Formazione del temporale e della sua elettricità
Le premesse necessarie per la formazione di un temporale sono la corrente d’aria ascendente e l’umidità.
A secondo del modo di formazione e di evoluzione si distinguono diversi tipi di temporali: significativo è il processo che presiede alla formazione della corrente ascendente.
La corrente d’aria ascendente può formarsi in diversi modi :
-gli strati d’aria più vicini al terreno sono riscaldati dal calore solare re irradiato dal suolo. A seguito del riscaldamento gli strati d’aria inferiori si dilatano, assumono un peso specifico minore di quello degli strati ad essi sovrapposti e si innalzano. Si producono cosi i noti fenomeni della turbolenza, in cui singole sacche calde si muovono dal basso verso l’alto e sono sostituite da sacche di aria più fredda, provenienti dall’alto; questo fenomeno della turbolenza determina infine la formazione di singoli “canali di aria calda ascendente”; si parlerà in questo caso di temporale di calore.
-l’aria, spinta contro terreni in salita, come ad esempio i fianchi di una montagna, e costretta ad innalzarsi; in questo caso si avrà a che fare con un temporale orografico.
-aria fredda si insinua sotto quella più calda costringendola ad innalzarsi; in questo caso si tratterà di un temporale frontale.
Alle latitudini italiane il temporale di calore è abbastanza raro; frequenti sono invece i temporali orografici e frontali.
Quando l’aria umida che si trova vicino al terreno viene costretta a sollevarsi per uno dei processi sopra indicati, essa si raffredda raggiungendo ad una determinata altezza una temperatura alla quale essa è satura di vapore acqueo. Un ulteriore innalzamento ha come conseguenza la condensazione (formazione di nuvole). Il calore che si libera per la condensazione rallenta l’ulteriore raffreddamento dell‘aria ascendente; per l’apporto di calore questa diventa più leggera dell’aria circostante subendo cosi una nuova spinta verso l’alto.
Questa situazione cosiddetta di “labilità umida” si esaurisce rapidamente con l’aumentare dell’altezza se vi è uno scarso contenuto di vapore acqueo nell’aria; in caso di elevata umidità in partenza essa determina invece la formazione di cumuli stratificati in forti spessori, i quali danno origine al temporale.
L’ascesa dell’aria a “labilità umida” si arresta per lo più ad una altezza di 6-8 km con la formazione del cosiddetto “ombrello del temporale”, un velo di nuvole diffuso e di regola di sposto asimmetricamente sopra la zona dei cumuli. Esso si produce per la dispersione di aria fredda sopra l‘apice del temporale, la quale viene spinta lateralmente dalla corrente di altitudine.
Se nell’ascesa di aria a labilità umida la temperatura tocca o scende al di sotto del limite di 0°, l’acqua delle goccioline delle nuvole comincia a gelare. Viene così raggiunto un punto di importanza determinante nell’evoluzione del temporale. Difatti con la formazione di ghiaccio nelle nuvole, che l’osservatore può riconoscere dai margini superiori delle nuvole, che dalle forme originariamente ben marcate passano a forme meno nette, simili a veli o a cappe, ha inizio, come l’esperienza mostra, l’azione di tutta una serie di processi, i quali presiedono alla formazione sia di grandi quantità di elettricità sia di forti precipitazioni. Si hanno precipitazioni di parti celle allo stato liquido (pioggia) e solido (neve, nevischio ed eventualmente grandine).
Un temporale è di regola costituito da singole celle del diametro di alcuni chilometri, ciascuna delle quali segue un’evoluzione caratteristica.
Si possono distinguere tre stadi :
-stadio giovanile
-stadio di maturità
-stadio di vecchiaia
Nello stadio giovanile la cella costituisce un cumulo. In questo stadio vi è aria calda ascendente in tutta la zona; questa non è distribuita in modo uniforme su tutta la cella, ma mostra un aumento dal basso verso l’alto e dai margini laterali della cella verso il centro. In questo stadio e ancora scarsa la formazione di particelle di precipitazione atmosferica. La durata di questo stadio è di circa 10-15 minuti.
Nello stadio di maturità l’ulteriore evoluzione della cella è determinata dalla formazione di precipitazioni; la cella cresce ulteriormente sotto l’azione della “labilità umida”, libera in continuità vapore acqueo per condensazione e sublimazione , alimentando in tal modo la formazione delle precipitazioni: dapprima le particelle (pioggia, neve, nevischio, grandine) vengono trasportate dall’aria calda ascendente , ma con l‘aumentare della loro quantità e grossezza esse cominciano ad opporsi sempre più all’aria calda ascendente. Questo movimento di precipitazione modifica quindi la distribuzione delle correnti e della temperatura nella cella. Le particelle che si muovono in senso contrario all’aria calda ascendente ne frenano la corsa per attrito, trasformandola infine in corrente discendente. Questa trasformazione ha inizio nella zona del limite di 0° e da qui si propaga poi in senso verticale ed orizzontale. Le particelle, la cui quantità e in costante aumento, escono dalla zona di nuvole e cadono sulla terra sotto forma di precipitazione. Contemporaneamente continuando la corrente discendente nell’interno della cella, si ha uscita di aria fredda dalla cella stessa verso il basso, la quale avvicinandosi al terreno si espande lateralmente generando le ben note raffiche di vento dei temporali.
Venendo a mancare la precipitazione alla base della cella e continuando la trasformazione dell’aria ascendente in corrente d’aria discendente viene a cessare gradatamente l’apporto di nuova energia: la cella comincia a morire. La durata dello stadio di maturità va da 15 a 30 minuti circa.
Nello stadio di vecchiaia l’aria calda ascendente e completamente esaurita. La precipitazione ancora presente nella cella cade progressivamente. La durata media di questo stadio e di circa 30 minuti.
La progressione nello sviluppo di un temporale è data dalla continua formazione di nuove celle nelle vicinanze di vecchie celle in fase di estinzione. È possibile che la corrente discendente proveniente da una cella in estinzione venga a dare l’impulso per la formazione di nuovi canali di aria ascendente nella zona circostante. Questo si compirà di preferenza nella direzione in cui “procede” il temporale, la quale è indicata dall’avanzata unilaterale dell’ombrello che precede il temporale stesso.
L’avanzamento di un temporale è determinato solo in parte dal movimento dell’aria; esso “progredisce” sostanzialmente in quanto si rigenera sulla sua parte frontale per la formazione di nuove celle, mentre le celle della parte caudale si estinguono. La formazione di nuove celle può essere favorita od ostacolata da influenze del terreno. Nel primo caso il temporale “continua”, mentre nell’altro la sua attività si esaurisce fino all’estinzione.
Lo sviluppo di elettricità nel temporale è strettamente legato al movimento della precipitazione entro le nuvole. La formazione delle cariche è dovuta a fenomeni di natura elettromeccanica, di induzione elettrostatica e legati al limite di fase solido-liquido; l’elettrizzazione su larga scala comincia di solito so lo dopo la formazione di ghiaccio nella nuvola.
La separazione verticale delle cariche su ampie zone è determinata dalla forza di gravità e dalla corrente d’aria ascendente.
Nella parte inferiore della cella, cioè nella zona di pioggia, prevale la carica negativa. Alla base della nuvola, entro la zona di carica spaziale negativa, può essere racchiusa una zona, di solito relativamente ridotta, con forti cariche spaziai positive. Questo coincide con la localizzazione della zona di maggior corrente d’aria ascendente nella parte anteriore della cella. Ad un’altezza superiore al limite di 0° si evidenziano sempre più le cariche positive che poi determinano sulle parti superiori ghiacciate della cella cariche spaziali positive.
In conclusione il temporale può essere considerato come una grande macchina elettrostatica, che nell’atmosfera determina in misura notevole una separazione delle cariche su grandi zone. L’energia è fornita in ultima analisi dal sole, il cui apporto termico nell’evaporazione e nel riscaldamento degli strati d’aria più bassi, crea le già ricordate premesse necessarie per la “messa in moto” ed il “funzionamento” della macchina. La sostanza che “agisce” nella macchina e la precipitazione, la sua “spinta” è data dalla forza gravitazionale.
Parametri caratteristici dei temporali
a) Direzione e velocità del temporale
Come già detto , i temporali presentano di regola un movimento progressivo. Essi seguono la corrente d’aria dominante nello strato d‘aria superiore e quindi possono benissimo muoversi in senso contrario a quello del vento, che soffia vicino a terra. In genere si può riconoscere la direzione della corsa (direzione della progressione) di un temporale con una certa sicurezza dell’ombrello che solitamente lo precede.
Alle nostre latitudini i temporali si muovono in due terzi di tutti i casi nelle direzioni SW-NO, W-O oppure NW-SO.
La velocità dei temporali non è in genere superiore ai 40 km/h;
b) Distribuzione geografica
La frequenza dei temporali presenta notevoli variazioni in dipendenza del tipo di suolo (campagna, mare, vegetazione, ecc.) e dalla configurazione del terreno (pianura, montagna, altipiano, ecc).
Come parametro indicativo del livello ceraunico di una zona è stato finora scelto il numero di giornate temporalesche all’anno intendendosi per giornata temporalesca quella in cui si è udito almeno un tuono. Attualmente, una valutazione meno grossolana, si sta tentando di fare in ambito internazionale per mezzo di opportuni contatori di scariche atmosferiche.
c) Distribuzione giornaliera e stagionale
La probabilità di formazione dei temporali varia in maniera caratteristica nel corso del giorno e dell’anno. Per quanto riguarda l’Italia, nel corso dell’anno è possibile individuare una stagione temporalesca ed una stagione non temporalesca solo nelle regioni settentrionali e meridionali, mentre sull’Italia centrale esiste una moderata attività ceraunica praticamente durante tutto l’anno.
Per quarto riguarda la distribuzione giornaliera, è da notare che in genere è nelle ore pomeridiane che si ha la massima probabilità di formazione di temporali.
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