M00.21 – Lettura delle carte meteorologiche e previsione del tempo¶
1. Obiettivi della lezione¶
Al termine di questa lezione sarai in grado di:
- comprendere la funzione delle carte meteorologiche;
- distinguere una carta al suolo da una carta in quota;
- leggere le isobare e riconoscere le aree di alta e bassa pressione;
- comprendere il significato della pressione atmosferica ridotta al livello del mare;
- interpretare le carte di geopotenziale;
- conoscere i principali livelli isobarici;
- riconoscere fronti caldi, freddi, occlusi e stazionari;
- individuare depressioni, anticicloni e saccature;
- comprendere il ruolo delle correnti a getto;
- interpretare le carte di temperatura, umidità e precipitazione;
- utilizzare le immagini radar e satellitari;
- comprendere il funzionamento dei modelli numerici;
- valutare l'attendibilità e i limiti di una previsione meteorologica.
2. Che cosa sono le carte meteorologiche¶
Una carta meteorologica è una rappresentazione grafica di alcune caratteristiche dell'atmosfera riferite a un determinato momento oppure a un momento previsto nel futuro.
Le carte permettono di rappresentare informazioni che sarebbe difficile comprendere osservando soltanto i dati delle singole stazioni meteorologiche.
Tra le informazioni più frequentemente rappresentate troviamo:
- pressione atmosferica;
- temperatura;
- umidità;
- vento;
- altezza geopotenziale;
- precipitazioni;
- copertura nuvolosa;
- posizione dei fronti;
- distribuzione delle masse d'aria.
Le carte possono descrivere le condizioni atmosferiche al suolo oppure a differenti quote.
2.1 Carte di analisi e carte di previsione¶
È importante distinguere due categorie.
Carte di analisi
Rappresentano una ricostruzione dello stato dell'atmosfera in un determinato momento, ottenuta utilizzando osservazioni e sistemi di assimilazione dei dati.
Carte di previsione
Rappresentano una possibile evoluzione futura dell'atmosfera, calcolata attraverso modelli numerici.
Una carta di previsione deve sempre essere associata a una data e a un'ora di validità.
2.2 Ora di emissione e ora di validità¶
Una carta può riportare due indicazioni temporali:
- ora di emissione o elaborazione;
- ora di validità della previsione.
Per esempio:
Emissione: 00 UTC del 10 novembre.
Validità: 12 UTC del 11 novembre.
Significa che la carta è stata elaborata sulla base di una previsione inizializzata alle 00 UTC del 10 novembre e rappresenta le condizioni previste per le 12 UTC dell'11 novembre.
Non bisogna confondere queste due informazioni.
2.3 Il tempo UTC¶
UTC significa Coordinated Universal Time.
È il riferimento temporale utilizzato nelle osservazioni e nei prodotti meteorologici internazionali.
In Italia:
- durante l'ora solare, l'ora locale è UTC+1;
- durante l'ora legale, l'ora locale è UTC+2.
Esempio:
12 UTC corrispondono alle 13:00 in Italia durante l'ora solare e alle 14:00 durante l'ora legale.
3. La carta meteorologica al suolo¶
La carta al suolo rappresenta principalmente la distribuzione della pressione atmosferica ridotta al livello del mare.
Questa rappresentazione consente di confrontare le condizioni bariche tra località situate ad altitudini differenti.
Senza la riduzione al livello del mare, una stazione meteorologica in montagna registrerebbe normalmente una pressione inferiore rispetto a una stazione situata in pianura, anche in presenza di condizioni atmosferiche simili.
3.1 Pressione ridotta al livello del mare¶
La pressione atmosferica diminuisce generalmente con l'aumentare della quota.
Per rendere confrontabili le osservazioni, la pressione misurata dalle stazioni viene trasformata mediante una procedura di riduzione al livello del mare.
La riduzione tiene conto della temperatura e delle caratteristiche della colonna d'aria.
La carta sinottica al suolo utilizza normalmente questa pressione ridotta.
3.2 Le isobare¶
Le isobare sono linee che uniscono punti aventi la stessa pressione atmosferica.
Sono uno degli elementi più importanti delle carte meteorologiche al suolo.
Le pressioni vengono normalmente espresse in hPa (ettopascal).
Esempi di valori:
- 1000 hPa;
- 1005 hPa;
- 1010 hPa;
- 1015 hPa;
- 1020 hPa.
3.3 Interpretazione delle isobare¶
Le isobare permettono di individuare:
- zone di alta pressione;
- zone di bassa pressione;
- gradienti barici;
- configurazioni depressionarie;
- configurazioni anticicloniche.
Le isobare chiuse possono delimitare centri di alta o bassa pressione.
La presenza di valori crescenti verso il centro indica generalmente un'area di alta pressione.
La presenza di valori decrescenti verso il centro indica generalmente un'area di bassa pressione.
3.4 Distanza tra le isobare¶
La distanza tra le isobare fornisce un'indicazione del gradiente orizzontale di pressione.
- Isobare ravvicinate: gradiente generalmente intenso.
- Isobare distanziate: gradiente generalmente debole.
Il gradiente di pressione è uno dei fattori che contribuiscono alla generazione del vento.
Attenzione: la distanza grafica dipende anche dalla scala della carta e dall'intervallo scelto tra le isobare.
3.5 Il gradiente barico¶
Il gradiente barico descrive la variazione della pressione per unità di distanza.
In forma semplificata:
Gradiente = Δp / Δs
Dove:
- Δp = differenza di pressione;
- Δs = distanza tra i punti considerati.
Esempio:
Tra due località distanti 100 km si misura una differenza di pressione di 10 hPa.
Gradiente medio:
10 hPa / 100 km = 0,1 hPa/km
Il gradiente è una grandezza vettoriale: per descriverlo completamente bisogna indicare anche la direzione della variazione della pressione.
4. Anticicloni e depressioni¶
Le due configurazioni bariche fondamentali sono l'alta pressione e la bassa pressione.
4.1 Anticiclone¶
Un anticiclone è una regione nella quale la pressione è relativamente elevata rispetto alle aree circostanti.
Nelle medie latitudini dell'emisfero nord, la circolazione intorno a un anticiclone è generalmente oraria.
Le condizioni associate possono comprendere:
- subsidenza;
- stabilità atmosferica;
- riduzione della convezione;
- cieli sereni o poco nuvolosi;
- inversioni termiche;
- nebbie e foschie in condizioni favorevoli.
Non significa che ogni anticiclone produca necessariamente bel tempo in ogni località e in ogni stagione.
4.2 Depressione¶
Una depressione è una regione nella quale la pressione è relativamente bassa rispetto alle aree circostanti.
Nelle medie latitudini dell'emisfero nord, la circolazione intorno a una depressione è generalmente antioraria.
Le depressioni possono essere associate a:
- convergenza nei bassi strati;
- moti ascendenti;
- formazione di nubi;
- precipitazioni;
- sistemi frontali;
- condizioni meteorologiche instabili.
4.3 Il simbolo H e il simbolo L¶
Nelle carte internazionali si utilizzano spesso:
- H: High, area di alta pressione;
- L: Low, area di bassa pressione.
Alcune carte riportano anche il valore della pressione centrale.
Esempio:
L 990 hPa indica un centro depressionario con pressione centrale di circa 990 hPa.
H 1030 hPa indica un centro anticiclonico con pressione centrale di circa 1030 hPa.
I valori devono essere interpretati considerando il contesto geografico e meteorologico.
5. Il vento sulle carte meteorologiche¶
Il vento è determinato da diversi fattori, tra cui:
- gradiente di pressione;
- forza di Coriolis;
- attrito;
- curvatura del flusso;
- condizioni di stabilità.
5.1 Forza del gradiente di pressione¶
L'aria tende ad accelerare dalle regioni di pressione relativamente più alta verso quelle di pressione relativamente più bassa.
La forza associata al gradiente di pressione è uno dei principali motori della circolazione atmosferica.
5.2 Forza di Coriolis¶
La forza di Coriolis è un effetto apparente osservato in un sistema di riferimento rotante, come quello terrestre.
Nell'emisfero nord devia il moto verso destra rispetto alla direzione di movimento.
Nell'emisfero sud devia il moto verso sinistra.
La sua intensità dipende dalla latitudine e dalla velocità del movimento.
5.3 Vento geostrofico¶
In quota, lontano dagli effetti più importanti dell'attrito superficiale e in condizioni approssimativamente equilibrate, il vento può essere descritto attraverso l'equilibrio geostrofico.
La forza del gradiente di pressione viene bilanciata dalla forza di Coriolis.
Il vento geostrofico scorre approssimativamente parallelamente alle isobare.
Nell'emisfero nord:
- l'aria più fredda e le basse pressioni si trovano generalmente alla sinistra del vento geostrofico;
- le alte pressioni si trovano generalmente alla destra.
Questa regola è riferita al vento geostrofico e non deve essere applicata senza considerare attrito, curvatura e altre componenti del moto.
5.4 Vento al suolo¶
Vicino alla superficie terrestre l'attrito rallenta il vento.
La forza di Coriolis diminuisce con la velocità e il vento tende ad attraversare le isobare con una componente diretta verso le basse pressioni.
Per questo la circolazione al suolo non è perfettamente parallela alle isobare.
6. I simboli del vento¶
Le carte meteorologiche possono rappresentare il vento con simboli chiamati barbule o wind barbs.
Un simbolo del vento indica:
- direzione di provenienza;
- velocità;
- eventuali raffiche, quando specificate dal prodotto.
La convenzione più comune è:
- triangolo pieno: 50 nodi;
- pennone lungo: 10 nodi;
- pennone corto: 5 nodi.
I valori vengono sommati.
6.1 Esempio¶
Un simbolo contiene:
- un triangolo pieno;
- un pennone lungo;
- un pennone corto.
Velocità:
50 + 10 + 5 = 65 nodi.
6.2 Conversione dei nodi¶
Il nodo è un'unità di velocità utilizzata frequentemente in meteorologia e navigazione.
1 nodo = 1,852 km/h
Esempio:
20 nodi × 1,852 = 37,04 km/h.
Quindi 20 nodi corrispondono a circa 37 km/h.
7. Le carte meteorologiche in quota¶
Le carte in quota descrivono le condizioni atmosferiche a livelli di pressione prestabiliti.
Sono fondamentali per comprendere la struttura tridimensionale dell'atmosfera.
Non rappresentano necessariamente una quota geografica fissa: una superficie a pressione costante si trova ad altezze diverse a seconda delle condizioni atmosferiche.
I livelli più utilizzati comprendono:
- 850 hPa;
- 700 hPa;
- 500 hPa;
- 300 hPa.
7.1 Che cosa significa hPa¶
hPa significa ettopascal.
È l'unità di misura della pressione.
1 hPa = 100 Pa
Le carte in quota identificano superfici nelle quali la pressione atmosferica assume un determinato valore.
Per esempio, una carta a 500 hPa rappresenta la distribuzione dell'altezza della superficie sulla quale la pressione è pari a 500 hPa.
7.2 Livello 850 hPa¶
Il livello 850 hPa si trova indicativamente a circa 1,5 km di quota.
L'altezza effettiva varia in funzione delle condizioni atmosferiche.
È molto utilizzato per studiare:
- temperatura delle masse d'aria;
- avvezioni calde e fredde;
- umidità;
- venti nei bassi strati liberi dall'attrito più intenso;
- possibili condizioni favorevoli alla neve.
7.3 Livello 700 hPa¶
Si trova indicativamente intorno a 3 km di quota.
È utile per analizzare:
- umidità in media troposfera;
- moti verticali;
- avvezioni;
- configurazioni delle masse d'aria;
- condizioni favorevoli allo sviluppo nuvoloso.
7.4 Livello 500 hPa¶
Si trova indicativamente intorno a 5,5 km di quota.
È uno dei livelli più importanti per l'analisi sinottica.
Permette di osservare:
- saccature;
- promontori;
- vortici in quota;
- ondulazioni del flusso occidentale;
- struttura delle depressioni;
- distribuzione del geopotenziale.
7.5 Livello 300 hPa¶
Si trova indicativamente intorno a 9 km di quota, con variazioni legate alla struttura atmosferica.
È particolarmente utile per studiare:
- correnti a getto;
- venti intensi in alta troposfera;
- divergenza e convergenza in quota;
- dinamica dei sistemi meteorologici.
Le quote indicate sono approssimative e non devono essere considerate valori fissi.
8. Geopotenziale e altezza geopotenziale¶
Nelle carte in quota si rappresenta frequentemente l'altezza geopotenziale.
Il geopotenziale è il lavoro per unità di massa necessario per portare una massa da un livello di riferimento a un determinato punto contro il campo gravitazionale.
L'altezza geopotenziale è il geopotenziale diviso per un valore convenzionale della gravità.
Si indica spesso con Z.
L'unità SI è il metro geopotenziale, ma sulle carte meteorologiche si utilizzano frequentemente i decametri geopotenziali (dam).
8.1 Linee di uguale geopotenziale¶
Le linee che uniscono punti con la stessa altezza geopotenziale sono chiamate isoipse.
Su una carta a 500 hPa rappresentano le altezze della superficie di pressione di 500 hPa.
8.2 Valori alti e bassi¶
In generale:
- valori elevati indicano una superficie di pressione più alta;
- valori bassi indicano una superficie di pressione più bassa.
Le isoipse permettono di individuare strutture dinamiche come:
- promontori;
- saccature;
- minimi chiusi;
- massimi di geopotenziale.
8.3 Promontorio¶
Un promontorio è un'estensione verso latitudini più elevate di una regione caratterizzata da geopotenziale relativamente alto.
Può essere associato a:
- aria relativamente calda;
- subsidenza;
- stabilizzazione atmosferica;
- condizioni anticicloniche.
8.4 Saccatura¶
Una saccatura è un'estensione verso latitudini più basse di una regione caratterizzata da geopotenziale relativamente basso.
Può essere associata a:
- aria più fredda in quota;
- curvatura ciclonica del flusso;
- instabilità;
- moti ascendenti;
- sviluppo di sistemi perturbati.
Una saccatura non comporta automaticamente precipitazioni: sono importanti anche umidità, dinamica e condizioni termodinamiche.
9. Le onde di Rossby¶
Il flusso atmosferico alle medie latitudini non procede sempre lungo traiettorie rettilinee.
È spesso caratterizzato da ondulazioni su scala planetaria.
Queste ondulazioni sono associate alle onde di Rossby.
9.1 Origine¶
Le onde di Rossby sono legate alla variazione della forza di Coriolis con la latitudine e alla conservazione del potenziale vorticità, insieme agli altri processi dinamici del fluido atmosferico.
9.2 Struttura¶
Nella circolazione occidentale si possono osservare:
- promontori;
- saccature;
- ondulazioni del flusso;
- configurazioni più o meno amplificate.
9.3 Importanza meteorologica¶
Le onde di Rossby contribuiscono alla distribuzione delle masse d'aria e influenzano:
- trasporto di calore;
- irruzioni fredde;
- avvezioni calde;
- sviluppo delle depressioni;
- persistenza delle configurazioni atmosferiche.
10. I fronti meteorologici¶
Un fronte è una zona di transizione tra masse d'aria con caratteristiche differenti.
Le differenze possono riguardare:
- temperatura;
- densità;
- umidità;
- struttura verticale;
- movimento.
I fronti sono particolarmente importanti nelle medie latitudini.
10.1 Fronte caldo¶
Un fronte caldo si verifica quando una massa d'aria relativamente calda avanza verso una massa d'aria più fredda.
L'aria calda, meno densa, tende a scorrere sopra quella fredda.
Il sollevamento è generalmente graduale e può interessare un'area estesa.
Possibili fenomeni:
- aumento progressivo della nuvolosità;
- nubi stratiformi;
- precipitazioni diffuse;
- variazione graduale della temperatura;
- cambiamento del vento.
10.2 Simbolo del fronte caldo¶
Il simbolo convenzionale è una linea rossa con semicerchi.
I semicerchi indicano la direzione di avanzamento del fronte.
10.3 Fronte freddo¶
Un fronte freddo si verifica quando una massa d'aria più fredda avanza verso una massa d'aria più calda.
L'aria fredda, più densa, può insinuarsi sotto quella calda e costringerla a salire.
Il sollevamento può essere relativamente rapido e intenso.
Possibili fenomeni:
- rovesci;
- temporali;
- raffiche di vento;
- diminuzione della temperatura;
- cambiamento della direzione del vento;
- miglioramento successivo, non necessariamente immediato.
10.4 Simbolo del fronte freddo¶
Il simbolo convenzionale è una linea blu con triangoli.
I triangoli indicano la direzione di avanzamento.
10.5 Fronte occluso¶
Un fronte occluso si forma quando un fronte freddo raggiunge un fronte caldo e l'aria calda viene sollevata dal suolo.
Si distinguono configurazioni diverse in funzione delle temperature delle masse d'aria coinvolte.
Può essere associato a nuvolosità estesa e precipitazioni.
Il simbolo convenzionale è una linea con triangoli e semicerchi alternati sullo stesso lato.
10.6 Fronte stazionario¶
Un fronte stazionario è una zona frontale che presenta un movimento molto lento o quasi nullo.
Può mantenere condizioni favorevoli a precipitazioni persistenti quando sono presenti umidità e sollevamento.
Il simbolo convenzionale presenta triangoli e semicerchi alternati su lati opposti della linea.
10.7 Tabella di confronto¶
| Tipo di fronte | Movimento principale | Simbolo convenzionale |
|---|---|---|
| Caldo | Aria calda avanza | Linea rossa con semicerchi |
| Freddo | Aria fredda avanza | Linea blu con triangoli |
| Occluso | Fronte freddo raggiunge il caldo | Triangoli e semicerchi sullo stesso lato |
| Stazionario | Movimento molto lento | Simboli su lati opposti |
11. La corrente a getto¶
La corrente a getto, o jet stream, è una fascia relativamente stretta di venti molto intensi nella parte alta della troposfera.
Si sviluppa principalmente lungo zone caratterizzate da forti contrasti termici e da importanti gradienti di pressione in quota.
11.1 Caratteristiche¶
La corrente a getto:
- si sviluppa prevalentemente da ovest verso est alle medie latitudini;
- presenta velocità elevate;
- può essere ondulata;
- può variare in intensità e posizione;
- influenza la dinamica dei sistemi meteorologici.
11.2 Tipi principali¶
Tra le principali correnti a getto troviamo:
- jet stream polare;
- jet stream subtropicale.
Non sono strutture sempre separate o indipendenti: la loro organizzazione varia nel tempo e nello spazio.
11.3 Jet stream polare¶
È associato al forte contrasto termico tra masse d'aria polari e masse d'aria più temperate.
La sua posizione influenza frequentemente le perturbazioni delle medie latitudini.
11.4 Jet stream subtropicale¶
Si trova generalmente a latitudini più basse rispetto al jet polare.
È collegato alla circolazione generale atmosferica e ai forti venti in alta troposfera.
11.5 Importanza meteorologica¶
La corrente a getto può contribuire a:
- guidare i sistemi perturbati;
- organizzare le depressioni;
- favorire o limitare i moti ascendenti;
- influenzare l'evoluzione delle saccature;
- determinare la traiettoria delle perturbazioni.
La posizione del jet stream da sola non permette di stabilire con certezza dove e quando pioverà.
12. Le carte di temperatura¶
Le carte meteorologiche possono rappresentare la temperatura al suolo o a livelli atmosferici specifici.
Le linee che uniscono punti con uguale temperatura sono chiamate isoterme.
12.1 Isoterme¶
Le isoterme permettono di individuare:
- masse d'aria calde;
- masse d'aria fredde;
- gradienti termici;
- avvezioni;
- contrasti tra regioni.
12.2 Avvezione calda¶
L'avvezione calda è il trasporto orizzontale di aria relativamente calda da una regione verso un'altra.
Può determinare un aumento della temperatura.
12.3 Avvezione fredda¶
L'avvezione fredda è il trasporto orizzontale di aria relativamente fredda.
Può provocare un abbassamento della temperatura e modificare la stabilità atmosferica.
12.4 Temperatura a 850 hPa¶
La carta a 850 hPa è molto utile per individuare le masse d'aria e valutare il contrasto termico.
Può aiutare a interpretare:
- irruzioni fredde;
- risalite di aria calda;
- potenziale termico delle masse d'aria;
- condizioni favorevoli alla neve.
Non è una misura diretta della temperatura al suolo.
13. Le carte di umidità e i moti verticali¶
La presenza di umidità è essenziale per la formazione delle nubi e delle precipitazioni.
Le carte meteorologiche possono rappresentare:
- umidità relativa;
- umidità specifica;
- rapporto di mescolanza;
- temperatura di rugiada;
- vento;
- moti verticali.
13.1 Umidità relativa¶
La carta di umidità relativa mostra quanto l'aria sia vicina alla saturazione.
Valori elevati indicano aria prossima alla saturazione, ma non garantiscono automaticamente la formazione di precipitazioni.
13.2 Temperatura di rugiada¶
La temperatura di rugiada è la temperatura alla quale l'aria, raffreddata a pressione pressoché costante senza modificare il contenuto di vapore, raggiunge la saturazione rispetto all'acqua liquida.
La differenza tra temperatura dell'aria e temperatura di rugiada può fornire indicazioni sul grado di umidità.
13.3 Moti verticali¶
Le carte possono rappresentare i moti verticali atmosferici.
In molte convenzioni meteorologiche la velocità verticale è indicata con omega:
ω = dp/dt
Dove:
- ω = velocità verticale in coordinate di pressione;
- p = pressione;
- t = tempo.
In questa convenzione:
- omega negativa: aria in salita;
- omega positiva: aria in discesa.
L'unità di misura è Pa/s.
La convenzione deve essere sempre verificata nella legenda del prodotto utilizzato.
13.4 Moti ascendenti e precipitazioni¶
I moti ascendenti favoriscono il raffreddamento dell'aria per espansione.
Se l'aria è sufficientemente umida, può raggiungere la saturazione e formare nubi.
La presenza di moti ascendenti non è però sufficiente, da sola, a garantire precipitazioni al suolo.
14. Le carte delle precipitazioni¶
Le carte delle precipitazioni rappresentano la quantità di pioggia o neve prevista oppure osservata.
Possono mostrare:
- accumulo in un'ora;
- accumulo in tre ore;
- accumulo in sei ore;
- accumulo in dodici ore;
- accumulo in ventiquattro ore;
- accumulo totale su un intervallo più lungo.
È fondamentale controllare sempre il periodo temporale rappresentato.
14.1 Accumulo previsto¶
Una carta può indicare che in una determinata area sono previsti 30 mm di precipitazione in 24 ore.
Non significa che cadranno 30 mm ogni ora.
Significa che l'accumulo complessivo previsto nell'intervallo considerato è di 30 mm.
14.2 Intensità¶
L'intensità è una quantità riferita all'unità di tempo.
Esempio:
12 mm in 3 ore.
Intensità media:
12 / 3 = 4 mm/h.
La precipitazione può comunque essere distribuita in modo irregolare durante le tre ore.
14.3 Limiti delle mappe¶
Le mappe di accumulo sono soggette a incertezza.
La previsione può essere influenzata da:
- posizione delle precipitazioni;
- orografia;
- intensità dei fenomeni convettivi;
- evoluzione delle perturbazioni;
- risoluzione del modello;
- errori nelle condizioni iniziali.
15. Il radar meteorologico¶
Il radar meteorologico è uno strumento fondamentale per osservare le precipitazioni in atto.
Trasmette impulsi elettromagnetici e analizza l'energia che viene retrodiffusa dalle particelle presenti nell'atmosfera.
15.1 Riflettività radar¶
La riflettività viene generalmente rappresentata in dBZ.
Il valore dipende dalle caratteristiche delle particelle che intercettano il fascio radar, soprattutto dalla loro dimensione e concentrazione.
Valori elevati possono essere associati a precipitazioni intense o a particelle di grandi dimensioni, ma l'interpretazione dipende dal tipo di idrometeore e dalle condizioni di osservazione.
15.2 Movimento delle precipitazioni¶
Le sequenze radar consentono di seguire:
- direzione di movimento;
- velocità apparente di spostamento;
- intensificazione;
- indebolimento;
- sviluppo di nuove celle.
15.3 Radar Doppler¶
Un radar Doppler utilizza lo spostamento di frequenza del segnale riflesso per stimare la componente radiale della velocità delle particelle.
Permette di ottenere informazioni sul movimento verso il radar o in allontanamento dal radar.
Non misura direttamente tutte le componenti del vento.
15.4 Limiti del radar¶
Il radar può essere influenzato da:
- distanza;
- orografia;
- ostacoli;
- attenuazione;
- quota del fascio;
- presenza di grandine;
- fenomeni di propagazione anomala;
- errori nella stima della precipitazione al suolo.
Il radar non è quindi un pluviometro: fornisce una stima remota della precipitazione.
16. Le immagini satellitari¶
I satelliti meteorologici permettono di osservare l'atmosfera da grande distanza.
Sono fondamentali per seguire l'evoluzione dei sistemi nuvolosi e delle perturbazioni.
16.1 Canale visibile¶
Utilizza la radiazione solare riflessa dalle superfici e dalle nubi.
Permette di osservare:
- forme delle nubi;
- copertura nuvolosa;
- strutture convettive;
- sistemi frontali.
È particolarmente utile durante il giorno.
16.2 Canale infrarosso¶
Utilizza la radiazione termica emessa.
Consente di stimare la temperatura delle superfici e delle sommità delle nubi.
Le sommità nuvolose molto fredde possono indicare nubi con grande sviluppo verticale.
16.3 Canali del vapore acqueo¶
Sono sensibili alla radiazione assorbita dal vapore acqueo in determinate bande spettrali.
Permettono di osservare strutture di umidità soprattutto nella media e alta troposfera, secondo il canale utilizzato.
16.4 Limiti delle immagini satellitari¶
Una nube visibile dal satellite non implica necessariamente precipitazioni al suolo.
Per valutare il rischio di precipitazione è utile combinare:
- immagini satellitari;
- radar;
- osservazioni al suolo;
- carte meteorologiche;
- modelli numerici.
17. I modelli numerici di previsione¶
I modelli numerici sono sistemi matematici e informatici che simulano l'evoluzione dell'atmosfera.
Utilizzano le leggi della fisica e della dinamica dei fluidi per calcolare lo stato futuro dell'atmosfera.
17.1 Dati iniziali¶
Un modello necessita di una descrizione dello stato iniziale dell'atmosfera.
Questa descrizione viene costruita utilizzando osservazioni provenienti da:
- stazioni meteorologiche;
- radiosondaggi;
- satelliti;
- radar;
- aeromobili;
- boe e navi;
- altre piattaforme osservative.
17.2 Assimilazione dei dati¶
Le osservazioni non vengono semplicemente inserite una per una nel modello.
Vengono elaborate attraverso procedure di assimilazione che combinano le misure con le informazioni già disponibili e con la previsione precedente.
L'obiettivo è ottenere una stima coerente dello stato iniziale dell'atmosfera.
17.3 Griglia del modello¶
Il modello divide l'atmosfera in una griglia tridimensionale.
Per ogni punto della griglia vengono calcolate variabili come:
- pressione;
- temperatura;
- umidità;
- vento;
- quantità di acqua;
- altre grandezze fisiche.
La risoluzione spaziale indica quanto sono distanti tra loro i punti della griglia.
Una griglia più fine può rappresentare dettagli più piccoli, ma richiede maggiori risorse di calcolo e non elimina l'incertezza.
17.4 Parametrizzazioni¶
Non tutti i processi atmosferici possono essere rappresentati direttamente dalla griglia.
Alcuni processi vengono descritti mediante parametrizzazioni.
Tra questi:
- convezione;
- turbolenza;
- formazione delle nubi;
- microfisica delle precipitazioni;
- scambi con la superficie.
17.5 Evoluzione temporale¶
Il modello calcola l'evoluzione delle variabili atmosferiche attraverso passi temporali successivi.
I risultati vengono utilizzati per produrre carte previsionali.
17.6 Limiti dei modelli¶
I modelli non conoscono il futuro con certezza.
Le previsioni sono influenzate da:
- qualità delle osservazioni;
- condizioni iniziali;
- risoluzione;
- approssimazioni matematiche;
- parametrizzazioni;
- evoluzione caotica dell'atmosfera.
18. Modelli globali e modelli ad area limitata¶
I modelli possono avere caratteristiche differenti.
18.1 Modelli globali¶
Coprono l'intero pianeta.
Sono utilizzati per studiare:
- circolazione generale;
- sistemi meteorologici su vasta scala;
- evoluzione delle perturbazioni;
- previsioni a medio termine.
18.2 Modelli ad area limitata¶
Coprono una regione geografica più ristretta.
Possono utilizzare una risoluzione più elevata e concentrarsi su fenomeni regionali.
Sono spesso utilizzati per previsioni a breve termine e per dettagli locali.
18.3 Condizioni al contorno¶
Un modello regionale deve ricevere informazioni dalle aree esterne al proprio dominio.
Queste informazioni sono chiamate condizioni al contorno.
Possono essere fornite da un modello globale.
18.4 Attenzione alla risoluzione¶
Una risoluzione più elevata non significa automaticamente una previsione più precisa.
Un modello ad alta risoluzione può rappresentare meglio alcuni dettagli, ma rimane soggetto a errori e incertezze.
19. Previsione deterministica e previsioni d'insieme¶
Esistono diversi approcci per stimare l'evoluzione futura dell'atmosfera.
19.1 Previsione deterministica¶
Una previsione deterministica viene prodotta da una singola simulazione del modello con un determinato insieme di condizioni iniziali e impostazioni.
Fornisce uno scenario specifico.
19.2 Previsione ensemble¶
Una previsione ensemble utilizza più simulazioni.
Le simulazioni possono differire leggermente nelle condizioni iniziali o in altri aspetti del sistema.
L'insieme dei risultati permette di valutare la dispersione degli scenari.
19.3 Perché utilizzare un ensemble¶
L'atmosfera è un sistema complesso e sensibile alle condizioni iniziali.
Anche piccole differenze iniziali possono produrre evoluzioni differenti nel tempo.
Un ensemble aiuta a comprendere quanto una previsione sia stabile oppure incerta.
19.4 Spread¶
Lo spread è una misura della dispersione dei risultati dei diversi membri dell'ensemble.
- Spread ridotto: scenari relativamente concordi.
- Spread elevato: scenari più differenti.
Uno spread ridotto non garantisce che la previsione sia corretta, ma indica una maggiore concordanza interna tra le simulazioni.
20. Come valutare l'attendibilità di una previsione¶
L'attendibilità dipende da numerosi fattori.
Tra i principali:
- distanza temporale dalla data di previsione;
- tipo di fenomeno;
- scala geografica;
- qualità delle condizioni iniziali;
- accordo tra i modelli;
- stabilità delle simulazioni successive;
- complessità del territorio.
20.1 Previsioni a breve termine¶
In generale, le previsioni a breve termine beneficiano di una minore distanza temporale e di una maggiore disponibilità di osservazioni recenti.
Sono particolarmente importanti per:
- temporali;
- rovesci;
- nebbia;
- vento;
- neve;
- fenomeni locali.
20.2 Previsioni a medio termine¶
Con l'aumentare dell'intervallo temporale, l'incertezza tende generalmente ad aumentare.
Le configurazioni su larga scala possono comunque mantenere una certa prevedibilità.
20.3 Previsioni a lungo termine¶
Le previsioni a lungo termine descrivono soprattutto tendenze e probabilità su intervalli estesi.
Non devono essere interpretate come previsioni dettagliate del tempo di una singola località in un preciso giorno.
20.4 Probabilità¶
Una previsione probabilistica non afferma necessariamente che un fenomeno si verificherà.
Indica una probabilità stimata, definita in base al metodo e al prodotto utilizzato.
Per esempio:
Probabilità di precipitazione: 70%.
Questo valore deve essere interpretato secondo la definizione adottata dal servizio meteorologico che lo pubblica.
Non significa automaticamente che pioverà per il 70% della giornata o sul 70% della superficie della località.
21. Metodo pratico per leggere una carta meteorologica¶
Per interpretare una carta meteorologica è utile seguire una sequenza ordinata.
Passaggio 1 – Controllare la data¶
Verificare:
- data di emissione;
- ora di emissione;
- data di validità;
- ora di validità;
- fuso orario.
Passaggio 2 – Identificare il tipo di carta¶
Stabilire se si tratta di:
- carta al suolo;
- carta a 850 hPa;
- carta a 700 hPa;
- carta a 500 hPa;
- carta a 300 hPa;
- carta delle precipitazioni;
- carta di temperatura;
- carta di umidità.
Passaggio 3 – Analizzare la pressione al suolo¶
Individuare:
- anticicloni;
- depressioni;
- posizione dei centri barici;
- isobare;
- intensità del gradiente.
Passaggio 4 – Analizzare la struttura in quota¶
Osservare:
- saccature;
- promontori;
- minimi di geopotenziale;
- flusso dominante;
- correnti a getto.
Passaggio 5 – Identificare i fronti¶
Verificare la presenza di:
- fronte caldo;
- fronte freddo;
- fronte occluso;
- fronte stazionario.
Passaggio 6 – Analizzare temperatura e umidità¶
Valutare:
- masse d'aria;
- avvezioni;
- temperatura a 850 hPa;
- umidità relativa;
- temperatura di rugiada.
Passaggio 7 – Valutare i moti verticali¶
Individuare le aree favorevoli a:
- salita dell'aria;
- discesa dell'aria;
- formazione di nubi;
- stabilizzazione atmosferica.
Passaggio 8 – Controllare le precipitazioni¶
Verificare:
- accumulo previsto;
- intervallo temporale;
- distribuzione geografica;
- eventuali fenomeni intensi.
Passaggio 9 – Confrontare con radar e satellite¶
Quando si analizzano condizioni attuali, utilizzare osservazioni aggiornate.
Passaggio 10 – Valutare l'incertezza¶
Confrontare più simulazioni e considerare la natura del fenomeno previsto.
22. Esempio pratico: analisi di una situazione ipotetica sull'Italia¶
Consideriamo una situazione didattica inventata.
Una depressione si trova sulla Francia meridionale e si sposta verso il Golfo Ligure.
Sulla carta al suolo osserviamo:
- centro depressionario di 995 hPa;
- isobare relativamente ravvicinate;
- un fronte freddo in avvicinamento al Nord Italia;
- un fronte caldo che interessa parte del Centro Italia.
Sulla carta a 500 hPa osserviamo:
- una saccatura sull'Europa occidentale;
- aria relativamente fredda in quota;
- un flusso sud-occidentale sull'Italia.
Sulla carta a 850 hPa osserviamo:
- avvezione di aria più mite e umida nei bassi strati;
- contrasto termico tra il settore prefrontale e quello postfrontale.
22.1 Interpretazione¶
La configurazione può favorire:
- aumento della nuvolosità;
- precipitazioni sul Nord Italia;
- fenomeni più intensi nelle zone con convergenza e sollevamento;
- temporali localmente possibili;
- successivo ingresso di aria più fredda.
22.2 Dopo il passaggio del fronte¶
Il passaggio del fronte freddo può determinare:
- rotazione del vento;
- diminuzione della temperatura;
- aumento della pressione;
- rovesci residui;
- miglioramento graduale.
Questa è un'interpretazione qualitativa.
Per formulare una previsione attendibile servirebbero dati reali, mappe aggiornate, osservazioni e confronto tra modelli.
23. Errori comuni da evitare¶
- Confondere la carta al suolo con una carta in quota.
- Confondere l'ora di emissione con quella di validità.
- Dimenticare la conversione tra UTC e ora italiana.
- Considerare le isobare come linee di uguale temperatura.
- Pensare che tutte le depressioni producano automaticamente forti precipitazioni.
- Pensare che tutti gli anticicloni producano sempre cielo sereno.
- Confondere geopotenziale e pressione al suolo.
- Considerare i livelli isobarici come quote geografiche fisse.
- Confondere una saccatura con un fronte freddo.
- Confondere un promontorio con un anticiclone al suolo.
- Pensare che la corrente a getto sia sempre rettilinea.
- Interpretare la temperatura a 850 hPa come temperatura al suolo.
- Confondere riflettività radar e quantità di pioggia misurata.
- Considerare una nube satellitare come prova certa di precipitazione.
- Confondere accumulo e intensità della pioggia.
- Considerare una singola simulazione deterministica come certezza.
- Pensare che un modello ad alta risoluzione sia sempre più preciso.
- Interpretare una probabilità di precipitazione senza conoscere la definizione del prodotto.
- Dimenticare di verificare la legenda e le unità di misura.
- Formulare una previsione senza confrontare superficie, quota e osservazioni.
24. Esercizi di verifica¶
Esercizio 1 – Isobare¶
Che cosa rappresentano le isobare?
Esercizio 2 – Pressione¶
Una carta presenta un minimo chiuso di 990 hPa.
Quale tipo di struttura barica rappresenta generalmente?
Esercizio 3 – Gradiente barico¶
Due località distano 200 km e presentano una differenza di pressione di 20 hPa.
Calcola il gradiente medio in hPa/km.
Esercizio 4 – Vento¶
A quanto corrispondono 25 nodi in km/h?
Esercizio 5 – Livelli in quota¶
Quale livello isobarico è particolarmente utilizzato per analizzare saccature e promontori alle medie latitudini?
Esercizio 6 – Geopotenziale¶
Che cosa rappresentano le isoipse su una carta a 500 hPa?
Esercizio 7 – Fronti¶
Quale fronte si forma quando una massa d'aria fredda avanza verso una massa d'aria calda?
Esercizio 8 – Corrente a getto¶
Che cosa caratterizza principalmente una corrente a getto?
Esercizio 9 – Moti verticali¶
Nella convenzione omega = dp/dt, che cosa indica un valore negativo?
Esercizio 10 – Precipitazioni¶
Una carta indica 18 mm di accumulo in 6 ore.
Calcola l'intensità media.
Esercizio 11 – Radar¶
Che cosa misura un radar Doppler in relazione al movimento delle particelle?
Esercizio 12 – Satellite¶
Qual è la principale differenza tra il canale visibile e quello infrarosso?
Esercizio 13 – Modelli¶
Perché un modello meteorologico necessita di dati iniziali?
Esercizio 14 – Ensemble¶
Che cosa indica uno spread elevato tra i membri di un ensemble?
Esercizio 15 – Interpretazione¶
Una carta al suolo mostra una depressione sull'Italia settentrionale, mentre una carta a 500 hPa mostra una saccatura sulla stessa area.
Quali condizioni meteorologiche potrebbero essere favorite?
25. Soluzioni degli esercizi¶
Soluzione 1 – Isobare¶
Le isobare sono linee che uniscono punti aventi la stessa pressione atmosferica.
Soluzione 2 – Pressione¶
Rappresenta generalmente un centro depressionario, cioè una regione di bassa pressione rispetto alle aree circostanti.
Soluzione 3 – Gradiente barico¶
Dati:
Δp = 20 hPa
Δs = 200 km
Formula:
Gradiente = Δp / Δs
Calcolo:
20 / 200 = 0,1 hPa/km
Risultato:
0,1 hPa/km.
Soluzione 4 – Vento¶
1 nodo = 1,852 km/h.
25 × 1,852 = 46,3 km/h.
Risultato:
46,3 km/h.
Soluzione 5 – Livelli in quota¶
Il livello di 500 hPa è particolarmente utilizzato per analizzare saccature, promontori e configurazioni sinottiche in media troposfera.
Soluzione 6 – Geopotenziale¶
Le isoipse uniscono punti con la stessa altezza geopotenziale della superficie di pressione di 500 hPa.
Soluzione 7 – Fronti¶
È un fronte freddo.
Soluzione 8 – Corrente a getto¶
È una fascia relativamente stretta di venti molto intensi, generalmente presente nella parte alta della troposfera.
Soluzione 9 – Moti verticali¶
Un valore negativo di omega indica una diminuzione della pressione seguita dalla particella d'aria: in coordinate di pressione corrisponde a un moto ascendente.
Soluzione 10 – Precipitazioni¶
Dati:
P = 18 mm
t = 6 h
Formula:
I = P / t
I = 18 / 6
I = 3 mm/h.
Soluzione 11 – Radar¶
Il radar Doppler stima la componente radiale della velocità delle particelle, cioè la componente diretta verso il radar o in allontanamento.
Soluzione 12 – Satellite¶
Il canale visibile utilizza la radiazione solare riflessa.
Il canale infrarosso utilizza la radiazione termica emessa.
Soluzione 13 – Modelli¶
I dati iniziali descrivono lo stato dell'atmosfera dal quale parte la simulazione numerica.
Senza una stima iniziale delle condizioni atmosferiche il modello non può calcolare coerentemente la loro evoluzione.
Soluzione 14 – Ensemble¶
Uno spread elevato indica che i diversi membri dell'ensemble producono scenari relativamente differenti.
La previsione presenta quindi una maggiore dispersione interna.
Soluzione 15 – Interpretazione¶
La combinazione può favorire:
- instabilità atmosferica;
- moti ascendenti;
- formazione di nubi;
- precipitazioni;
- possibili fenomeni intensi, se sono presenti condizioni termodinamiche favorevoli.
La sola presenza di depressione e saccatura non permette di stabilire con certezza intensità e distribuzione delle precipitazioni.
26. Glossario¶
| Termine | Significato |
|---|---|
| Carta sinottica | Rappresentazione delle condizioni meteorologiche su un'area estesa |
| Carta di analisi | Carta che descrive lo stato atmosferico ricostruito per un dato momento |
| Carta di previsione | Carta che rappresenta uno scenario atmosferico futuro |
| UTC | Tempo coordinato universale |
| Isobara | Linea di uguale pressione |
| Isoterma | Linea di uguale temperatura |
| Isoipsa | Linea di uguale altezza geopotenziale su una superficie isobarica |
| Gradiente barico | Variazione della pressione per unità di distanza |
| Anticiclone | Regione di pressione relativamente elevata |
| Depressione | Regione di pressione relativamente bassa |
| Avvezione | Trasporto orizzontale di una proprietà atmosferica |
| Vento geostrofico | Vento risultante dall'equilibrio tra gradiente di pressione e Coriolis |
| hPa | Ettopascal, unità di pressione |
| Livello isobarico | Superficie caratterizzata da pressione costante |
| Geopotenziale | Energia potenziale gravitazionale per unità di massa |
| Altezza geopotenziale | Geopotenziale diviso per un valore convenzionale della gravità |
| Promontorio | Estensione di geopotenziale relativamente elevato |
| Saccatura | Estensione di geopotenziale relativamente basso |
| Onda di Rossby | Ondulazione su grande scala della circolazione atmosferica |
| Fronte caldo | Zona in cui avanza una massa d'aria calda |
| Fronte freddo | Zona in cui avanza una massa d'aria fredda |
| Fronte occluso | Fronte formato dal raggiungimento del fronte caldo da parte del fronte freddo |
| Fronte stazionario | Zona frontale con movimento molto lento |
| Jet stream | Fascia di venti intensi in alta troposfera |
| Omega | Velocità verticale espressa in coordinate di pressione |
| Radar Doppler | Radar che utilizza lo spostamento di frequenza per stimare la velocità radiale |
| dBZ | Unità logaritmica della riflettività radar |
| Modello numerico | Sistema matematico e informatico per simulare l'evoluzione atmosferica |
| Assimilazione | Procedura che combina osservazioni e informazioni modellistiche |
| Parametrizzazione | Rappresentazione approssimata di processi non risolti direttamente dal modello |
| Ensemble | Insieme di simulazioni previsionali |
| Spread | Dispersione dei risultati dei membri di un ensemble |
27. Riepilogo della lezione¶
I concetti fondamentali sono:
- Le carte meteorologiche rappresentano lo stato dell'atmosfera.
- Le carte di analisi descrivono il presente o un momento passato ricostruito.
- Le carte di previsione rappresentano scenari futuri.
- Le isobare rappresentano linee di uguale pressione.
- Il gradiente barico contribuisce a determinare il vento.
- Anticicloni e depressioni sono strutture bariche fondamentali.
- Le carte in quota rappresentano superfici a pressione costante.
- I livelli 850, 700, 500 e 300 hPa hanno applicazioni differenti.
- Le isoipse rappresentano l'altezza geopotenziale.
- Promontori e saccature descrivono ondulazioni della circolazione in quota.
- Le onde di Rossby influenzano la circolazione atmosferica su grande scala.
- I fronti separano masse d'aria con caratteristiche differenti.
- La corrente a getto influenza la dinamica delle perturbazioni.
- Le carte di temperatura e umidità permettono di individuare le caratteristiche delle masse d'aria.
- Radar e satelliti forniscono osservazioni complementari.
- I modelli numerici simulano l'evoluzione futura dell'atmosfera.
- Gli ensemble consentono di valutare la dispersione degli scenari previsionali.
- Ogni previsione presenta un grado di incertezza.
Concetto chiave: una previsione meteorologica attendibile nasce dall'integrazione di osservazioni, carte al suolo, carte in quota, informazioni termodinamiche, immagini radar e satellitari e modelli numerici.
28. Collegamento con la prossima parte del corso¶
Con questa lezione abbiamo completato un primo percorso dalle basi matematiche e fisiche fino alla lettura delle carte meteorologiche.
Il passo successivo sarà dedicato all'applicazione pratica delle conoscenze.
Nella prossima unità lavoreremo sull'analisi di situazioni meteorologiche reali:
- riconoscimento di una perturbazione;
- lettura integrata delle carte al suolo e in quota;
- analisi di una massa d'aria;
- individuazione di fronti e aree instabili;
- interpretazione di mappe di precipitazione;
- confronto tra diversi modelli;
- costruzione di una previsione ragionata;
- verifica della previsione con le osservazioni successive.
L'obiettivo è passare dalla conoscenza dei singoli fenomeni alla capacità di interpretarli come parti di un unico sistema atmosferico.