5 Le nubi e le precipitazioni

Le nuvole e le precipitazioni
• L’acqua in atmosfera
• Le nubi e la loro formazione
• Classificazione delle nubi
• Le precipitazioni
• Il processo di Bergeron-Findeisen
L’acqua in atmosfera
Può essere sotto forma di:
• vapore (quando non è satura l’atmosfera lo sopporta)
• acqua liquida (esiste fino a –40° C)
• ghiaccio (neve o grandine)
• La quantità di vapore che può contenere l’aria senza saturare e
quindi senza condensare diminuisce con la temperatura
• Durante i passaggi di fase si ha trasferimento di calore. Ad
esempio, quando il vapore condensa (formazione di una nuvola),
viene ceduto calore (calore latente di condensazione) -> l’aria si
scalda. Con il processo inverso (evaporazione, per esempio delle
precipitazioni o del sudore) l’aria si raffredda
LE DIVERSE SITUAZIONI RESPONSABILI
DEL SOLLEVAMENTO DELL’ARIA
il sollevamento orografico
In quota le correnti di aria umida viaggiano liberamente; tuttavia sul loro
percorso possono presentarsi rilievi che costringono l’aria a salire per
poter valicare l’ostacolo. In caso di sollevamento forzato l’aria umida
si raffredda fino a condensare e se l’ascesa forzata prosegue si
possono verificare precipitazioni dette di « stau ».
LE DIVERSE SITUAZIONI RESPONSABILI
DEL SOLLEVAMENTO DELL’ARIA
il fronte caldo
Nel caso di un fronte caldo, l’aria calda - meno densa - tende a scivolare sopra l’aria
fredda verso la quale avanza. In questo contesto l’aria calda ed umida sollevandosi si
raffredda ed il vapore acqueo condensa producendo nubi e precipitazioni. Si tratta di
un sollevamento piuttosto « modesto ma progressivo », più marcato se oltre al
sollevamento frontale vi è la concomitanza di un sollevamento orografico.
LE DIVERSE SITUAZIONI RESPONSABILI
DEL SOLLEVAMENTO DELL’ARIA
il fronte freddo
Nel caso di un fronte freddo, la massa d’aria posteriore al fronte s’incunea al di sotto
della massa d’aria calda ed umida facendola salire. L’aria calda di conseguenza si
raffedda ed il vapore acqueo si condensa producendo nubi e precipitazioni. La
pendenza del fronte freddo è tale che il sollevamento è spesso forte e può dar luogo
a piogge o rovesci intensi nonché a temporali anche violenti.
LE DIVERSE SITUAZIONI RESPONSABILI DEL SOLLEVAMENTO DELL’ARIA
LA CONVEZIONE
•
Quando il sole scalda il terreno, lo strato di aria più vicino al suolo si riscalda, l’aria cosi riscaldata,
essendo meno densa dell’aria circostante, viene portata verso l’alto dalla spinta di Archimede. Quindi
questa bolla d’aria calda ascendente (detta « termica ») tende a salire espandendosi a causa della minore
pressione esterna e raffreddandosi adiabaticamente.
• Se una termica raggiunge un’altezza sufficiente perché la temperatura si abbassi fino al punto di
saturazione, il contenuto di vapor acqueo diventa visibile sotto forma di una nuvola (cumulo).
Le nuvole si dividono in:
basse: si formano sotto i 2000 m (STRATI, NEMBOSTRATI, STRATOCUMULI);
medie: si formano tra i 2000 e i 6000 m (ALTOCUMULI, ALTOSTRATI);
alte: si formano al di sopra dei 6000 m e sono costituite da minuscoli aghetti di ghiaccio;
non provocano precipitazioni (CIRROSTRATI, CIRROCUMULI, CIRRI).
Le nubi basse
Gli strati
Gli altocumuli
I nembostrati
Le nubi medie
Gli stratocumuli
Gli altostrati
Le nubi alte
I cirri
I cirrostrati
Gli altocumuli
I cirrocumuli
Le nubi a sviluppo verticale
I cumuli
I cumulonembi
LA CLASSIFICAZIONE DELLE NUBI
NUBI STRATIFORMI
NUBI ALTE
OLTRE I 6000 m
NUBI MEDIE DA
2000 m A 6000 m
NUBI BASSE
SOTTO I 2000 m
NUBI CUMULIFORMI
Nubi
CLASSIFICAZIONE PER ALTEZZA DELLA BASE
Nubi
Nubi
NUBI FRONTALI
CALDE
FREDDE
Nubi
NUBI OROGRAFICHE
FORMAZIONE DI NUBI
OROGRAFICHE
IN ATMOSFERA STABILE
NUBI OROGRAFICHE
FORMAZIONE DI NUBI
OROGRAFICHE
IN ATMOSFERA INSTABILE
Nubi alte
•Cirrus (Ci) trasparente
filamentosa a forma di trecce di
seta, delicata, detta “a coda di
cavallo”; i filamenti sono dovuti
ai forti venti che disperdono i
cristalli di ghiaccio; non
impedisce le ombre
•Cirrostratus (Cs) quasi
trasparente, lascia passare (più o
meno) il sole, forma un sottile
velo (o lenzuolo) bianco che
ricopre parzialmente o totalmente
il cielo; non impedisce le ombre
•Cirrocumulus (Cc) piccoli
globi tondeggianti bianchi
disposti in modo ondulato,
raramente coprono tutto il cielo;
non impediscono le ombre
Nubi medie
•Altostratus (As) strati grigi uniformi
che possono ricoprire tutto il cielo, di
spessore tale che possono oscurare
totalmente il Sole o creare aloni;
possono dare piogge leggere
•Altocumulus (Ac) macchie o sbuffi
a volte ondulati o a bande parallele
(dovuti a onde anche non
orografiche), di dimensioni > Cc, con
contorni netti (vapore acqueo), a volte
disposti in più strati
Nubi basse
•Nimbostratus (Ns) a cavallo tra le
nubi medie e quelle basse, a distesa
frastagliata grigioscura (tra Sc e St)
perché moderatamente spessa,
provoca piogge diffuse e continue
deboli o moderate; a volte sono
associate con Cb provocando piogge
“a rovesci” alternate a piogge più
deboli ma persistenti
•Stratocumulus (Sc) a forma di
grossi sbuffi o rotoli separati da aree
di cielo sereno, a volte disposti
ondulati in presenza di onde
atmosferiche anche non orografiche,
raramente apportano piogge
•Stratus (St) distesa uniforme grigia
coprente tutto l’orizzonte ed anche i
picchi delle colline (nebbia alta), a
volte può “scendere” fino a terra
(nebbia), produce solo pioviggini
Nubi a sviluppo verticale
•Cumulus (Cu) somiglia a sbuffi di cotone
che punteggiano il cielo; il loro spessore segue
il ciclo della radiazione solare, con copertura
maggiore dopo mezzogiorno e dissolvimento
verso sera; non danno pioggia; poiché LCL
dipende da RH ∝ umidità del suolo, la loro
distribuzione e spessore dipendono dalla
superficie (meno frequenti su mare, neve, …)
•Cumulus congestus (Tc) quando
l’atmosfera è mediamente instabile,
l’estensione verticale del Cu tende a crescere e
la nube assume il tipico aspetto a cavolfiore;
può causare rovesci isolati
•Cumulonimbus (Cb) quando le correnti
ascendenti nei Tc raggiungono la tropopausa
ed invertono il loro percorso, si formano i Cb;
le forti correnti discendenti generano
precipitazioni molto intense (ma brevi), anche
nevicate o grandinate; a volte compare
l’incudine per distensione dell’aria in salita
nella tropopausa e/o stratosfera
Nubi “particolari”
•Nubi lenticolari o da onde orografiche: create
dall’ondulazione delle correnti che valicano le
montagne quando nella cresta dell’onda si oltrepassa il
LCL; hanno forma a lente e rimangono quasi
stazionarie perché le onde che le generano rimangono
tali; data l’altezza, sono Ac; tipiche sottovento a grosse
catene montuose (Alpi in condizioni di foehn)
•Nubi a bandiera analoghe alle precedenti ma si
formano solo vicino al picco estendendosi per un po’
sottovento
•Nubi madreperlacee coloratissime, presenti nell’alta
stratosfera (dove T ≅ 0°C vapore acqueo solido o
sopraffuso), di forma velata e cirriforme, visibili
solitamente alle alte latitudini meglio se d’inverno ed
al tramonto; di genesi ed evoluzione misteriosa
•Nubi nottilucenti ondulate, cirriformi, presenti
nell’alta mesosfera (T < -50°C ), composte da ghiaccio
depositato su polvere (rilasciati dai meteoriti??), molto
rare e visibili esclusivamente alle alte latitudini subito
prima dell’alba o dopo il tramonto
Le nubi orografiche
Le nubi orografiche
La nuvolosità
Precipitazioni, che cosa sono ?
• FORMAZIONE DELLA PIOGGIA
Quando il vapore condensa si formano goccioline (nubi). Se le
goccioline diventano abbastanza grosse precipitano (coalescenza). Non
sempre la precipitazione arriva a terra -> può evaporare prima
• FORMAZIONE DELLA NEVE
La formazione dei cristalli di neve, e di conseguenza della maggior
parte delle precipitazioni alle nostre latitudini, viene spiegata con il
processo di Bergeron – Findeisen
• FORMAZIONE DELLA GRANDINE
Nei temporali molto violenti, con grande instabilità convettiva, le gocce
di pioggia subiscono continui sali-scendi seguendo le correnti verticali:
il risultato sono “cipolle” di ghiaccio formate da strati alternati di
ghiaccio opaco (con aria rinchiusa) e ghiaccio trasparente (puro), che
cadono a terra quando le correnti non riescono più a sostenerle (è un
caso estremo di brinamento, lo vedremo più avanti)
FORMAZIONE DELLE PRECIPITAZIONI
LA COALESCENZA
DOPO LA CONDENSAZIONE, CHE AVVIENE QUANDO IL TASSO DI UMIDITÀ RAGGIUNGE
E SUPERA IL 100%, IL VAPORE ACQUEO IN ECCESSO CONDENSA IN MINUSCOLE
GOCCIOLINE ATTORNO A MICROSCOPICI NUCLEI DI CONDENSAZIONE (PULVISCOLO
ATMOSFERICO). COME GIÀ VISTO, COSI SI FORMANO LE NUVOLE, POI CON LA
COALESCENZA SI HA LA PIOGGIA. E’ TIPICO DELLE NUBI CUMULIFORMI SUI MARI
TROPICALI DOVE LE GOCCE DELLE NUBI SONO PIU’ GROSSE, RARO IN EUROPA,
ACCADE PER PIOVIGGINI DA STRATI BASSI…
FORMAZIONE DELLE PRECIPITAZIONI SOLIDE
PROCESSO DI BERGERON – FINDEISEN (ANNI ’30) LEGATO ALLA
PRESENZA DI ACQUA E GHIACCIO ALL’INTERNO DI UNA NUVOLA
E’ il tipico
meccanismo che
produce
precipitazioni alle
nostre latitudini
LE MOLECOLE
D’ACQUA LIQUIDA
SOTTO 0°C SONO
DETTE SOPRAFFUSE
IL PROCESSO DI BERGERON-FINDEISEN
QUESTO SECONDO MECCANISMO, IL CUI NOME DERIVA DAI DUE RICERCATORI - UNO SVEDESE E
L’ALTRO TEDESCO - CHE LO DESCRISSERO, È ASSAI COMUNE ALLE NOSTRE LATITUDINI, PER LE
TEMPERATURE OSSERVATE NELLE NUBI. LA PRECIPITAZIONE AVVIENE SOLO SE LE NUBI RAGGIUNGONO
QUOTE ELEVATE CON T BASSE DA PERMETTERE LA FORMAZIONE DI UN NUMERO SUFFICIENTE DI
CRISTALLI DI GHIACCIO, I QUALI TENDONO A FORMARSI SE IN PRESENZA DI NUCLEI DI GHIACCIAMENTO,
A MENO DI TROVARSI SOTTO -40°C.
I CRISTALLI CRESCONO PIU’
VELOCEMENTE DELLE
GOCCIOLINE D’ACQUA. POI,
ATTRAVERSO I PROCESSI DI
BRINAMENTO (DURANTE
LA CADUTA DEL
CRISTALLO LE GOCCIOLINE
SOPRAFFUSE SOLIDIFICANO
SU DI ESSO) E
AGGREGAZIONE ( CON T
NON MOLTO NEGATIVE I
CRISTALLI TENDONO A
UNIRSI FRA DI LORO )
DIVENTANO ABBASTANZA
GRANDI PER POTER
CADERE FINO AL SUOLO
SENZA SUBLIMARE PRIMA.
IL TIPO DI PRECIPITAZIONE
(SOLIDA O LIQUIDA) CHE
INFINE RAGGIUNGE IL
SUOLO E’ FUNZIONE DELLE
T DEGLI STRATI
ATTRAVERSATI.
Kappenberger - Kerkmann
IL PROCESSO DI BERGERON-FINDEISEN
IL PROCESSO DI BERGERON-FINDEISEN
I CRISTALLI DI GHIACCIO ATTRAVERSANO VARI STRATI ALL’INTERNO
DELLA NUBE CON DIFFERENTI VALORI DI TEMPERATURA CHE POSSONO
DARE FORME COMPLESSE FINO A PRODURRE FIOCCHI DI NEVE LE CUI
TIPOLOGIE SONO LEGATE ALLE TEMPERATURE RISCONTRATE
LA GRANDINE
Nel processo di formazione, sul chicco di grandine si accumulano strati che non si compenetrano, dando luogo a una struttura
“a cipolla”, comprendente strati di ghiaccio opaco e bianco alternati a strati trasparenti. Ciò è indice del ripetuto passaggio
del chicco dalla zona più alta del cumulonembo - a bassa temperatura – a quella più bassa – a temperatura maggiore -. Nella
parte fredda il contenuto di vapore acqueo è basso, pertanto le gocce sopraffuse gelano velocemente a contatto con i cristalli
di ghiaccio e si forma lo strato opaco, reso tale dal contenuto di particelle d’aria in esso intrappolate. Invece lo strato
trasparente ha origine dal velo liquido depositato sul chicco nel parte calda della nube che congela lentamente nella
successiva risalita.
Genova, 26 marzo 2000
Intensità delle precipitazioni