Previsioni meteorologiche

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Introduzione

Previsioni meteorologiche Previsioni del tempo atmosferico su aree determinate, basate sullo studio dei fenomeni che hanno luogo nell’atmosfera (pioggia, vento, temperatura ecc.). Vaste regioni del globo non presentano una grande variabilità da un giorno all’altro; sui deserti, ad esempio, piove estremamente di rado, mentre sulla maggioranza degli oceani tropicali i venti hanno andamento perlopiù costante. Nondimeno il tempo atmosferico in tutto il mondo è condizionato dagli aspetti di circolazione generale dell’atmosfera, cosicché, per fare previsioni anche a distanza di un giorno o due, occorre riferirsi a una prospettiva globale.

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Le condizioni del tempo atmosferico

Mentre la Terra orbita intorno al Sole, l’inclinazione dell’asse terrestre fa sì che uno dei due emisferi riceva più energia solare rispetto all’altro e si trovi quindi nella sua stagione estiva. Le regioni equatoriali, che vedono il Sole sempre alto sull’orizzonte, ricevono più calore delle zone a elevate latitudini, ma la circolazione atmosferica uniforma questa ineguale distribuzione di calore, trasportando energia verso le regioni polari. In mancanza di questo meccanismo, all’equatore il calore porterebbe l’acqua al punto di ebollizione, mentre ai poli la temperatura raggiungerebbe valori ancora più bassi di quelli attuali. A livello globale, il riscaldamento solare è poi compensato dal reirraggiamento di energia nello spazio, la cui entità è piuttosto uniforme in tutto il mondo.

I fattori principali che condizionano il tempo atmosferico sono la radiazione solare e la rotazione terrestre. La velocità lineare con cui la superficie terrestre si sposta verso est è più elevata all’equatore che alle alte latitudini, cosicché, quando l’aria calda sale in quota all’equatore per spostarsi verso i poli, si originano forti venti d’alta quota. Queste cosiddette “correnti a getto”, spesso molto strette, compiono un giro completo attorno a entrambi gli emisferi, causando lo sviluppo e l’esaurimento di grandi sistemi di bassa e alta pressione, associati a trasferimenti di energia di cui ogni sistema di previsione che si estenda oltre uno o due giorni deve necessariamente tenere conto.

Per descrivere lo sviluppo e il movimento dei sistemi di perturbazione atmosferica, è indispensabile sapere che cosa accade nel presente. Per fare previsioni oltre le 48 ore occorre disporre di osservazioni globali delle condizioni atmosferiche, su mare o terraferma, in superficie o in quota. In qualche caso si tratta di misure ottenute direttamente con strumenti convenzionali, più spesso ci si avvale di dati raccolti a distanza, per mezzo di radar o di satelliti.

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Le previsioni del tempo

Prima dell’avvento dell’informatica, le previsioni del tempo venivano condotte manualmente su basi empiriche e l’analisi delle posizioni e delle intensità delle perturbazioni avveniva su osservazioni riportate su carte, utilizzando procedure soprattutto grafiche e qualitative. In tali condizioni era particolarmente difficile prevedere dove si sarebbero formati nuovi sistemi di perturbazione; cosicché, mentre le previsioni a 24 ore potevano dirsi abbastanza accurate, spingendosi oltre la qualità e l’accuratezza rapidamente diminuivano.

Il metodo più affidabile per la produzione di previsioni meteorologiche è quello dell’elaborazione numerica (o NWP, Numerical Weather Prediction). Il metodo si basa su un insieme di equazioni che descrivono il comportamento dell’atmosfera e sono organizzate in un complesso modello matematico da applicare alle osservazioni dell’atmosfera reale. Il primo tentativo di NWP, effettuato nel 1922 dal fisico britannico Lewis Fry Richardson (1881-1953), non ebbe successo a causa dell’insufficienza dei dati e della potenza di calcolo, ma provò la fattibilità di previsioni riferite a un intervallo di tempo superiore alle 24 ore.

La prima previsione sperimentale completa fu realizzata nel 1950 alla Princeton University (New Jersey) impiegando un insieme semplificato di equazioni e riferendole a un’atmosfera ideale di un solo strato. I successivi miglioramenti nella formulazione matematica delle equazioni, e gli straordinari incrementi della potenza di calcolo dei computer, hanno fatto sì che la NWP divenisse la base dei metodi di previsione meteorologica in tutto il mondo.

Lo studio delle condizioni atmosferiche e dei fattori che le determinano ha vari fondamenti teorici. Tra le leggi fondamentali vi sono i principi di conservazione della quantità di moto, della massa e dell’energia; le leggi che regolano il moto dei fluidi su una sfera in rotazione (vedi Meccanica dei fluidi); le leggi della termodinamica; le leggi che riguardano i corpi radianti e le leggi dei gas. Sono naturalmente da considerare anche le dimensioni della Terra, la sua velocità di rotazione, la geografia e la topografia, come pure le variazioni diurne e stagionali dell’energia solare incidente.

Altri fattori influenti sono la riflettività delle superfici (albedo), la fusione dei ghiacci, l’evaporazione, la nuvolosità, la pioggia, l’attrito, le temperature del mare; molti di questi fattori presentano una variabilità pressoché continua e devono, di conseguenza, essere costantemente corretti.

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Sviluppi delle previsioni del tempo

La nostra atmosfera non è statica. Teoria ed esperienza suggeriscono che non vi può essere stato atmosferico nel quale i maggiori sistemi di vento rimangano in posizione fissa (se così fosse alcune aree sarebbero costantemente battute dalle piogge, mentre nel resto del mondo si instaurerebbe il deserto).

La perfezione dei modelli, la completa conoscenza dello stato iniziale dell’atmosfera e una capacità di calcolo a prova di errore non consentono comunque di effettuare previsioni del tempo che vadano oltre una-due settimane. In altre parole, l’atmosfera è intrinsecamente instabile nei particolari di piccola scala: è un cosiddetto “sistema caotico”.

I progressi nelle tecniche di previsione meteorologica saranno possibili solo in seguito a una maggiore conoscenza dei fenomeni che hanno luogo nell’atmosfera, a un raffinamento dei modelli numerici e a un ulteriore incremento della potenza di calcolo (vedi Supercomputer). Sarà inoltre essenziale disporre di osservazioni su scala globale di più elevata qualità.