Ascesa di una radiosonda

Una misurazione accurata dello stato dell’atmosfera è imprescindibile per elaborare previsioni meteorologiche di qualità. Le stazioni di misura e i radar di MeteoSvizzera rilevano numerose grandezze meteorologiche alla superficie del suolo o fino a pochi chilometri di altezza, mentre i satelliti forniscono dati globali da migliaia di chilometri dalla Terra. Un terzo tipo di misurazione dell’atmosfera fino a qualche decina di chilometri dalla superficie terrestre avviene invece mediante le radiosonde.

Informazioni indispensabili per l’aviazione grazie alle radiosonde

(Traduzione libera dell’articolo di Daniela Nowak apparso sulla rivista AeroRevue 04/2013)

Ogni giorno si effettuano misurazioni dell’atmosfera a partire da 700-800 stazioni nel mondo intero. 170 di queste elaborano un profilo dell’atmosfera due volte al giorno, alle 00.00 e alle 12.00 UTC, in base alle direttive dell’Organizzazione meteorologica mondiale (OMM). Mediante una radiosonda si misurano la pressione atmosferica (P), la temperatura (T), l’umidità (U), così come la direzione e la velocità del vento dal suolo fino in quota. A tale scopo una sonda con i relativi sensori è fissata a un pallone gonfiato con idrogeno, che sale fino a una quota di 30-35 km. A questa altezza il pallone scoppia e la sonda scende al suolo ancorata a un paracadute. I dati meteorologici rilevati durante l’ascesa sono riportati in un diagramma aerologico, denominato emagramma.

I dati rilevati in tutto il mondo dalle radiosonde sono raccolti centralmente in forma standardizzata e coordinata. I profili dell’atmosfera sono disponibili alle ore 13 e alle 01 circa in inverno (o un’ora più tardi in estate). Il numero di stazioni è generalmente proporzionale alla superficie della nazione, in Svizzera il radiosondaggio è effettuato a Payerne.

Per l’aviazione in Svizzera, con vento da ovest è molto utile fare riferimento anche al radiosondaggio di Nancy oltre a quello di Payerne, mentre quando soffia la bise diventa importante consultare quello di Stoccarda. I radiosondaggi sono ottenibili gratuitamente per il giorno in corso, con i valori fino alla superficie di 400 hPa (7500 m slm).

In base a una situazione meteorologica tipica dell’inverno e una tipica dell’estate, di seguito sono illustrati più in dettaglio due profili.

Situazione stabile di alta pressione con inversione

La situazione riportata nel grafico 1 indica condizioni stabili di alta pressione inversione, situazione che in Svizzera si verifica spesso in autunno e in inverno ed è accompagnata da banchi di nebbia alta (Stratus) sull’Altopiano. In questa situazione meteorologica, una massa di aria più mite si trova sopra uno strato di aria più fredda. Solitamente la temperatura nella troposfera diminuisce di circa 0,65 °C ogni 100 m; questo in media fino a 12'000 metri di quota (tropopausa) dove è raggiunta una temperatura di circa -56,5 °C. In seguito, nella stratosfera, la temperatura aumenta di nuovo. Con una situazione d’inversione come quella dell’11 novembre 2011 (12.00 UTC), riportata nel grafico 1, come da manuale, la temperatura della massa di aria a partire dal suolo diminuisce, ma poi da una determinata quota aumenta. Nella massa di aria fredda si forma uno strato di nebbia alta che può avere uno spessore di diverse centinaia di metri. Il limite superiore delle nubi coincide con il punto in cui la temperatura inizia di nuovo ad aumentare con l’altezza. Questo cambiamento nell’andamento della temperatura è ben riconoscibile nel profilo. Al di sotto di questo limite i valori della temperatura (linea rossa continua) e della temperatura del punto di rugiada (linea rossa tratteggiata) sono molto vicini per circa 400 metri: questa distanza corrisponde approssimativamente allo spessore dello strato di nebbia (nubi del genere Stratus). Inoltre nel profilo è facile individuare la quota dell’isoterma di zero gradi poiché si trova nel punto in cui la linea rossa della temperatura incrocia la linea nera in grassetto.
Un’inversione agisce come un coperchio. Le particelle e l’aria più umida della massa d’aria fredda sottostante non riescono a raggiungere lo strato sovrastante di aria calda. Questo fenomeno può essere identificato grazie al limite superiore ben definito delle nubi o della nebbia alta e grazie all’ottima visibilità. Inoltre, un aspetto importante, la temperatura del punto di rugiada può avere quasi lo stesso valore della temperatura. In questo caso il tasso di umidità dell’aria è molto elevato. Tuttavia la temperatura del punto di rugiada non può mai essere superiore alla temperatura.

Distribuzione uniforme della pressione sulla regione alpina

La seconda situazione meteorologica (grafico 2) mostra una distribuzione della pressione relativamente uniforme sulla regione alpina, che durante il semestre estivo normalmente provoca moti convettivi e rovesci, nonché temporali locali. In una giornata estiva il sole riscalda il suolo, che a sua volta riscalda l’aria soprastante per contatto. Si forma così uno strato di aria (pacchetto d’aria) più calda di quella circostante. Se questa riesce a staccarsi dal suolo sale in altitudine (correnti ascensionali calde) raffreddandosi di 1 °C ogni 100 metri (gradiente adiabatico secco), ma il vapore acqueo contenuto non condensa ancora (l’umidità relativa dell’aria è inferiore al 100%). A partire da una determinata temperatura (quando la temperatura di rugiada è la stessa della temperatura dell’aria) il vapore acqueo nell’aria ascendente inizia a condensare (poiché l’aria più fredda può contenere una minor quantità di vapore acqueo) e si formano delle goccioline di acqua visibili. A partire da questa quota (livello di condensazione) l’aria è satura: l’umidità relativa ammonta al 100 %. Tuttavia se l’aria circostante è ancora più fredda di quella del pacchetto d’aria ascendente, quest’ultima continua a salire. Poiché con la condensazione si libera nell’aria il calore latente di condensazione, questo pacchetto d’aria si raffredda (gradiente adiabatico umido) di 0,65 °C ogni 100 metri. L’11 maggio 2011 (grafico 2) la temperatura attorno a mezzogiorno era di circa 24 °C (Zurigo). Se un pacchetto d’aria supera questa temperatura e inizia a salire, si innesca il processo descritto in precedenza.

Con un stratificazione come quella riportata nel grafico 2, l’aria sale fino al livello di condensazione, dove inizia a formarsi una nube del genere Cumulus. A differenza del profilo invernale “secco” (grafico 1), l’andamento del profilo del punto di rugiada è più vicino alla temperatura poiché l’umidità dell’aria è relativamente elevata. Dopo il raggiungimento del livello di condensazione il pacchetto di aria continua a salire finché la sua temperatura coincide con quella dell’aria circostante. Se, come nel caso dell’11 maggio 2011, ciò non accade prima del raggiungimento della tropopausa, si formano dapprima dei Cumulus a sviluppo verticale sempre più grande e infine i Cumulonembus (Cb). Al limite più alto si forma pure la tipica incudine dei Cb, poiché al raggiungimento della tropopausa l’aria ascendente è bloccata e si dispiega ai lati. In Svizzera l’11 maggio si sono abbattuti alcuni temporali locali.

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