elementi di meteorologia.

Corso di I livello per istruttori di Vela
Meteorologia
a cura di Alessandro M, S. Delitala
Meteorologo e climatologo certificato.
Genova, 11-12/10/2016: Elementi di meteorologia.
Schema delle lezioni
Programma
I parte: elementi di meteorologia.

Revisione concetti base.

Il vento sulla superficie terrestre e sul mare: convergenza, divergenza,
attrito e onde.

La formazione delle nubi, tipologia e fenomenologia.

I fronti e i cicloni delle medie latitudini.
II parte: laboratorio di meteorologia.

Lettura delle carte sinottiche. Raccolta ed interpretazione dei dati.

Navigare in sicurezza.
Titolo della presentazione
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Temperatura, pressione e vento.
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La Temperatura
La temperatura è la proprietà che caratterizza lo stato termico di un corpo, in
relazione alla capacità di trasferire calore verso altri corpi o di acquisirne.
C
F
ESEMPIO: la temperatura della sabbia sotto il sole estivo e la
differenza di temperatura rispetto al bagnasciuga.
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La misura della temperatura

La temperatura si misura in:
gradi centigradi (gradi Celsius)
0°C -> temperatura di
congelamento dell’acqua
°C
100°C -> temperatura di ebollizione
dell’acqua
Esistono anche:
•
gradi assoluti o gradi Kelvin (scientificamente più precisi);
•
gradi Fahrenheit (usati soprattutto negli USA, ma non standard).
Lo strumento di misura della temperatura è il termometro.
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La pressione

La pressione è la forza per unità di superfice e si misura in
Pascal.
2
1Pa =1N / m
10’000’000 Pa
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1000 Pa
La pressione dell’aria
1hPa =1( milli ) bar
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Il vento sulla superficie terrestre e sul mare:
convergenza, divergenza, attrito e onde.
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Definizione di vento

Il vento è la velocità dell’aria e si misura con una distanza
divisa per un tempo, cioè in m/s.

Esistono anche due unità di misura tradizionali molto usate:

il nodo (miglia nautiche all’ora), usato soprattutto in
marineria;

il km/h (chilometri all’ora), usato sulla terraferma.
1m/s= 3.6km/h » 2kn
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Chi va per mare usa solitamente i nodi, ma in
meteorologia si trovano spesso anche le altre due

Scala empirica: la scala Beaufort
Scala fenomenologica che lega l’intensità del vento ai tipici effetti.

TERMINE
DESCRITTIVO
0 Calma
GRADO
[nodi]
<1
1 Bava di vento
1÷3
2 Brezza leggera
4÷6
3 Brezza tesa
7÷10
4 Vento moderato
11÷16
5 Vento teso
17÷21
6 Vento fresco
22÷27
7 Vento forte
28÷33
8 Burrasca
34÷40
9 Burrasca forte
41÷47
10 Tempesta
48÷55
11 Tempesta violenta 56÷63
12 Uragano
> 63
INTENSITÀ
DESCRIZIONE VISIVA
[m/s]
0.0m/s ≤ V < 0.3m/s Il fumo sale verticalmente.
La direzione del vento è visibile dal movimento del fumo ma
0.3m/s ≤ V < 1.6m/s
non dalla banderuola segnavento.
Si avverte il vento sulla faccia; le foglie si agitano;
1.6m/s ≤ V < 3.4m/s
banderuole ordinarie in movimento.
Foglie e ramoscelli in movimento costante; le bandiere
3.4m/s ≤ V < 5.5m/s
leggere iniziano a spiegarsi.
Si sollevano polvere e pezzi di carta; rami degli alberi in
5.5m/s ≤ V < 8.0m/s
movimento.
Gli alberelli ondeggiano; si increspano le acque interne
8.0m/s ≤ V < 10.8m/s
(laghi, stagni, ecc.).
10.8m/s ≤ V < 13.9m/s Grossi rami in movimento; difficoltà nell'uso degli ombrelli.
Interi alberi in movimento; camminando controvento si prova
13.9m/s ≤ V < 17.2m/s
fastidio in faccia.
Si spezzano i rami degli alberi; generale impedimento
17.2m/s ≤ V < 20.8m/s
all'avanzamento.
Si verificano leggeri danni alle costruzioni (si spostano
20.8m/s ≤ V < 24.5m/s
piccoli oggetti e le tegole).
Considerevoli danni alle abitazioni; sradicamento di alberi;
24.5m/s ≤ V < 28.5m/s
onde molto alte in mare.
28.5m/s ≤ V < 32.7m/s Danni ingenti su vasta scala.
V≥32.7m/s
Danni ingentissimi in breve tempo su vasta scala.
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L’effetto è la conseguenza di 10 minuti di azione
La Scala Beaufort sul mare
Regola empirica:
KT=5*(BF-1) da BF2 a BF8
KT=5*BF a BF9 e BF10
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Vento medio o raffica?
Gli effetti sono la conseguenza del vento medio su 10 minuti e non
delle raffiche. Lo stesso, in generale, vale per le previsioni di vento.
Le raffiche possono superare fino al 50 % il vento medio.
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Scala empirica: la rosa dei venti

Scala che lega la direzione del vento all’area geografica di provenienza.
Su ‘entu galluresu.
Su ‘entu bosanu.
Su ‘entu campidanesu.
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Su ‘entu ‘e mare.
La temperatura e il vento a scala locale
Il sole riscalda in modo disomogeneo l’aria al di
sopra della superficie terrestre
Si creano colonne di aria più calda e colonne
relativamente più fredde
L’aria si muove dalle zone fredde a quelle calde
C
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F
Le brezze
(nella stagione calda)
MARE
TERRA
(più calda durante il dì)
(più freddo durante il dì)
Differenza media di temperatura diurna: 1-3°C
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Frequenza media delle brezze
Tra maggio e agosto le
brezze interessano circa il
40% dei giorni
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Durata media delle brezze
Tra maggio e agosto
le brezze sorgono
verso le 10* e calano
tra le 18* e le 20*.
* ora locale
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Intensità delle brezze
Tra maggio e agosto le brezze di mare
sono mediamente tra 5 e 7 nodi.
Sono possibili brezze più intense sino
a un massimo assoluto di 17 nodi.
10kn
8kn
6kn
4kn
2kn
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Le brezze di terra stanno in genere sui 3 nodi.
Evoluzione diurna delle brezze
Evoluzione tipica
della brezza nelle
stazioni della
Sardegna
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La pressione e il vento a scala sinottica
(legge di Buys-Ballot)

Il vento segue le isobare (linee di uguale pressione).
Nell’Emisfero Nord, se diamo le spalle al
vento la bassa pressione sta a sinistra.
Nell’Emisfero Sud, se diamo le
spalle al vento la bassa
pressione sta a destra.
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Cicloni, anticicloni e moti a grande scala.

Attorno ad un minimo o ad un massimo di pressione, l’aria si muove in
maniera circolare. Il moto attorno ad un minimo è detto ciclonico; il moto
attorno ad un massimo è detto anticiclonico.

Nell’Emisfero Nord
Il moto ciclonico avviene in senso
antiorario.
Il moto anticiclonico avviene in senso
orario.
Nell’Emisfero Sud la direzione si inverte: il moto ciclonico è orario, quello anticiclonico è antiorario.
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La Forza di Coriolis (forza deviante).


La forza deviante.
Il Pendolo di Foucault.
Nell’Emisfero Nord, i moti lungo i meridiani
vengono deviati verso destra. L’effetto va da zero
all’equatore al massimo al Polo.
Nell’Emisfero Sud la direzione è opposta: i moti meridiani vengono deviati verso sinistra.
I moti zonali (in Est-Ovest) non risentono della forza deviante. La corrente circumpolare antartica però ….
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Il bilanciamento delle tre forze.

Nella realtà bisogna tenere conto dell’effetto combinato di tre forze: la forza
del gradiente di pressione, la forza di Coriolis e la forza centrifuga.

Nell’Emisfero Nord l’effetto netto è così
Attorno ai cicloni
Attorno agli anticicloni
Nell’Emisfero Sud, si inverte solo il senso di rotazione.
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Il legame tra il vento e la pressione.
In particolare a scala mediterranea, il campo di pressione al
suolo non è sufficiente a determinare il campo di vento!
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La divergenza del vento.
Poiché l’aria è incomprimibile,
una divergenza al suolo è
associata a un moto
discendente.

Dal punto di vista matematico, si ha divergenza se il vento a Nord cresce andando verso
Nord, ad Est verso Est, a Sud verso Sud e a Ovest verso Ovest.
Ma voi non ve ne dovete preoccupare! 
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La convergenza del vento.
Poiché l’aria è incomprimibile,
una convergenza al suolo
causa un moto ascendente.

Si ha convergenza se il vento a Nord cresce andando verso Sud, ad Est andando verso
Ovest, a Sud verso Nord e ad Ovest verso Est.
Ma voi non ve ne dovete preoccupare! 
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Moto discendente (subsidenza)
Divergenza al suolo e convergenza in
quota: moto discendente.
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
A larga scala è legata a una
forte stabilità atmosferica
(clima desertico).

A piccola scala si vede in
tanti processi, ad esempio
le raffiche sotto i temporali.
Poi ci si mette anche la Forza di Coriolis a
complicare le cose!

Moto ascendente
Convergenza al suolo e divergenza in
quota: moto ascendente.
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
A larga scala è legata a una
forte instabilità atmosferica
(strutture temporalesche di
vasta scala).

A piccola scala è legata a
formazione di nubi.
E anche in questo caso entra in
gioco la Forza di Coriolis!

La regola del cacciavite
avvitare
A
divergenza
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svitare
B
convergenza

L’attrito.
L’attrito è la resistenza dell’aria (o dell’acqua) al movimento.

L’attrito dell’aria è quasi trascurabile.

L’attrito del mare è più importante e si fa sentire in due casi:


1.
sulla chiglia delle imbarcazioni;
2.
sul vento alla superficie del mare (o alla superficie terrestre).
L’attrito del terreno è anche maggiore di quello del mare.
Ma soprattutto è grazie all’attrito se il vento inizia a far sviluppare il moto
ondoso.
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La rotazione del vento tra terra e mare
Fpress
Fpress
Fpress
Fattr
FCoriolis
Fattr
FCoriolis
FCoriolis
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Dal vento alle onde.
Dal momento in cui il vento incomincia ad agire sul mare, si formano delle microincrespature (“ripple”); man mano che l’azione del vento prosegue, le increspature si
trasformano in onde elementari (“chop”), che se non alimentate dal vento, si dissolvono. Se
il vento continua a spirare, un insieme di onde elementari vanno in coalescenza e
finalmente si forma un’onda viva e corta. Con il persistere dell’azione del vento nel tempo
quest’onda irregolare tende a giungere al massimo della sua maturità e quindi della sua
dimensione, diventando più regolare: solo in questa fase si può parlare di un mare formato,
caratterizzato da uno stadio di maggiore equilibrio.
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Dal vento alle onde.
Gravità
È in primo luogo un trasferimento di energia!
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Mare vivo, mare lungo e mare totale.
Mare vivo o mare di vento (wind sea): moto
ondoso generato dal vento che spira in
quel momento e in quel tratto di mare.
La lunghezza complessiva del braccio di mare su cui
agisce un vento uniforme per sviluppare il mare vivo è
detta fetch.
Più è lunga la fetch più il mare si sviluppa.
Mare morto o mare lungo (swell): moto ondoso
lontano dalla zona di generazione, prodotto da un
vento che ha esercitato la sua azione molto
distante.
L’onda spesso ha percorso grandi distanze, dunque ha
perso in altezza e guadagnato in lunghezza.
È un mare molto prevedibile perché altezza e direzioni si
mantengono per un lungo periodo costanti.
Mare totale (usato nei bollettini): combinazione del mare vivo e del mare lungo.
H _ totale 
altezza mare vivo2
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 altezza swell 
2
I parametri dell’onda.
Cresta e cavo: la parte più alta e più bassa del profilo dell’onda.
Altezza (H): cresta – cavo.
Lunghezza dell’onda (L): distanza tra due creste successive.
Pendenza (H/L): angolo calcolato orizzontalmente dalla base dell’onda verso la cresta, che caratterizza il profilo e
la stabilità dell’onda.
Periodo (T): tempo che occorre aspettare, stando fermi in un punto, tra l’arrivo di due creste successive.
Frequenza (f): numero delle creste che passano nel stesso punto ogni secondo.
DIREZIONE ONDE
cresta
altezza
Livello
medio del
mare
cavo
lunghezza
Il moto ondoso è impercettibile a profondità maggiori di mezza lunghezza d’onda
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I parametri dello stato del mare.
Onda significativa (Hs) = media del terzo più alto delle onde.
Onda massima (Hmax) = massima onda del treno di onde osservato.
Stima dell’onda significativa
Misuro 100 onde => seleziono le 33 più alte => ne faccio la media =>
ottengo l’altezza d’onda significativa
L’onda significativa è abbastanza simile a quella che si stima a vista.
3,6
2,9
3,0
2,5 2,5
3,0
2,5
2,5
2,0
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Hs = 3.2m
Hmax = 3.6m
Regola statistica delle onde
Hs (altezza onda significativa) = media del terzo più alto delle onde
Hm (onda media) = 0.67Hs (il 67% di Hs)
Hmax (onda massima) =1.67Hs (superiore a Hs del 67% di Hs)
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La Scala Douglas
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Categorie di natanti e tipo di navigazione.
SCALA DOUGLAS E CATEGORIE CE
Stato
8
altezza (Hs)
9,0 m
7
6,0 m
6
4,0 m
5
2,5 m
4
1,25 m
3
0,5 m
2
1
0,1 m
0
0m
Barche con marchio “CE”
In relazione a ciascuna categoria le unità sono abilitate
per una determinata navigazione, per la quale non si tiene
conto della distanza dalla costa, ma solo delle condizioni
del vento e del mare:
• categoria A: navigazione senza alcun limite;
• categoria B: navigazione d’altura, ovvero con vento fino a forza 8
e onde con altezza significativa fino a 4 metri (mare agitato);
• categoria C: navigazione litoranea, ovvero con vento fino a forza 6
e onde di altezza significativa fino a 2 metri (mare molto mosso);
• categoria D: navigazione in acque protette, ovvero con vento
forza 4 e onde di altezza significativa fino ai 0,5 metri.
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Il mare 4 (molto mosso)
Mare stato 4
(molto mosso
1,25-2,5 metri)
Onda massima 2 – 4 metri
Onda media 0,8 - 1,6 metri
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Il mare 5 (agitato)
Mare stato 5
(agitato
2,5-4 metri)
Onda massima 7 metri
26 Febbraio ‘89
Foto: Sessarego
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Il mare 6 (molto agitato)
Mare stato 6
(molto agitato, onde 4-6 metri)
Vento a 75 km/h
onda massima 10 metri
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Il mare 7 (grosso)
Mare stato 7
(grosso, onde signif. 6-9 metri)
Vento 100 km/h
onda massima 15 metri
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Mare confuso o incrociato
30 nodi
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Le nubi
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Il ciclo dell’acqua

In atmosfera l’acqua si può trovare allo stato liquido, solido e gassoso.

I passaggi di stato (macroscopici) avvengono a temperature ben precise
che dipendono dalla pressione. A livello del mare (ca. 1016 mbar):
Ebollizione e condensazione
avvengono a 100°C.
Fusione (scioglimento) e
solidificazione (congelamento)
avvengono a 0°C.
• In montagna, dove la pressione è più bassa, ebollizione e condensazione avvengono
e temperature più basse.

Passaggi di stato poco evidenti avvengono di continuo (evaporazione).

I passaggi di stato microscopici sono legati alla pressione, all’umidità
relativa, ai movimenti dell’aria e alla presenza di nuclei di condensazione.
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La struttura dell’atmosfera
Salvo rarissimi casi, le
nubi si formano nella
troposfera che ha
uno spessore che va
da circa 6km ai poli a
circa 16km
all’equatore.
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L’umidità relativa
La concentrazione di vapor d’acqua in atmosfera è detta umidità specifica
e si misura in:

3
g/cm
oppure
g(H2O) /kg(aria)

Se la concentrazione del vapor d’acqua aumenta, l’aria non è più in
grado di mantenerla allo stato gassoso e una parte si condensa. Si ha la
saturazione dell’aria.

Il punto di saturazione dell’aria dipende dalla pressione e dalla
temperatura.

Il rapporto percentuale tra umidità di specifica e umidità di saturazione è
detto umidità relativa e si misura in %.
0% -> aria completamente secca.
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100% -> aria satura di acqua.
Formazione delle nubi

Quasi tutta l’acqua dell’atmosfera si trova vicino al suolo, man mano che
si sale nella troposfera, l’aria diventa più rarefatta e l’umidità specifica
diminuisce moltissimo.
tuttavia
•
In quota l’aria è più fredda e la pressione più bassa, quindi il punto di
saturazione dell’aria scende notevolmente.
Aria umida e
satura (nube).
Aria umida, ma non
satura.
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Sollevamenti dinamici

Le nubi si possono formare anche per l’effetto di forzanti dinamiche.
L’incontro di due masse d’aria diverse.
Un flusso di aria quasi satura che investe un’area montuosa.
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Formazione delle gocce d’acqua o dei cristalli di ghiaccio.
Goccia di
acqua pura
Affinché una goccia d’acqua (o un cristallo di
neve) divenga abbastanza grossa per
precipitare è necessaria la presenza di un
nucleo di condensazione.
Tale nucleo può essere un cristallo di ghiaccio
preesistente o del pulviscolo atmosferico.
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Goccia con nucleo
di condensazione
La classificazione delle nubi
cirri
cirrocumuli
Nubi
alte
cirrostrati
altocumuli
cumulonembi
Nubi
medie
altostrati
cumuli
stratocumuli
Nubi
basse
strati
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nembostrati
Le nubi basse
Cumuli congesti
Cumuli umili
Stratocumuli
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Strati
Nembostrati
Le nubi medie
Altocumuli
Altostrati
Altocumuli lenticolari
Altocumuli castellani
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Le nubi alte
Cirrocumuli
Cirrostrati
Cirri
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I cumulonembi.
Cumulonembo a incudine.
Cumulonembo cappellato
Attività elettrica associata al cumulonembo
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Cumulonembo calvo
Le strutture temporalesche.
Cumulonembo
Squall line
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Supercella
Sistemi convettivi di mesoscala.
Struttura delle nubi temporalesche
direzione di
movimento del
temporale
nascita di
nuove celle
Aria calda
Salto di aria fredda
da 5 a 15 km (max 35 km)
Fronte di raffica
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Le scariche elettriche
• Per definizione, un rovescio è detto temporale se accompagnato da lampi o fulmini
• Un lampo o fulmine è un brillante fascio di luce prodotto da una scarica elettrica di
~ 100 Mega Volt
• Distanza in km = tempo in secondi (tra lampo e tuono) / 3
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Effetto punta
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Effetto punta in mare
Effetto Punta: un campo elettrico risulta più intenso in prossimità
delle zone in cui la superficie del conduttore presenta una maggiore
curvatura (punte)
Meglio un albero in alluminio che in carbonio (buon conduttore)
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Comportamento a bordo in presenza di fulmini
• tutte le apparecchiature elettriche di bordo spente
• collegare il piede dell’albero con un grosso cavo elettrico, immergendolo
direttamente in mare
• manovra estrema: catena in mare collegata all’albero
• ripararsi sottocosta
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Nubi da processi dinamici
Nubi orografiche
Nubi da fronte caldo
(cirri)
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Nubi da fronte freddo
(cumulonembo)
La nebbia e la foschia.
Condensazione al livello
del terreno o del mare.
NEBBIA: visibilità < 1km.
FOSCHIA: visibilità tra 1km
e 5km.

Nebbie e foschie sono favorite da:

Umidità relativa al suolo prossima al 100%;

Forte stabilità atmosferica;

Assenza di vento.
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Condizioni più
frequenti la notte.
I fronti e i cicloni delle medie latitudini.
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Le masse d’aria.

Esistono numerosi tipi di masse d’aria, tra loro distinte per umidità e
temperatura.
Artica: molto fredda e
asciutta
Marina polare: fredda e
umida
Marina tropicale: calda e
umida
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Continentale polare:
fredda e asciutta
Continentale tropicale:
calda e asciutta
I fronti.

Due masse d’aria diversa che si incontrano tendono a non mescolarsi
immediatamente, ma per qualche tempo mantengono le proprie
caratteristiche e interagiscono tra di loro in maniera dinamica.
Marina polare: fredda e
umida
Marina tropicale: calda e
umida
Quando due masse d’aria di diversa temperatura si incontrano, senza che
vi siano significative differenze tra le due si ha una discontinuità.
Marina polare: fredda e
umida
Continentale tropicale:
calda e asciutta
Quando il confine tra le due masse d’aria separa zone con differenza di
temperatura, umidità e pressione si ha un fronte.
Un fronte può essere caldo, freddo, stazionario e occluso.
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I fronti caldi.

Un fronte caldo è un fronte in cui la massa d’aria calda si muove verso la
massa d’aria fredda.
Massa d’aria fredda
Massa d’aria calda
La massa d’aria calda tende a scivolare
sopra la massa d’aria fredda, per cui la
parte alta del fronte anticipa la parte
bassa.
Nell’aria pre-frontale al suolo si
osservano venti paralleli al fronte.
Nell’aria post-frontale i venti al suolo
vanno verso il fronte.
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Fenomeni associati ai fronti caldi.

In presenza di sufficiente umidità un fronte caldo è spesso associato ad una
ben precisa sequenza sequenza di fenomeni.
Cirri -> cirrostrati -> altostrati -> nembostrati;
le ultime due spesso accompagnate da precipitazione stratiforme.
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I fronti freddi.

Un fronte freddo è un fronte in cui la massa d’aria fredda si muove verso la
massa d’aria calda.
Massa d’aria fredda
Massa d’aria calda
La massa d’aria fredda tende a
incunearsi sotto la massa d’aria calda,
per cui la parte alta del bassa anticipa la
parte alta (ad eccezione della parte più
vicina al suolo).
Nell’aria pre-frontale al suolo si
osservano venti paralleli al fronte.
Nell’aria post-frontale i venti al suolo
vanno verso il fronte.
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Fenomeni associati ai fronti freddi.

Un fronte freddo causa un sollevamento forzato della massa d’aria calda
della zona prefrontale.
Il sollevamento generalmente porta alla formazione di diversi tipi di nuvole.
In presenza di sufficiente instabilità potenziale e umidità si formano dei cumulonembi con attività
temporalesca.
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I fronti occlusi.

Un fronte occluso è un fronte fronte freddo che sopravanza un fronte caldo
(occlusione di tipo freddo) oppure un fronte caldo che sopravanza un fronte
freddo (occlusione di tipo caldo).
Massa d’aria calda
Massa d’aria più fredda
Massa d’aria fredda
L’occlusione di tipo caldo è più rara.
Occlusione di tipo freddo.
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I fronti stazionari.

Un fronte stazionario è un fronte in cui le due masse d’aria non si muovono
le une rispetto alle altre.
Massa d’aria fredda
Massa d’aria calda
La massa d’aria calda tende a scivolare
sopra la massa d’aria fredda.
Al suolo si osservano venti paralleli al
fronte di direzione opposta tra le due aree
ai lati del fronte.
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I cicloni delle medie latitudini
Esempio di perturbazione.
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L’evoluzione classica.

La classica evoluzione di un ciclone primario.
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La Ciclogenesi Sottovento alle Alpi
Responsabile del
Maestrale della
Sardegna,
dell’acqua alta a
Venezia e di tanti
altri fenomeni.
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GRAZIE
PER L’ATTENZIONE
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Il fetch
Il fetch indica la superficie di mare aperto su cui spira, per un determinato periodo di tempo un
vento con direzione e intensità costante, generando del moto ondoso.
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Circolazioni mediterranee:
Libeccio Lungo:
Minimo di pressione
e venti al livello mare
Scirocco:
Minimo di
pressione e venti
al livello mare
Libeccio corto:
Minimo di pressione
e venti al livello
mare
-SW
-SE
-NW
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