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Analisi della nuvolosita' mediante radiosondaggio

Obiettivo della lettura

  • Interpretazione dei dati in quota e loro significato nella previsione

  • Interpretazione delle caratteristiche di umidità negli strati superiori e loro valore per il previsore.

Noticina lessicale

Dovendosi fare largo uso dei termini "temperatura del punto di rugiada" e "temperatura del punto di brina", per comodità di espressione, si useranno al loro posto le accezioni più brevi di "punto di rugiada", "temperatura di rugiada" o "rugiada" per il primo e "punto di brina", "temperatura di brina" o "brina"  per il secondo, intendendo sempre parlare delle su specificate temperature caratteristiche.

Ai previsori viene frequentemente richiesto di formulare previsioni delle nubi al di sopra di quelle aree dove le osservazioni sinottiche non sono prontamente disponibili, oppure laddove una fitta copertura nuvolosa più bassa impedisce la visione delle nubi negli strati superiori.

La presente lettura si propone lo scopo di aiutare il previsore a familiarizzare con i principi della rilevazione e dell'analisi delle nubi partendo dai dati dei sondaggi. E' bene dire, comunque, che non sarà questo il luogo per un'approfondita discussione sul sondaggio termodinamico. Per ulteriori informazioni, consultare la bibliografia.

Importanza delle osservazioni mediante radiosondaggio nell'analisi delle nubi

Le osservazioni delle nubi regolarmente fruibili dal previsore attraverso i messaggi sinottici in superficie (SYNOP) non sono generalmente di grande aiuto come base per la previsione. I radiosondaggi, che penetrano nei sistemi nuvolosi, rispecchiano, per taluni aspetti (principalmente nel campo dell'umidità), la distribuzione verticale delle nubi. Se la rilevazione dell'umidità non ha subito interruzioni o problemi, in genere non dovrebbero sussistere grosse difficoltà nell'individuazione degli strati nuvolosi attraversati dalla radiosonda.

Ad ogni modo, a causa dei difetti della strumentazione, la relazione intercorrente fra umidità rilevata e presenza di nubi è ben lontana dall'essere esauriente, e spesso si deve far ricorso all'interpretazione empirica. Ciò nonostante, i dati della radiosonda forniscono indizi preziosi che, quando comparati con altre fonti, aiutano non poco nella rappresentazione di una quadro coerente della distribuzione delle nubi stratiformi e di origine frontale. In aggiunta, non può assolutamente essere trascurato il valore di questi dati nel valutare la distribuzione dei cumuli e dei cumulonembi.

Desumere le nubi dal radiosondaggio

In via del tutto teorica, dovremmo essere in grado di dedurre, dai dati di umidità, gli strati in cui la radiosonda ha attraversato dei corpi nuvolosi. In realtà, le indicazioni  desumibili dalle curve di temperatura e punto di rugiada sono spesso meno esatte ed affidabili di quanto si desideri. A parte ciò, possiamo comunque trarre utili indizi circa la distribuzione delle nubi e le aree potenzialmente favorevoli alla loro genesi. Del resto, questi "segni" non potrebbero essere ottenuti da nessuna altra fonte.

Punto di rugiada e di punto di brina nelle nubi

Se alla temperatura sottraiamo la differenza che intercorre con il punto di rugiada (differenza che gli anglosassoni chiamano dewpoint depression), otterremo proprio il valore della temperatura di rugiada, che è definita come quella temperatura a cui l'aria dovrebbe essere raffreddata (a pressione di vapore costante) affinché si giunga alla saturazione. Il punto di brina (Frost point), che è la temperatura a cui l'aria deve essere raffreddata o riscaldata adiabaticamente per raggiungere la saturazione rispetto al ghiaccio, è più elevata rispetto al punto di rugiada tranne che a 0°C, dove i due punti coincidono. Nel grafico mostrato in figura 1,  la differenza tra punto di rugiada e di brina è tracciata come funzione del punto di rugiada stesso. In una nube a temperatura sopra lo zero, il vero punto di rugiada sarà molto prossimo alla reale temperatura dell'aria, indicando che l'aria tra le goccioline della nube è praticamente satura.

Discrepanze minori possono verificarsi quando la nube non si trova in condizioni di equilibrio (quando essa è in fase di dissolvimento o di rapida genesi, oppure quando sono in atto precipitazioni all'interno della nube con gocce di pioggia a temperatura lievemente differente da quella dell'aria), ma dette discrepanze sono davvero piccole. Nella parte di nube al di sotto di 0°C, la temperatura vera è compresa tra l'effettivo punto di rugiada e l'effettivo punto di brina, in funzione del rapporto fra particelle di nube allo stato liquido e quelle allo stato solido.

Se la nube consiste integralmente di goccioline di acqua sopraffusa, la temperatura vera e l'effettivo punto di rugiada si troveranno più o meno a coincidere. Se la nube è invece interamente composta di cristalli di ghiaccio, la temperatura potrebbe coincidere sia con il punto di brina che con quello di rugiada. Va comunque detto che non possiamo adoperare la coincidenza fra temperatura e punto di rugiada come valido criterio per le nubi a temperatura inferiore a 0°C. Con temperature al di sotto dei -12°C, la temperatura vera coincide più verosimilmente con il punto di brina che con il punto di rugiada.

Il grafico già visto in figura 1 mostra che la differenza tra punto di rugiada e quello di brina aumenta approssimativamente di 1°C per ogni 10°C al di sotto di 0°C. Ad esempio, quando il punto di rugiada corrisponde a -10°C, il punto di brina è pari a -9°C; se il punto di rugiada è -20°C, il punto di brina è -18°C; e quando la rugiada è -30°C la brina è -27°C. Così, parlando di cirri che sono in stato di equilibrio (cioè in condizioni di saturazione rispetto al ghiaccio) alla temperatura (di brina) di -40°C, dovremmo valutare il corretto punto di rugiada pari a -44°C (arrotondato all'intero più vicino).

Possiamo quindi affermare, in definitiva, che l'aria all'interno di una nube a temperatura inferiore a circa -12°C, è satura rispetto al ghiaccio, e che, al diminuire della temperatura della nube con l'altezza, la differenza fra gli effettivi punti di rugiada e di brina va incrementandosi. Ogni tentativo di determinare l'altezza degli strati nuvolosi attraverso i dati di umidità del radiosondaggio, è perciò soggetto ad errore. E' tuttavia possibile superare in parte alcuni di questi errori mediante interpretazione soggettiva dei sondaggi, come vedremo nel paragrafo successivo.

Interpretazione degli strati rilevati dal radiosondaggio in relazione agli strati nuvolosi effettivi

I seguenti diagrammi (figure 2, 3, e 4) illustrano il comportano della radiosonda durante l'attraversamento di corpi nuvolosi. Questi diagrammi sono stati correlati con osservazioni da aeromobile delle altezze della base e del top delle nubi eseguite dagli aerei in prossimità dell'ascensione della radiosonda. Le differenze temporali e spaziali fra aeromobile e radiosondaggio sono state generalmente inferiori rispettivamente alle due ore e alle 30 miglia. Alcuni degli aerei hanno riportato soltanto le nubi osservate al di sopra dei 15mila piedi; altri hanno riportato tutte le nubi.

Nella figura 2 come nelle successive, le osservazioni delle nubi eseguite da aeromobile sono indicate nell'angolo in basso a sinistra sotto l'intestazione CLOUD (vedi esempio a lato); al di sotto di queste, sono riportate le osservazioni in superficie. Laddove le nubi basse non sono state riportate dall'aeromobile, le si possono desumere dalle osservazioni in superficie. Le altezze riferite agli aeromobili sono espresse in centinaia di piedi (pressione-altitudine). La temperatura, il punto di brina e quello di rugiada sono indicate rispettivamente dai simboli T, Tf e TD.

 

Nella figura 2, un marcato fronte caldo è in avvicinamento da sud. Piogge moderate continue si manifesteranno due ore più tardi. Alle 1830 UTC, un aereo riporterà nubi compatte da 1000 a 44000 piedi (quota della tropopausa).

Il sondaggio delle 1500 UTC evidenzia un incremento della depressione del punto di rugiada con l'altezza e nessuna discontinuità a 15000 piedi, quota riportata del top delle nubi. Un ben definito strato secco è indicato fra 18300 e 20000 piedi. Il secondo strato nuvoloso riportato è indicato dalla diminuzione della depressione, ma il fattore umidità risponde con ovvia lentezza. La depressione alla base delle nubi posta a 21000 piedi è di 14°C; dopo circa 3 minuti di ascensione dentro la nube, essa è ancora di 10°C. In riferimento al solo sondaggio, avremmo potuto dedurre la presenza di nubi da circa 4500 piedi (punto iniziale del rapido incremento dell'umidità) fino a 500 hPa e un secondo strato da 20000 piedi in su. Tenendo presente che il varco libero fra 15000 e 21000 piedi verrà rapidamente occupato dal sopraggiungente fronte caldo, possiamo concludere che vi è un buon accordo fra nubi effettivamente riportato e nubi dedotte.
figura 2 - Esempio di individuazione di nubi dal radiosondaggio in una situazione di fronte caldo attivo in avvicinamento da sud. 

 

 

La figura accanto mostra uno strato di nubi medie con precipitazioni che non raggiungono il suolo. Risulta molto evidente dal sondaggio la base delle nubi a 12000 piedi, anche se non è comprensibile perché il riporto la indichi a 15700 piedi. Probabilmente tale riporto non è rappresentativo, poiché altostrati con base compresa fra gli 11000 e 14000 piedi, furono osservati dalla maggior parte delle stazioni meteo dell'Ohio e della Virginia Occidentale.
figura 3 - Esempio di individuazione di nubi dal radiosondaggio in caso di nubi medie e precipitazioni che non raggiungono il suolo.

 

 

La figura 4 mostra nubi stratificate con uno strato intermedio privo di nubi non evidenziato dalla traccia dell'umidità. Nel caso in esame, sussiste un buon accordo fra radiosondaggio e le contestuali osservazioni da aeromobile. 

Lo strato sereno fra 6000 e 6500 piedi non viene riportato dal sondaggio. In effetti, di solito,  non è possibile riconoscere dall'andamento dell'umidità la presenza di spazi sottili di sereno oppure di strati sottili di nubi.
figura 4 - Esempio di interpretazione di sondaggio mostrante strati nuvolosi inframmezzato da uno strato senza nubi non evidenziato dall'andamento dell'umidità.
 

La comparazione fra sondaggio e riporto delle nubi ci consentono di esporre le seguenti regole:

  1. La base delle nubi il più delle volte è individuabile laddove la depressione del punto di rugiada diminuisce (in parole povere, quando la differenza tra temperatura dell'aria e temperatura del punto di rugiada diventa via via più piccola, il che equivale a dire quando l'umidità tende ad aumentare). 
  2. Non sempre sarà possibile associare una nube ad uno strato in cui la rugiada diminuisce, ma soltanto qualora il decremento conduca ad un valore minimo delle depressioni compreso tra 6°C e 0°C. Ad ogni modo, a temperature inferiori a -25°C, le depressioni nelle nubi sono spesso maggiori di 6°C.
  3. La depressione della rugiada in una nube è, in media, più piccola in quelle nubi che possiedono temperature più elevate. Tipiche depressioni ammontano a 1°C o 2°C a temperature sopra lo zero, e a 4°C per temperature comprese tra -10°C e -20°C.
  4. La base di una nube dovrebbe essere localizzata alla base dell'incipiente decremento della depressione, se la diminuzione appare in tutta evidenza.  
  5. Se uno strato in cui la depressione diminuisce è seguita da uno strato di forte diminuzione, la base della nube dovrebbe essere localizzata in corrispondenza del forte decremento.
  6. Il top dello strato nuvoloso è di solito indicato dall'aumento della differenza tra temperatura e rugiada. Una volta che la base della nube è stata determinata, la nube è estesa fino al livello in cui inizia un significativo aumento della depressione. L'aumento graduale della depressione con l'altezza in una nube non è significativo.

In aggiunta alle suddette analisi, altri studi sono stati fatti per determinare quanto sia affidabile la depressione come indicatore di nubi. I risultati sono riassunti nella figura 5. Ciascun grafico mostra la probabilità percentuale dell'esistenza di uno strato nuvoloso nel mese di Gennaio per differenti valori di depressione. Su ciascun grafico una curva mostra la probabilità di cielo sereno o poco nuvoloso in funzione della depressione del punto di rugiada; l'altra curva mostra invece quella di cielo molto nuvoloso o coperto. I diversi grafici sono basati su 1027 osservazioni, che risultano sufficienti per indicare l'ordine di grandezza della depressione alla base di strati nuvolosi invernali. Piccole irregolarità nelle curve non sono state lisciate a causa dell'insufficienza di dati. I grafici sono utilizzabili senza alcun riferimento alla situazione sinottica. Per un dato sondaggio invernale, è possibile stimare dal grafico la probabilità di copertura del cielo con base delle nubi comprese fra 1000 hPa e 600 hPa per strati di data minima depressione.

Figura 5 - Probabilità percentuale di esistenza della base degli strati nuvolosi per differenti valori della depressione del punto di rugiada (in gradi °C). Le linee continue rappresentano la probabilità di cielo sereno o poco nuvoloso; quelle punteggiate, la probabilità di cielo molto nuvoloso o coperto con base della nuvolosità compresa fra 1000 hPa e 600 hPa.   

 

 
Questa pagina è stata realizzata da Vittorio Villasmunta

Ultimo aggiornamento: 26/07/15