L’umidità

L’acqua si trova nell’aria o sotto forma gassosa e quindi invisibile (vapore acqueo), o sotto forma liquida e solida visibile : le nubi sono costituite da goccioline d’acqua o anche cristallini di ghiaccio.

Finora abbiamo quindi rilevato che l’aria non solo contiene umidità, ma ha anche una sua temperatura e una sua pressione. Quando varia una di queste tre variabili, variano anche le altre. Da ciò ne viene che, in determinate condizioni di temperatura e pressione, l’aria può contenere vapore acqueo solo fino ad una certa quantità, raggiunta la quale si arriva alla saturazione; se l’umidità aumenta ulteriormente, ad esempio una massa d’aria che passi su un lungo tratto di mare, quella in eccedenza si condensa sotto forma di goccioline, originando una nube.

Allo stesso modo si raggiunge la saturazione se cambiano le condizioni delle altre variabili. Un cambiamento di temperatura comporta anche un cambiamento di pressione e quindi un cambiamento sull’umidità. Ad esempio a livello del mare, pressione di 1000 mb e temperatura di 20°C, l’atmosfera può contenere sino a 15 grammi di vapore acqueo per ogni chilogrammo di aria secca, mentre a 0°C ne può contenere al massimo 4. Immaginiamo ora di avere dell’aria alla pressione di 1000 mb e alla temperatura di 20°C con un contenuto di vapore acqueo di 14 grammi (quindi non satura) che, per una ragione qualsiasi si raffredda : è ovvio che raggiungerà subito la saturazione con conseguente condensazione. Se si dovesse raffreddare fino a 0°C i 10 grammi di vapore in eccedenza (14- 4 = 10) si trasformerebbero in gocce d’acqua (formazione di nubi e/o pioggia).

Il peso del vapore acqueo contenuto in un dato volume d'aria è detto umidità assoluta, e si misura in grammi di vapore acqueo per metro cubo. L'umidità relativa, fornita dai bollettini meteorologici, è il rapporto fra il contenuto effettivo di vapore acqueo nell'aria e quello che sarebbe necessario alla stessa temperatura per raggiungere la saturazione. Se la temperatura atmosferica sale e non vi sono nuovi apporti di vapore acqueo, l'umidità assoluta rimane invariata, ma quella relativa scende. Viceversa, un calo di temperatura, a parità di umidità assoluta, comporta un aumento di umidità relativa. Quando si supera il punto di saturazione si produce rugiada. Per fare un esempio, si può dire che in media sul mare l’umidità relativa (U.R.) è del 90% (abbastanza vicini al punto di saturazione che è il 100%), mentre nelle aree desertiche è del 5-10%. L'umidità si misura per mezzo di opportuni strumenti detti igrometri.

Un semplice modello di igrometro, detto ad assorbimento e usato in abitazioni e uffici, sfrutta le variazioni di lunghezza di una fibra naturale (ad esempio un capello umano) provocate dall'umidità assorbita. L'allungamento della fibra provoca il movimento di una lancetta, che indica una percentuale di umidità relativa. Questo tipo di strumento fornisce un'indicazione approssimata dell'umidità, e non viene usato per accurate determinazioni quantitative. Un dispositivo recentemente messo a punto per la misurazione di questa grandezza si basa sul fatto che la resistività elettrica di alcune sostanze (la grandezza che quantifica la tendenza di un materiale ad opporsi al fluire della corrente) varia al variare delle condizioni di umidità.

 La circolazione atmosferica

Alle medie e alte latitudini la circolazione atmosferica è caratterizzata da cicloni e anticicloni migranti. Questa circolazione, quasi ovunque, procede da ovest a est (per questo si parla di venti occidentali): la sua velocità aumenta con la quota, fino a raggiungere un massimo intorno a 13 km di altitudine, con velocità medie che superano i 160 km/h. La pressione al livello del mare diminuisce procedendo verso nord da 30° a 60° di latitudine, dove si localizza un minimo; continuando verso nord oltre i 60° di latitudine, si sviluppa un anticiclone (zona di alta pressione) con prevalenza di venti da est (venti polari orientali).

La circolazione media a nord dei 30° di latitudine tende a essere più forte durante l'inverno, quando si hanno le massime differenze di temperatura fra alte e basse latitudini. Le fasce di bassa e alta pressione rispettivamente a 30° e a 60° di latitudine si spostano leggermente con le stagioni, in modo da seguire l'andamento del Sole verso nord e verso sud. Anche i continenti esercitano un effetto sulla circolazione, e ciò è particolarmente evidente alle alte latitudini dell'emisfero settentrionale, dove è maggiore la percentuale di superficie occupata da masse continentali. Durante l'inverno si sviluppano anticicloni molto freddi sopra il Nord America e l'Asia, mentre in estate, al di sopra di queste aree, tendono a dominare basse pressioni. I sistemi stagionali di venti associati a queste distribuzioni di pressioni si chiamano monsoni, e sono particolarmente intensi in India e nel Sud-Est asiatico.

Un aspetto rilevante della circolazione da ovest alle medie e alte latitudini è la presenza di vortici ad andamento ciclonico e anticiclonico, che si spostano da ovest a est e causano cambiamenti del tempo atmosferico da un giorno all'altro. I vortici ad andamento antiorario sono detti cicloni extratropicali, e la loro intensità tende a essere massima in inverno, quando i contrasti di temperatura sono più accentuati.

Nella fascia dei venti occidentali si trova la corrente a getto, una stretta banda di flusso atmosferico ad alta velocità che segue un percorso ondulato da ovest a est, trascinando correnti di zona alle medie latitudini. La corrente a getto si trova a una quota media di oltre 12.000 m in inverno e quasi 14.000 m in estate, e la sua velocità può superare i 400 km/h.

Masse d’aria e fronti

Attorno alla Terra, a circa 30° di latitudine nord e sud e in inverno al di sopra dei continenti, tende a dominare un regime di alte pressioni e di venti deboli. In tali regioni i venti si disperdono lentamente in orizzontale, e aria fredda discende da quote superiori per compensazione. Dato il riscaldamento associato alla compressione dell'aria in discesa, gli anticicloni corrispondono in generale a condizioni di tempo sereno, tranne che in situazioni locali nelle quali l'aria a contatto con superfici fredde produce nebbie o nubi di bassa quota.

Gran parte delle regioni in cui tendono a prevalere gli anticicloni presenta caratteristiche di uniformità superficiale, e di conseguenza, in concomitanza con i lenti moti divergenti, si generano grandi masse d'aria con caratteristiche uniformi.

Le masse d'aria tropicali marittime si formano al di sopra degli oceani a 30° di latitudine nord e sud, e possono essere successivamente trasportate a migliaia di chilometri dalla loro origine. Queste masse, molto ricche di umidità, alimentano le precipitazioni alle medie e alte latitudini. Masse d'aria polari continentali, situate in inverno al di sopra delle estensioni innevate del Nord America e dell'Asia, raggiungono temperature estremamente basse, tra i 60 e i 70 °C sotto zero. Quando le masse d'aria si incontrano, si producono zone di forte contrasto termico. Tali regioni, particolarmente studiate dai meteorologi norvegesi già durante la prima guerra mondiale, sono denominate fronti e rappresentano strette zone di forte variabilità del tempo atmosferico. I fronti più cospicui tendono a essere situati in inverno in prossimità della costa orientale del Nord America e, analogamente, al largo delle coste asiatiche nel Pacifico. Le masse d'aria continentale polare affondano e si espandono al di sotto delle calde masse di aria tropicale marittima: le masse calde vengono pertanto spinte al di sopra delle masse d'aria polare lungo il fronte, si raffreddano per espansione e formano una depressione (ciclogenesi). Il raffreddamento può fare condensare rapidamente l'umidità in esse contenuta, provocandone la precipitazione.

I sistemi nuvolosi

Il primo studio scientifico delle nubi risale al 1803, quando il meteorologo britannico Luke Howard mise a punto un metodo di classificazione delle formazioni nuvolose. Nel 1887 fu pubblicato un sistema di classificazione destinato a costituire la base per la realizzazione dell'Atlante Internazionale delle Nubi (1896), uno strumento di consultazione e di riferimento, che da allora viene costantemente aggiornato e utilizzato dai meteorologi.

 Le nubi vengono generalmente classificate, a seconda dell'altitudine, in quattro categorie: nubi alte, nubi medie, nubi basse e nubi a sviluppo verticale. Le quattro famiglie vengono ulteriormente suddivise in generi, specie e varietà, a seconda dell'aspetto e del processo che conduce alla loro formazione. Si possono distinguere oltre cento tipi differenti di nubi. Qui si descriveranno solo le quattro suddivisioni primarie e i generi più importanti.

Nubi alte

Sono costituite da particelle di ghiaccio e si trovano alla quota media di 8 km al di sopra della superficie terrestre.  Comprendono tre generi principali: cirri, cirrostrati e cirrocumuli. I cirri sono isolati, con aspetto di piume o merletti disposti in bande. I cirrostrati appaiono come sottili veli biancastri; talvolta presentano una struttura fibrosa e, quando sono interposti fra un osservatore e la Luna o il Sole, causano il fenomeno degli aloni. I cirrocumuli sono nubi in banchi sottili, trasparenti e biancastri, con struttura granulosa e disposti in gruppi o in file.

Cirri

Nubi medie

Sono costituite da acqua liquida e si trovano ad altitudini comprese fra i 3 e i 6 km. La famiglia comprende i due generi principali degli altostrati e degli altocumuli. I primi appaiono come spessi strati di colore grigio o bluastro, attraverso i quali il Sole o la Luna possono essere visti solo confusamente, come attraverso un vetro coperto da brina. Gli altocumuli hanno invece l'aspetto di masse rotondeggianti, biancastre o grigie, talvolta simili a batuffoli di cotone; quando sono particolarmente fitte, danno luogo al cosiddetto "cielo a pecorelle".

Altocumuli

Nubi basse

Costituite da acqua liquida, si trovano di norma ad altitudini inferiori ai 1500 m. In questo gruppo sono comprese tre forme principali: stratocumuli, nembostrati e strati. Gli stratocumuli consistono in grosse masse arrotondate, di colore grigio e di aspetto soffice, che spesso coprono tutto il cielo, lasciando solo pochi squarci di azzurro. I nembostrati sono spessi, scuri e privi di forma ben definita: sono le tipiche nubi da precipitazione, che danno quasi sempre origine a pioggia o neve. Gli strati sono distese grigie di spessore variabile che possono dar luogo a pioggia sottile o a nevischio.

Stratocumuli

Nubi a sviluppo verticale

Si sviluppano nello strato di atmosfera compreso tra i 1500 m e i 12.000 m. In questo gruppo sono comprese le due forme principali dei cumuli e dei cumulonembi. I cumuli, a forma di cupola o torre, appaiono per lo più nella seconda parte della giornata, quando il riscaldamento del Sole produce forti correnti ascensionali. Tali nubi hanno di solito basi appiattite e sommità arrotondate, a cavolfiore. I cumulonembi sono scuri, dall'aspetto pesante, e si ergono come montagne, spesso sormontate da un falso cirro a forma di incudine, costituito da cristalli di ghiaccio. Si tratta di nubi temporalesche, che portano generalmente intensi e improvvisi acquazzoni.

	cumulonembi
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