Cuscino freddo e omotermìa

Si sente spesso parlare fra noi appassionati di meteorologia, soprattutto in un territorio vallivo come il nostro, di termini come “inversione termica”, “effetto valle”, “omotermia”, etc…. Ma cosa significano questi termini?

Innanzitutto iniziamo col precisare il significato della locuzione “inversione termica”.

E’ esperienza comune che la temperatura diminuisca con l’aumentare della quota. In termini analitico-matematici tale banale osservazione si traduce asserendo che “il gradiente termico verticale è negativo”. Altrettanto noto, per inciso, è il fatto che tale diminuzione non è sempre costante: essa sarà prossima a 1° ogni 100 m (raffreddamento adiabatico) nel caso in cui si abbia aria non satura, oppure 0,5°-0,55° nel caso di aria satura: l’aria, infatti, presenta sempre, al suo interno, acqua sotto forma di gas: il cosiddetto vapore acqueo. Salendo di quota, a seguito del raffreddamento dell’aria di 1°/100 m, si giungerà ad un punto in cui la quantità di vapore acqueo presente sarà quella massima contenibile dall’aria a quella (fredda) temperatura: il vapore acqueo tenderà pertanto a condensare generando piccole goccioline di acqua che formeranno le nubi. Il fenomeno di condensazione appena descritto, però, libera calore (il cosiddetto”calore latente di condensazione”), riscaldando l’ambiente esterno: da questo punto in poi, elevandosi ancora di quota, la temperatura diminuirà sempre, ma con minore velocità: “solo” 0,5-0,55° ogni 100 m.

Esistono casi in cui il “gradiente termico verticale negativo” non è rispettato. A tali casi, che esulano dalla normalità anzidetta, molti attribuiscono la locuzione “inversione termica”.

 

Senza la pretesa di essere esaustivi e/o esprimerci con un rigoroso linguaggio scientifico, ma solo di divulgare concetti basilari di meteorologia, possiamo individuare concettualmente e convenzionalmente due eventi di "inversione termica", cioè di anomalia rispetto al gradiente termico normale.

Il primo evento di inversione termica lo chiameremo "cuscino": la temperatura, per un certo spessore di colonna d’aria, aumenterà al crescere della quota fino a giungere al cosiddetto “limite d’inversione” oltre il quale il gradiente termico verticale ritornerà “normalmente” negativo, cioè si registrerà una diminuzione di temperatura con la quota.

In poche parole, in condizioni di “cuscino” fa più freddo a valle che in alta collina! Strabiliante vero?

Profilo temperatura-quota durante un fenomeno di inversione termica (Fig. tratta da www.3bmeteo.com)

Perché e sotto quali condizioni si manifesta questo fenomeno?

Il fenomeno di “cuscino” si verifica quando, in condizioni di cielo sereno, alta pressione e venti deboli, ma anche in condizioni di cielo sereno, bassa pressione e assenza di venti, il suolo si raffredda fortemente per “irradiazione” notturna. Anche lo strato d’aria a contatto con questo suolo si raffredda di conseguenza, aumentando di densità, comprimendosi al suolo e formando il cosiddetto “cuscino” freddo, sopra il quale scorre aria calda più leggera.

All’interno del “cuscino”, la temperatura aumenta con l’elevarsi della quota; oltre il cuscino, come anticipato, tutto rientra nella normalità.

A volte questo raffreddamento improvviso provoca la saturazione dell’aria con conseguente formazione di nebbie o foschie.

Il “cuscino”, pertanto, si forma sotto le seguenti particolari condizioni:

1) cielo sereno, alta pressione, venti deboli;

oppure

2) cielo sereno, bassa pressione, assenza completa di vento.

 Il "cuscino", inoltre, si forma prevalentemente di notte e principalmente nelle valli, in quanto sono maggiormente riparate dai venti (vi ricordo che la debolezza dei venti è una delle condizioni imprescindibili per la formazione del “cuscino”, in modo che la stratificazione “freddo in basso caldo in alto” non venga disturbata) ed anche da altre potenziali fonti di calore come il mare (che rappresenta un altro potenziale grosso disturbo alla formazione di stratificazioni d’aria a “cuscino”).

Un altro fattore che può contribuire a rafforzare il “cuscino” è la presenza di neve al suolo. In quel caso, infatti, lo strato di dama bianca non fa altro che potenziare il raffreddamento che dà origine al fenomeno.

 

Il secondo evento di inversione termica è l'”omotermia” della colonna d'aria.
Questo fenomeno è caratterizzato da una sostanziale costanza della temperatura al variare della quota (almeno fino alle quote medio-alte: 1500 – 2000 m slm), o comunque da un gradiente termico normale poco negativo (cioè molto al di sotto del minimo 0,5°/100 m).

Anche in questo caso ci si pone la domanda: perché e sotto quali condizioni si manifesta questo fenomeno?

Sempre tenendo conto del fatto che questo non è un articolo scientifico ma “solo” divulgativo, si può affermare che l’omotermìa della colonna d’aria si forma con la presenza contemporanea di queste due condizioni:
1) pioggia debole-moderata persistente;
2) assenza o comunque bassa intensità dei venti sino alle quote medio – alte suddette;

Per capire come agiscano tali condizioni per la generazione di tale fenomeno, si immagini che la temperatura dell’aria, ad una quota medio – alta di 1600 m slm, sia di poco superiore allo zero e stia nevicando (abbiamo cioè una termica di circa +1° a 850 hPa): è evidente che da questa quota a scendere la precipitazione nevosa incontra strati d’aria via via più caldi, cioè caratterizzati da temperature maggiori di zero: allora i fiocchi di neve tendono a fondersi: avviene cioè il fenomeno di “fusione”. Tale fenomeno, al contrario della condensazione, sottrae energia all’ambiente esterno, raffreddando l’aria circostante. A questo punto anche a quote inferiori di 1600 m slm, e prossime a questa, la temperatura si avvicina allo zero, facendo abbassare la quota neve. Procedendo in tal modo, se la pioggia è moderata e persistente si darà il tutto il tempo al fenomeno di fusione di raffreddare, al limite, l’intera colonna d’aria, anche gli strati più bassi. A quel punto la precipitazione nevosa potrebbe interessare anche il fondo valle nonostante in quota vi sia +1° a 850 hPa! Strabiliante vero? Eppure una cosa del genere è già capitata: si veda, ad esempio, il caso del 14 febbraio 2010, quando si partì in mattinata sotto una fitta pioggia moderata e continua con circa 5° e si giunse alle 14:00 circa a registrare 2° a CS con acqua mista a neve, addirittura neve (con spolverata) a Laurignano (350 m slm): il tutto con temperatura in quota addirittura di +1,5° a 850 hPa!!!!!

Si noti che il fenomeno dell’omotermia, a differenza di quello del “cuscino”, si può verificare in qualunque momento del giorno.

Anche per l’omotermìa, come per il “cuscino”, le zone migliori sono le valli: le quali, grazie alla loro particolare configurazione orografica, sono maggiormente riparati da venti e altre fonti di disturbo.

 

Sia il "cuscino" che "l'omotermìa" sono la causa di molte nevicate a CS città: anzi possiamo dire che la fama "nevosa" di Cosenza, è proprio legata a questi due fenomeni, senza i quali la nostra valle, probabilmente, vedrebbe si e no una nevicata ogni 3-4 anni.

Si noti che le nevicate da "cuscino termico" sono dette anche "da raddolcimento".

Analizziamo ora le condizioni sinottiche favorevoli per la nostra amata valle all’instaurarsi dei fenomeni di inversione termica trattati in questo articolo,.

La condizione classica, ma non unica!, è la seguente: irruzione di aria continentale fredda dai balcani (per intenderci: una isoterma al di sotto della -3° a 850 hPa) che per qualche giorno staziona sulle nostra teste. In tali condizioni, ogni notte si formerebbe un cuscino freddo che si sfalderebbe automaticamente di giorno con la comparsa dell’irraggiamento solare. Cuscino freddo che, però, di notte in notte, diventerebbe sempre più spesso ed arcigno.

A questo punto, se si dovesse formare una bassa pressione sul Mediterraneo ad est della Corsica e della Sardegna, si avrebbe un richiamo di correnti umide da S o SE al suolo, le quali:

1)     se provocano la formazione di  nubi sulle nostre teste in nottata, dopo la formazione del “cuscino” accumulato nei giorni precedenti;

2)      se non sono troppo intense;

3)     e se hanno temperatura non troppo alta, tale cioè da permettere potenzialmente la neve a quote medio alte (1400-1600 m slm – basta una 0° o -1° a 850 hPa);

scorrerebbero sullo strato freddo di fondo valle senza scalfirlo più di tanto, provocando precipitazioni che si manterrebbero nevose sino alle quote più basse.

Un’ultima precisazione: per quanto detto in precedenza, è importante sottolineare che affinchè  lo strato di “cuscino” o la condizione di “omotermìa” non vengano scalfiti è necessario:

1)     che non ci sia vento al suolo;

oppure:

2)     che ci sia un vento al suolo debole FREDDO (per Cosenza: venti al suolo da N o NE) che al limite possa addirittura “alimentare” con “delicatezza” il “cuscino”;

oppure (come nell’esempio precedente):

3)     che vi sia un vento al suolo caldo o freddo che sia, anche moderato, purchè provenga da direzioni tali da preservare la valle sottovento (per Cosenza: venti al suolo da SUD, SUD-EST, EST, visto che siamo riparati da monti molti alti come la Sila)

 

Si noti che i venti da SW, W e NW sono deleteri per il "cuscino" o per il mantenimento della "colonna omotermica", in quanto gli unici ostacoli che trovano sono i monti della catena costiera, troppo bassi per far rimanere la valle sottovento.

In merito a questo argomento (scientificamente molto ostico) è da dire che, per considerazioni fisiche molto complesse che prendono in considerazione un parametro adimensionale chiamato numero di Froude (Fr), venti occidentali anche molto deboli supererebbero facilmente l’ostacolo rappresentato dalla bassa e “sottile” catena costiera, giungendo a valle provocando una sorta di mini-favonio, distruggendo in poco tempo la “colonna omotermica” o il “cuscino”, mentre i venti orientali anche (al massimo) moderati, incontrando monti molto alti e altopiani estesi come quelli silani, scorrerebbero ad alta quota non precipitando verso valle lasciando quasi intatto il nostro prezioso “strato di inversione termica”.

Comportamento di una corrente che incontra un ostacolo rappresentato da catena montuosa al variare del parametro di Froude

(Fig. tratta da http://www.termofluido.univpm.it/materialecongressi/energia_del_vento/Ricci.pdf)

Fabio Zimbo


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