METEOROLOGIA
METEOROLOGIA (XXIII, p. 73)
Si suole oggi suddividere in quattro grandi sezioni: la meteorologia descrittiva, che si occupa dell'osservazione, descrizione e classificazione dei varî fenomeni che si verificano nell'atmosfera: nubi, nebbia, precipitazioni, temporali, ecc.; la meteorologia dinamica (meccanica e termodinamica), che studia l'aspetto fisico dei fenomeni ed ha lo scopo di determinarne le leggi; la meteorologia statistica, che raccoglie, cataloga e raffronta attraverso il calcolo di medie, frequenze, scarti, correlazioni, ecc., tutte le osservazioni mediante l'applicazione di metodi che tendono sempre più ad assumere un carattere di indagine fisica e dinamica; sezione non consistente quindi solo nella piatta climatologia di un tempo, ma tendente a dare una completa descrizione del comportamento di una località o regione nelle varie situazioni, e soprattutto a permettere una visione più chiara dei fenomeni con possibilità di applicazioni alle previsioni; la meteorologia sinottica, che giovandosi delle osservazioni di moltissime "stazioni", osservazioni effettuate simultaneamente ad intervalli di tempo ben definiti, e servendosi dei risultati della dinamica e della statistica, segue lo svolgersi dei fenomeni nelle grandi linee a scala continentale e più in particolare a scala regionale, e li studia essenzialmente a scopo previsionistico. Queste quattro sezioni basano il loro lavoro sulla organizzazione meteorologica nazionale ed internazionale (vedi appresso), che fornisce tutto il materiale di studio.
I progressi in meteorologia dinamica in grande scala si sono avuti soprattutto in successivi perfezionamenti della teoria norvegese dei cicloni, i cui concetti fondamentali sono rimasti quasi invariati e non sono stati sostituiti da nuove teorie. Tali perfezionamenti consistono essenzialmente in tentativi di applicazioni della teoria a modelli di atmosfera meno semplici di quelli già esaminati dal Bjerknes, e più aderenti alla realtà; questo principalmente per merito delle scuole americana e tedesca. In particolare si è studiato il comportamento delle onde nelle grandi correnti occidentali in quota, che sono quelle che interessano prevalentemente le due grandi fasce (nell'emisfero settentrionale ed in quello meridionale) tra il 20° e il 65° parallelo circa.
La meteorologia descrittiva con l'ausilio dei mezzi di indagine moderna (radiosonda, aereo, radar, ecc.) ha studiato gli ammassi di nubi temporalesche, scoprendo come ciascuno di essi sia costituito da cellule, in ognuna delle quali possono distinguersi tre fasi di sviluppo: la fase iniziale, in cui le correnti sono prevalentemente ascendenti e con notevole convergenza delle correnti orizzontali nella zona sottostante la nube; una seconda fase, in cui si inizia, in un punto elevato della nube già completamente sviluppata, una corrente discendente che procede con forza sempre maggiore sino al disotto della base, con forte divergenza nel moto orizzontale in questa zona (le precipitazioni più forti, cioè i rovesci, sono legate a queste correnti discendenti); una terza fase, in cui il moto generale delle correnti è discendente, mentre la nube entra in disfacimento (queste fase è accompagnata da precipitazioni deboli).
In termodinamica sono stati fatti tentativi per studiare le trasformazioni delle masse in ascesa con rimescolamento con l'aria ambiente (e quindi non più secondo le classiche trasformazioni adiabatiche); ma questi tentativi non si appoggiano ancora ad una teoria che giustifichi quantitativamente il rimescolamento di volta in volta presupposto nelle trasformazioni studiate. Il rimescolamento spiega in parte il fatto frequente che pur in condizioni di atmosfera instabile non si presentino né le formazioni nuvolose né i temporali prevedibili con le semplici ipotesi di trasformazioni adiabatiche.
Moltissimi sono stati gli studî condotti sulla turbolenza e la conseguente trasformazione delle masse d'aria, formazione di nubi, ecc., specie da parte della scuola inglese. Sono stati fatti interessanti studî sul raffreddamento notturno, importanti dal punto di vista pratico per la previsione delle nebbie. I sinottici, attualmente, nello studio della formazione ed evoluzione dei cicloni secondo la teoria norvegese e nello studio dei fenomeni che si manifestano all'interno delle masse d'aria, sono assistiti appunto dalla "teoria delle masse d'aria", che, già indicata dal Bjerknes e dal Bergeron, ha trovato ampio sviluppo presso la scuola tedesca dello Schinze e americana del Rossby. Le grandi masse d'aria che per effetto della circolazione generale sostano o vengono a muoversi su basi geografiche aventi dati caratteri, tendono ad acquistare un assetto termodinamico (temperatura, gradiente, contenuto di vapore, ecc.) abbastanza ben definito; tale carattere le masse tendono a mantenere quando lasciano il luogo di origine; pertanto è relativamente più facile, anche senza l'ausilio di un ragguardevole numero di sondaggi aerologici, riconoscerle e determinarne i limiti, e dedurne quindi il comportamento sia nelle interazioni (discontinuità e fronti: caldi, freddi, occlusi) sia nei fenomeni interni (temporali di instabilità, rigurgito (stau) nelle zone sopravento alle montagne, föhn sottovento, nebbie, ecc.).
Attualmente si considerano, nelle grandi linee, cinque tipi principali di masse d'aria: l'artica, occupante in media la zona delle calotte polari sino al 65° parallelo circa e il cui moto prevalente è da est; la intermedia fredda, la intermedia calda e la tropicale, occupanti la zona tra il 65° e il z00 parallelo circa, il cui moto prevalente è da ovest; infine le masse equatoriali, occupanti in media la zona tra i due paralleli 20° nord e 20° sud circa e il cui moto è in prevalenza da est. Oltre a questi tipi d'aria fondamentali sono stati determinati molti sottotipi, come il marittimo (più umido), il continentale (più asciutto), ecc.
I metodi di previsione sono essenzialmente basati appunto sullo studio fisico delle masse d'aria e delle discontinuità che si presentano tra loro; il che viene fatto con l'ausilio di carte sinottiche principali (sulle quali vengono riportati i dati forniti dalle stazioni, nel modo più completo, e sulle quali vengono tracciate isobare, limiti e fronti, nonché indicati i caratteri delle masse d'aria); di carte sussidiarie (variazioni di pressione in 24, 12, 3 ore, carte di contenuto di vapore, ecc.); di carte aerologiche (topografie assolute e relative, isoterme in quota, variazioni delle topografie relative, ecc.) e nomogrammi aerologici.
Ma ove la natura geografica del suolo lo consente (America Settentrionale, Europa Centro-Orientale) si possono applicare con buon successo metodi di previsione di tipo matematico come quello studiato dal norvegese Petterssen, basati essenzialmente sulla cinematica delle linee isobariche e delle linee di discontinuità; il vantaggio dei sistemi matematici è di presentare norme e risultati quantitativi che non lasciano dubbî nel previsore, almeno per le previsioni a breve scadenza; ma tali metodi richiedono reti meteorologiche fittissime e dati estremamente esatti, soprattutto un territorio uniforme, talché la loro applicazione è limitata.
La scuola americana ha iniziato un'applicazione diretta delle teorie recenti del Rossby sulla circolazione generale dell'atmosfera al problema, finora insoluto, della "previsione a lunga scadenza", limitandosi per ora ad un periodo di 5 giorni. La previsione è fatta mediante il calcolo di opportuni indici della circolazione generale, legati ai valori medî della velocità del vento al suolo ed in quota, e la costruzione di carte meteorologiche medie di 5 giorni.
Strumenti di meteorologia. - Benché in questi ultimi anni, specie sotto la spinta della guerra, i perfezionamenti apportati agli strumenti di meteorologia abbiano avuto precipuamente lo scopo di renderli producibili in larga scala, idonei a funzionare sotto qualsiasi clima e atti a comodo trasporto e a facile immagazzinamento, tuttavia non sono mancate le innovazioni (v. anche aerologia, in questa seconda App., vol. I, p. 33) che preludono forse a radicali trasformazioni della tecnica delle osservazioni.
Tra i termometri ha trovato larga diffusione il tipo a resistenza elettrica, ampiamente usato sulle radiosonde e per ricerche speciali. Quello impiegato sulla radiosonda Diamond-Hinman-Friez è un bastoncino di minima massa, di ceramica, con incorporati varî elementi e con coefficiente di temperatura molto elevato (~ 1) e negativo (thermistor), ed è un perfezionamento dell'elemento termometrico originario delle radiosonde americane audiomodulate, consistente in un tubo capillare di vetro contenente un elettrolita. Usando un rivestimento bianco, riflettente, che assorbe soltanto il 6% della radiazione incidente, l'elemento a ceramica può venire esposto liberamente, senza richiedere l'uso di schermi per le radiazioni, che spesso introducono notevoli errori. L'elemento termometrico destinato alle radiosonde svizzere è invece un conduttore teso su un telaio di quarzo o di invar (precisione 0,2 °C). Termometri bolometrici e a termocoppie ultrarapidi (costante di tempo dell'ordine del centesimo di sec.) o dotati di coefficienti di temperatura elevatissimi sono stati costruiti nell'università di Roma da Cocconi, Fea e Cialdea. Sviluppato dall'università di Chicago, il termometro sonico si fonda su tutt'altro principio, giacché esso fornisce la temperatura (assoluta) dell'aria mediante la misura della velocità del suono emesso da una sorgente piezoelettrica, in base alla formula
(x è il rapporto tra i calori specifici dell'aria a pressione e a volume costante, Ra è la costante dell'aria, T è la temperatura in gradi assoluti).
Per migliorare la misura dell'umidità relativa, specie a basse temperature (cioè quando le differenze tra le indicazioni dei due termometri psicrometrici sono molto piccole) sono stati costruiti igrometri a condensazione perfezionati. In uno di questi, della General Electric Company e dell'università di Chicago, uno specchietto metallico viene raffreddato al disotto della temperatura ambiente e mediante una fotocellula si segue l'andamento del suo potere riflettente. Nell'istante in cui lo specchietto si appanna viene escluso il sistema di raffreddamento ed inserito un sistema di riscaldamento; allorché l'appannamento scompare, al riscaldamento subentra il raffreddamento e nella pratica si può condurre automaticamente il gioco alternato del riscaldamento e del raffreddamento in modo da mantenere lo specchietto alla temperatura di rugiada. Per rilevare tale temperatura serve una termocoppia. L'igrometro a condensazione della Foxboro Company, detto dewcel, fonda il suo funzionamento sul comportamento di un sale igroscopico in presenza di acqua. Se infatti si espone, per es., cloruro di litio all'atmosfera nelle condizioni ordinarie, esso assorbirà il vapore e si dissolverà, formando una soluzione satura. Se sale e soluzione satura vengono riscaldati, l'acqua della soluzione tende a passare nell'atmosfera, finché si raggiunge una temperatura alla quale la tendenza che l'acqua ha di sfuggire è proprio eguale alla tendenza che ha il sale di appropriarsi dell'acqua dell'atmosfera. Si realizza un equilibrio tra la pressione del vapor d'acqua della soluzione e la pressione parziale del vapore acqueo dell'atmosfera. La temperatura della soluzione, misurata in queste condizioni di equilibrio, è una misura della pressione parziale del vapore acqueo dell'atmosfera circostante, ossia del punto di rugiada. L'elemento sensibile del dewcel è un bulbo termometrico posto in un tubo metallico di minima inerzia, rivestito di un nastro imbevuto di cloruro di litio; due fili d'argento si avvolgono sul tubo al disopra del nastro. Quando il cloruro di litio assorbe vapore acqueo dall'atmosfera circostante, esso diventa un conduttore elettrico, sì che tra i due fili può passare la corrente elettrica e la temperatura dell'elemento si eleva finché si raggiunge l'equilibrio. Il punto di rugiada può venire registrato; la precisione della misura supera i 2°F. Accoppiando all'elemento suddetto un termometro "asciutto" si possono ottenere due registrazioni e quindi l'umidità relativa.
Per misure a distanza, o rapide, o a bassa temperatura, si mostrano utili anche gli igrometri a resistenza elettrica, fondati sulla variabilità della conducibilità elettrica di particolari sostanze col variare dell'umidità relativa. Uno strumento di tal genere consiste essenzialmente in un dielettrico sul quale sono fissati due elettrodi metallici. Tra gli elettrodi è cosparso un sottile strato di un sale igroscopico, di solito cloruro di litio. La resistenza elettrica offerta tra gli elettrodi (quindi la conducibilità), varia con l'umidità relativa dell'aria e con la temperatura. La taratura si esegue tracciando il grafico della resistenza in funzione dell'umidità relativa, a diverse temperature fisse. La misura della resistenza consente di leggere l'umidità relativa sulla curva appropriata, essendo nota la temperatura. Gli igrometri di questo tipo sono in fase sperimentale; tuttavia, adoperando sostanze igroscopiche dotate di grande solubilità anche a basse temperature, con l'impiego di corrente alternata e di elettrodi chimicamente stabili, è lecito attendersi da essi prestazioni soddisfacenti anche nelle condizioni più sfavorevoli di misura: basse umidità e basse temperature.
Un igrometro che misura le piccole variazioni dell'umidità assoluta è l'igrometro fotoelettrico, fondato sull'esame fotoelettrico della banda d'assorbimento del vapore acqueo situata a 9440 Å. Lo strumento consiste in una piccola sorgente luminosa che invia le sue radiazioni, attraverso un tratto d'aria di meno di un metro e mezzo, fino ad un sistema dispersivo. Lo spettro risultante viene portato su due fotocellule, l'una centrata sulla banda suddetta e l'altra sugli 8000 Å, zona nella quale il vapore acqueo non assorbe. Quando nel tratto osservato l'umidità assoluta varia, si osserva la diversa reazione della prima fotocellula rispetto alla fotocellula di riferimento.
Nel campo dell'anemometria non sono mancati i progressi. Può essere utile ricordare innanzitutto, che per suggerimento di studiosi, specialmente americani (Patterson, Fergusson, Dryden, Marvin) il tradizionale mulinello di Robinson ha subìto qualche leggero ritocco: tre coppe in luogo di quattro (ma non sempre); forma conica delle coppe anziché emisferica; coppe con orli arrotondati anziché taglienti. Notevoli migliorie si sono ottenute adoperando lubrificanti solidi. Una buona ed elegante realizzazione è l'Aerovane, creazione della Bendix-Friez, che si presenta come un piccolo aeroplano privo d'ali, di cui l'elica (a tre pale e ad asse orizzontale) serve per la misura della velocità del vento e la fusoliera, munita di timone e accuratamente studiata dal punto di vista aerodinamico, serve per la determinazione della direzione. Un anemometro statico a funzionamento aerodinamico è quello di Pochettino e Lovera; esso si discosta alquanto dai tipi comuni, essendo costituito da un collettore statico di forma speciale, funzionante per semplice aspirazione e capace di segnalare l'intensità vera del vento e non soltanto quella dalla sua componente orizzontale. Munito di un tamburo di registrazione a rotazione rapida (periodo di rotazione 52 minuti), lo strumento è adatto per la misura della struttura del vento. Destinato a misure in regioni molto fredde è un recente anemometro del Corpo dei collegameuti (Fort Monmouth, New Jersey): un disco fisso di circa 12 cm. di diametro avente sull'orlo 4 aperture (corrispondenti alle 4 direzioni cardinali) collegate con tubi di pressione. La pressione dinamica del vento su ciascuna apertura dipende dalla velocità e dalla direzione del vento. Lo strumento è riscaldato elettricamente per prevenire le formazioni di ghiaccio.
Per determinare l'altezza della base inferiore delle nubi sia di giorno sia di notte (e con la medesima approssimazione) è stato adottato il sistema del proiettore di luce modulata. Nel modello della Crouse-Hinds Company (Syracuse, New York) la sorgente luminosa è una lampada a vapori di mercurio alimentata con corrente alternata, che, disposta su un preciso sistema ottico, produce uno stretto fascio di luce modulata di elevata intensità, che viene diretto verticalmente verso le nubi. Con un dispositivo a fotocellula, posto a determinata distanza dal proiettore, si scruta su tutti gli angoli di elevazione, tra 0 e 90a, nel piano verticale passante per il fascio e si registrano continuamente, in funzione del tempo, l'intensità della luce modulata riflessa dalle nubi e l'angolo di elevazione. Tale intensità è massima allorché la fotocellula è orientata verso il punto della base della nube investito dal fascio; dall'angolo d'elevazione si computa l'altezza della nube sul suolo. In un apparecchio costruito dalla Safar, la modulazione della luce è ottenuta provocando scintille tra elettrodi (posti nel fuoco di uno specchio parabolico) prodotte dalla scarica di una batteria di condensatori. Il dispositivo rivelatore è anche qui una fotocellula e la determinazione dell'altezza della nube consiste nel misurare il tempo impiegato dalla luce per percorrere il tragitto trasmettitore-nube-cellula. Tale misura viene seguita mediante un tubo catodico a coordinate polari e a deviazione radiale. Proiettore e rivelatore sono posti ad una distanza dell'ordine dei 10 metri l'uno dall'altro.
Infine, recenti progressi realizzati nella costruzione e nell'uso delle stazioni automatiche fanno ritenere che tra non molto le reti di osservazioni meteorologiche potranno estendersi anche alle regioni oceaniche o poco accessibili; alcune di queste stazioni già funzionano in via sperimentale nelle zone artiche.
Organizzazione meteorologica. - Il Servizio meteorologico ha compiuto negli ultimi anni uno sviluppo ed un progresso oltremodo rapidi, particolarmente in relazione alle grandi proporzioni raggiunte dall'impiego del mezzo di trasporto aereo (v. navigaziove, in questa App.). D'altra parte le necessità della meteorologia sinottica e l'aumento progressivo del raggio di impiego degli aeromobili hanno mostrato l'insufficienza dei servizî di ogni singolo paese donde il coordinamento nell'ambito internazionale delle attività di ciascun servizio, attraverso l'OMI (Organizzazione meteorologica internazionale) che lavora in collegamento con l'OACI (Organizzazione aviazione civile internazionale; sigle internazionali IMO e ICAO).
Alla base del servizio meteorologico sta una fitta rete di stazioni d'osservazione, le quali hanno il compito di registrare ad ore fisse le condizioni meteorologiche, compendiandole in messaggi cifrati secondo codici internazionali. Le osservazioni vengono effettuate ad intervalli varî, a seconda delle possibilità logistiche della stazione ed in relazione all'impiego al quale sono destinate. In linea di massima le osservazioni destinate alla analisi del tempo da cui ricavare le previsioni, vengono effettuate almeno ogni sei ore o, più generalmente, ogni tre ore. Tali osservazioni, tradotte in messaggi cifrati comunemente detti bollettini, vengono immediatamente trasmesse, a mezzo comunicazioni via filo o via radio, al più vicino centro di raccolta regionale che a sua volta li ritrasmette ad un centro nazionale che ne cura la diffusione, ad uso nazionale ed internazionale, per mezzo di stazioni radio di sufficiente potenza, oppure, ove esista, di un'adeguata rete di collegamenti per telescriventi. Alcuni centri internazionali provvedono alla raccolta dei bollettini di un certo numero di paesi viciniori ed alla successiva radiodiffusione su un intero continente. Infine una selezione di bollettini dell'intero continente viene trasmessa da un centro radio dotato di emittenti potentissime, destinate agli scambî con gli altri continenti.
Attualmente l'Europa e il bacino mediterraneo sono divisi in quattro grandi regioni ciascuna con un centro per la radiodiffusione trioraria delle osservazioni meteorologiche (Londra, Parigi, Roma e Mosca). Tale sistema consente a qualsiasi servizio meteorologico che lo desideri, di ricevere ogni tre ore, ed entro le tre ore successive a quella in cui sono state eseguite le osservazioni, i bollettini di una vasta superficie che si estende dalla Groenlandia ed il Nord Atlantico Orientale, attraverso l'Europa e l'Africa del Nord, fino agli Urali e al Medio Oriente (circa 3000 stazioni principali di osservazione). Presso i grandi Centri meteorologici i bollettini sono tradotti su apposite carte geografiche man mano che l'annesso centro radio li riceve e le carte vengono immediatamente sottoposte allo studio per l'analisi della situazione del tempo.
I grandi Centri, di solito uno per ogni stato, a studio ultimato, provvedono a radiodiffondere i risultati dell'analisi fatta, acciocché questi possano servire di guida ai centri di previsione che prestano l'assistenza meteorologica agli aeroporti. Con tale organizzazione, un aeromobile prima di partire può ricevere una previsione del tempo che incontrerà lungo la rotta, nonché altre informazioni particolari, quali bollettini recentissimi delle condizioni meteorologiche presso determinate stazioni ed una previsione particolare sulle condizioni che incontrerà al momento dell'atterraggio. Ma anche dopo che il volo si è iniziato, il pilota continua ad essere assistito via radio in vari modi dagli uffici meteorologici interessati a quella determinata rotta.
Bibl.: B. Haurwitz, Dinamic Meteorology, New York 1941; H.C. Willett, Descriptive Meteorology, New York 1944; D. Brunt, Physical and dynamical Meteorology, Londra 1939; S.P. Chromow, Einführung in die synoptische Wetteranalyse, Vienna 1942; S. Petterssen, Weather Analysis and Forecasting, New York 1940; Handbook of Meteorology (a cura di Berry, Bollay, Beers), New York 1945; La Rivista di meteorologia aeronautica, ed. Aeronautica, Roma; The Bulletin of the American Meteorological Society, Lancaster, Pa.; The Journal of Meteorology, Lancaster, Pa.; La Météorologie, Parigi. - Per gli strumenti meteorologici cfr.: F. W. Dunmore, An Improved Electrical Hygrometer and its Applications, in Bull. Amer. Meteor. Society, XXI (1940); A.F. Spilhaus, Recent Developments in Meteorological Equipment, ibidem, XXVI (1946); L. E. Wood, The Development of a new Wind Measuring System, ibidem, XXVI (1945); L. W. FOskett, B. L. Hansen, Measuring Cloud Heights, in Electronic Industries, sett. 1943; R. Bureau, Altimétrie des nuages par impulsions lumineuses, in La Météorologie, luglio-settembre 1946; E. Kleinschmidt, Handbuch der Meteorologischen Instrumente und ihrer Auswertung, Berlino 1935; K. W. Middleton, Meteorological Instruments, Toronto 1941; G. Cena, Strumenti di meteorologia, Roma 1946. - Per l'organizzazione meteorologica cfr.: Convention de l'Organisation Météorologique Mondiale (Washington 1947), a cura del Segretariato dell'OMI, Losanna; Règlement général pour la protection météorologique de l'aéronautique internationale, a cura del Segretariato dell'OMI, Losanna, e del Segretariato dell'OACI, Montreal; ICAO Regional Manual European-Mediterranean, I, Regional Procedures, a cura del Segretariato dell'OACI, Montreal; inoltre le pubblicazioni regolari dell'OMI e dell'Ispettorato delle Telecomunicazioni del Ministero della Difesa-Aeronautica.