Le nuvole e le precipitazioni

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1 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

2 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

3 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 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».

4 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.

5 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.

6 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).

7 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 I nembostrati Gli stratocumuli Gli altocumuli Le nubi medie Gli altostrati

8 Le nubi alte I cirri I cirrostrati Gli altocumuli I cirrocumuli Le nubi a sviluppo verticale I cumuli I cumulonembi

9 LA CLASSIFICAZIONE DELLE NUBI NUBI STRATIFORMI NUBI CUMULIFORMI NUBI ALTE OLTRE I 6000 m NUBI MEDIE DA 2000 m A 6000 m NUBI BASSE SOTTO I 2000 m

10 Nubi CLASSIFICAZIONE PER ALTEZZA DELLA BASE

11 Nubi

12 Nubi NUBI FRONTALI CALDE FREDDE

13 NUBI OROGRAFICHE FORMAZIONE DI NUBI OROGRAFICHE IN ATMOSFERA STABILE Nubi NUBI OROGRAFICHE FORMAZIONE DI NUBI OROGRAFICHE IN ATMOSFERA INSTABILE

14 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

15 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

16 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

17 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

18 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

19 Le nubi orografiche

20 Le nubi orografiche

21 La nuvolosità

22 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)

23 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 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

24 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

25 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

26 IL PROCESSO DI BERGERON-FINDEISEN

27 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

28 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

29 Intensità delle precipitazioni