Le trombe d'aria

Da MeteoWiki.

Come si genera questo fenomeno tanto affascinante quanto violento? E come mai può raggiungere dimensioni anomale? Qual è il periodo migliore e il luogo per dargli la caccia? Spero di essere abbastanza esauriente con il mio articolo a queste e a tante altre domande!

Le trombe sono delle "idrometeore", ovvero dei fenomeni meteorologici osservabili nell'atmosfera, che si originano dalle modificazioni del vapore acqueo che si trasforma in un insieme di particelle d'acqua, liquide o solide, in sospensione (nubi) o in caduta (precipitazioni) o sollevate dalla superficie terrestre dal vento, o depositate su oggetti che si trovino nella libera atmosfera o al suolo.

Le trombe sono, quindi, dei vortici depressionari di piccola estensione in cui i venti possono raggiungere elevate velocità, anche di alcune decine di Km/h; esse si verificano alla base delle enormi nuvole temporalesche che chiamiamo cumulonembi.

Un tromba tipica presenta la forma di un tubo o di un cono o imbuto a pareti ripide con la base verso l'alto ed il vertice che si protende verso la superficie terrestre fino a toccarla. Spesso l'andamento è sinuoso a causa della diversa velocità con cui la base trasla rispetto alla sommità, per cui l'aspetto della tromba diventa simile a quello di una proboscide.

Si parla di tromba d'aria "(funnel clouds) quando il vertice corre sul suolo, e di tromba marina (waterspouts) quando si manifestano su specchi d'acqua, laghi o mari. Nel secondo caso vengono anche chiamate "trombe marine" ma la loro origine e sempre la medesima. Normalmente si fa distinzione tra trombe marine e trombe d'aria (o terrestri) a seconda del luogo d'origine anche se è abbastanza frequente vederle passare dal mare alla terraferma o viceversa.

Le "trombe d'acqua". La loro energia deriva dalla elevata temperatura superficiale delle acque e dalla trasformazione del vapore acqueo in goccioline (ovvero dal calore latente di condensazione). Le trombe d'acqua si possono originare da Mari o Oceani (trombe marine) o, più raramente, da specchi lacustri. Tale dinamica si manifesta su scala enormemente maggiore, nella formazione dei Cicloni tropicali, Uragani e Tifoni, il cui diametro può superare i 600 Km!

Le trombe marine sono saldate nella parte più in alto con la base dei cumulinembi e, sulla parte più bassa della "proboscide" con la superficie dell'acqua, dove formano un caratteristico "cespuglio", fatto di piccole gocce sollevate dalle acque agitate.

L'altezza media del fenomeno è di 300-700 metri, mentre il diametro può andare da 300 metri alla base della nube a qualche metro sulla superficie marina. La loro "vita" è spesso breve, dai 23 ai 30 minuti e, talvolta, si possono verificare in vere "famiglie" di 3 o 4, talvolta anche 50 tutte assieme.

Esse costituiscono, naturalmente, pericolo per le imbarcazioni, soprattutto per le più piccole che possono essere distrutte. La loro forza viene meno quando incontrano un rovescio di pioggia, probabilmente perchè nei rovesci sono presenti correnti discendenti, contrarie a quelle ascendenti della tromba, o quando raggiungono la terraferma, perchè, in questo caso, viene loro a mancare la fonte di energia dal mare.

E passiamo ai Tornado (dallo spagnolo "tornador", girare). Per definizione è una colonna d'aria in violenta rotazione, in contatto con il terreno, pendente da un cumulonembo e quasi sempre osservabile come una "nube a imbuto" o tuba.

E' evidente come tale fenomeno corrisponda a quello da noi definito come "tromba d'aria"; in questo documentario quindi non si farà alcuna distinzione fra i due termini essendo evidentemente equivalenti, se non per ragioni di dimensioni.

I tornado sono fuori di ogni dubbio il fenomeno atmosferico più incredibile e distruttivo. Essi sono molto più piccoli e molto meno duraturi dei cicloni tropicali (uragani, tifoni, willy willies, ecc): un uragano può superare i 1000 Km di diametro mentre i tornado eccedono raramente i 2 Km. Ma un tornado, nella sua ristretta fascia di distruzione, scatena venti che spirano a oltre 500 Km/h (molto superiori ai 300 Km/h dei venti dei cicloni tropicali) esercitando sulle superfici colpite pressioni dinamiche dell'ordine di 1 tonnellata per metro quadrato. (vedi più in là il calcolo della forza distruttiva)

In una tromba d'aria inoltre agiscono altre forze. Innanzitutto il vento possiede una notevole componente verticale: le correnti ascensionali raggiungono i 300 Km/h riuscendo a sollevare da terra gli oggetti più pesanti (automobili, intere case, locomotive, ecc). Si registrano, in tal senso, episodi incredibili: un tornado nel novembre 1994 ha sollevato da un deposito 37 trattori con rimorchio facendoli ricadere a oltre un chilometro di distanza. Importante è anche la caduta di pressione che accompagna il passaggio di queste meteore: un vero e proprio crollo barico stimato nell'ordine dei 100 hpa. Essendo tale diminuzione di pressione repentina, al passaggio dell'imbuto, le strutture chiuse (case, ecc) si trovano improvvisamente ad avere una pressione interna molto superiore a quella esterna e letteralmente esplodono. Aprire una finestra può quindi risultare utile per facilitare il deflusso dell'aria, ma tale operazione è sconsigliata per il rischio di essere colpiti dalle schegge dei vetri che si infrangono. A tutto questo va aggiunto che i tornado si formano all'improvviso, si muovono molto rapidamente (50-100 Km/h), e sono quasi imprevedibili.

La loro potenza quasi soprannaturale, il loro aspetto, allo stesso tempo suggestivo e terrificante, e lo spaventoso rombo stridente che li accompagna fanno dei tornado un vero e proprio prodigio della natura.

CONDIZIONI

Le condizioni favorevoli alla nascita di una tromba d'aria sono: la presenza di un "cuscino" inferiore di aria calda e umida (da 0 a 3000 metri), sovrastato da aria fredda e secca in quota.

Tali condizioni si verificano nella Pianura Padana e nelle conche prossime alle Alpi durante i mesi di luglio e agosto, quando al suolo l'aria e' afosa. L'eventuale sopraggiungere di una perturbazione d'oltralpe puo' innescare le condizioni favorevoli alla formazione di trombe d'aria La fine dell'estate è, quindi, il periodo più critico per quello che riguarda i temporali, che in Italia sono circa un migliaio l'anno, ma di questi solo il dieci per cento diviene violento. In questo ambito dieci temporali su cento danno luogo a trombe d'aria, che in cifre equivale a dire 8-10 l'anno.

Ma con quali condizioni meteorologiche si verificano più frequentemente?

Possiamo sintetizzare le condizioni in tre punti

1) Aria calda ed estremamente umida, stagnante al suolo da più giorni e generata dalla insistenza in loco per lunghi periodi di un'alta pressione. In estate tali condizioni si riscontrano spesso in Val Padana, perchè qui la scarsa ventilazione e la forte evaporazione dalla ricca vegetazione favoriscono appunto, più che altrove, condizioni di caldo umido.

2) Arrivo di aria abbastanza fresca atlantica al suolo, o, meglio ancora, oltre i 1500-2000 metri. Infatti, la presenza simultanea di aria calda e umida al suolo e di aria fredda a quote superiori, è la condizione ottimale perchè si inneschino intensi moti verticali ascendenti di origine convettiva. Le forti velocità verticali fanno sì, a loro volta, che l'umidità condensata nell'unità di tempo risulti notevole, di conseguenza sarà cospicuo anche il calore da condensazione immesso nell'unità di tempo nella massa d'aria calda in ascesa, la quale pertanto riceve una spinta esplosiva verso l'alto. Per di più l'elevata umidità al suolo assicura la disponibilità in loco di abbondante "materia prima" per alimentare e tenere in vita le forti correnti ascendenti. Sotto tali condizioni, la nube temporalesca non solo sarà percorsa da violente correnti ascendenti, ma si estenderà fino a grandi altezze. E quanto più la nube temporalesca è alta, tanto più sarà accompagnata da fenomeni violenti.

3) Presenza in quota di correnti a curvatura ciclonica e da Sudovest, perchè in questo caso alle correnti ascensionali convettive si sommano quelle dinamiche presenti nella parte avanzata della depressione atlantica.

GENESI E CARATTERISTICHE

I meccanismi che portano alla formazione delle trombe d'aria sono estremamente complessi e ancora non del tutto chiariti. Negli ultimi anni però gli scienziati statunitensi, avvalendosi di tecnologie all'avanguardia e di vere e proprie armate di mezzi e veicoli, hanno svelato moltissimi aspetti sconosciuti. Durante le campagne di ricerca denominate VORTEX (Verification of the Origin of Rotation in Tornadoes Experiment) svoltesi in Texas, Oklahoma e Kansas a partire dal 1994, i ricercatori hanno intercettato e seguito un gran numero di tornado effettuando misurazioni sia da terra che dal cielo. L'attenzione è stata focalizzata sulla genesi e sullo sviluppo dei temporali che generano i tornado anche detti temporali a supercella. Caratteristica distintiva e fondamentale di queste tempeste è la loro rotazione. Importante è avere bene in mente che tutto il temporale a supercella ruota lentamente: potendo cioè osservare una ripresa accelerata del cumulonembo esso apparirebbe come un enorme cilindro in rotazione ciclonica (antioraria). Le supercelle cioè contengono un mesociclone (a volte anche due in differenti stadi di sviluppo) ovvero un ciclone a mesoscala (compreso in una scala di grandezza che va da 4 Km a 400 Km).

Le trombe sono dotate di un moto traslatorio, la cui presenza si manifesta con una colonna scura, spesso a forma di imbuto con la parte più stretta o "proboscide" verso il suolo. Questa colonna è in realtà una nube di goccioline d'acqua mescolate a polvere e rottami. Vicino al suolo tali detriti sono abbondanti, perchè la bassa pressione risucchia l'aria verso l'interno e verso la parte più alta della colonna. In parte i detriti possono essere scagliati al di fuori dell'area in cui si ha la più forte velocità del vento, altri vengono strappati al suolo in un ciclo continuo. La forma a imbuto si deve al fatto che, nella parte superiore della colonna, l'aria in ascesa si espande, provocando un aumento dell'umidità relativa e della condensazione. Nella fase iniziale il "tubo" è più o meno verticale, poi, mano a mano che la nube si sposta, diventa sempre più inclinato, tanto che, in alcuni casi, se ne distacca, diventando un vortice autonomo. Il diametro del vortice varia da pochi metri a qualche centinaio di metri, con una media di 200. Eccezionalmente possono raggiungere diametri al suolo di 2.5 Km. Se il loro diametro supera i 2.5 Km si parla allora di Tornado, come avviene nella vaste pianure degli Stati Uniti, dove possono raggiungere i 3.5 Km di diametro. Nelle trombe d'aria "nostrane" di solito il mulinello ha un diametro al suolo che si estende dai cinquanta a i centocinquanta metri. I venti sono vorticosi e molto forti anche all'esterno del tubo, come si ricava dalla larghezza della traiettoria seguita dalla perturbazione, così come viene ricostruita al suolo in base ai suoi effetti distruttivi che possono superare una larghezza di 6-700 metri. I venti hanno una rotazione normalmente ciclonica (antioraria nell'emisfero nord) e sono quasi ciclostrofici in quanto le uniche forze che intervengono significativamente sono la forza di gradiente e la forza centrifuga, entrambe notevolmente alte a causa dei raggi limitati delle trombe. La velocità aumenta dal centro alla periferia ed il valore massimo, come anche il diametro della tromba, è in relazione alla profondità della depressione. All'interno del "tubo di vento" si possono raggiungere velocità che vanno da 100 Km e persino fino a 400-500 Km/h. Per quanto ci riguarda, la velocità del vento intorno al centro del vortice è di 100-150 chilometri orari, mentre l'imbuto si sposta insieme alla nube temporalesca alla velocità di 30-40 chilometri orari, percorrendo in media 5-10 chilometri, con una durata di vita di 10-15 minuti. Il ciclo di vita di questi vortici varia entro limiti molto ampi: possono percorrere da pochi metri a svariate centinaia di metri, mentre per i tornado si parla di alcuni Km, fino ad un massimo di un centinaio. La velocità di traslazione può essere compresa tra i 50 e gli 80 Km/h. Anche per la durata vi sono limiti molto ampi: si va da alcuni secondi ad un massimo di una mezz'ora per le trombe d'aria più potenti. I "nostri" temporali hanno quasi sempre una struttura "multicellulare", ovvero all'interno della nube temporalesca convivono almeno tre cellule (cioè tre agglomerati nuvolosi).

La prima, nella fase di estinzione, è percorsa da forti e fredde correnti discendenti. La seconda, nella fase matura, è caratterizzata da rovesci, venti forti e grandine. Da questa si distacca, talvolta, il cono della tromba d'aria. Infine la terza cellula, appena neonata, è alimentata da moderate correnti calde ascendenti.

Il ciclo di vita di ogni cellula dura circa 10-15 minuti e questo spiega il motivo per cui anche le trombe d'aria hanno eguale durata. L'aria calda e umida risucchiata dal suolo deve alimentare simultaneamente tutte le cellule presenti all'interno del temporale.

Ma in alcuni temporali violenti può capitare che esista una sola cellula (o supercellula) verso la quale viene convogliata tutta l'energia termica della corrente calda ascendente. In questa maniera tale supercellula sarà percorsa da velocità verticali molto intense (oltre 20 metri al secondo) e raggiungerà altezze notevoli (oltre 15 chilometri). I temporali a supercellula sono più frequenti negli Stati Uniti, dove le trombe d'aria hanno in generale effetti molto più disastrosi rispetto a quelle che si verificano in Europa.

Come abbiamo già detto, le trombe sono associate alla presenza di "cumulonembi" , nella cui parte inferiore l'instabilità è molto intensa. I venti in quota, a elevata velocità, imprimono un movimento rotatorio alla nube temporalesca. La velocità di rotazione sarà molto maggiore al centro della cellula temporalesca, presso l'entrata principale della corrente calda. Una colonna d'aria vorticosa discende attraverso il canale dell'aria ascendente, emergendo alla base della nube (tromba). Quando essa raggiunge il suolo si forma il "tornado". I suoi venti furiosi e le violenti correnti ascensionali distruggeranno ogni cosa sul suo percorso

PREVEDIBILITA

Data la rapidità con cui si verificano tali fenomeni meteorologici violenti e di dimensioni circoscritte, la loro prevedibilità non è possibile con anticipo di giorni. Tuttavia si conoscono bene le condizioni adatte alla loro formazione, perciò i servizi meteorologici possono emettere avvisi di preallarme per una zona sufficientemente vasta. E' consigliabile, quindi, che in presenza di prolungati periodi caldi e afosi seguire attentamente i bollettini meteo locali perle zone a rischio (vedi più in là 'DOVE') Ciò fa parte di una sana "prevenzione" che non è mai abbastanza. Sono molti gli elementi che possono segnalare l'imminente sviluppo di una tromba d'aria. Alcuni, forse i più importanti, possono essere rilevati solo con l'ausilio di strumenti meteorologici molto costosi (palloni sonda, radar doppler, ecc...), altri invece possono essere riconosciuti da chiunque con la semplice osservazione del cielo e di alcuni particolari fenomeni.

Tutti i temporali possono generare un tornado. Tali vortici però si formano molto più frequentemente alla base di temporali detti a "supercella", in cui la corrente ascendente è molto intensa e dotata di un proprio moto rotatorio (mesociclone). Caratteristica fondamentale di un temporale a supercella è la presenza di una protuberanza che sovrasta la sommità appiattita dell'incudine. Tale protuberanza è detta cupola (overshooting top, dome). La cupola irrompe per inerzia nella stratosfera fino ad un'altezza di 16-18 Km ed è indice di una impetuosa corrente ascensionale.

A volte, alla base dell'incudine di un temporale violento, possono apparire delle formazioni nuvolose tondeggianti che prendono il nome di mamma. Esse si generano per la penetrazione di aria fredda negli strati intermedi dell'atmosfera e vanno considerate come un inconfondibile segno di tempesta. Poichè l'incudine può precedere il nucleo attivo di un temporale anche di centinaia di chilometri la presenza di mamma nel cielo segnala l'imminenza di violenti rovesci di pioggia o grandine e il probabile sviluppo di trombe d'aria.

La grandine è quasi sempre presente nelle tempeste che generano un tornado ed è quindi da considerarsi come un segno premonitore.

Infine, nell'imminenza della formazione di una tromba d'aria, il cielo assume una tonalità verdastra o giallo-verdastra e l'atmosfera risulta opprimente per il forte aumento dei valori di temperatura e umidità relativa. In zone aride, quando ci sono condizioni di forte riscaldamento del suolo e particolari situazioni di instabilità nei bassi strati dell'atmosfera, si possono generare dei rapidi moti convettivi che determinano vortici di piccole dimensioni. Il diametro è in genere di pochi metri e l'altezza di due o tre centinaia di metri. I danni provocati al loro passaggio sono molto limitati ed esigui, spesso tali fenomeni si limitano a sollevare soltanto polvere, foglie secche e, sulla spiaggia, qualche ombrellone.

ZONE A RISCHIO

Le trombe si formano con maggiore frequenza sui mari caldi (ad esempio sul Mediterraneo) e nelle zone delle calme equatoriali, cioè dove sono più alte le probabilità di formazione dei sistemi nuvolosi temporaleschi. La frequenza è minima tra i 10° ed i 20° di latitudine ed è media tra i 30°ed i 40° . Molto bassa o nulla è la probabilità a latitudini superiori. Oltre i tropici la frequenza massima si verifica nei mesi fra il termine dell'estate e l'inizio dell'autunno, nella zona temperata in estate.

Zone a rischio

Innanzitutto le aree settentrionali, dove l'aria fresca atlantica ha più facile accesso verso la penisola; in particolare allo sbocco delle grandi valli alpine (nel Torinese, nel Biellese, in Brianza, nel Vicentino e nel Veronese). Poi nelle pianure come quelle del Friuli, perchè qui le Alpi, più basse che altrove, "si lasciano" più agevolmente scavalcare dalle correnti fredde. Infine sono a rischio le zone dove più frequentemente giunge l'aria fredda atlantica che entra nel Mediterraneo, come le coste tosco-laziali. Sul Norditalia la maggior parte delle trombe d'aria si osserva in luglio-agosto, mentre in Liguria, Toscana e Lazio sono più frequenti in settembre. Il pericolo della bolla d'aria. I temporali violenti sono aumentati nell'ultimo decennio a causa del surplus di calore immesso in atmosfera dal forte surriscaldamento in atto sul pianeta. L'incremento maggiore si osserva sulle metropoli. Qui infatti, al surplus di calore da gas serra si aggiunge anche quello della bolla d'aria calda ("isola di calore") che grava sopra le città e che negli ultimi decenni si è intensificata, a causa dell'espansione urbana. Quindi le trombe d'aria sono possibili anche sulle grandi città, specie nella loro parte periferica dove l'umidità, per apporto dall'area rurale, è più abbondante. Meno probabili, invece, sono le trombe d'aria nel centro cittadino, perchè qui l'aria è poco umida (circa il venti per cento meno rispetto alla campagna), cosicchè non vi è sufficiente vapore acqueo per alimentare un temporale a supercellula.

Con la seguente formula è stato possibile effettuare una stima delle probabilità che hanno le nostre regioni italiane ad essere interessate dal fenomeno della tromba d'aria o dai tornado. E' da sottolineare il fatto che ciò comunque non indica un fattore per la previsione dei suddetti fenomeni.

P = a n/S

nella quale:

P è la probabilità annuale che un punto nella regione di area S sia colpito da una tromba;

a è l'area media della zona interessata da una singolare tromba;

n è la frequenza annuale di trombe sulla regione di area S;

S è l'area nella quale si è calcolata la frequenza n.

Le difficoltà maggiori si hanno nella valutazione della superficie "spazzata" da una singola tromba. Negli Stati Uniti e nel caso dei tornado si considera una superficie di 7,3 Km2; in Italia i due autori Palmieri e Pulcini hanno considerato un'area media di circa 4 Km2

EFFETTI DISTRUTTIVI

Le trombe hanno sempre rappresentato un pericolo anche se le probabilità di esserne colpiti sono piuttosto basse; notizie su questo evento sono riportate da vari autori latini: Seneca, Plinio il vecchio, il naturalista Lucrezio ed in epoche meno lontane da Nicolò Machiavelli. Oggi vanno considerate con molta più attenzione rispetto al passato vista l'alta densità abitativa e produttiva delle zone dove è maggiormente alta la probabilità del loro verificarsi. Tali studi hanno importanza sia dal punto di vista assicurativo, per meglio definire i rischi ed i costi delle polizze, sia dal punto di vista costruttivo nel caso di insediamenti ad alto rischio come costruzione di nuove centrali elettriche, centrali atomiche, ponti, etc. Le trombe vanno infatti incluse nella lista di eventi potenzialmente possibili e pericolosi come: terremoti, caduta di un aereo, esplosioni, etc. La valutazione del rischio richiede, oltre alla stima della frequenza dell'evento, anche la definizione delle caratteristiche di una "tromba standard" e precisamente la lunghezza del percorso ed il diametro. A tal fine sono state fatte delle classificazioni di tipo qualitativo, basate unicamente sui danni prodotti; una classificazione basata sugli aspetti fisici (variazione della pressione, velocità del vento, etc) è praticamente impossibile considerata l'imprevedibilità del fenomeno, la sua breve durata e la sua localizzazione estremamente ristretta.

La scala Fujita dei Tornado

La scala Fujita dei tornado fu introdotta nel 1971 dal professor T. Theodore Fujita dell' università di Chicago. Al 1980 più di 26000 tornado sono stati classificati utilizzando tale scala di intensità. Essa è quindi la più affidabile esistente e sicuramente la più usata. La scala Fujita dei tornado è strutturata in modo da dividere in 12 parti l'intervallo fra il grado 12 della scala Beaufort e la velocità del suono (Mach 1). La velocità del vento può essere calcolata con la formula:

Vt = 6,30(F + 2)^1,5

dove Vt è la velocità del vento (m/s) e F è il grado di intensità della tromba nella scala. La scala Fujita è utile per classificare i tornado in base agli effetti che essi producono sulle strutture, sulle cose, sulle piante ecc. Essa costituisce quindi un valido strumento utilizzabile da chiunque per stimare la velocità del vento nelle trombe d'aria.

NORME DI CAUTELA

Norme di cautela e di prudenza in caso tromba d'aria

Alle prime manifestazioni della formazione di una tromba d'aria, cercare di evitare di restare in zone aperte.

Se la persona sorpresa dalla tromba d'aria dovesse trovarsi nelle vicinanze di piante di alto fusto, allontanarsi da queste.

Qualora nella zona aperta interessata dalla tromba d'aria dovessero essere presenti dei fossati o buche, è opportuno ripararsi in questi.

Se nelle vicinanze dovessero essere presenti fabbricati di solida costruzione, ricoverarsi negli stessi e restarvi in attesa che l'evento sia terminato.

Trovandosi all'interno di un ambiente chiuso, porsi lontano da finestre, porte o da qualunque altra area dove sono possibili cadute di vetri, arredi, ecc.

Prima di uscire da uno stabile interessato dall'evento, accertarsi che l'ambiente esterno e le vie di esodo siano prive di elementi sospesi o in procinto di caduta.