Dispensa n.8
La pressione atmosferica. Le isobare. La carta
dell'analisi al suolo.
L'osservatore del tempo, una volta esaminati
gli strumenti meteorologici, compila un messaggio (ad esempio, il
METAR), e invia il messaggio ad un centro di raccolta dei dati.
Qui finisce il suo compito.
Il centro di raccolta a sua volta può
trasmettere i dati ad un centro superiore, che riceve dati anche
da altri centri di pari livello.
Alla fine di questo accentramento c'è un luogo
in cui i dati vengono analizzati, e qui comincia il compito del
previsore.
L'analisi migliore posso farla quando dispongo
non tanto della sequenza del tempo su una singola località
(cioè come si evolve il tempo con il passare delle ore).
Se poniamo in ordinata la temperatura, e in
ascissa il tempo, quello che ottengo è un grafico che
rappresenta l'andamento della temperatura con il tempo, ovvero le
variazioni che la temperatura ha subito su di una singola
località (sede della capannina meteorologica), con il
trascorrere delle ore.
Se affronto l'esame del tempo osservando come
si comporta un parametro (nel nostro esempio, la temperatura) al
di sopra di un singolo luogo, non riuscirò a comprendere le
cause del comportamento di quel parametro. Osservando sul
diagramma tracciato dalla temperatura una brusca variazione,
potrò solo prenderne atto, senza capire cosa l'ha generata.
La migliore analisi potrò farla solo e
soltanto se avrò una visione globale del tempo su una
determinata area, e più ampia sarà l'area che osservo, più
potrò risalire alle cause generatrici.
Per chiarire le idee su questo concetto
fondamentale, immaginate di vedere una partita di calcio in
televisione. Se la telecamera inquadra un singolo giocatore,
potrò apprezzare i virtuosismi di quel giocatore, ma
difficilmente riuscirò a capire perchè effettua un movimento al
posto di un altro, cioè quali sono le sue reali intenzioni. Se
la telecamera indugiasse per tutta la durata della partita su uno
stesso giocatore, probabilmente non riusciremmo a comprendere
neanche chi al fischio finale, ha vinto o ha perso!
Per riuscire a capire il comportamento del
giocatore, dovrò avere una visione più ampia, che inquadri una
porzione sufficientemente estesa del campo di gioco. Solo così,
ovvero inserendo il giocatore nel suo contesto, avrò la
comprensione di quello che sta accadendo.
Ovviamente, a patto che conosca le regole del
gioco del calcio!
Tutti gli appassionati di calcio sanno bene
quale differenza sostanziale vi sia tra vedere una partita in
televisione, e godersela dagli spalti di uno stadio. Ancora una
volta entra in gioco la visione globale.
Il previsore deve quindi assumere una
mentalità cosiddetta "sinottica", che significa per
l'appunto visione d'insieme.
Come vedete, abbiamo di fronte due modi
sostanzialmente opposti di esame del tempo. Il primo tiene fisso
lo spazio (il luogo di osservazione) e fa variare le ore, l'altro
mantiene fissa l'ora e fa variare lo spazio (più luoghi
d'osservazione visti insieme).
Se fisso lo spazio, è come se guardassi,
nell'esempio precedente, sempre lo stesso giocatore. Se invece
fisso il tempo, è come se guardassi l'intero campo di gioco.
Il previsore, se vuol comprendere l'evoluzione
del tempo, deve quindi porre la sua attenzione almeno su una
porzione significativa del "campo di calcio", in altre
parole, dovrà disporre di una visione del tempo su un'area
geograficamente determinata.
Questa visione sinottica può essere limitata
ad un solo parametro. Ad esempio, possiamo analizzare il
cosiddetto campo delle temperature. Si dice campo l'insieme
distribuito geograficamente di un determinato parametro.
In una delle nostre esercitazioni, abbiamo
tracciato le isoterme al suolo, potendo osservare una certa
distribuzione delle temperature tutt'altro che casuale. Ad
esempio, abbiamo potuto osservare come le temperature più
elevate fossero distribuite all'estrema punta della penisola e in
Sicilia, oltrechè sulle zone pianeggianti e sulle coste più che
in montagna.
Lo sforzo che il previsore deve compiere
consiste proprio nel cercare delle implicazioni logiche in quello
che sulla carta vede.
Come per le temperature, si possono tracciare
campi relativi alla quantità di precipitazioni,all'umidità
relativa, alla temperatura di rugiada, ecc., oppure alla
pressione barometrica, su cui ci soffermeremo perchè costituisce
l'oggetto della presente lezione.
La pressione atmosferica.
Nella scorsa lezione abbiamo visto che
l'esperimento di Torricelli servì a valutare il peso di una
colonna d'aria. Quindi l'esperimento di Torricelli in definitiva
consisteva in una bacinella riempita con mercurio, in cui andavo
a rovesciare un tubo di vetro pieno anch'esso di mercurio, avendo
cura che non penetrasse aria all'interno del tubo stesso. Quella
bacinella non era nient'altro che una bilancia, perchè sulla
superficie libera del mercurio, quella cioè a diretto contatto
con l'aria soprastante, insisteva il peso stesso dell'aria. In
una bilancia vi sono due piatti: su uno di questi piatti c'è il
peso dell'aria, nell'altro c'è il peso del mercurio contenuto
nella colonnina di vetro.
Abbiamo visto che Torricelli trovò che il peso
dell'aria corrispondeva all'incirca ad una colonnina di mercurio
alta 760 mm. Domanda: possiamo usare l'acqua per misurare la
pressione atmosferica?
In effetti possiamo utilizzare qualsiasi
liquido per misurare la pressione atmosferica, a patto che
disponiamo di colonnine sufficientemente lunghe. Per l'acqua, ad
esempio, avremmo bisogno di una colonna alta almeno 10 metri.
La scelta del mercurio, visto il suo elevato
peso specifico, rende più comoda e maneggevole la misurazione
della pressione, in quanto armeggiare con tubi di 10 metri non è
affatto facile!
Non dimenticate mai che il mercurio è un
metallo, che si presenta liquido alle temperature ordinarie.
Il barometro a mercurio.
Fatta questa scoperta, l'invenzione del
barometro a mercurio fu presto fatta. Questo strumento si basa su
una colonnina che comunica alla base, con un pozzetto
contenente
mercurio, la cui superficie è a contatto con l'aria (risentendo
perciò del suo peso).
La colonnina presenta delle tacche regolari
graduate, riportanti valori espressi o in mm di mercurio, oppure
in millibar (mb) o ettopascal (hpa), (nei paesi anglosassoni, si usano anche
i pollici di mercurio).
Non poté sfuggire ai primi sperimentatori, che
il mercurio della colonnina non manteneva sempre la medesima
altezza, ma variava. La prima considerazione che se ne dedusse fu
che la pressione atmosferica non solo poteva essere diversa da
luogo a luogo, ma anche da momento a momento in un singolo luogo.
Ponendo in ascissa il tempo, e in ordinata
l'altezza della colonnina, risultava evidente che l'andamento
della pressione presentava delle oscillazioni. Vi erano momenti
in cui saliva, fasi di relativa stazionarietà e poi momenti di
discesa.
Con l'avvento dei sistemi di telecomunicazioni,
i valori di pressione osservati in località diverse poterono
essere confrontati tra loro, e ciò che ne risultò fu che la
pressione assumeva al suolo una distribuzione significativa.
Furono, infatti, le telecomunicazioni che
consentirono studi efficaci del tempo, spianando la strada al
metodo sinottico. Al tempo di Torricelli le informazioni
viaggiavano a cavallo, con i tempi che questo mezzo comportava.
Una rete di osservazione meteorologica tale da rendere
comprensibile i fenomeni, era praticamente impossibile, in quanto
i dati di osservazione di una stazione posta, ad esempio, a 100
km, arrivavano con un ritardo tale da non consentirne più alcun
utilizzo operativo.
Un errore che potreste compiere è pensare che
l'interesse per la meteorologia sia un fatto recente. Se il tempo
condiziona oggi gli eventi umani, nelle epoche passate esso era
tragicamente condizionante. Anzi, il percorso della storia è
stato sicuramente deviato dalle conseguenze di disastrosa
condizioni meteorologiche, che hanno determinato l'esito di
importanti battaglie, soprattutto navali. Imponenti flotte sono
colate a picco per aver incontrato sul proprio percorso
violentissime tempeste. E il mare burrascoso ha affondato
centinaia e centinaia di navi mercantili. I fondali del
Mediterraneo costituiscono un vero e proprio museo
dell'antichità, per l'enorme quantità di materiali archeologici
derivanti dall'affondamento di navi.
Sulla terraferma, le avverse condizioni
meteorologiche hanno una valenza differente rispetto alle
superfici fluide, o, peggio ancora, rispetto al fluido stesso
(l'aria) sede della perturbazione. Eppure alluvioni, trombe
d'aria, tempeste tropicali hanno procurato, e, purtroppo,
procurano danni ingentissimi alle popolazioni che le subiscono.
Solo per ricordarvi un avvenimento recente,
precipitazioni abbondanti provocarono lutti nella cittadina di
Sarno, investita dal terreno melmoso staccatosi dalla collina
soprastante diventata instabile a causa della pioggia.
Se sulla terraferma, le conseguenze delle
avversità atmosferiche sono importanti, e su una superficie
fluida come il mare, possono cambiare la storia, provate ad
immaginare quale importanza può avere la meteorologia per coloro
che non solo non hanno i piedi saldamente per terra, ma devono
muoversi nel fluido in cui le avversità meteorologiche si
manifestano! Per questo motivo, l'impulso fondamentale alla
meteorologia è venuto dall'avvento degli aeromobili, ed è per
questo stesso motivo che molti servizi meteorologici nazionali
sono inseriti nelle strutture dell'Aeronautica.
Come vedete, le implicazioni della meteorologia
sono importantissime in termini economici e soprattutto di vite
umane!
Se per assurdo, il barometro l'avesse inventato
Archimede, che pure è un genio assoluto dell'umanità, l'esito
della storia poteva essere completamente differente per la
civiltà greca, magari sfruttando il vantaggio per vincere
qualche battaglia navale. E con conseguenze così drastiche sul
corso della storia, da annullare le nostre stesse esistenze.
Pensate, in questa aula avremmo forse parlato greco!
Abbandoniamo le fantasie impossibili e
ritorniamo al nostro Torricelli.
Dal momento in cui ha misurato la pressione
atmosferica, il progresso della meteorologia è andato
sviluppandosi più o meno rapidamente.
Vedete, accade nella storia dell'uomo che
particolari scoperte producano una specie di fattore
moltiplicativo del progresso della civiltà umana.
Se immaginate il progresso dell'umanità come
una sequenza di cifre, ad esempio, 10, 11, 12, 13, ecc., una
importante scoperta la moltiplicherebbe improvvisamente per 10, e
da quel momento in poi la successione diverrebbe 130, 140, 150,
ecc. Un'ulteriore importante scoperta potrebbe introdurre un
nuovo fattore, e rendere la successione ancora più spedita:
1500, 1600, 1700.
In effetti, se osservate la storia, non potrà
sfuggirvi che le scoperte dell'ultimo secolo superano di gran
lunga tutte quelle effettuate nei 30 secoli o più che l'hanno
preceduto!
Bene. In meteorologia, uno dei fattori di
moltiplicazione è rappresentato dal progresso delle
telecomunicazioni.
L'invenzione del telegrafo, infatti, rese
possibile lo scambio delle informazioni in tempo reale.
L'introduzione dei supercomputer costituì,
poi, un secondo importante fattore di progresso nella scienza
della meteorologia, consentendo l'elaborazione automatica dei
dati e la soluzione in tempi ragionevoli delle equazioni di base
dei modelli dell'atmosfera (modelli matematici che simulano il
comportamento dell'atmosfera, e che richiedono un'enorme mole di
calcoli per ottenerne il risultato finale).
Con la raccolta dei dati in tempo reale, fu
possibile, per i meteorologi, tracciare le prime "carte del
tempo". In linea di massima, con il termine carta del tempo
intendiamo una carta geografica (limitata ai contorni dei
continenti) su cui sono riportate:
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le isobare (linee congiungenti punti con
la medesima pressione)
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i fronti
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i fenomeni principali (se ve ne sono
stati).
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I primi studiosi del barometro si accorsero che
la colonnina di mercurio non solo subiva dell'oscillazioni, ma
che tali oscillazioni erano in qualche modo legate allo stato del
tempo.
Legando le osservazioni del tempo all'andamento
della pressione atmosferica, ci si accorse che la colonnina di
mercurio si abbassava in corrispondenza dell'arrivo di una
perturbazione. Per cui se ne dedusse che un abbassamento della
pressione atmosferica preannunciava in qualche modo l'arrivo di
cattivo tempo. E questa intuizione risultò tanto più vera
quanto più forte era la caduta della pressione.
Ovviamente, risultò evidente che le situazioni
atmosferiche stabili, con tempo buono e soleggiato, venti
tranquilli, si verificavano in corrispondenza di un aumento della
pressione.
Ancora oggi, l'andamento della pressione
atmosferica rappresenta uno degli elementi fondamentali per la
previsione del tempo.
Molto spesso, ma non sempre, all'alta pressione
corrisponde tempo buono, mentre, con le basse pressioni, il tempo
risulta nuvoloso e accompagnato da precipitazioni. Già con
l'ausilio di questo semplice concetto, potete cominciare a
formulare le prime previsioni, aiutandovi col barometro di casa,
se ne avete uno.
Questi barometri domestici spesso sono
associati con altri strumenti, come il termometro e l'igrometro,
e talvolta con un orologio. Non si tratta, naturalmente, di un
barometro a mercurio, ma di un barometro di tipo aneroide, basato
su di una capsula al cui interno è stato praticato il vuoto, e
che risente delle variazioni della pressione atmosferica.
Questo barometro, di forma circolare, riporta
una scala graduata, spesso in mm di mercurio, e delle diciture
del tipo "tempo bello", "tempo secco",
"tempesta", ecc.
Completano il quadrante una lancetta e un
indice mobile. La lancetta indica il valore di pressione, che
può essere più o meno corrispondente al valore reale. Tuttavia
l'elemento prognostico è costituito non tanto dal sapere
quant'è la pressione in un dato istante, ma soprattutto dal
sapere se e di quanto la pressione sta variando.
Per saperlo, dobbiamo far riferimento
all'indice mobile, che andremo a posizionare in corrispondenza
della lancetta. Registrando le variazioni della lancetta rispetto
all'indice mobile, ad esempio ogni tre ore, saremo in
grado di fare qualche valutazione di massima sull'andamento del
tempo. Infatti, le informazioni utili sono:
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l'entità della variazione
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la rapidità della variazione.
|
Spesso una rapida diminuzione di pressione
indica l'arrivo imminente di una perturbazione, con un
peggioramento generalizzato delle condizioni meteorologiche.
Anche il vento, in intensità, è legato
all'alta e alla bassa pressione: in genere, in situazioni di alta
pressione il vento si presenta debole o tutt'al più moderato.
Per contro, in prossimità delle aree depressionarie, il vento
spesso soffia impetuoso e a raffiche.
Quando lo scambio di informazioni fra stazioni
fu reso possibile dal progresso delle telecomunicazioni, e i dati
cominciarono ad affluire presso un centro di raccolta ed
elaborazione, furono tracciate le prime carte riportanti valori
di pressioni osservati ad una determinata ora.
Congiungendo con delle linee i valori di ugual
pressione, il meteorologo poté ravvisare delle figure più o
meno concentriche dall'aspetto ben definito: in alcune aree la
pressione andava crescendo fino ad un massimo, che ne costituiva
il centro, mentre in altre, la pressione diminuiva fino ad un
minimo, detto poi minimo depressionario. Erano nate le aree di
alta e bassa pressione al suolo.
Il centro dell'alta pressione fu contraddistinto con la lettera H (High=alta), mentre il centro di bassa pressione
(il minimo), fu contrassegnato con la lettera L (Low=bassa).
Il meteorologo, tracciata la sua carta,
osservò che il minimo era ancora lontano, verso nordovest.
Lanciato lo sguardo al barometro, si avvide che la pressione
continuava a calare.
La tracciatura delle isobare dell'ora
successiva gli rivelò che il minimo si era spostato verso la sua
direzione. Fu così che il barometro rivelò la sua attitudine a
fornire indicazioni di tipo prognostico. Nelle ore successive, il
barometro continuò a registrare un calo della pressione, finchè
una perturbazione, col suo carico di nubi e precipitazioni, non
investì il luogo sede del centro di raccolta ed elaborazione dei
dati.
Passato il minimo, e la perturbazione
associata, la pressione, dapprima lentamente, poi in misura
sempre più decisa, cominciò ad aumentare.
Quando al nostro bravo meteorologo, gli si
ripresentò una situazione analoga, egli fu in grado di esprimere
una previsione a brevissimo termine. Osservata la distanza
coperta dal minimo in un'ora, provò ad immaginare uno
spostamento dello stesso nell'ora successiva, facendo percorrere
al minimo una distanza pari a quella che aveva potuto osservare.
E le cose andarono esattamente così.
(rev.01/2002)
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