8)Meteorologia dinamica – Vorticità, applicazioni nelle mappe meteo

Meteorologia dinamica – Vorticità, applicazioni nelle mappe meteo

di Claudio Giulianelli

Villa San Giovanni in Tuscia (VT), 6 Agosto 2020 – Abbiamo visto nell’articolo precedente quale sia il ruolo della vorticità in atmosfera e abbiamo distinto due situazioni in cui la vorticità ci da informazioni sul comportamento dell’atmosfera:

la prima, in cui l’equazione di vorticità ci spiega uno dei motivi per cui esiste evoluzione temporale in atmosfera, ossia il vento verticale che, per quanto debole, crea e distrugge anticicloni e basse pressioni (vedremo nei prossimi articoli che esiste un’altra modalità di creazione di vorticità in atmosfera, che abbiamo già anticipato essere lo shear del vento orizzontale nell’articolo precedente).

la seconda, che ci ha permesso di rispondere ad una domanda sorta nell’articolo 5 sul vento termico e geostrofico: il perchè si sviluppano le precipitazioni lungo un fronte. Riassumendo brevemente, avevamo infatti osservato delle carte del vento al suolo ed avevamo notato che sulla sinistra di un fronte freddo il vento era molto minore che nel lato destro dove vi è il richiamo caldo. Questa condizione ci fa dubitare che le precipitazioni che si sviluppano lungo un fronte possano essere frutto di uno scontro tra masse d’aria diverse tale da farle sollevare, analogamente a quanto succede facendo scontrare due fogli di carta poggiati su un tavolo che si sollevano. Avevamo anticipato che la causa dei moti verticali lungo un fronte era da ricercare da un’altra parte ed in particolare dal fatto che dalle mappe della pressione si notano le isobare incunearsi in corrispondenza del fronte, come avevamo visto nell’esempio sottostante
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Questo sta a significare che lungo il fronte vi è una rapida variazione di vento tra la sinistra e la destra del fronte.
Se si viene attraversati da un fronte freddo, vi è una rapida rotazione del vento dai quadranti meridionali a quelli occidentali.
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L’equazione della vorticità ci dice che a questo rapido aumento nel tempo di vorticità sono associate delle velocità verticali dirette verso l’alto. Abbiamo dunque finalmente la risposta al perchè lungo i fronti si sviluppano piogge e rovesci. Nella realtà tale effetto va combinato poi con l’energia a disposizione e con effetti di stau che possono pompare anche enormemente i venti verticali con sviluppo appunto di cumulonembi e temporali.

Guardare la vorticità su una carta meteo ci dice dunque se sta passando un fronte. è un fattore in più che ci aiuta a riconoscerli su una carta della pressione assieme alle cuspidi e alle carte del vento.
Vediamo ora alcuni esempi
Questa carta di meteociel a 500 hpa del 3 gennaio 2020 ore 13 mostra sulla francia una linea di vorticità con i valori più alti sui paesi bassi dove a tale quota vi è il minimo di pressione (le linee rappresentano le isobare)
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Ecco lo scatto satellitare
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Si nota il fronte sulla francia centrale che va dall’angolo sud-occidentale ai paesi bassi passando per la regione della Lorena con le nubi più consistenti proprio sui paesi bassi dove vi sono i valori maggiori di vorticità. Si vede bene inoltre dalla carta di meteociel che la linea di vorticità si viene a trovare proprio laddove vi è la maggiore curvatura delle isobare.
Dallo scatto satellitare si nota anche una linea arcuata dove le nubi basse si addensano che dal belgio arriva in oceano passando per il canale della manica /nord francia, evidenziata in blu nell’immagine sotto (in rosso è cerchiato il fronte a 500)
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Possiamo notare dalla mappa della vorticità a 900 di meteociel che è presente una linea di vorticità che dal Belgio passa sul canale della manica
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In blu è stata cerchiata la zona di vorticità a 900 sia sulla mappa che sullo scatto satellitare.

Ci accorgiamo dunque che guardare una mappa della vorticità è come guardare uno scatto satellitare.
Dalla carta del vento a 500 notiamo il rapido cambio di ventilazione tra la parte calda e quella fredda. La zona cerchiata in rosso mostra un vento teso dai quadranti sud-occidentali, è il vento dell’avvezione calda sulla destra del fronte che corrisponde alla zona di nubi di alta quota visibile dal satellite sempre cerchiata in rosso. Notiamo in questo caso che clou del vento sta però in un’area molto più ristretta, quella cerchiata in nero, dove la condizione vista precedentemente di vento molto più forte sulla destra del fronte si nota nitidamente, come si vede dai colori che indicano l’intensità del vento.
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Possiamo dunque aspettarci che la parte veramente attiva del fronte sia tra la Lorena e il Belgio,mentre il resto del fronte sia prevalentemente sterile, proprio perchè sul centro-sud della Francia praticamente non si distinguono più avvezione calda e fredda, e dunque i moti verticali saranno pressochè assenti e probabilmente vi sono solo stratificazioni fitte di passaggio.
La vorticità a 500 ci aiuta a capire la dinamica atmosferica su larga scala, quindi se sta arrivando un fronte. Ma dobbiamo tenere presente che i cumuli troposferici portatori di piogge si generano alle basse quote, quindi per una previsione sulla fenomenologia non possiamo fare a meno di guardare la vorticità a 900 hpa. è a tale quota che si devono sviluppare le velocità verticali. Analizzare la vorticità a 900 però non è affatto semplice, in quanto gli effetti orografici possono distorcere molto il campo di vorticità conducendoci a conclusioni sbagliate. In effetti, se si possedesse la carta della vorticità ad 850 sarebbe meglio.
Dallo scatto satellitare abbiamo visto quella banda nuvolosa che dal belgio finisce in oceano, e che coincide con una linea di vorticità visibile sulla mappa di meteociel a 900 hpa sul canale della Manica. Lo scatto sat ci suggerisce che si tratta di nubi basse sterili probabilmente, con sviluppo verticale davvero esiguo, si tratta probabilmente di semplici cumuli. Come avevamo detto precedentemente infatti la linea di vorticità ci aiuta ad individuare la linea frontale, poi l’intensità del vento verticale dipende anche dall’energia disponibile al suolo, il cosiddetto CAPE. Il nord atlantico a gennaio è freddo come possiamo ben immaginare, quindi su quella linea vi sono le condizioni tali da permettere piogge, ma non c’è energia per gonfiare i cumuli. Al più vi saranno pioviggini.

Le carte della vorticità a 900 possono trarre in inganno se prese da sole, come abbiamo anticipato poco fa: vediamo ad esempio la previsione per il 5 gennaio:
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Vediamo che la vorticità a 900 mostra dei valori molto alti lungo una linea che dalla francia arriva ad un minimo di pressione ad ovest della sardegna, in fucsia è cerchiata un’evidente cuspide. In quella zona dal colore acceso diremmo possano svilupparsi nubi e fenomeni. Anche dalla carta dei venti a 925 hpa vediamo che si creano proprio le tipiche condizioni del fronte, infatti se ci si mette a cavallo di questa linea proveniente dalla francia e rivolti verso il minimo ad ovest della sardegna, quindi rivolti verso sud, sulla sinistra abbiamo un vento che si dirige verso di noi molto minore di quello sulla destra che va verso sud, come indicato dalle frecce della figura sottostante
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in effetti, si tratta anche di due masse d’aria di natura diversa, infatti per tale data è attesa un’irruzione fredda sul sud italia e grecia, con deboli correnti fredde da est che una volta entrate sul centro italia ripiegano verso ovest andando verso l’ovest mediterraneo, come mostra la mappa dei venti a 925. La forte corrente settentrionale ad ovest invece è associata al bordo orientale dell’anticiclone delle azzorre.
Ma se andiamo a vedere la mappa a 700 della pressione e delle velocità verticali
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Vediamo che sull’ovest mediterraneo non c’è nessun moto verticale verso l’alto. Le linee di pressione, in realtà, non mostrano nessun vortice. Dalla solita sovrapposizione delle carte al suolo e a 500 hpa
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Vediamo che a 500 c’è anticiclone, quindi in realtà secondo quanto visto nell’articolo precedente, i moti verticali sono di pochi cm/s e verso il basso ai 500 hpa. Abbiamo scoperto dunque che quell’effetto fronte visibile al suolo è solo orografico, lungo quella linea potranno svilupparsi dei moti verticali limitatamente ai primi strati dell’atmosfera, al massimo fino ai 1500 metri. Quindi probabilmente i cieli saranno nuvolosi per nubi basse lungo quella linea ma con fenomeni pressochè assenti, con al più pioviggini.

Attenzione dunque a distinguere effetti orografici da fronti veri e propri. Alle volte quando soffiano forti venti sull’area mediterranea, distinguere un’avvezione di vorticità da un aumento della stessa per semplice effetto orografico può diventare complicato. Potrete notare ad esempio che con forti venti occidentali è la corsica a generare zone ad alta vorticità a suolo, spesso non associate a fenomeni. Si tratta di turbolenza dei bassi strati. Se la produzione di vorticità non avviene anche alle quote superiori (700 e 500), non si ha produzione di nubi cariche di pioggia.
Un caso in cui questo avviene è la cosiddetta “genoa low”, quando i flussi atlantici interagiscono con le Alpi, sottovento le montagne, sul mar ligure, spesso l’aumento di vorticità al suolo avviene anche a 500 hpa e i fronti si spezzano.

Quando si fa una previsione la prima cosa da fare è senz’altro guardare il modello globale per avere un quadro generale dell’evoluzione del tempo, già la classica carta di sovrapposizione della pressione suolo e 500 hpa ci dice dove si trovano i fronti, andando ad individuare le zone a maggiore curvatura delle isobare o cuspidi ad entrambe le quote.
In secondo luogo, per ulteriore conferma sull’individuazione dei fronti, si guardano le mappe della vorticità a 500, per essere più precisi anche quella dei venti per vedere se è ben visibile il vento forte dell’avvezione calda sulla destra del fronte e quello debole sulla sinistra dell’avvezione fredda.
Successivamente si guardano quelle della vorticità nei bassi strati, ad esempio a 900 se fate uso delle mappe disponibili su meteociel di GFS. Anche qua ci si può aiutare con la carta dei venti al suolo.

Facciamo notare che le mappe della vorticità su meteociel si chiamano “tourbillon absolou”, ossia vorticità assoluta. è esattamente questa infatti che stiamo guardando. Avevamo visto nell’articolo precedente che la vorticità assoluta non si conserva, ed era la somma della relativa più il parametro di coriolis , la f, che cresce con la latitudine. Quando guardiamo la classica avvezione di vorticità da ovest verso est, ossia il moto di un fronte, la f si tiene costante, dunque le variazioni della vorticità assoluta che stiamo guardando sono variazioni principalmente della relativa, ossia stiamo vedendo come cambia la rotazione della massa d’aria e quindi cosa succede ad esempio ad un fronte (nel caso la cuspide venga riassorbita, con dissoluzione dello stesso) o a un vortice depressionario.

Siamo dunque giunti a conclusione che in atmosfera la vorticità assoluta non si conserva, questo nonostante l’atmosfera sia un fluido quasi bidimensionale per le caratteristiche che presenta. Vedremo nel prossimo articolo che c’è un’altra quantità che si conserva in un fluido 3D, relativamente alla vorticità..