riporta il campo medio di pressione al suolo nel trimestre estivo riferito al trentennio 1971-2000. Si nota come l'alta pressione delle Azzorre spinga normalmente un cuneo verso il Mediterraneo centroccidentale e settore alpino, con gradienti barici bassi e scarsa ventosità. La depressione d'Islanda (altra figura barica semipermanente) limita la propria sfera d'influenza a latitudini più settentrionali, mentre le alte temperature tipiche del nord Africa favoriscono l'insorgenza di deboli depressioni termiche.
Tuttavia non mancano venti molto forti anche in estate, come mai?
In questo caso entrano in gioco particolari fenomeni che possono dare origine a venti violentissimi: i temporali.
In seguito analizziamo brevemente la situazione sinottica che in quel giorno ha determinato l'insorgere di tanta violenza atmosferica, tramite mappe di reanalisys da modello ECMWF.
Nella figura sopra troviamo un primo set di mappe relative alle ore 12z del giorno 8 agosto. La prima in alto a sinistra mostra la topografia di geopotenziale (linee nere, chiamate isoipse) e vorticità relativa (aree colorate) sul piano isobarico di 500 hPa, quindi in media troposfera.
Essa evidenzia la presenza di una saccatura di provenienza nordatlantica con asse disposto da Europa centrale a mari occidentali della penisola, mentre un promontorio anticiclonico di origine subtropicale è orientato da Africa settentrionale a Balcani orientali. Entrambe le strutture evolvono progressivamente verso levante, e la saccatura atlantica già interessa le regioni settentrionali ed in misura più attenuata quelle centrali.
Sul nord Italia è già attivo un teso flusso di correnti da WSW a spiccata componente di moto ciclonica (le correnti piegano verso la loro sinistra davanti all'asse), generato dal forte gradiente barico tra un minimo di geopotenziale chiuso su Mare del Nord e la cellula dinamica nordafricana, che si dirige verso l'Europa orientale.
Tale flusso è sottoposto ad elevate avvezioni di vorticità ciclonica laddove esso tende a divergere sul proprio ramo ascendente ed in prossimità dell'asse stesso della saccatura; infatti già i primi nuclei di vorticità ciclonica impegnano le regioni settentrionali e quelle centrali tirreniche. Le isoipse piuttosto ravvicinate, segnatamente tra Francia e nord Italia, denotano una situazione alquanto dinamica a testimonianza di vivaci gradienti pressori su distanze relativamente brevi, e rivelano la presenza di significativi e repentini contrasti termici tra le masse d'aria subtropicali convogliate dal promontorio anticiclonico dinamico, e masse polari marittime avvettate dalla saccatura.
Una perfetta fabbrica di temporali estivi per il Nord Italia.
Che cosa rappresenta la vorticità?
La vorticità può essere considerata come una rotazione o uno spin di un fluido (ricordate l'acqua che mulinella nello scarico del lavandino?). Per convenzione la vorticità di un fluido che ruota in senso antiorario (ciclonico) è positiva, mentre se la rotazione avviene in senso orario (anticiclonico) essa è negativa. La vorticità viene quindi in genere individuata da isoipse curve ed essa di norma è tanto maggiore quanto più è accentuata la curvatura. Inoltre si genera vorticità anche in caso di shear del vento, vale a dire quando l'intensità del vento varia nella direzione perpendicolare al vento stesso. La somma di questi due effetti rappresenta la vorticità relativa.
Le due figure sotto facilitano la comprensione:
|
|
|
| Vorticità positiva da curvatura |
Vorticità positiva da shear |
Tornando alla nostra analisi, in linea di massima si rammenta che è molto importante l'avvezione di vorticità (o meglio la variazione verticale dell'avvezione), che avviene lungo le isoipse e quindi solidale col flusso del vento in media troposfera.
Dove la vorticità aumenta, quindi dove si ha avvezione positiva o ciclonica di vorticità, vengono forzati i moti verticali. Il vento medio non fa altro che trasportare la vorticità positiva (ciclonica) verso zone in cui la vorticità è inferiore, producendo così un progressivo spostamento verso est della depressione o della saccatura, in questo caso quella attiva sulla Francia. Nel caso in esame, quindi, le nostre regioni settentrionali vengono a trovarsi in condizioni ambientali, in media troposfera, favorevoli all'innesco di moti verticali di una certa entità.
Le mappe in alto a destra ed in basso a sinistra propongono la distribuzione dei valori di umidità relativa in % sul piano isobarico di 850 hPa (circa 1500 m) e di 700 hPa (circa 3000 m), sempre relative alle 12z del giorno 8 agosto.
L'umidità relativa (RH) sul piano isobarico di 850 hPa permette di stimare in primo luogo la presenza di nubi basse: se RH è prossima al valore di saturazione (100%) si avrà copertura nuvolosa. Nella fattispecie si rilevano valori di Ur elevati su Pianura Padana ed a nord del comparto alpino fino ad Europa centrale, sintomo di nuvolosità a bassa quota già presente. Inoltre i bassi valori che si notano su crinale alpino ed immediatamente a sud di esso rivelano la probabile insorgenza delle prime correnti più fresche in arrivo da NW (effetto stau oltralpe, effetto fohn sul versante sud).
Sulle mappe a 700 hPa (circa 3000 m) vengono invece normalmente mostrati i campi di umidità (relativa e/o specifica) e di velocità verticale, i quali sono imprescindibili per la valutazione/previsione di nubi medie e quindi di possibile tempo molto instabile. Infatti le nubi che si formano all'incirca intorno a 3000 m di quota sono quelle principalmente in grado di produrre precipitazioni.
Nella mappa in esame è riportato il campo di umidità relativa, il quale evidenzia valori decisamente elevati e prossimi alla saturazione su buona parte dell'Europa centrale, versante settentrionale delle Alpi e Triveneto, sintomo di nuvolosità alquanto intensa, peraltro distribuzione abbastanza comune in prossimità di ingressi frontali dai quadranti nordoccidentali.
Le mappe sopra, relative alla medesima giornata ed alla stessa ora (12z), riportano altre grandezze:nella prima in alto a sinistra troviamo la distribuzione del campo del vento al suolo e la pressione al livello del mare. In essa riscontriamo i segnali tipici di un ingresso frontale atlantico con moto WNW-ESE; infatti spiccano il cuneo anticiclonico che dalla Francia si corica su Europa centrale ed a nord dell'arco alpino (tipico delle avvezioni fredde in bassa troposfera), mentre un'ansa depressionaria facente capo ad un minimo barico attivo su Mediterraneo orientale si insinua lungo il versante adriatico fino ad abbracciare la Pianura Padana, laddove tende a chiudersi un blando minimo secondario orografico sottovento alla catena alpina che muove poi verso il Tirreno centrale. La cartina in alto a destra conferma quanto ipotizzato finora, essa infatti propone la distribuzione del campo termico sul piano isobarico di 850 hPa.
Il campo di temperatura a 850 hPa consente di rilevare masse d'aria fredda o calda e di coglierne i movimenti tramite il forcing previsto dal modello. Si possono infatti individuare le avvezioni calde o fredde, vale a dire intuire l'evoluzione di una determinata massa d'aria.
L'intensità dell'avvezione dipende da vari fattori, ed in questo caso ci viene in soccorso la maggiore o minore vicinanza delle isoterme; infatti il grado di importanza dell'avvezione è proporzionale sia al vento sia alla variazione orizzontale di temperatura (gradiente), poiché aumenta il contrasto termico tra le masse d'aria. Il linea di principio più le isoterme sono vicine, più la variazione (gradiente) di temperatura è maggiore così come più intensa risulterà l'avvezione. Di norma isoterme molto ravvicinate tra loro rivelano la presenza di un fronte, e nel nostro caso possiamo scorgere gradiente termici molto forti che delimitano aria fresca già affluita su Europa centrale ed aria ben più calda presente su Mediterraneo centrale e sulla nostra penisola. Le isoterme più fitte descrivono un'area che va da catena Pirenaica e Francia meridionale ad arco alpino e Balcani occidentali; essa può corrispondere al posizionamento di un fronte freddo che nei bassi strati preme contro le Alpi.
La mappa in basso a sinistra, relativa a temperatura, profilo del vento e valori di geopotenziale ad 850 hPa conferma ciò. Infatti è evidente come il fronte freddo si addossi alle Alpi con masse di aria fresca che già hanno conquistato il centro Europa (notare i bassi valori termici), le quali trovano le prime vie di sbocco attraverso la valle del Rodano ed il comparto balcanico. Interessante anche il rialzo termico sulle Alpi centroccidentali (versante sud): sono i primi refoli di fohn alpino che riscaldano l'aria per compressione adiabatica.
Nell'ultima mappa (in basso a destra), è particolarmente interessante analizzare i valori geopotenziale sul piano isobarico di 500 hPa e le relative temperature: oltre alla saccatura vista prima concentriamoci sul campo termico: notiamo che l'avvezione fredda ha già conquistato le nostre regioni settentrionali. Siamo a circa 5600 m di quota, dove l'effetto "barriera" delle Alpi è pressoché nullo, non a caso abbiamo visto che a 1500 m l'aria fresca è costretta ad aggirare la catena montuosa, mentre in media troposfera non vi sono ostacoli particolari.
Si ha allora una sovrapposizione di aria fresca ed instabile (con curvatura ciclonica ed avvezione di vorticità positiva) su aria molto calda ancora presente nei bassi strati (850 hPa), combinazione assai instabile e molto incline a produrre intense manifestazioni temporalesche in Pianura Padana di tipo prefrontale (infatti il fronte è ancora oltralpe).
Questo set di mappe, relative al medesimo modello, è riferito alla giornata successiva, ovvero il 9 agosto ore 12z.
In alto a sinistra notiamo l'evoluzione che in 24 ore si è manifestata a carico dei valori di geopotenziale a 500 hPa ed annessi valori di vorticità. La saccatura nel campo di gpt è avanzata verso ESE e dispone il proprio asse su regioni settentrionali fino al Tirreno centrale, proseguendo nella propria evoluzione verso la penisola balcanica; in concomitanza del transito dell'asse di saccatura si ha di norma il culmine dell'ingresso freddo alla quota di riferimento.
Ad essa sono associati valori di vorticità ciclonica più ridotti rispetto a 24 ore prima, ma ancora sufficientemente significativi, ed essi impegnano in particolare Triveneto ed alto Tirreno.
I campi di umidità relativa sui piani isobarici di 850 e 700 hPa (mappe in alto a destra ed in basso a sinistra) evidenziano l'evoluzione verso ESE dei corpi nuvolosi; in particolare si notano i bassi valori sul piano isobarico di 850 hPa su comparto alpino meridionale (venti di fohn), mentre sul piano isobarico di 700 hPa si evince come i valori più elevati si dispongano da paesi danubiani ad arco alpino centrorientale, rivelando la traccia del fronte freddo in fase di irruzione sul settore di nord-est.
Il fronte poi in serata, annesso all'irruzione fresca di provenienza nordoccidentale, determinerà linee temporalesche alquanto violente di tipo frontale (squall line) in discesa dal comparto prealpino delle regioni nordorientali verso l'area costiera di Veneto e Friuli, foriere dei fenomeni prima citati.
Nel periodo estivo, nelle suddette aree non è infrequente la genesi di importanti outbreak temporaleschi in situazioni sinottiche di questo tipo, anche per l'interazione che spesso si viene a determinare tra flussi freddi da NW in entrata alle quote medioalte, aria calda e stagnante preesistente, e correnti prefrontali calde ed umide sovente richiamate dal bacino adriatico.
Il temporale porta con sé diverse tipologie di vento, alcune delle quali davvero pericolose:
Gust front ed outflow
Downdraft e downburst
Landspout e waterspout
Tornado
Questi nomi possono apparire poco familiari ma vediamo di fare un minimo di chiarezza:
Nel temporale allo stadio di massima maturità convivono correnti ascendenti e discendenti; le correnti ascendenti, una volta giunte a grandi quote, a causa del calore liberato nella fase di condensazione, si raffreddano notevolmente, diventando così più pesanti dell'aria circostante, e precipitano.
Infatti una massa d'aria fredda, immersa in una zona dove l'aria è più calda, tende a scendere verso il basso perchè il suo peso specifico è maggiore della spinta verso l'alto che essa riceve: la massa d'aria quindi scende proprio come un sasso immerso nell'acqua.
Nascono così le correnti discendenti, denominate downdraft, all'interno delle quali l'aria è più secca; ne consegue che a quote tra i 3500 e i 5000 metri parte delle goccioline sopraffuse, cioè allo stato liquido pur con temperature sull'ordine dei -10°C, evaporano in quanto scendendo trovano strati d'aria sempre più caldi. Il fenomeno dell'evaporazione porta al raffreddamento della massa d'aria in cui si trovano queste goccioline, pertanto l'aria fredda della corrente discendente si raffredda ancor di più, dato che essa fornisce il calore latente di evaporazione necessario affinché avvenga il passaggio di stato, e accelera così il suo moto di discesa raggiungendo le massime velocità proprio in prossimità del suolo, aprendosi a ventaglio e propagandosi orizzontalmente in maniera turbinosa, con annesso aumento della pressione.
Questa è la corrente fredda e secca chiamata outflow che costituisce il gust front di un temporale, meglio conosciuto come "linea dei groppi" o "fronte delle raffiche": si propaga per 5-10 km soprattutto nella direzione di spostamento del temporale, precedendone l'arrivo di 5-15 minuti.
Schema di circolazione all'interno di un temporale: la corrente fredda discendente (frecce blu) irrompe verso il basso aprendosi a ventaglio associata ai rovesci. Si tratta del downdraft. Il limite più avanzato del downdraft è detto "gust front"
Questi venti freddi, rafficosi ed accompagnati da forti precipitazioni, possono raggiungere 70-80 km/h di velocità.
Il downburst identifica un forte downdraft, ovvero una colonna d'aria in rapida discesa che incontra la superficie del suolo più o meno perpendicolarmente e che si espande orizzontalmente in tutte le direzioni.
La violenta espansione, paragonabile ad un improvviso scoppio (burst), spesso produce un vortice rotante ad asse orizzontale entro il quale troviamo campi di vento ravvicinati fra di loro, ad elevata velocità e di opposte direzioni poiché l'inflow che si dirige verso il temporale e l'outflow che alimenta il downburst scorrono gli uni accanto agli altri.
Esempio schematico di downburst
Particolare di albero sradicato da venti di downburst
Questo è un fenomeno davvero molto pericoloso: le raffiche possono superare i 100 km/h con forte componente diretta dall'alto verso il basso.
I downburst si dividono in dry-downburst quando la maggior parte delle precipitazioni evapora nell'aria secca sottostante la base della nube, ed in wet-downburst quando le precipitazioni giungono al suolo. Le raffiche di vento possono raggiungere anche i 120-140 km/h arrecando danni ingenti alle infrastrutture, e nei temporali che colpiscono le nostre regioni sono meno rari di quanto si pensi.
Lo stesso evento luttuoso di qualche giorno fa a Grado, sulla costa friulana, con due vittime, non è attribuibile ad una tromba d'aria come erroneamente riportato su molti mass-media nazionali, ma a fortissime correnti di downburst associate ad una intensa linea temporalesca; linea che in seguito ha effettivamente prodotto alcune trombe marine (waterspout) ma che sembra non abbiano interessato la linea di costa. Infatti l'esame dei danni arrecati, con alberi abbattuti in un'unica direzione, rivela la mancanza di vorticosità del fenomeno. Ciò non toglie che venti a 130-140 km/h associati a downburst possano portare a queste tragedie, poiché si tratta di velocità terribili.
Anche la recente giornata del 15 agosto scorso è stata caratterizzata da intensa attività temporalesca sulle regioni centrosettentrionali della penisola, ma i danni causati dalle intense celle temporalesche sono attribuibili a correnti di downburst e non tornado.
In generale quindi, il fatto che nel periodo estivo i venti siano generalmente più deboli o spesso assenti, non ci deve far sottovalutare i pericoli derivanti dalle raffiche temporalesche, violente, improvvise, ed in grado di raggiungere velocità elevatissime.