/Dinamiche dei temporali della Supercella

Dinamiche dei temporali della Supercella

Quando si forma un pennacchio di ghiaccio e vapore acqueo sulla cima di un forte temporale, c’è una buona probabilità che il fenomeno si trasformi in un violento tornado (Supercella).

I più forti temporali della Supercella in genere dispongono di un Above-Anvil Cirrus Plume (AACP), che è un pennacchio di ghiaccio e vapore acqueo nella bassa stratosfera che si verifica sottovento del flusso stratosferico ambientale nella profonda convezione. L’idratazione dell’origine AACP della stratosfera ha un ruolo scarsamente vincolato nella distruzione dell’ozono e nel riscaldamento superficiale.

Un nuovo studio di Stanford University-LED, pubblicato da Science, (1) rivela il meccanismo fisico di questi pennacchi, che si formano sopra la maggior parte dei tornado più dannosi del mondo.

La precedente ricerca (2) ha dimostrato che questi fenomeni sono facili da individuare osservando le immagini satellitari, spesso prima di 30 minuti o più della formazione del fenomeno meterologico. «La domanda è, perché questo pennacchio è associato alle peggiori condizioni climatiche, e come esiste in primo luogo? Questo è il divario che stiamo iniziando a risolvere», ha detto la dottoressa Morgan E. O’Neill, (3) scienziata dell’atmosfera e autrice del nuovo studio.

La ricerca viene divulgata poco più di una settimana dopo la comparsa dell’uragano Ida, che ha cagionato devastanti danni in tutte le zone degli Stati Uniti interessate dalla sua traiettoria.

Capire come e perché i pennacchi di umidità prendono forma sopra i potenti temporali potrebbe aiutare le previsioni che riconoscono simili pericoli imminenti. Questo permetterebbe di rilasciare avvisi di allarme più accurati senza fare affidamento sui sistemi radar Doppler, che possono essere eliminati da vento e grandine – e hanno punti ciechi anche nei bei giorni. In molte parti del mondo, la copertura del radar Doppler è inesistente.

«Se ci sarà un terribile uragano, possiamo vederlo dallo spazio. Non possiamo vedere i tornado perché sono nascosti sotto le cime del temporale. Dobbiamo scrutare e capire meglio le cime migliori», ha detto la dottoressa O’Neill, che è una assistente professoressa della scienza del sistema di terra presso la Earth system science at Stanford’s School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth).

Supercelle (Supercell) e turbolenze esplosive

I temporali che generano la maggior parte dei tornado sono conosciuti come supercells, (4) un tipo di tempesta con una corrente ascensionale rotante che può scattare verso il cielo a velocità che superano i 240 km all’ora. Con questa potenza la tempesta raggiunge il coperchio della Troposfera terrestre, lo strato più basso dell’atmosfera terrestre.

Nei temporali più deboli, in aumento le correnti di aria umida tendono ad appiattirsi e diffondersi al raggiungimento di questo coperchio, chiamato la tropopausa, formando una nuvola a forma di incudine. Una intensa corrente ascensionale del mesociclone preme la tropopausa verso l’alto nel prossimo strato dell’atmosfera, creando ciò che gli scienziati chiamano overshooting top (cupola simile ad una sporgenza). «È come una fontana che spinge contro il prossimo strato della nostra atmosfera», dice la O’Neill.

Mentre i venti nell’atmosfera superiore corrono intorno alla tempesta sporgente, a volte creano dei flussi di vapore acqueo e ghiaccio, che sparano nella stratosfera per formare il pennacchio di Tell-Tale, tecnicamente chiamato pennacchio di cirri, o AACP (Above-Anvil Cirrus Plume).

L’aria crescente alla sommità aumenta velocemente e si dirige verso la troposfera, come una palla che accelera verso il basso dopo aver crestato in alto. Allo stesso tempo, l’aria scorre sopra la cupola nella stratosfera e poi si dirige lungo il lato riparato.

Utilizzando le simulazioni del computer idealized supercell thunderstorms, la dottoressa O’Neill e colleghi hanno scoperto che questo dinamismo eccita una tempesta di vento in giù nella Tropopausa, dove la velocità del vento supera i 340 km all’ora. Ella dice: «L’aria secca che discende dalla stratosfera e l’aria umida che sorge dalla troposfera si uniscono in questa traiettoria molto stretta e veloce. Il getto diventa instabile e si mescola trasformandosi in turbolenza. Queste velocità della tempesta non sono mai state osservate o ipotizzate prima».

Salto idraulico

Gli scienziati hanno a lungo riconosciuto che le cime della tempesta di aria umida in salita nell’atmosfera superiore possono comportarsi come ostacoli solidi che bloccano o reindirizzano il flusso d’aria. I ricercatori suppongono che gli strati di aria umida che fluiscono su queste cime possono rompersi e sopprimere l’acqua nella stratosfera. Ma nessuna ricerca fino ad oggi ha spiegato come si adattano e intersecano le varie dinamiche.

La nuova modellizzazione suggerisce che l’esplosione della turbolenza nell’atmosfera che accompagna le tempeste impugnate si svolge attraverso un fenomeno chiamato salto idraulico. Lo stesso meccanismo è in gioco quando i venti si indirizzano sulle montagne generando turbolenze.

Leonardo da Vinci osservò il fenomeno nell’acqua fluente già del 1500 (5) e gli antichi romani potrebbero aver cercato di limitare i salti idraulici, come si può osservare nei cartigli storici. Ma fino ad ora gli scienziati atmosferici hanno visto solo la dinamica indotta dalla topografia solida. La nuova modellazione suggerisce che un salto idraulico può anche essere attivato da ostacoli fluidi nell’atmosfera fatta quasi interamente di aria e che stanno cambiando forma ogni secondo, miglia sopra la superficie terrestre.

Le simulazioni suggeriscono che l’inizio del salto coincide con un’iniezione sorprendentemente rapida del vapore acqueo nella stratosfera, verso l’alto di 7000 chilogrammi al secondo. Sono due o quattro volte superiore alle stime precedenti. Una volta raggiunta la meta, l’acqua può rimanere lì per giorni o settimane, influenzando potenzialmente la quantità e la qualità della luce del sole che raggiunge la terra attraverso la distruzione dell’ozono nella stratosfera e riscaldando la superficie del pianeta. «Nelle nostre simulazioni che mostrano pennacchi, l’acqua raggiunge in profondità nella stratosfera, dove forse potrebbe avere più un impatto sul clima a lungo termine», ha detto il dottor Leigh Orf, (6) coautore e scienziato atmosferico presso l’Università del Wisconsin-Madison.

Secondo la dottoressa O’Neill, l’aeromobile della ricerca della NASA di alta quota ha solo recentemente ottenuto la capacità di osservare i venti tridimensionali sulle cime dei temporali e non ha ancora osservato la produzione AACP (Above-Anvil Cirrus Plume) a distanza ravvicinata. «Abbiamo la tecnologia ora per andare a verificare i nostri risultati di modellazione per vedere se sono realistici», ha detto O’Neill. «Questo è davvero un punto interessante nella scienza».

Questa ricerca è stata supportata dalla National Science Foundation e dalla NASA Precipitation Measurement Mission e del programma di convalida del terreno.

Il dottor Morgan E. O’Neill è anche un importante collaboratore (per cortesia) di Stanford Woods Institute per l’ambiente. I coautori aggiuntivi sono affiliati con il Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies a Madison, Wis.; e il NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md.

Riferimenti:

(1) Hydraulic jump dynamics above supercell thunderstorms

(2) The Above-Anvil Cirrus Plume: An Important Severe Weather Indicator in Visible and Infrared Satellite Imagery

(3) Morgan E. O’Neill

(4) Severe Weather 101: Tornado Types

(5) Leonardo da Vinci and Fluid Mechanics

(6) Leigh Orf

Descrizione foto: Una rappresentazione 3D dell’esperimento di simulazione che produce l’AACP nel lato riparato. – Credit: Leigh Off, David Semeraro.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Stanford scientists solve mystery of icy plumes that may foretell deadly supercell storms

Source