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L'ANALISI DEL VENTO

La diversa distribuzione del calore solare sulla terra determina nell'atmosfera aree di alta e di bassa pressione. Il meccanismo principale è questo: dove maggiore è il riscaldamento, l'aria, meno densa e più leggera, tende a salire verticalmente e nella zona sottostante si forma una bassa pressione.


L'aria calda, meno densa, sale e origina un'area di bassa pressione. In seguito l'aria in quota si raffredda e discende verso il suolo, formando aree di alta pressione.

Nel salire l'aria si raffredda, diventa più densa e pesante e tende a distribuirsi nelle vicinanze, fino a quando, completamente raffreddata, torna a dirigersi verso il basso, ove si genera un'alta pressione. L'atmosfera ha la tendenza di ripristinare costantemente l'equilibrio, per cui l'aria si muove dalle zone di alta pressione, dove se ne accumula di più, verso quelle di bassa pressione, dove è meno concentrata, proprio come un liquido che tende a colmare le cavità che incontra nel suo percorso. Il moto che ne deriva è il vento. Quanto più elevata è la differenza di pressione tra le due configurazioni (alta e bassa) e quanto più esse sono vicine, tanto maggiore sarà la velocità del vento.



L'aria in movimento subisce una deviazione verso destra nell'emisfero settentrionale. Ciò è dovuto al fatto che la zona di superficie terrestre sottostante, durante il percorso dell'aria, ruota in senso antiorario. La particella d'aria A, diretta verso B, si ritroverà in C.

In realtà, il vento non si muove nella direzione dall'alta pressione verso la bassa, ma devia nel nostro emisfero verso destra, circolando attorno ai centri di alta pressione in senso orario e attorno a quelli di bassa pressione in senso antiorario. Questo comportamento era già conosciuto nel passato. Infatti, il meteorologo olandese C. H. Buys-Ballot (1817-1890) rilevò che chi volta le spalle al vento ha alla sua sinistra l'area di bassa pressione e alla sua destra quella di alta. Nell'emisfero sud accade l'opposto. La deviazione dell'aria è una conseguenza della rotazione terrestre, come dimostrò, nel 1835, il matematico francese G. G. de Coriolis (1792-1843). Infatti, salvo che sulla fascia equatoriale, in qualsiasi altro punto della terra un corpo in movimento sente l'effetto della rotazione in modo tanto più sensibile quanto più si è in prossimità dei poli. Cosicché, in una data zona dell'emisfero settentrionale, l'aria che si muove ad esempio verso nord subisce uno spostamento verso nord-est.

In realtà è la zona di superficie terrestre sottostante che durante il movimento dell'aria ruota in senso antiorario. E' come se l'aria fosse sottoposta ad una forza, che in realtà non esiste e per questo viene chiamata apparente (forza di Coriolis o deviante). Gli effetti di questa forza sono tanto maggiori quanto è maggiore la velocità dell'aria.

Nelle carte meteorologiche isobarate (neologismo che indica la tracciatura delle isobare) in superficie, come quelle che possiamo ricevere via fax o vedere su internet, si può individuare facilmente la direzione di provenienza del vento, assumendo in prima approssimazione che esso si muova parallelamente alle isobare in modo da lasciare a sinistra le basse pressioni e a destra le alte (vento ideale detto geostrofico).

In realtà il vento, a causa dell'attrito dell'aria con la superficie terrestre, non corre proprio parallelo alle isobare, bensì converge leggermente nelle basse pressioni e diverge nelle alte. L'intersezione con le isobare è di circa 30 gradi sulla terra ferma e di circa 10-15 gradi sul mare, ove l'attrito è minore. Per avere, invece, un idea della forza del vento, bisogna tener conto del "gradiente barico", che è il rapporto tra la differenza di pressione rilevata in due punti geografici e la loro distanza orizzontale. È possibile, a prima vista, ottenere una misura qualitativa della velocità piuttosto grossolana. Infatti tanto maggiore è l'infittimento

delle isobare, ovvero il gradiente barico, tanto più intenso si deve ritenere il vento. Ma per una stima quantitativa si usa una scala come quella riportata sulla parte in alto a destra della carta isobarata. In questa scala, sul lato sinistro, è indicata la latitudine e, orizzontalmente, la velocità del vento.

IL VENTO SULLE CARTE DI LAVORO

Sulle carte di lavoro utilizzate dai previsori dei Centri Meteorologici, ogni parametro osservato è rappresentato su una carta geografica in corrispondenza dei luoghi, ove sono ubicate le stazioni meteorologiche, con una semplice simbologia internazionale.


Carta del tempo con le isobare in superficie intervallate di 4 in 4 hPa. In alto a destra la scala per stimare la forza del vento. Determiniamo, ad esempio, il vento sul Tirreno centrale. Il vento spira, lasciando la bassa pressione a sinistra ed entra leggermente verso il minimo: dunque vento da est. Per la forza, siccome siamo alla latitudine 40° N, si riporta la distanza fra due isobare consecutive (con un compasso oppure con un righello) sulla scala ad iniziare dal bordo sinistro in corrispondenza di detta latitudine. Si stima, quindi, un vento di 35-40 nodi.

Simboli su una carta del tempo, pressione e vento. La pressione è espressa con un codice in tre cifre di cui l'ultima decimale. Si legge tenendo conto del tipo di struttura barica (alta o bassa) e mettendo davanti un 10, quando la pressione è 1000 hPa, un 9 se inferiore. Ad esempio 988 equivale ad una pressione di 998,8 hPa e 025 equivale a 1002,5 hPa. La direzione del vento è data dal segmento che va verso il cerchio indicante la stazione; la velocità dalle barrette del segmento (una barretta equivale a 10 nodi, un triangolino a 50 nodi).

Ciò permette al meteorologo di avere una visione immediata del tempo che sta facendo, ad una determinata ora, su una certa zona. La direzione del vento, su queste carte, è rappresentata da un segmento orientato nel senso della provenienza del vento verso il centro di un cerchio, che indica la stazione di osservazione. La sua velocità, invece, è simboleggiata con barrette trasversali che si protendono dal segmento della direzione verso le basse pressioni. Viene tracciata una barretta trasversale ogni 10 nodi, mezza barretta ogni 5 nodi e un piccolo triangolino ogni 50 nodi. Nella simbologia internazionale, inoltre, il valore della pressione viene riportato in alto a destra del cerchio che indica la stazione meteo. Tale valore è indicato con un codice in tre cifre, di cui la terza è la parte decimale.

 

L'OSSERVAZIONE DEL VENTO

Il vento è il moto quasi orizzontale che l'aria compie rispetto alla superficie terrestre. E' generato dalla differenza di pressione atmosferica tra zone diverse della terra. Tra i parametri meteorologici osservati è uno dei più significativi per la navigazione marittima.

La sua forza può causare ingenti danni e mettere in pericolo le imbarcazioni, ma allo stesso tempo, opportunamente utilizzata, offre un valido contributo alle attività umane e, nei secoli scorsi, costituiva un elemento indispensabile per i commerci che si svolgevano in gran parte con i velieri.

Il movimento dell'aria sulla superficie terrestre e i mezzi per darne una indicazione furono studiati fin dall'antichità, come testimonia la "Torre dei Venti" di Atene, una costruzione ottagonale dell'architetto Andronico (tra il II e il I secolo a.C.). I suoi otto lati rappresentano ognuno una direzione del vento. In origine sulla sommità della torre si trovava un tritone girevole su un asse verticale con in mano un'asta che si orientava, secondo la direzione del vento, su uno dei lati dell'ottagono. Il moto dell'aria, in questa costruzione, è personificato con la raffigurazione, su ciascun lato, di divinità che, per l'aspetto e per gli indumenti, danno l'idea del tempo associato a ciascun tipo di vento.

La Torre di Andronico rappresenta già il perfezionamento di una rosa antichissima, formata di sole quattro direzioni.

Nel Medio Evo i navigatori italiani associavano la rosa dei venti alla bussola e distinguevano ottodirezioni: tramontana (nord), grecale (nord/est), levante (est), scirocco (sud/est), ostro (sud), libeccio (sud/ovest), ponente (ovest), maestro (nord/ovest). I quattro punti principali, nord, sud, est e ovest, sono detti cardinali perché rappresentavano, per gli antichi, i cardini del mondo (cardines mundi).

Il vento da nord è detto tramontana perché giunge attraversando i monti, quello da sud ostro, dal latino auster, perché di provenienza australe. I venti da est e da ovest sono detti levante e ponente, con riferimento al sorgere e al tramontare del sole. Il nome dei punti intermedi indica in genere le regioni dalle quali i venti sembrano provenire: per un osservatore che si trovi al centro del mare Ionio, il vento che soffia da nord-est (greco) sembra provenire dalla Grecia; quello di sud-est (scirocco) dalla Siria; quello di sud-ovest (libeccio) dalle coste della Libia; quello di nord-ovest, infine, è chiamato maestro o maestrale, perché considerato il vento predominante nel Mediterraneo.

Ancora oggi, la direzione del vento è intesa come la direzione di provenienza del flusso dell'aria e può essere indicata mediante la rosa dei venti, in cui ogni quadrante, determinato dai punti cardinali è diviso in quattro parti uguali. Pertanto vi sono sedici direzioni differenti, numerate partendo da nord con movimento in senso orario.

Un altro sistema di indicazione della direzione del vento, in maniera più approssimativa, è quello che fa uso dei quadranti, I, II, III, IV, numerati a partire dal nord e in rotazione nel senso delle lancette dell'orologio (es. quadrante I = venti tra nord e nord-est).

In meteorologia si utilizza, la suddivisione azimutale che va da 0° a 360°, per cui, ad esempio, un vento da sud è un vento di 180°.


La forza del vento, ovvero la velocità di spostamento della massa d'aria, si misura in metri al secondo (m/s). Tuttavia, in meteorologia, per ragioni legate alla navigazione aerea e marittima, è in uso, come unità ufficiale, il nodo (kt), corrispondente a un miglio nautico/ora. Accanto a queste due unità, si utilizzano anche il chilometro/ora (km/h) e il miglio/ora (vedi tabella).

In mancanza di strumenti la direzione e la velocità del vento si possono stimare a vista con semplici metodi.

Per la direzione, ove possibile, può essere utile osservare l'andamento del fumo, che rende visibili correnti aeree anche molto deboli, oppure la direzione verso la quale si sposta l'ombra delle nubi basse, la posizione delle bandiere, la direzione verso la quale sono spinte le onde.

La misura approssimativa della forza del vento, invece, può essere determinata osservando gli effetti che esso produce sulle cose e gli oggetti che si trovano all'aperto. Da ciò ha origine la scala Beaufort, una misura pratica della velocità del vento, che prende il nome dal suo ideatore Francis Beaufort (1774-1857), contrammiraglio e idrografo inglese che, avvalendosi della sua esperienza di navigatore, individuò 12 gradi di intensità definiti dagli effetti del vento sul mare.

Gli strumenti per misurare il vento sono gli anemometri o anemografi (dal greco anemos = vento e metron = misura o grapho = scrittura). In campo meteorologico, poiché in prossimità del suolo il ventovaria in continuazione, per confrontare i dati anemometrici forniti dalle varie stazioni meteo, si è convenuto che i trasmettitori siano posti su un palo ad un'altezza di 10 metri dal suolo, su un terreno pianeggiante e libero da ostacoli.

Anemometro
Il sensore anemometrico può essere costituito da un mulinello di Robinson a tre coppe, ad asse di rotazione verticale. La rotazione del mulinello viene attivata dalla diversa resistenza che il vento incontra sui due lati delle coppe, l'uno concavo e l'altro convesso. La velocità di rotazione è direttamente proporzionale alla intensità del vento. Invece, l'elemento sensibile per la direzione è costituito da una banderuola che si orienta secondo la provenienza del vento. La velocità di rotazione del mulinello e la direzione sono trasformati in segnali elettrici e inviati, attraverso un cavo telefonico, al sistema di acquisizione ed elaborazione dati all'interno della stazione meteo, dove sono convertiti in forma digitale e presentati su indicatori.

Anemometro
Tali indicatori visualizzano anche le medie degli ultimi 10 minuti e i valori estremi di intensità e direzione quando, ri-spettivamente, differiscono di 10 nodi e/o di 60° in più o in meno rispetto alle medie. Un altro sensore anemometrico abbastanza usato è quello del tipo ad elica con forma aerodinamica (aeroplanino), il cui principio di funzionamento è identico al precedente.

Anemometro
Si ottengono buone misurazioni del vento anche con l'anemometro a mano, del tipo a rotazione con lettura diretta. E' importante ricordarsi, prima di effettuare l'osservazione, di orientare lo strumento al nord geografico, tramite la bussola annessa.

In considerazione che l'aria in prossimità del suolo, a causa della rugosità della superficie terrestre, non può scorrere con velocità e direzione costanti, il vento assume diverse definizioni in funzione delle variazioni che subisce.

Può essere definito "vento teso", se le oscillazioni sono piccole; "vento a raffiche" quando la sua velocità ha una variazione in aumento di almeno 10 nodi, per una durata inferiore a 20 secondi, con direzione quasi costante rispetto al valore delle medie. E' definito "Vento turbinoso" quando cambia in continuazione direzione e velocità.

 

L'OSSERVAZIONE DELLO STATO DEL MARE

Accanto all'osservazione tradizionale, a vista, dello stato del mare, esiste quella strumentale che rileva l'altezza dell'onda in modo oggettivo, consentendone tra l'altro un monitoraggio pressoché continuo. Gli strumenti sono montati su boe ancorate o alla deriva. La maggior parte delle osservazioni, tuttavia, sono ancora oggi effettuate empiricamente a vista, presso le stazioni costiere o sulle unità in navigazione. La stima della dimensione del fenomeno richiede una particolare cura e, allo stesso tempo, una approfondita conoscenza tecnica delle modalità di formazione e propagazione delle onde.

Quando il vento spira sul mare, ha come conseguenza l'effetto di deformare la sua superficie, non solo nell'area dove soffia, ma, a volte, anche in zone lontane centinaia di chilometri. Infatti è possibile osservare il mare agitato anche in aree prive di vento, in quanto la deformazione non si smorza nello stesso momento in cui questo cessa, ma si attenua lentamente. La superficie del mare, rispetto allo stato di quiete, sotto il pulsare del vento, presenta innalzamenti ed avvallamenti che si susseguono con una certa regolarità, tanto che il loro movimento può essere ricondotto al concetto fisico di onda. L'onda marina è caratterizzata da diversi elementi: "l'altezza", intesa come distanza secondo la verticale tra la cresta e il ventre, cioè tra la parte più alta e più bassa dell'onda; la "lunghezza", ossia la distanza orizzontale tra due creste o due ventri successivi; la "velocità" di propagazione, cioè lo spazio percorso nell'unità di tempo dalla cresta; il "periodo", ossia l'intervallo di tempo compreso fra due passaggi consecutivi di una cresta per lo stesso punto fisso; la "pendenza", data dal rapporto tra l'altezza e la lunghezza dell'onda; la "direzione" di provenienza

e infine l'"età", definita come rapporto tra la velocità dell'onda e quella del vento.

Appena il vento inizia a spirare, il mare si increspa per l'effetto dell'attrito dell'aria che scorre sopra la superficie dell'acqua. Le onde che si formano sono dette capillari e sono modeste "increspature" della superficie marina. Dopo che si sono formate le "increspature", il vento, non esercita più soltanto un semplice attrito, ma una vera e propria pressione che provoca un abbassamento nel punto in cui è maggiormente esercitata, e un innalzamento compensativo in corrispondenza del punto ove lo è meno. Si formano così le onde di gravità, cioè le normali onde, che si muovono appunto sotto l'azione della gravità. Le onde capillari più sono corte e più sono veloci e si spianano non appena cessa il vento, quelle di gravità più sono lunghe più sonoveloci e continuano a propagarsi anche molto tempo dopo la fine del vento. Un vento di 1 o 2 nodi è sufficiente per produrre le onde capillari, mentre un vento più intenso le trasforma in onde gravitazionali. Nelle onde di gravità, per effetto della pressione causata dal vento sul mare, la massa d'acqua superficiale oscilla e assume un movimento circolare che si trasmette alle aree adiacenti, originando un profilo ondoso che si propaga nella direzione del vento. L'effetto visivo che risulta da questo processo è che sia la stessa superficie ondulata del mare a muoversi, mentre si tratta soltanto del propagarsi del profilo ondoso, senza che vi sia un vero spostamento d'acqua. Pertanto il moto dell'acqua è apparente; le sue particelle percorrono solamente traiettorie pressoché circolari, che diventano sempre più piccole verso il fondale. A una profondità equivalente a circa la metà della lunghezza dell'onda, il movimento circolare, ormai indebolito, si trasforma in piccolissimi spostamenti su un piano pressoché orizzontale, per esaurirsi subito dopo.

La formazione e lo sviluppo dell'onda marina presenta alcune fasi abbastanza definite. La prima è quella delle "increspature" ovvero delle onde capillari (periodo inferiore a un secondo); subito dopo viene la "maretta" (periodo compreso tra 1 e 4 secondi) e infine la fase dei "cavalloni" (periodo 5-12 secondi). Il meccanismo della formazione dei "cavalloni" può riassumersi come segue. Quando il vento è più veloce dell'onda, ne accelera le particelle sulla cresta, che tende a spingersi in avanti, mentre rallenta quelle nel cavo. In questo modo l'onda tende ad aumentare in altezza, in lunghezza e velocità. I valori massimi delle prime due grandezze, in funzione della velocità del vento, sono raggiunti in tempi diversi: prima in altezza e successivamente in lunghezza. La pendenza, quindi, aumenta con l'età dell'onda, per toccare il suo massimo quando la velocità dell'onda stessa raggiunge i 2/5 di quella del vento (età 0,4), per poi decrescere, a meno che non si sia rotta. In quest'ultimo caso, ossia quando l'onda si rompe, si generano i cosiddetti frangenti, ovvero le creste di spuma bianca, che crollano in avanti sul cavo antistante, sotto forma di massa di acqua spumeggiante. Le corrispondenti onde sono appunto i "cavalloni". La pendenza delle onde dipende dunque

dall'età, piuttosto che dalla velocità del vento. L'età dell'onda varia da meno di 0,1 a circa 2. Nell'età giovane le onde sono corte e camminano con una velocità minore di quella del vento; la pendenza aumenta fino al valore massimo di 1/7 (età 0,4) e poi diminuisce. Col crescere ulteriore dell'età, la velocità dell'onda può superare quella del vento; la pendenza continua a diminuire fino a un certo valore e poi rimane costante. Il moto ondoso si propaga per notevoli distanze pur attenuandosi per le perdite di energia, dovute all'attrito interno e alla resistenza dell'aria, fino a che non urta contro una costa.

Le onde del tipo "increspature", "maretta" e "cavalloni" sono tutte determinate dall'azione diretta e in atto del vento sul posto, e prendono il nome di onde vive. La direzione di provenienza del moto ondoso è compresa entro un angolo di 10 gradi con quella del vento. Il mare costituito da onde vive viene detto "mare vivo" e in inglese "sea". Quando le onde sono causate da un vento che ha soffiato precedentemente (fino a 4 giorni prima) anche in tratti di

mare molto distanti (fino a 4000 chilometri), il corrispondente mare è detto "mare morto o lungo" e in inglese "swell". La direzione del mare lungo è indipendente da quella del vento in atto.

LA STIMA DEL MARE

Valutazione delle dimensioni dell'onda e dello stato del mare

L'altezza delle onde aumenta quando il vento fornisce sufficiente energia. Quando vengono superati 10 nodi di vento, non aumenta solo l'altezza delle onde, ma anche la loro lunghezza e velocità. Questi aumenti non sono illimitati, ma presentano valori massimi finali, per raggiungere i quali è necessario che l'azione del vento sia invariata e persistente per lungo tempo. Solo dopo qualche giorno la velocità dell'onda diviene uguale a quella del vento e le sue dimensioni non aumentano più.

Oltre la velocità del vento e la sua persistenza, un altro elemento fondamentale per lo sviluppo delle onde è il "fetch", ovvero il tratto di mare sul quale il vento agisce con direzione ed intensità pressoché invariate. In particolare, in una determinata zona di mare, le caratteristiche dell'onda dipendono dalla parte di fetch sopravvento alla zona stessa. Ad esempio, se navigassimo alla distanza di un miglio dalla costa con un forte vento proveniente da terra, indipendentemente dalla sua durata, sperimenteremmo onde molto più basse di quelle che incontreremmo ad una distanza di 20 miglia. O anche, navigando nelle vicinanze del centro di una depressione, dove le isobare sono molto curve e il vento non può spirare con direzione costante per una distanza considerevole, potremmo trovare con maggiore probabilità un mare meno sviluppato di quello che incontreremmo alla periferia del minimo dove il fetch è maggiore.

Per stimare, dunque, le dimensioni delle onde per una data velocità del vento, dobbiamo prendere in considerazione sia la durata del vento che il fetch. Il diagramma ci dà l'altezza dell'onda e il suo periodo in funzione della velocità del vento, della sua durata e del fetch. Se ci basta conoscere lo stato del mare possiamo utilizzare la semplice tabella sottostante.

Propagarsi e affievolirsi del mare lungo

Fetch

Quando le onde si propagano oltre la zona in cui il vento le ha generate si ha il "mare lungo". Queste onde se non incontrano un vento contrario che le spiani, viaggiano per molto tempo e per grandi distanze. Per conoscere la velocità con cui si propaga il mare lungo e quindi stimare quando arriverà in una certa zona, dobbiamo considerare che esso viaggia con una velocità che è quasi la metà di quella del vento nella zona in cui è stato generato. Ad esempio se il vento in una determinata zona di mare è 40 nodi, le onde lunghe che si propagano lontano da questa area, viaggeranno con una velocità di circa 20 nodi. Man mano, poi, che si allontanano dalla zona di origine, a causa dell'attrito, le onde di mare lungo tendono ad affievolirsi. L'altezza si riduce di 1/3 ogni volta che le onde percorrono una distanza in chilometri pari a 6 volte la lunghezza d'onda, misurata in metri, oppure una distanza in miglia equivalente alla lunghezza d'onda misurata in piedi. Ad esempio un'onda di 1,5 metri di altezza e di 25 metri (circa 80 piedi) di lunghezza, si riduce ad un metro di altezza dopo che ha viaggiato per 150 chilometri (circa 80 miglia).

Onde di acqua bassa

Quando la profondità del mare diviene minore della metà della lunghezza d'onda, influenza le caratteristiche dell'onda stessa.

Ad esempio, un'onda di lunghezza 12 metri, incomincia a sentire l'influenza del fondale quando questo diviene inferiore a 6 metri.

Al decrescere ulteriore della profondità, diminuiscono anche la lunghezza e la velocità dell'onda, ma se questa è un'onda di mare vivo, l'altezza rimane quasi la stessa.

Quindi le onde diventano più fitte e sempre più ripide, finché si instabilizzano e si rompono.

Ciò avviene quando la profondità del mare è circa una volta e mezza l'altezza dell'onda.

Ad esempio, un'onda di 2 metri si rompe quando giunge su un fondale di 3 metri.

Si formano in questo modo i frangenti (breakers).

Quando i frangenti su una spiaggia si dispongono lungo una linea più o meno continua, si ha una linea di rottura (surf).

Le onde lunghe e basse, invece, quando giungono in acque poco profonde, possono addirittura aumentare in altezza e formare onde a ricciolo (rollers).

 

LA PRESSIONE ATMOSFERICA

La pressione atmosferica per un certo punto della superficie terrestre è determinata dal peso della colonna d'aria sovrastante. Le isobare sono le linee congiungenti i punti di eguale pressione e, opportunamente intervallate nei valori, rappresentano le carte isobariche. Le isobare delimitano particolari configurazioni bariche, responsabili principali dell'andamento del tempo:

Depressione o zona di bassa pressione: insieme di isobare chiuse su di una zona in cui la pressione appare sempre più bassa procedendo verso il centro;

Anticiclone o zona di alta pressione: la pressione appare sempre più alta procedendo verso il centro;

Pressione livellata: zona di pressione uniforme.

Quanto più le isobare sono vicine, tanto più la variazione della pressione è rapida.

La distribuzione delle zone di alta e bassa pressione sulla terra è estremamente variabile da zona a zona e nelle stagioni, anche se segue delle leggi che di massima si ripetono (es.: anticiclone delle Azzorre, che nei mesi estivi tende ad estendersi a tutto il Mediterraneo occidentale).

I VENTI

I venti, moti pressoché orizzontali delle masse atmosferiche, sono direttamente collegati alle situazioni bariche. Essi tendono a "colmare la pressione" — cioè ad andare dalle zone di alta a quelle di bassa pressione — e sono tanto più forti quanto maggiore è la variazione della pressione (gradiente barico). Principalmente per effetto della rotazione della terra nell'emisfero Nord il vento, procedendo dall'alta alla bassa pressione, tende a deviare verso destra fino a formare con le isobare un angolo intorno ai 20°.

Per quanto detto, allora:

La forza del vento è direttamente proporzionale alla vicinanza delle isobare, cioè al variare del gradiente barico, e la sua direzione segue l'andamento delle isobare: nell'emisfero Nord, il vento spira in senso orario attorno alle zone di alta pressione (circolazione anticiclonica: dall'alta alla bassa pressione deviando verso destra), in senso antiorario attorno alle zone di bassa pressione (circolazione ciclonica: verso la bassa pressione deviando verso destra).

Interessante ricordare la regola di Buys-Ballot valida per l'emisfero Nord: volgendo la faccia al vento, si ha la bassa pressione sulla destra un pò indietro, e l'alta pressione sulla sinistra un pò avanti.

Mentre negli oceani si verificano anche venti permanenti come gli Alisei o periodici come i Monsoni, nel Mediterraneo soffiano venti locali come Tramontana, Scirocco, Maestrale, Grecale. Soprattutto nel periodo estivo, in condizioni di tempo stabile e bello si verificano le brezze di mare e di terra, provocate dal maggior riscaldamento diurno della terra (brezza dal mare) e dalla maggiore conservazione del calore da parte del mare durante la notte (brezza dalla terra).

Sotto l'aspetto della circolazione generale dell'atmosfera alle nostre latitudini (regioni extratropicali), si può dimostrare che dominano correnti di SW che, al crescere della latitudine, assumono man mano una direzione occidentale (correnti da W). Si può quindi affermare che il tempo sull'Europa e sul Mediterraneo proviene da Ovest e va verso Est. Questo non vuol dire peraltro che particolari situazioni bariche non possano fare pervenire venti e perturbazioni da Est: è tutto il sistema che comunque si sposta verso Ovest.

IL MARE

Le onde sono l'effetto dell'azione del vento sul mare. Le loro dimensioni sono in rapporto alla forza del vento e alla lunghezza della superficie marina che il medesimo investe (fetch), ossia al tempo e allo spazio in cui esse sono alimentate. Le onde provenienti dal largo verso la costa risentono dei fondali e via via che questi salgono, frangono pericolosamente (frangenti).

Pertanto, importantissima per la navigazione è la posizione della costa rispetto al vento: costa sopravvento, sempre sicura (piccole onde vive), costa sottovento pericolosa per i frangenti.

Le onde sono caratterizzate dai quattro noti elementi: lunghezza, altezza, periodo, velocità.

LA TEMPERATURA E L'UMIDITÀ ATMOSFERICA

Esse costituiscono i due elementi fondamentali per la comprensione dei fenomeni atmosferici, perché caratterizzano le masse d'aria.

La più importante fonte diretta di calore per l'aria è la superficie terrestre che reirradia il suo calore, tanto maggiore quanto più i raggi del sole la colpiscono verticalmente. Le variazioni della temperatura saranno quindi giornaliere, stagionali, in funzione della latitudine e dell'altezza sul livello del mare.

L'umidità atmosferica è dovuta all'evaporazione prodotta sulle superfici acquee e sulle fonti secondarie dalla azione calorifica della radiazione solare. Il vapore si diffonde negli strati atmosferici inferiori, distribuito in funzione della temperatura e del tipo di regione. La quantità di vapore che l'aria può contenere è funzione della temperatura: l'aria si definisce satura quando contiene la massima quantità di vapore compatibile con la sua temperatura. La quantità di vapore d'acqua necessaria alla saturazione diminuisce rapidamente al decrescere della temperatura.

Una porzione d'aria che compia un movimento verticale tende ad espandersi per la maggiore rarefazione dell'aria e quindi a raffreddarsi. Tale effetto di raffreddamento si riduce tanto più quanta più umidità contiene l'aria, perché viene attenuato dal calore prodotto dal vapore che condensa.

Una massa d'aria che sale si dice instabile quando la sua temperatura alle varie quote tende a rimanere maggiore di quella degli strati in cui viene mano a mano a trovarsi, rispetto ai quali risulterà pertanto costantemente più leggera tendendo, di conseguenza, a continuare l'ascesa.

Una massa d'aria si dice invece stabile quando la distribuzione della temperatura con l'altezza diminuisce in maniera tale da ostacolare i moti convettivi. Per quanto detto, a parità di altre condizioni, una massa d'aria è tanto più instabile quanto maggiore è l'umidità che contiene.

LE NUBI, LE PRECIPITAZIONI E LE NEBBIE

Quando la temperatura di una porzione d'aria in salita si abbassa tanto da far condensare il vapore contenuto al di sopra del livello di condensazione, si formerà una nube. Oltre tale livello l'aria instabile tende a seguitare il suo moto determinando una nube con sviluppo verticale; per contro, il moto dell'aria stabile tenderà a smorzarsi sviluppando una nube in senso orizzontale (stratificata).

Così nubi caratteristiche d'instabilità sono i cumuli (Cu) e i cumulonembi (Cb) — dai contorni delineati e ad accentuato sviluppo verticale — che vanno dalle piccole nubi lungo la costa foriere di buon tempo che non danno mai pioggia, ai cumuli più notevoli che indicano spesso l'arrivo di masse d'aria fredda, provocando a volte acquazzoni ma più spesso raffiche di vento disordinate e violente, ai grandi cumulonembi che testimoniano la presenza di fortissime correnti ascendenti e provocano rovesci violenti di pioggia e di grandine e venti violenti che variano notevolmente di direzione.

Nubi di stabilità sono i cirri (Ci), i cirrostrati (Cs), gli altostrati (As), i nembostrati (Ns), gli strati (St), che sono decrescenti in quota, vanno da una modesta copertura in quota dei cirri agli strati nuvolosi densi dei nembostrati e a volte strati e caratterizzano solitamente l'arrivo di masse d'aria calde. Nubi di limitata instabilità sono i cirrocumuli (Cc), gli altocumuli (Ac), gli stratocumuli(Sc).

Le precipitazioni si verificano allorquando le particelle di vapore acqueo raggiungono dimensioni tali da non poter più mantenersi in sospensione nell'aria. In funzione della temperatura esse possono essere allo stato liquido o solido.

Le nebbie, forme di condensazione del vapor d'acqua a contatto con suolo o con mare, possono crearsi per irraggiamento, per avvezione, per evaporazione. Quelle che possono interessare i nostri mari sono le ultime due, che si formano quando una massa d'aria umida scorre sulla superficie marina più fredda, oppure quando si verificano evaporazioni da superfici acquee più calde dell'aria.

LE MASSE D'ARIA E I FRONTI

Le masse d'aria sono porzioni dell'atmosfera ricoprenti ampie superfici, caratterizzate da temperatura e umidità pressoché uniformi all'interno delle stesse. Tali caratteristiche vengono assunte nelle zone di origine. Così, ad esempio, si hanno arie artiche, fredde secche e stabili, arie tropicali, calde ricche d'umidità, instabili all'origine.

Le masse d'aria con le loro proprietà fisiche si muovono trasportate dalle circolazioni dei venti e vengono normalmente indicate con le loro caratteristiche termodinamiche anziché con quelle delle regioni di origine: così si avranno masse d'aria calde e masse d'aria fredde.

Quando due masse d'aria entrano in contatto, si formano delle zone di discontinuità denominate superfici frontali. Esse sono sempre inclinate verso l'aria fredda che tende ad incunearsi sotto quella calda. La superficie frontale interseca la superficie terrestre secondo una linea denominata fronte. In relazione alla mobilità delle masse d'aria si hanno fronti caldi (massa calda che avanza), freddi (massa fredda che avanza) e occlusi, che sono un incontro dei due tipi di fronti con tre differenti tipi di aria.

La violenza dei fronti e quindi l'entità dei fenomeni connessi dipendono dalle caratteristiche fisiche delle due masse d'aria che si scontrano.

Fronte caldo

Fronte freddo

Col fronte caldo l'aria calda sale lentamente sopra quella fredda, si verificano i fenomeni nuvolosi caratteristici del regime di "stabilità", cioè dai cirri ai nembostrati, con precipitazioni sotto gli altostrati e i nembostrati. La pressione col sopraggiungere dell'aria calda, e quindi meno densa, diminuisce gradualmente fino al passaggio del fronte. I venti non riserbano grandi sorprese fino a detto passaggio e continuano a spirare dai quadranti meridionali. Al passaggio del fronte il vento cambia bruscamente di direzione ruotando in senso orario (es. da S a SW e poi NW; si ricordi la circolazione antioraria intorno alle basse pressioni).

Col fronte freddo l'aria fredda avanzando si incunea sotto quella calda che viene sollevata violentemente verso l'alto creando depressione. Si vengono a verificare i fenomeni caratteristici della "instabilità" con relative formazioni nuvolose cumuliformi e nembostrati e precipitazioni violente. La pressione diminuisce irregolarmente fino al passaggio del fronte, poi aumenta repentinamente accompagnata da una diminuzione della temperatura e da un rinforzo del vento, che gira rapidamente anche di 180° in senso orario (es. da SW a NW). Prima del passaggio del fronte sotto gli imponenti fenomeni nuvolosi si possono verificare groppi di vento anche violenti di direzione estremamente variabile.

Con i fronti occlusi le manifestazioni sono simili a quelle viste per i fronti caldi e freddi.

Le grandi depressioni sono solitamente precedute da un fronte caldo e seguite da un fronte freddo.

I TEMPORALI

I temporali isolati, prevalentemente estivi, sono fenomeni locali talvolta violenti che si generano anche in regimi di tempo buono, a seguito di movimenti verso l'alto di piccole masse d'aria calde e umide e quindi estremamente instabili che, se le condizioni sono propizie, si autoalimentano fino a trasformare il cumulo iniziale in cumulonembo, che si sposta in condizione di pressione pressoché livellata alla velocità dell'aria circostante. Le prime raffiche di vento sono calde, mentre al passaggio del temporale il vento rinforza e diventa freddo, provenendo dalla parte alta della nuvola, e cambia repentinamente la direzione.


LE ONDE MARINE

Quando si parla di onda il pensiero corre automaticamente alle onde marine che, effettivamente, sono le uniche a potersi definire proprio onde. Infatti oggi si parla comunemente anche di altri tipi di «onde», per esempio quelle elettromagnetiche e quelle sonore; tuttavia in questi casi più che di onde si dovrebbe parlare di variazioni periodiche di campi elettromagnetici o di situazioni di compressione di molecole d'aria. Il fatto che tali variazioni periodiche vengano generalmente rappresentate in grafici che assumono un aspetto ondulatorio non vuol dire affatto che esista un legame fra i vari tipi di fenomeno. Se ci riferiamo proprio alle onde marine, di cui ci vogliamo brevemente occupare, per prima cosa notiamo per esempio che il loro aspetto è quanto mai differente dalla rappresentazione di fenomeni ondulatori di altro genere. Mentre l'aspetto che di solito viene schematicamente indicato ricorda una sinusoide (curva rappresentativa della funzione trigonometrica «seno»), in realtà la forma delle onde marine si presenta in una conformazione che ricorda un altro tipo di curva geometrica, piuttosto complicata da descrivere analiticamente: la trocoide. Bando alle definizioni poco comprensibili, riferiamoci invece alla figura, nella quale vediamo come l'onda marina si presenti con delle elevazioni a forma di cuspide («creste») e degli avvallamenti piuttosto allungati («gole» o «cavi»). Possiamo pertanto passare a definire i parametri principali tipici di un'onda marina, che sono:

  • la lunghezza L, distanza orizzontale fra due creste successive;
  • l'altezza A, distanza verticale tra il livello delle creste e il livello delle gole;
  • la rapidità A/L, ossia il rapporto fra altezza e lunghezza;
  • la velocità di propagazione V, spazio percorso dalla configurazione dell'onda in un tempo unitario (per esempio metri al secondo);
  • il periodo P, ossia il tempo che la configurazione dell'onda impiega a fare un percorso pari alla sua lunghezza. Vediamo subito perché abbiamo parlato sempre di configurazione. Ciò che si muove, che si sposta, è infatti la configurazione dell'onda e non la materia, anche se, in pratica, principalmente a causa della viscosità del liquido, esiste un certo trascinamento di materia nella direzione di propagazione. Ma se si osserva per esempio un galleggiante non ancorato in balìa delle onde, si nota che esso sale e scende e solo molto lentamente viene trascinato nella direzione del moto delle onde stesse. Un aspetto caratteristico è inoltre la velocità di propagazione che, a differenza di altri tipi di fenomeni ondulatori, è variabile e lo è precisamente in dipendenza della lunghezza d'onda, nel senso che è tanto maggiore quanto maggiore è la lunghezza.

Altra caratteristica tipica è la rapidità dell'onda, perché da essa dipende il frangersi delle creste anche senza l'azione dinamica del vento. Infatti, se la rapidità A/L supera 1/7 (onda che si accorcia), le creste diventano vere e proprie cuspidi e si rompono generando spuma. Tale fenomeno può talora essere utile per avvistare una zona infida di bassifondi. Infatti, vedendo, per esempio, una zona dove le onde frangono senza un apparente motivo, se ne può dedurre la presenza di un bassofondo, poiché questo, rallentando per attrito le onde, praticamente le accorcia fino a che queste si trovano nella condizione di frangere. Spesso si parla di onde lunghe o corte, alte o basse. Esiste a tal proposito una distinzione come segue:

  • onde basse fino ad altezza inferiore ai 2 metri;
  • onde medie tra 2 e 4 metri;
  • onde alte oltre i 4 metri;

per quanto riguarda la lunghezza:

  • onde corte inferiori a 100 metri;
  • onde medie fra 100 e 200 metri;
  • onde lunghe oltre i 200 metri.

Tali definizioni vengono di solito impiegate per definire le cosiddette onde «lunghe» o «mote», ossia onde che sono state generate rispettivamente in altra zona e sono giunte nella zona di osservazione non più sotto l'azione del vento, oppure sono state generate nella stessa zona da un vento ormai caduto. In queste situazioni le onde possono essere osservate e studiate con una certa regolarità, cosa che invece è molto difficoltosa quando il mare è sotto l'azione del vento, generatore delle onde, dal momento che esse appaiono in una sequenza molto irregolare e scomposta.

D'altra parte al navigante interessa principalmente questo tipo di mare, detto con efficacia mare «vivo». Il vento genera lo stato del mare e pertanto questo «si forma» sotto la sua azione fino a diventare «completamente formato» presentando una configurazione generalmente caotica, nel senso che, mentre la lunghezza bene o male ha una certa costanza, l'altezza varia anche molto da onda a onda successiva.

Parlare quindi di media di altezza non ha molto significato per il marinaio cui interessa principalmente l'altezza da confrontare con le dimensioni della sua nave. Ha invece significato parlare della media delle onde più alte, ossia di quella che viene detta per l'appunto «altezza delle onde significative», dato che figura per esempio nei bollettini o comunque nei rapporti meteorologici. La determinazione di questo dato trae la sua origine da analogie di comportamento in situazioni simili in zone simili, registrate accuratamente da misurazioni ondametriche che hanno permesso la determinazione di una legge empirica ma efficace mediante la quale, conoscendo la forza del vento, la sua durata e la distanza dal ridosso, si riesce a prevedere l'altezza media significativa delle onde.

Molto importante è anche quello che è stato definito il periodo delle onde. Il fatto che anche con mare vivo si abbia una certa costanza di lunghezza, fa sì che il periodo sia anch'esso quasi costante.

Per misurare il periodo basta essere fermi e misurare quanto tempo dura un'oscillazione completa.

Ovviamente, essendo in moto, se si procede contro il fronte d'onda il periodo diminuisce e invece aumenta se si procede col mare in poppa.

Bisogna evitare comunque che il periodo di oscillazione entri in risonanza con il periodo di oscillazione della propria nave, fatto che viene avvertito allorché l'ampiezza delle oscillazioni della nave viene notevolmente amplificata anche senza che le onde sianoparticolarmente alte. Inoltre, sempre per evitare eccessivi movimento alla propria nave bisogna cercare di «allungare» l'onda, cosa possibile tagliando fin che possibile diagonalmente il fronte d'onda e regolando opportunamente la velocità.

Come si vede l'osservazione delle onde è di capitale importanza non solo per la comodità a bordo ma particolarmente in vista della sicurezza della navigazione quando il mare non è calmo.


 



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