Analisi della nuvolosita' mediante radiosondaggio
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Interpretazione dei dati in quota e loro significato nella
previsione
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Interpretazione delle caratteristiche di umidità negli
strati superiori e loro valore per il previsore.
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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.
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.
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.
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.
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 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.
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 figura 2 - Esempio di
individuazione di nubi dal radiosondaggio in una situazione di fronte
caldo attivo in avvicinamento da sud.
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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.
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 figura 3 - Esempio di individuazione di
nubi dal radiosondaggio in caso di nubi medie e precipitazioni che non
raggiungono il suolo.
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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.
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 figura 4 - Esempio di
interpretazione di
sondaggio mostrante strati nuvolosi inframmezzato da uno strato senza nubi non
evidenziato dall'andamento dell'umidità.
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La comparazione fra sondaggio e riporto delle nubi ci consentono di esporre
le seguenti regole:
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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).
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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.
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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.
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La base di una nube dovrebbe essere localizzata alla base
dell'incipiente decremento della depressione, se la diminuzione appare in
tutta evidenza.
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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.
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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.
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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.
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