Didattica fenomeni & parametri atmosferici

I Temporali: concetti riassuntivi, particolarità, indicazioni

All'origine di uno dei fenomeni meteorologici più affascinanti come il temporale vi sono i cumulonembi, nubi a caratteristico sviluppo verticale tra le più amate dagli appassionati di fenomeni atmosferici per la loro imponenza scenografica e perché protagonisti oltre che di intensi rovesci, di fulmini, grandine, forti raffiche di vento e talvolta in grado di generare i temibili tornado.

 La formazione dei cumulonembi avviene a partire dalle correnti ascensionali di aria calda di tipo convettivo, quando è presente un importante divario termico tra gli strati più bassi e quelli più alti della troposfera. Le cause all'origine della formazione dei cumulonembi possono essere diverse, come ad esempio uno scontro tra masse d'aria differenti (in genere l'arrivo di un fronte freddo ha come effetto lo sviluppo di cumulonembi temporaleschi), ma anche il sollevamento forzato di una massa di aria più calda e umida per cause orografiche come la presenza di una barriera montuosa. Quali che siano i motivi scatenanti l'aria calda prossima al suolo, per sua natura più leggera di quella fredda, tende a salire verso l'alto, viceversa l'aria più fredda in quota viene scalzata da quella calda e discende verso il basso. Ciò che ne deriva è l'accensione di una vera e propria centrale elettrica nell'atmosfera! Le masse d'aria calda salendo infatti si raffreddano e condensano liberando calore e formando i cumulonembi che possiedono dunque una notevole quantità di energia in termini di calore, che a sua volta alimenta la forza delle correnti ascensionali, che riescono a spingersi fino alla tropopausa.

Tale meccanismo autoalimenta il cumulonembo rendendolo sempre più maestoso fino allo sviluppo maturo del temporale. Il meccanismo di dissipazione avviene invece grazie all'aria fredda più densa, che scendendo verso il basso porta all'esaurimento dell'energia iniziale data dall'aria calda provocando il dissipamento della nube. In media un cumulonembo è in grado di arrivare fino a 12 Km di altezza, ma in alcuni temporali tropicali si possono formare cumulonembi alti fino a 19 Km.

Nella nube dunque, dato il suo sviluppo verticale, è possibile osservare nel complesso la presenza contemporanea di gocce d'acqua, cristalli di neve e particelle di ghiaccio. Durante la fase di maturità del cumulonembo sulla sommità la temperatura raggiunge i -50°C e si concentrano particelle di ghiaccio che danno alla nube la caratteristica forma con incudine sommitale, modellata dalle correnti d'alta quota. Talvolta le correnti ascensionali sono così rapide e potenti che una torre convettiva è in grado di superare il limite nel quale avviene il ghiacciamento della nube a incudine del cumulonembo dando vita a cosiddetto "overshooting top", di solito accompagnato da manifestazioni temporalesche violente.

Foto 1: un overshooting top ripreso da un aereoplano.

Foto 2: un overshooting top in pianura padana. Immagine tratta dal sito www.fenomenitemporaeschi.it

I rovesci, che avvengono quando il peso della particella di acqua o di ghiaccio è in grado di vincere la corrente ascensionale, sono spesso violenti e accompagnati da brusche raffiche di vento discendente in grado di costituire un pericolo per l'aviazione conosciuto con il nome di windshear. Sulla Terra si stima siano in atto in qualsiasi istante contemporaneamente 1800 temporali in media circa.

La manifestazione visiva più evidente e affascinante ma allo stesso tempo pericolosa e talvolta distruttiva che si accompagna al temporale è costituita dai fulmini. Il meccanismo alla base della formazione della scarica elettrica ha inizio a partire dalle collisioni continue tra cristalli di ghiaccio e chicchi di grandine all'interno della nube temporalesca, che generano la formazione di cariche elettriche di segno opposto che nella fase primordiale dello sviluppo del cumulonembo sono disposte ancora in maniera casuale nella nube. Man mano che si generano ulteriori cariche per via delle collisioni e che a nube si sviluppa in altezza le particelle cariche negativamente si spostano alla base della nube, mentre quelle positive si concentrano nella parte alta. Contemporaneamente al suolo si accumulano cariche positive. Per tale motivo le scariche elettriche possono avvenire sia all'interno della stessa nube, visibili sottoforma di lampi o di fulmini intranube, sia tra cumulonembi contigui, sia tra nube e suolo.

Un tipico fulmine ramificato che si scarica al suolo ha una durata di 0,2 secondi. Inizialmente fuoriesce una debole scarica iniziale dalla nube che raggiunge il suolo, a questa segue la scarica giuda, diretta dal suolo verso la nube, e successivamente si genera la scarica di ritorno principale che dal suolo raggiunge la nube utilizzando il canale conduttore ormai preparato dalle precedenti scariche. In tale canale in cui avviene il fulmine l'aria può raggiungere quasi istantaneamente la temperatura di 30000 ◦C . A tale temperatura l'aria si espande violentemente generando un'onda d'urto di grande ampiezza simile a quella di un'esplosione vera e propria, percepibile sottoforma di tuono. L'energia elettrica di un fulmine è in media pari a 1,5 milioni di Volt. Un tronco colpito da un fulmine subisce in pochissimi secondi l'evaporazione dei liquidi al suo interno fino a rompersi.

Dato che la scarica elettrica segue sempre il percorso di minore resistenza, che spesso è proprio il più breve tra suolo e nube, è bene, nel caso il temporale ci sorprenda all'aperto, stare alla larga da oggetti appuntiti e alti, come alberi isolati, disfarsi di oggetti metallici e spegnere il telefono cellulare. Se non è possibile raggiungere un riparo in tempi brevi e ci si trova in montagna è preferibile trovare riparo in un bosco fitto piuttosto che in un pianoro, evitare pareti rocciose e fonti di calore come un grande gregge di pecore, e se proprio ci si trova in un luogo aperto e privo di ripari la migliore azione da fare è quella di rannicchiarsi a terra con le gambe e i piedi ben uniti, in modo da proteggersi il più possibile non solo dalla scarica principale ma anche dalle corrente di passo, che si genera quando il corpo tocca due punti del terreno a diverso potenziale elettrico nel caso in cui il fulmine cada a pochi metri da noi. In spiaggia è bene evitare di stare in acqua ma è necessario anche allontanarsi il più possibile dalla battigia.

È bene ricordare inoltre che i fulmini più pericolosi sono in genere quelli che anticipano di qualche minuto l'arrivo dell'area dei rovesci più intensi del cumulonembo, poiché colgono di sorpresa le persone, inoltre sono quelli energeticamente più potenti e si scaricano facilmente grazie alla potente corrente di aria calda ascendente aspirata dal cumulonembo.

Foto 4: Struttura di un cumulonembo con elementi caratteristici come i mammatus, nubi mammeolari che si espandono verso il basso formate dall'aria fredda discendente e i knuckles, simili ai mammatus ma diretti lateralmente che indicano una violenta espansione della struttura, appena visibili tra l'incudine del temporale. Foto di www.stormeffects.com

Altro fenomeno di un certa pericolosità che può accompagnare il temporale è la grandine. I chicchi di ghiaccio che si formano nella nube possono infatti subire diversi cicli di salita e discesa, fondendosi insieme. Un chicco di grandine può essere definito tale se ha un diametro di almeno 5mm. Ogni viaggio all'interno della nube corrisponde a un nuovo strato di ghiaccio e ciò conferisce al chicco una caratteristica struttura a cipolla. Più crescono le dimensioni del chicco di grandine, più la forma tende a passare da sferica a irregolare. I chicchi hanno in genere un diametro medio di 2,5cm e alcuni possono raggiungere dimensioni maggiori di una palla da tennis se le correnti ascensionali sono particolarmente potenti, diventando un serio pericolo per l'incolumità delle persone. La grandine è uno dei fenomeni più temuti anche dagli agricoltori, essendo in grado di piegare e rovinare le messi in pochi minuti.

Foto 3: un chicco di grandine di grandi dimensioni risultato da processi di accrescimento e fusione con altri chicchi.

La pericolosità del temporale è legata inoltre alle forti raffiche di vento generate. Le correnti di vento principali che caratterizzano il temporale sono l'inflow, una corrente di aria calda aspirata dal temporale e dunque diretta verso la nube temporalesca, ma soprattutto le raffiche di outflow, correnti di aria fresca che discese dal temporale si diffondono orizzontalmente al suolo. Localmente possono poi originarsi correnti discendenti molto violente, denominate downdraft, che talvolta danno origine a veri e propri downbursts, o localizzati microbursts (in inglese piccolo scoppio), violentissime raffiche discendenti accompagnate da pioggia che cade violentemente al suolo, spesso in maniera localizzata e in grado di arrecare danni anche di una certa entità come la rottura di rami, caduta di cartelli stradali e danni a strutture anche apparentemente solide, tanto che spesso vengono scambiati per i ben più distruttivi tornado. Proprio il tornado è infatti il fenomeno atmosferico più violento e distruttivo del nostro pianeta, in grado di generare i venti più forti conosciuti sulla Terra, anche ben oltre i 480Km/h, ed è sempre originato dai cumulonembi temporaleschi. Ma la trattazione della dinamica di questo terrificante e straordinario vortice merita un articolo di approfondimento a sé stante.

Articolo di Marco Iannucci

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