I cicloni tropicali

Qualsiasi fenomeno meteorologico che avviene nell’atmosfera è, in ultima analisi, una manifestazione dell’energia che, irradiata dal Sole sottoforma di luce e calore, giunge sulla superficie terrestre dopo aver percorso, in media, circa 150 milioni di chilometri.

Foto 1: l’energia del Sole, motore di tutti i fenomeni atmosferici

Alcuni fenomeni, per fortuna non frequenti, sono il chiaro indizio di una enorme concentrazione di energia in zone molto ristrette dell’atmosfera: tra di essi è possibile annoverare i cicloni tropicali.
I cicloni tropicali sono dei sistemi atmosferici caratterizzati da valori della pressione estremamente bassi, con una distribuzione delle isobare pressoché circolare e con gradienti barici molto forti, dell’ordine di 2025 Pascal per ogni chilometro di distanza orizzontale. Tali valori di gradiente non sono praticamente mai riscontrabili nelle depressioni delle medie latitudini.

Foto 2: immagine satellitare nel campo del visibile di un uragano

Tale fortissima differenza di pressione è il motore che porta l’aria a muoversi vorticosamente fino a raggiungere delle velocità che possono superare i 200 km/h. Venti che spirano a 200 km/h sono capaci di apportare gravi devastazioni: la pressione dinamica esercitata supera, infatti, di gran lunga i 100 kg  per ogni metro quadrato di superficie investita. Valori di questa entità fanno si che nessuna persona, per quanto corpulenta possa essere, possa restare in piedi e soggetti più leggeri potrebbero letteralmente essere trascinati via dal vento.

Foto 3: un uragano si avvicina alla costa, con venti di tempesta e mare grosso.

Foto 4: detriti e macerie a seguito del passaggio di un ciclone tropicale.

I cicloni tropicali si formano generalmente alle basse latitudini (tra i 5 ed i 20 gradi di latitudine nord e sud), quasi sempre in corrispondenza della Zona di Convergenza Intertropicale (fascia sinuosa, quasi sempre non coincidente con l’Equatore, dove i due alisei, quello di NE e quello di SE, si scontrano portando alla intensificazione dei moti convettivi). In tali zone, per gran parte dell’anno, i raggi solari incidono sulla superficie terrestre con un angolo molto piccolo rispetto alla verticale. Questa intensa radiazione incidente porta ad un consistente riscaldamento della superficie del mare, con una temperatura che può avvicinarsi ai 30°C. Per quanto detto si potrebbe essere indotti a pensare che il massimo numero dei cicloni possa generarsi proprio in corrispondenza dell’equatore: questo non accade in quanto a pochi gradi di latitudine nord e sud, è praticamente nulla la forza di Coriolis, quella forza cioè che induce la messa in rotazione delle correnti d’aria.

Figura 1: la distribuzione barica media sulla superficie della Terra

Nelle zone tropicali a nord dell’equatore la probabilità di sviluppo di un uragano è massima verso la fine dell’estate boreale (agosto), alta nei mesi di luglio e settembre, modesta a giugno ed ottobre, praticamente nulla nei rimanenti mesi. Ma ciò non significa che, eccezionalmente, non possano formarsi tempeste anche in altri periodi dell’anno.
Alla fine della stagione estiva anche la temperatura delle masse d’aria sovrastanti alla superficie del  mare risulta molto alta: questo fatto comporta una grande disponibilità dell’aria ad accogliere al suo interno i grossi quantitativi di vapor acqueo provenienti dalla superficie liquida: il vapore non è altro che un esempio di immagazzinamento dell’energia termica proveniente dal sole. Tale energia (calore latente) si libera al momento in cui avviene la condensazione, rendendosi subito disponibile quale ulteriore “carburante termico” per il movimento delle masse d’aria.
Esistono diverse aree geografiche che vengono periodicamente colpite da tali tempeste; le zone che registrano la maggior frequenza di cicloni sono il mar dei Caraibi (ove tali tempeste vengono identificate con il termine di uragani), i mari intorno alle Filippine ed alle isole più meridionali del Giappone (ove vengono detti tifoni) e il Golfo del Bengala (ove vengono detti cicloni); zone a minore frequenza sono le coste settentrionali dell’Australia (ove tali tempeste vengono dette “willy-willies).

Foto 5: un uragano in piena azione sul Golfo del Messico ed una tempesta tropicale in avvicinamento al Mar dei Caraibi.

Foto 6: ciclone tropicale in azione a NE dell’Australia

I cicloni provocano ogni anno gravi perdite di vite umane: ci sono zone come il Bangladesh nelle quali, per un insieme di fattori (configurazione del territorio, enorme densità di popolazione, mancanza di un efficace sistema di allertamento e organizzazione dell’emergenza) le vittime di una violenta tempesta si contano spesso a migliaia.

Foto 7: ciclone tropicale che abborda le coste orientali dell’India

In altre zone, invece, le maggiori disponibilità economiche hanno portato ad una complessa ed efficiente struttura organizzativa, concepita per fronteggiare efficacemente le conseguenze del transito di un ciclone.
Negli Stati Uniti del sud, per esempio, esistono centri meteorologici che hanno, quale scopo precipuo, quello di individuare e seguire l’evoluzione di tutte le perturbazioni che si formano nella zona di convergenza intertropicale: è in questa zona, infatti, che quasi tutti gli uragani hanno origine, spesso manifestandosi in una prima fase come semplici onde nelle deboli correnti orientali presenti a quelle latitudini. La maggior parte di tali perturbazioni tende a dissolversi nell’arco di una giornata.

Foto 8: immagini radar relative ad uragano che si abbatte sulla Florida

Una percentuale molto piccola di tali onde, per il realizzarsi di particolari strutture delle correnti aeree alle quote superiori della troposfera, tende ad acquistare sempre maggiore intensità, trasformandosi prima in una depressione tropicale (con venti sino a circa 40 km/h), poi in tempesta tropicale (con velocità del vento comprese tra i 40 km/h ed i 120 km/h) ed infine in un ciclone propriamente detto quando la velocità dei venti supera l’ultimo valore indicato.
L’innesco del processo di formazione di un ciclone può essere indotto dal transito di una zona di divergenza delle correnti aeree in quota al di sopra di una zona depressionaria al suolo: questa circostanza porta ad una sorta di effetto aspirazione che induce, al livello del mare, una immediata intensificazione della convergenza, con un più rapido sollevamento di masse d’aria. Il processo, per portare allo sviluppo di un ciclone, deve andare avanti ininterrottamente per molte ore: per ottenere questo risultato è di fondamentale importanza che l’aria che affluisce dalle zone periferiche verso il cuore della depressione sia calda ed umida. Un rifornimento continuo di masse d’aria calda ed umida può avvenire, evidentemente, solo sulle ampie estensioni dei mari tropicali.

Foto 9: i caldi mari tropicali forniscono l’energia necessaria per far sviluppare i cicloni

Essa, sollevandosi, porta alla condensazione dell’umidità in essa contenuta sotto forma di vapor acqueo: il cambiamento di stato porta alla liberazione dello stesso calore che era servito per far evaporare dalla superficie del mare l’immenso volume di acqua: questo calore è il carburante elettivo per alimentare il motore del sistema “ciclone tropicale”.
Quando il ciclone raggiunge il suo stadio di completo sviluppo al centro del vortice compare una zona praticamente priva di nuvolosità significativa: è l’occhio del ciclone. Esso è caratterizzato da una discesa di aria che porta ad un riscaldamento per compressione adiabatica. Ciò fa si che il cuore di un uragano sia di diversi gradi più caldo della restante parte del sistema perturbato. I massimi gradienti orizzontali di temperatura si manifestano generalmente alla quota di circa 5000 m, ove tra l’occhio ed il margine esterno della spirale possono registrarsi gap termici di oltre 15°C.
La elevatissima velocità dei venti è il fattore caratterizzante un ciclone tropicale: punte massime di oltre 200 km/h sono state misurate in diverse occasioni.
Il problema più grosso che deve essere risolto dai meteorologi è quello della definizione della presumibile traiettoria del vortice. Da questo punto di vista gli uragani hanno un comportamento quanto mai imprevedibile; generalmente tali vortici hanno dapprima un moto da est verso ovest sia a nord che a sud dell’equatore, poi piegano verso la  loro destra nell’emisfero nord ed a sinistra in quello sud.

Figura 2: traiettorie ed intensità dei cicloni tropicali

Nel loro moto verso zone a latitudine maggiore tendono poi ad assumere una componente di moto da sud-ovest verso nord-est (da nord-ovest verso sud-est) per poi essere catturati dalle correnti occidentali delle medie latitudini. Numerosissimi sono i casi di uragani e di tifoni che iniziano a girovagare per il Mar dei Caraibi o per il Mar Cinese o del Giappone, comportandosi come una palla su di un tavolo da biliardo: può capitare, quindi, che una stessa area venga investita dal vortice più di una volta, con lo stesso che vi giunge da direzioni diverse e spesso contrarie.
Quando un ciclone si addentra sulla terraferma tende gradualmente ad attenuarsi. Il primo elemento che tende a perdere di vigore è il vento; mentre in un ciclone al culmine della propria intensità si può riscontrare un quasi perfetto parallelismo tra isobare e vettori velocità del vento, col diminuire della velocità di quest’ultimo si osserva una maggiore tendenza alla convergenza; le precipitazioni, di conseguenza, si mantengono  molto copiose potendo persino manifestare, inizialmente, degli ulteriori incrementi di intensità. Gradualmente la pressione tende a risalire ed il diametro del vortice aumenta: in altri termini si manifesta una diminuzione della “densità di energia” presente nell’atmosfera.

Ingegner Alberto Fortelli
Dottorando di ricerca presso il Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università degli Studi di Napoli “Federico II”.

 

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