La definizione di nebbia non è forse a tutti nota, ma con essa si intende la condensazione del vapore acqueo in una miriade di piccolissime goccioline di acqua, le quali hanno generalmente un diametro dell'ordine di 5-10 micron (un micron equivale ad un millesimo di millimetro). La concentrazione nell'aria di queste piccolissime goccioline limita la visibilità orizzontale al di sotto di almeno 1 km, ma in casi particolari si può scendere al di sotto dei 100 m. Si intuisce quindi che il processo che porta alla formazione della nebbia è del tutto simile a quello che è all'origine della formazione delle nubi liquide, con la differenza che la nebbia si forma in genere al suolo o in prossimità di esso, sia di tratti di grandi pianure che di vallate montuose. In pratica la nebbia è una nube che si forma al suolo o comunque negli strati troposferici più bassi.
Si distingue dalla foschia, la quale prevede una concentrazione di goccioline più bassa e con diametro ancora inferiore, in grado limitare la visibilità orizzontale tra 1 e 10 km.
I disagi che essa provoca alle attività umane, in particolare in zone nelle quali essa è particolarmente frequente come ad esempio la pianura padana, riguardano il traffico veicolare (sia su strada che aereo), con rallentamenti o vera e propria paralisi dei trasporti, senza contare l'elevato numero di incidenti automobilistici che favorisce (per i quali la maggiore componente di rischio concerne l'imprudenza di chi guida).
Ma anche la nostra salute dipende da questa meteora: quando c'è nebbia e le temperature ambientali sono alquanto basse (in genere inferiori a 2-3°C), eventualità tipica dell'inverno, il nostro organismo avverte un particolare disagio definibile come "da freddo-umido" esaltando la sensazione di freddo al di là delle effettive temperature osservate.
Indice di Scharlau, valido sia per definire il disagio da caldo-umido che da freddo-umido. Fonte: naturmed unimi
La tabella sopra illustra l'indice di Scharlau, un parametro che dà una misura del disagio fisico ambientale umano, valido sia per le condizioni di caldo-umido (estate) che per quelle di freddo-umido (Inverno).
Ad esempio ad una temperatura ambientale di 0°C basta una umidità relativa del 50% per provare una lieve sensazione di disagio da freddo-umido, ma se l'umidità si porta su valori prossimi al 100% (in condizioni di nebbia) il disagio diventa notevole. Allo stesso modo, partendo da una umidità relativa compresa tra il 95 ed il 100% (classica in situazioni nebbiose), basta una temperatura ambientale di 4°C per cominciare a provare disagio fisico. Ma queste sono condizioni spesso ricorrenti nel periodo invernale, in particolare su valle Padana.
Ma un altro elemento rende la nebbia alquanto pericolosa per la nostra salute: ciò accade quando essa è associata ad una elevata concentrazione di particelle inquinanti, il che accade in particolare nelle aree caratterizzate da elevata attività industriale. Si ha così lo SMOG, (parola derivata dall'inglese fog, nebbia, + smoke, fumo). In questo caso il disagio deriva dall'inalazione di sostanze nocive disperse nell'aria, alcune anche molto pericolose.
Purtroppo le condizioni ambientali che possono condurre alla formazione di nebbia ed all'aumento di concentrazione di sostanze inquinanti in prossimità del suolo sono le stesse: pressione atmosferica elevata, vento assai debole o completamente assente, cielo sereno, specie di notte. In particolare l'alta pressione, coi suoi moti verticali diretti verso il basso, blocca la dispersione delle sostanze nocive le quali rimangono intrappolate nei bassi strati. Nel contempo l'aria inerte e stagnante, le calme di vento ed i cieli sereni, fenomeni tipici dei regimi anticiclonici, facilitano anche la formazione della nebbia ed anzi, le numerose particelle inquinanti (specie i solfati e i nitrati, sostanze fortemente igroscopiche) fungono da nuclei sui quali le molecole di vapore acqueo possono condensare trasformandosi in goccioline, e pertanto una maggiore concentrazione di questi nuclei facilita la formazione di strati nebbiosi, particolarmente nelle aree industriali o nelle grandi città.
Insomma i due elementi viaggiano purtroppo spesso a braccetto, e se le condizioni permangono favorevoli, vale a dire durante lunghi periodi di alta pressione, la situazione può divenire quasi insostenibile.
Una tipica giornata di smog invernale a Los Angeles (29 gennaio 2004). Fonte: Alan Clements
Come si forma la nebbia?
Sostanzialmente, essendo la nebbia assoggettabile ad una nube al suolo, essa si forma quando gli strati d'aria in prossimità del suolo divengono saturi, innescando la condensazione. Il processo si esplica tramite:
- umidificazione della massa d'aria nei bassi strati (nebbie da evaporazione);
- raffreddamento dell'aria (nebbie da raffreddamento)
Tale raffreddamento può avvenire in condizioni in cui non vi siano significativi gradienti barici tra zone adiacenti, e quindi dove persista una situazione anticiclonica, e con processo adiabatico, che di norma avviene con la genesi delle nubi. Pertanto questo tipo di condensazione porta ad avere:
- nebbie da irraggiamento
- nebbie da avvezione
Le nebbie da irraggiamento radiativo, tipiche delle zone pianeggianti, sono prodotte dal forte calo termico notturno, quando il terreno irraggia calore verso l'alto sottoforma di radiazione all'infrarosso, raffreddando uno strato d'aria progressivamente crescente con base al suolo. Il raffreddamento, particolarmente in caso di cieli sereni o comunque con nuvolosità inferiore almeno al 5%, produce uno strato nebbioso di spessore in genere prossimo a 100-200 metri ed in qualche caso al di sopra di 300 metri. Questo tipo di nebbia tende a dissolversi nelle ore più calde della giornata e si genera quasi sempre in condizioni meteorologiche caratterizzate da cielo sereno, calme anemologiche o velocità del vento inferiore a 10 km/h, elevato tasso di umidità relativa, presenza di inversioni termiche generalmente solide e atmosfera molto stabile. Tali condizioni sono tipiche del periodo invernale in presenza di strutture di alta pressione, specie quelle che permangono per diversi giorni.
Tipica immagine da nebbia da irraggiamento. Fonte Wikipedia
Le nebbie d'avvezione, invece, si generano all'interno di masse d'aria umida e relativamente calda, che scorrono su una superficie più fredda. Classiche nebbie da avvezione sono quelle marine o costiere poiché il mare di notte presenta minore irraggiamento radiativo rispetto alla terraferma, e sono indotte dallo scorrere di correnti di aria tiepida ed umida su un mare più freddo andando ad interessare anche le zone costiere, in particolare durante il giorno quando si innescano i venti di brezza che le sospingono verso l'entroterra. Nebbie d'avvezione sono anche quelle che si formano qualora aria mite marittima scorra durante le ore notturne sulla terraferma, più fredda per la perdita di calore per irraggiamento radiativo, oppure le nebbie di valle, dove, durante la notte, l'aria fredda accumulatasi si sposta lungo i pendii montani. Le nebbie da irraggiamento, presentano una certa ciclica evoluzione: infatti, si dissolvono o si diradano nelle ore centrali della giornata quando il riscaldamento del suolo si trasmette all'aria, con conseguente evaporazione delle goccioline (a partire dagli strati a contatto col suolo, quindi dal basso), ripresentandosi nuovamente dopo il tramonto, momento in cui riprende la dispersione del calore immagazzinato dal suolo durante la giornata in direzione degli strati troposferici superiori.
Tipica immagine da nebbia da avvezione: fonte Wikipedia
Abbiamo poi le cosiddette "nebbie di pendio", le quali si formano in genere lungo i versanti delle montagne quando aria umida dal fondovalle evolve alquanto lentamente verso i monti. Le nebbie di pendio sono a volte difficilmente distinguibili dalle nubi vere e proprie, ma vengono classificate come nebbie solo perchè la loro base è spesso a contatto con il suolo. Si formano nel periodo estivo durante una fase di tempo stabile quando i moti delle masse d'aria sono governati dalle brezze. Durante il giorno l'aria calda e umida delle valli risale i pendii sospinta dalle brezze e, raggiunta la quota di saturazione, da luogo allo strato nebbioso.
La stragrande maggioranza delle nebbie sull'Italia appartengono a quelle da irraggiamento, cioè indotte dalla condensazione del vapore acqueo in prossimità del suolo a seguito del raffreddamento radiativo notturno della terraferma.
In ogni caso, per ulteriori approfondimenti, si rimanda alla sezione Wikimeteo del sito internet www.meteo.it
In questa breve digressione si intende analizzare il fenomeno nebbia dal punto di vista della previsione, specie quella da irraggiamento, utilizzando alcuni parametri ambientali desumibili dalla consultazione di modellistica numerica hi-res.
È difficile prevedere la nebbia?
Non è difficile prevedere la generica possibilità di formazioni nebbiose a livello di macro aree (tipo la Pianura Padana); ma lo diventa molto di più dovendo formulare una previsione con elevato dettaglio spaziale o temporale. Nello stesso tempo la previsione di nebbie da avvezione è un poco meno ostica rispetto alla previsione delle nebbie da irraggiamento, poiché le prime dipendono assai meno da condizioni ambientali localizzate o a piccola scala, essendo vincolate dallo spostamento orizzontale di masse d'aria di maggiore estensione e spesso di natura sinottica, e quindi meglio individuabili tramite i prodotti di modellistica. Considerando che le nebbie da irraggiamento radiativo implicano per la loro formazione alcuni requisiti diciamo così fondamentali e che possono essere riassunti come segue:
Cielo sereno, o al limite poco nuvoloso con copertura in genere non superiore al 5-10%.
Elevato tasso di umidità relativa fino ad almeno 200-300 metri di quota in modo che il raffreddamento radiativo notturno possa condurre alla condensazione di vapore acqueo.
Aria più secca in quota, almeno a partire dai 400-500 metri, in modo che il calore irraggiato dal suolo non venga troppo riflesso nuovamente verso il suolo.
Aria stabile, cioè assenza negli strati troposferici più bassi di moti ascensionali, favorevoli alla dispersione della massa d'aria umida presente al suolo su strati eccessivamente spessi per permettere la formazione di nebbie.
Venti molto deboli, inferiori a 5 nodi, così che l'umidità accumulata negli strati più bassi non venga dispersa né orizzontalmente né verticalmente attraverso i moti turbolenti.
Possiamo cercare di analizzare, attraverso gli output della modellistica hi-res, il profilo termoigrometrico verticale allo scopo di individuare la presenza o meno di questi requisiti di massima, fermo restando che l'analisi più completa può derivare dalla valutazione di un radiosondaggio che si riferisca ad una zona che abbia caratteristiche topoclimatiche del tutto simili.
In tal senso sarà utile la consultazione dei seguenti parametri:
Presenza di alta pressione di tipo dinamico favorevole all'innesco di moti verticali subsidenti (diretti dall'alto verso il basso) favorevoli alla costituzione di solide inversioni termiche invernali. Per verificare ciò può essere molto utile la topografia di geopotenziale a 500 hPa. Questa ci consente di valutare la presenza e la disposizione delle aree o dei promontori di alta pressione.
La presenza di subsidenza nei bassi strati può essere rivelata da basse velocità verticali debolmente positive (espressa in dp/dt). La velocità verticale positiva indica che sulla colonna verticale prevalgono moti discendenti e che quindi l'aria tende a schiacciarsi lentamente verso il suolo.
Assenza in quota di aria umida che potrebbe indurre annuvolamenti tali da impedire l'irraggiamento radiativo e quindi il raffreddamento degli starti più bassi della troposfera. In questo caso occorrerebbe il diagramma aerologico da radiosondaggio delle 00z e ricercare nella quota compresa tra 2000 e 5000 metri circa la curva di stato della temperatura dell'aria e la curva di dew-point, osservando se esse si mantengono sufficientemente distanti tra loro (sintomo di aria secca in quota). Ma in mancanza di radiosondaggio possono essere d'ausilio le mappe di umidità relativa e di velocità omega previste sui piani isobarici di 850, 700 e 500 hPa.
Presenza di elevata umidità relativa (90-100 %) in prossimità del suolo con aria secca sopra i 300-400 metri. Questo è possibile tramite l'analisi da radiosondaggio, oppure osservando i valori di umidità relativa previsti al suolo e sui piani isobarici di 975, 950 e 925 hPa.
Presenza di venti con velocità compresa in genere tra 2 e 5 nodi preferibilmente dai quadranti meridionali (in genere più umide, eccetto particolare conformazione orografica del territorio). In questo è d'aiuto la mappa dei venti previsti a 10 metri.
Differenza tra la temperatura dell'aria e di dew-point inferiore ai 2.8°/3.0 °C durante il giorno ed in prossimità del suolo. Questo elemento è indice della presenza di aria molto umida già durante le ore centrali della giornata, pertanto può indurre a formulare la previsione di possibili nebbie già dopo il tramonto, a meno che non intervengano nel frattempo fattori sinottici forzanti.
Vediamo in primo luogo un classico esempio di radiosondaggio favorevole alla presenza di nebbia in Pianura Padana. Il radiosondaggio riferito alla località di Milano, è proposto in formato testo, ed è illustrato di seguito:
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PRES HGHT TEMP DWPT RELH MIXR DRCT SKNT THTA THTE THTV
hPa m C C % g/kg deg knot K K K
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1019.0 103 -0.5 -3.5 80 2.91 0 0 271.2 279.2 271.7
1015.0 134 1.0 0.0 93 3.78 344 1 273.0 283.4 273.6
1000.0 254 5.8 -3.2 52 3.03 285 4 278.9 287.6 279.5
995.0 295 7.4 -4.6 42 2.74 285 4 280.9 288.9 281.4
944.0 732 11.8 -8.2 24 2.19 287 4 289.7 296.4 290.1
924.0 911 11.4 -12.6 17 1.58 287 4 291.1 296.0 291.3
909.0 1048 11.2 -13.8 16 1.46 288 4 292.2 296.8 292.5
850.0 1604 7.8 -16.2 16 1.28 290 4 294.3 298.4 294.5
700.0 3175 -1.7 -27.7 12 0.56 345 7 300.6 302.5 300.7
685.0 3347 -2.3 -26.3 14 0.66 348 8 301.8 304.0 301.9
603.0 4343 -9.5 -39.5 7 0.21 5 11 304.6 305.4 304.7
507.0 5657 -18.5 -41.5 11 0.20 28 17 309.2 309.9 309.2
500.0 5760 -19.3 -39.3 15 0.25 30 17 309.4 310.4 309.5
Si tratta di un tipico esempio di radiosondaggio che prelude alla formazione di nebbie estese ed anche fitte, ed è relativo al gennaio 1989, periodo nel quale si ebbero prolungate condizioni di tempo stabile ed anticiclonico, con nebbie intense ed insistenti su gran parte della Pianura Padana.
Alcuni aspetti del radiosondaggio sono particolarmente significativi: Se osserviamo il profilo verticale di temperatura notiamo come si parta da valori inferiori allo 0°C in prossimità del suolo, mentre essi tendono a salire negli strati sovrastanti fino a raggiungere valori notevolmente elevati per il periodo fino a circa 1500 m (piano isobarico di 850 hPa), tra i quali spiccano 11.4°C a circa 1000 m di quota. Tale profilo rivela presenza di una notevole inversione termica con base al suolo e ben strutturata almeno fino ai 1000 m di altitudine e generata dalla saldatura tra una inversione termica da irraggiamento con base al suolo e un'inversione termica da subsidenza negli strati appena superiori.
Osserviamo poi i valori di temperatura di rugiada (dew-point, 4° colonna). Essi sono molto bassi, in rapporto alla temperatura reale, a partire dai 250 m circa e per tutta la colonna verticale. Solo tra il suolo e 130 m circa sono molto vicini alla temperatura ambientale, anche se non rivelano una situazione di completa saturazione (che probabilmente interverrà verso l'alba).
Conseguentemente (quinta colonna) notiamo valori di umidità relativa elevati fra il suolo e 130 m di quota circa; ma essi calano drasticamente a partire dai 250 m circa per divenire bassissimi oltre i 700 m, rivelando aria estremamente secca in corrispondenza dello strato più caldo, condizione assai favorevole alla formazione della nebbia.
Anche il profilo verticale del vento è particolarmente indicativo: infatti si hanno valori (in nodi) compresi tra 0 (suolo) e 4 (1500 m circa).
Insomma ci sono tutti gli elementi per condurre ad una situazione nebbiosa per irraggiamento radiativo: inversione termica, aria secca in quota, umida presso il suolo, cielo sereno (visti i bassi tassi idrometrici tra i piani isobarici di 850 e 500 hPa) e calma di vento. In realtà, al momento del lancio del radiosondaggio (00z) il valore di umidità relativa presente al suolo è attestato sull'80%, e quindi non ancora pienamente favorevole all'insorgenza di formazioni nebbiose, ma potrà quasi certamente diventarlo nelle ore successive ed in particolare verso l'alba, con la naturale ulteriore diminuzione della temperatura.
Vediamo invece oltre qualche esempio di previsione di possibili nebbie con l'ausilio di prodotti di modellistica hi-res.
La mappa sopra, riferita alle 05z del giorno 7 dicembre 2008, evidenzia la presenza di aria molto secca a circa 5500 m di quota su tutte le regioni centrosettentrionali (valori anche inferiori al 10% su regioni di nord-ovest e versante tirrenico). Solo sull'angolo nordorientale si notano valori leggermente superiori ma solo localmente oltre il 70%. In ogni caso la situazione è rappresentativa della presenza di aria complessivamente molto secca e stabile quasi ovunque.
Passiamo ora ad un piano isobarico sottostante portandoci in media troposfera:
Campo di umidità relativa sul piano isobarico di 700 hPa.
Fonte: Explicit 2 km NMM model MeteoCenter
La mappa sopra evidenzia i campi di umidità relativa previsti alle 06z del giorno 7 dicembre sul piano isobarico di 700 hPa (circa 3000 m di quota). Sebbene i valori igrometrici siano leggermente superiori rispetto a quelli visti in precedenza, notiamo comunque valori piuttosto bassi ed insufficienti per condurre alla formazione di nuvolosità di una certa consistenza, salvo l'area posta al confine tra Romagna e Marche, laddove la presenza di flussi leggermente più umidi provenienti da NNE attraverso i Balcani porta un leggero rialzo del tasso di umidità (fino al 75/80%).
Ci portiamo ora ancora un poco più in basso:
Campo di umidità relativa sul piano isobarico di 850 hPa.
Fonte: Explicit 2 km NMM model MeteoCenter
La mappa riportata sopra mostra i campi di umidità relativa previsti sul piano isobarico di 850 hPa (1500 m circa, bassa troposfera) alle 06z del giorno 7 dicembre 2008.
Ancora una volta notiamo valori alquanto bassi su gran parte della Pianura Padana, in genere oscillanti tra il 20 ed il 30% con solo alcune aree relativamente circoscritte interessate deboli avvezioni di aria un poco più umida, in massima parte da addebitare a deboli correnti nordorientali che impattando la catena appenninica subiscono un modesto sollevamento forzato di natura orografica, con conseguente incremento dell'umidità relativa.
Anche in questa circostanza il profilo rivela uno status generale di aria assai secca.
Passiamo ora alla situazione prevista in merito a velocità e direzione del vento al suolo:
Direzione e velocità del vento previsto al suolo.
Fonte: Explicit 2 km NMM model MeteoCenter
La mappa riportata sopra, riferita alle 05z del 7 dicembre 2008, mostra i campi di vento previsto al suolo, sia in direzione che in velocità (m/s), ed evidenzia una tipica situazione anticiclonica con predominio di calma di vento sulla quasi totalità della Pianura Padana. Solo su comparto occidentale si nota una leggera componente nordoccidentale, con valori intorno ai 3-4 m/s, di origine orografica, vale a dire deboli correnti di fohn alpino in seno a flussi da nord-ovest di tipo sinottico. In ogni caso la situazione tende alla calma perfetta particolarmente sul comparto padano orientale, il quale in tale circostanza appare più ipoteticamente soggetto alla formazione di nebbia.
L'estrazione orografica delle suddette correnti appare evidente analizzando il profilo di dew-point al suolo relativo alle stesse ore, e mostrato sotto:
Profilo di temperatura di rugiada a 2 mt.
Fonte: Explicit 2 km NMM model MeteoCenter
Come evidenzia la mappa, riferita alle ore 05z del 7 dicembre 2008 prendendo in esame i campi di dew-point al suolo, sono rilevabili valori di temperatura di rugiada alquanto bassi su Pianura Padana occidentale, sintomo di aria un poco più secca nei bassi strati a causa dell'afflusso di correnti nordoccidentali, sebbene deboli, di natura favonica, con lieve fohn alpino. Più elevati i valori invece sul settore orientale.
Infatti, in tale contesto, il modello vede la possibilità più elevata di formazioni nebbiose su comparto orientale della Pianura Padana, come evidenziato dalla figura successiva:
Visibilità orizzontale prevista in m alle 05z del 7 dicembre 2008.
Fonte: Explicit 2 km NMM model MeteoCenter
Come si vede dalla mappa soprastante verso l'alba è prevista la formazione di nebbie sulo settore centrorientale della Pianura Padana, laddove si ha minore incidenza da parte dei lievi flussi favonici che interessano il comparto nordoccidentale.
Premesso che tale grandezza ha un grado di prevedibilità non eccelso, a causa della non semplice stima della effettiva solidità delle inversioni termiche con base al suolo che sono frutto in buona misura delle perdite notturne radiative di calore e delle complesse interazioni esistenti tra i flussi a meso e microscala nei bassi strati riguardanti l'area padana ed i comparti alpini ed appenninici, vale comunque la pena di poterne disporre in tempo utile (normalmente i modelli di questo tipo tendono più spesso ad una lieve sottostima del fenomeno) come ausilio per emanare allerte dirette essenzialmente alla circolazione stradale ed al traffico aereo.