tèmpo (meteorologia)

Il tempo è il complesso dei fenomeni atmosferici che, in un dato luogo e in un dato momento, costituiscono nel loro insieme lo stato dell'atmosfera, considerato soprattutto con riferimento agli effetti che ne derivano per le attività umane, gli ecosistemi e l'ambiente biotico in generale. Il tempo viene comunemente percepito in termini di fattori e fenomeni meteorologici quali: la temperatura, l'umidità, la pioggia, la nuvolosità, il vento, la nebbia ecc., ma tutte queste caratteristiche, che sono fra loro interconnesse, dipendono fondamentalmente dal tipo della massa d'aria presente in un dato luogo e in un dato momento e dalla continua evoluzione delle varie masse d'aria. Il tempo è, in effetti, la percezione umana di uno stato dell'atmosfera continuamente variabile sia da luogo a luogo, sia da istante a istante (con istante si intendono sia le ore e i minuti sia i giorni), quantunque, per una definita area territoriale, le varie caratteristiche meteorologiche si mantengano per lunghi periodi di tempo (vari anni o decenni o secoli) mediamente costanti e costituiscano nel loro complesso il clima. Le cause principali che influiscono sulle condizioni del tempo sono legate ai movimenti e alle caratteristiche termodinamiche delle masse d'aria. Sui movimenti delle masse d'aria agiscono 4 forze principali: la forza di gradientebarico che si genera dalle differenti caratteristiche di pressione delle varie masse d'aria (tra zone di alta e bassa pressione, tra aree cicloniche e anticicloniche, tra saccature e promontori ecc.); la forza deviante o forza di Coriolis che si genera dalla rotazione della Terra attorno al suo asse polare e che è massima ai poli e minima all'Equatore; la forza di gravità che in atmosfera, a causa della forza centrifuga dovuta alla rotazione terrestre, varia con la latitudine oltre che con la densità delle masse d'aria; la forza di attrito che si genera all'interfaccia tra atmosfera e suolo e che è tanto maggiore quanto maggiore è la rugosità della superficie terrestre e quanto più complesse sono la morfologia e l'orografia terrestri. Sulle caratteristiche termodinamiche delle masse d'aria agiscono due fattori principali: il contenuto energetico delle masse d'aria espresso nelle sue varie forme (energia potenziale, cinetica, interna, quantità di calore ecc.) e, come bilancio tra energia proveniente dal Sole, energia assorbita e riemessa dal sistema atmosfera-suolo ed energia perduta verso lo spazio; il trasferimento di energia e le trasformazioni energetiche all'interno delle masse d'aria e tra masse d'aria differenti, in particolare i processi di riscaldamento/raffreddamento delle masse d'aria, di evaporazione/condensazione del vapor d'acqua, di espansione/compressione dell'aria e di rimescolamento orizzontale e verticale fra masse d'aria diverse, compresi i processi di trasformazione dell'energia termica in energia cinetica e viceversa. Le continue oscillazioni tra equilibrio e disequilibrio fra tutte le forze che agiscono sul fluido atmosfera e le continue oscillazioni tra equilibrio e disequilibrio delle caratteristiche termodinamiche delle masse d'aria determinano il tempo e i relativi effetti associati che sono i fenomeni meteorologici. Lo studio del tempo e dei fattori o processi che regolano l'evoluzione del tempo viene affrontato dalla meteorologia sinottica.

Meteorologia: previsione del tempo

Si intende per previsione del tempo la determinazione probabilistica (riferita alla più alta probabilità che l'evento considerato si possa verificare) delle condizioni future dell'atmosfera con particolare riferimento ai fenomeni meteorologici attesi su determinate porzioni territoriali. A seconda delle porzioni territoriali considerate le previsioni si suddividono in previsioni a grande scala (o previsioni sinottiche) che considerano aree di dimensioni continentali e subcontinentali; previsioni a media scala (o previsioni regionali) che considerano aree grandi come l'Italia o parte di essa; previsioni a piccola scala (o previsioni locali) che considerano aree limitate. A seconda del tipo della previsione, in relazione alle esigenze dell'utente a cui è destinata, vi è un'ulteriore classificazione: previsioni aeronautiche (destinate alla navigazione aerea), previsioni marittime (per la navigazione marittima), previsioni agrarie, nonché dai vari satelliti meteorologici orbitanti attorno alla Terra; una seconda fase di analisi della situazione meteorologica presente e di interpretazione dell'evoluzione delle situazioni meteorologiche passate, che hanno portato alla situazione presente, attraverso la elaborazione di una serie di carte meteorologiche e di analisi dinamiche e termodinamiche delle masse d'aria osservate o individuate nelle carte meteorologiche; una terza fase di definizione delle situazioni meteorologiche future attraverso l'utilizzazione di vari metodi previsionali. I metodi di previsione sono essenzialmente di tre tipi: metodi empirici o semiempirici; metodi numerici e matematici; metodi statistici. Metodi empirici o semiempirici: questi metodi consistono nel definire le situazioni meteorologiche future estrapolando gli andamenti osservati nel passato e supponendo che l'evoluzione dal presente al futuro sia continua e coerente con quella che dal passato ha portato al presente. Poiché le situazioni meteorologiche non si ripetono mai in modo identico e poiché i criteri di estrapolazione risentono delle interpretazioni soggettive del previsore, l'attendibilità di tali previsioni è limitata spesso a poche ore future. Per migliorarne l'attendibilità e ridurre gli elementi di soggettività introdotti dal previsore questi metodi sono stati accompagnati anche da alcune valutazioni matematiche basate sui principi generali della fisica (conservazione della massa, conservazione dell'energia, principi della termodinamica ecc.), così che si parla di metodi semiempirici. Tra i metodi di questo tipo più utilizzati vi sono: il metodo delle isoallobare (che attraverso la estrapolazione nel futuro degli andamenti di determinate variazioni barometriche stima la prevedibile posizione delle alte e basse pressioni, dei promontori e delle saccature ecc.); il metodo frontologico (che stima il futuro percorso e la futura posizione dei fronti supponendone regolare il movimento, e stima l'intensità delle perturbazioni supponendo continua l'evoluzione dei fronti dalla frontogenesi alla frontolisi sulla base delle teorie della scuola norvegese); il metodo delle isobare (che stima l'andamento futuro delle isobare al suolo in base a estrapolazioni degli andamenti delle correnti aeree in quota) e altri metodi ormai in disuso. I metodi empirici e semiempirici, in effetti, sono stati molto utilizzati quando le conoscenze di fisica dell'atmosfera non erano ancora molto avanzate e non si disponeva di adeguate tecnologie quali i calcolatori elettronici e i satelliti artificiali. Metodi numerici e matematici: con questi metodi, la determinazione futura delle condizioni del tempo consiste nel risolvere tutte le equazioni matematiche delle leggi fisiche che governano la dinamica e la termodinamica dell'atmosfera. La soluzione analitica del sistema completo di tali equazioni matematiche non è facile, sia perché le variabili in gioco sono spesso superiori al numero delle equazioni e, pertanto, il sistema matematico è risolvibile solo se si parametrizzano opportunamente molte variabili, sia perché l'atmosfera è di per sé un sistema complesso: esistono cioè non solo relazioni di causa-effetto, ma anche controrelazioni tra effetto e causa che lo ha prodotto che necessitano anch'esse di essere opportunamente parametrizzate o matematicamente descritte se si vuole risolvere il sistema matematico di equazioni in modo corretto e attendibile. Poiché è praticamente impossibile trovare soluzioni analitiche definite e univoche del sistema matematico di equazioni per i vari punti dello spazio tridimensionale dell'atmosfera e per i vari intervalli di tempo successivi (3, 6, 12, 24, 48 ore, e così via) si ricorre a metodi di soluzione numerica su potenti calcolatori elettronici. I metodi di soluzione numerica, sviluppati nell'ambito delle scienze matematiche e applicati dai meteorologi, sono di vario tipo e di varia complessità a seconda della qualità dei dati disponibili, dell'area territoriale in esame e del tipo di previsione del tempo da effettuare. Tali metodi numerici, in generale, consentono di formulare attendibili previsioni del tempo con un anticipo di 48 ore e talvolta anche di 72 ore, eliminando, tra l'altro, valutazioni soggettive del previsore. Tuttavia, mano a mano che la previsione si estende nel futuro, l'attendibilità della previsione diminuisce rapidamente soprattutto se la previsione si riferisce ad aree limitate di territorio. Pertanto, per le previsioni a medio termine (fino a 7-10 giorni) si ricorre a una opportuna combinazione di metodi matematico-numerici e metodi statistici (v. oltre) che permettono di migliorarne l'attendibilità. È in atto un grosso sforzo di ricerca scientifica internazionale nel campo della meteorologia per giungere a prevedere il tempo perfino con 1 mese di anticipo (in modo dettagliato) e per prevedere anche l'andamento futuro del clima (in modo generale e su vaste aree territoriali). Metodi statistici: questi metodi vengono utilizzati per stabilire le correlazioni (semplici, multiple o complesse) esistenti fra le variabili meteorologiche, quando tali legami non si possono stabilire sotto forma di equazioni matematiche deterministiche. Ciò è particolarmente vero per quei fenomeni meteorologici la cui variabilità e le cui correlazioni non sono evidenti sul breve periodo (ore o giorni), ma solo sul lungo periodo. Con questi metodi si stabiliscono in pratica le funzioni probabilistiche che legano fra loro variabili e fenomeni meteorologici sulla base delle analisi di lunghe serie storiche di dati meteorologici e di osservazioni meteo-climatiche del passato. Le frequenze di un gran numero di certi eventi osservati nel passato vengono interpretate come probabilità che quegli stessi eventi possano manifestarsi in futuro. L'accoppiamento delle equazioni matematiche che esprimono le leggi della fisica in atmosfera con le funzioni di correlazione statistica degli eventi meteorologici permette di risolvere molti problemi delle previsioni del tempo a medio termine (fino a 7-10 giorni) e permette di formulare previsioni del tempo a breve termine molto dettagliate su specifiche porzioni territoriali dove esistono lunghe serie storiche di dati meteorologici. Inoltre i metodi statistici sono attualmente gli unici metodi disponibili ai meteorologi per prevedere, entro definiti livelli di probabilità, quale sarà la evoluzione di una data situazione meteorologica attuale in un futuro più o meno lontano (molte decine di giorni o mesi) e per le previsioni climatiche.

Meteorologia: modificazioni del tempo

Il tempo può essere modificato dall'uomo in due modi fondamentali: involontariamente e come conseguenza di alcune attività umane quali quelle che portano a rilevanti modifiche dello stato del suolo (deforestazione, urbanizzazione ecc.) e quelle che introducono in aria sostanze inquinanti tali da modificare i bilanci energetici dell'atmosfera (anidride carbonica e conseguente effetto serra, idrocarburi alogenati e distruzione dell'ozonosfera, inquinanti industriali e precipitazioni acide ecc.); volontariamente come esigenza di eliminare quelle condizioni di tempo che influiscono negativamente su certe attività umane (come l'agricoltura) o sul benessere socio-economico di determinate regioni particolarmente esposte a eventi meteorologici calamitosi (come la grandine, le trombe d'aria, le inondazioni). Nel primo caso (involontario) si tratta di pianificare le attività umane e l'uso delle risorse naturali in modo tale da non indurre perturbazioni irreversibili all'ambiente e, in particolare, al tempo e al clima. Nel secondo caso (volontario) si tratta di un vero e proprio controllo del tempo da parte dell'uomo. In effetti, il controllo del tempo è diventato un settore di ricerca che ha lo scopo di intervenire direttamente sulle condizioni atmosferiche per modificare situazioni climatiche sfavorevoli o per impedire il manifestarsi di fenomeni particolarmente dannosi. Risultati favorevoli si sono avuti nella produzione di pioggia artificiale mediante la semina nelle nubi di aerosol, di aghi di ghiaccio e di cristalli di ioduro d'argento; successi più limitati sono stati ottenuti nel tentativo di impedire la precipitazione di grandine e la formazione della brina e della nebbia. Più incerto, invece, per l'insufficiente conoscenza della dinamica atmosferica, si presenta il tentativo di controllare fenomeni più grandiosi e violenti quali, per esempio, i cicloni tropicali e i tornado, o di mutare le condizioni climatiche di alcune regioni per renderle idonee all'agricoltura; rimane poi sempre aperto il problema del rischio di provocare, con interventi artificiali sull'atmosfera, squilibri naturali che si possono ripercuotere negativamente su regioni molto più vaste di quelle direttamente interessate.

Bibliografia

G. J. Haltiner, Numerical Weather Prediction, New York, 1971; E. Bernacca, La previsione del tempo, Brescia, 1972; D. Walch, E. Neukamp, Che tempo fa, Milano, 1991.