Il fenomeno atmosferico più distruttivo: il Tornado
I tornado (da noi chiamati “trombe d’aria”) rappresentano il fenomeno atmosferico più incredibile e distruttivo. Essi generano i venti più forti che si possono riscontrare in natura, ancora più intensi di quelli prodotti dagli Uragani.
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Cosa sono i tornado
Il tornado è un vortice d’aria che sale all’interno di una nube. Nella fase iniziale o in quella più matura, tutti i temporali sono caratterizzati da correnti ascendenti, chiamate “updrafts”. Queste correnti sono formate dall’aria calda e umida che alimenta i temporali, ma in alcuni casi la colonna di aria ascendente diventa un vortice assumendo la forma di imbuto. Spesso un tornado è localizzato sul bordo delle correnti ascendenti, vicino alle correnti discendenti contenenti pioggia o grandine.
Questo è il motivo per cui un rovescio violento o la grandine alcune volte annunciano l’arrivo di un tornado. Una delle questioni chiave a cui gli scienziati stanno cercando di dare una risposta è il motivo per cui in alcuni temporali le correnti ascendenti diventano dei tornado mentre in altri non si verifica assolutamente nulla.
L’aria che sale dal suolo in un tornado crea una zona di bassa pressione in superficie che richiama aria dalle zone circostanti. Anche questo vento convergente può creare notevoli danni: in altre parole non servono che una casa, un auto, ecc., siano colpite direttamente dal tornado per subire distruzioni. Il centro del vortice del tornado è un’area di bassa pressione e come tale l’aria soffia verso il vortice, la depressione raffredda l’aria, e il vapore condensa.
Quando il vento comincia a turbinare solleva polvere, sporcizia e i detriti dal suolo dando al tornado una colorazione scura. Il turbine che raccoglie della polvere molto fine può conservare una colorazione biancastra. Alcuni tornado hanno assunto colorazione rossastra generata dalla polvere aspirata da terreni di tale colorazione.
Sebbene l’aria in un tornado sia ascendente, l’imbuto cresce dalla nube verso il suolo. Il termine “imbuto” viene messo in relazione a un vortice simile a un tornado, ma che non può raggiungere il suolo. Quando “l’imbuto” tocca il suolo, diventa un tornado. Tuttavia di frequente gli imbuti sono già tornado, ma la parte più vicina alla superficie è ancora invisibile perché la nube non si è formata in prossimità del suolo e quindi è stata catturata ancora poca polvere.
Attenzione: non pensate di essere al sicuro vicini o sotto una nube ad imbuto!
Gli esperti ritenevano che i venti in un tornado potessero soffiare a velocità superiori a 800 km/h, ma le ricerche degli ultimi anni (incluse dettagliate analisi dei movimenti del tornado in diverse videoregistrazioni) hanno evidenziato che raramente la velocità dei venti supera i 450 km/h e la maggior parte dei tornado hanno venti con velocità inferiori a 200 km/h. I tornado sono inoltre relativamente piccoli. Un tornado medio può avere un diametro da 120 a 150 metri e può compiere una distanza di 7/8 km al suolo ed avere una durata di alcuni minuti.
Un tornado che supera la larghezza di 1 km è estremamente raro. Molti tornado sono piccoli, larghi meno di 30 metri e durano solo alcuni minuti. Alcuni vortici di eccezionale intensità sono larghi 1800 metri e oltre e possono durare oltre un’ora. Dalla nube temporalesca i tornado possono scendere al suolo e compiere un tragitto per poi risalire ed essere seguiti da altri tornado. Generalmente si muovono lungo sul suolo ad una velocità fra i 35 ed i 90 km/h, ma in alcuni casi possono superare i 130 km/h. Spesso i tornado più distruttivi hanno piccoli vortici conosciuti come “vortici di risucchio” che ruotano attorno al vortice principale. Questo è stato evidenziato in alcune foto in cui sono state evidenziate tracce lasciate nei campi di grano simili a dei movimenti ad “elica”.
I venti più violenti della natura
I più forti tornado si verificano sulle pianure centrali degli Stati Uniti. Raramente i tornado colpiscono l’Alaska e le Hawaii. Anche sulla nostra Pianura Padana possono verificarsi dei tornado (chiamati comunemente trombe d’aria) anche se non di forte intensità. Fortunatamente solo il 2% di essi hanno venti con velocità più alte di 350 km/h.
Il risultato di una combinazione tra le correnti al suolo e quelle in quota
I tornado sono particolarmente legati alla stagione primaverile, me possono avvenire in ogni periodo dell’anno. Il contrasto tra l’aria calda con quella fredda aiuta a fornire l’energia necessaria. Un ulteriore aiuto è dato dai venti che soffiano in quota da diversa direzione rispetto ai venti che spirano in superficie, fattore che contribuisce a darne il moto rotatorio necessario.
Come si formano i tornado: una guida base
Il National Weather Service definisce un tornado come “una violenta rotazione di una colonna d’aria in contatto con il suolo che scende da un temporale”. In altre parole un temporale è il primo stadio per la creazione di un tornado. Quando anche le altre condizioni sono favorevoli, la nube temporalesca crea uno o più tornado. Le condizioni richieste per lo sviluppo della nube temporalesca le conosciamo:
Forte riscaldamento del suolo, con umidità nei bassi e medi livelli dell’atmosfera;
Aria più fredda e secca in quota;
Una forza ascendente. È necessario qualcosa che causi il sollevamento dell’aria; la più comune forza ascendente è la spinta di Archimede (tramite il riscaldamento dell’aria vicino al suolo da parte dei raggi solari, l’aria diventando più leggera);
Aria instabile. Ciò significa aria che continua a salire una volta che ha iniziato la sua ascesa. E questo, come sappiamo, è tanto più favorito quanto più l’aria in quota è fredda;
Un’altra “spinta” ascendente può essere provocata da un’irruzione di aria fredda la quale, incuneandosi con forza al di sotto della preesistente aria più calda, ne provoca l’ascesa (fronte freddo).
Normalmente negli Stati Uniti i più forti temporali si formano con correnti calde ed umide provenienti da Sud-Est, ovvero dal Golfo del Messico, sull’avanzare di un fronte freddo in quota in arrivo da Nord, Nord-Ovest. Nel nostro paese invece le trombe d’aria vengono innescate dall’arrivo di aria fredda, principalmente da Nord-Ovest, che trova sulla Pianura Padana aria calda e umida stagnante al suolo da diversi giorni, originata spesso da un’alta pressione di matrice sub-tropicale. Fondamentale per lo sviluppo dei tornado è anche la presenza di vari strati a diverse quote con umidità e temperatura diversi dagli strati soprastanti o sottostanti.
Questi livelli si possono individuare alle altezze tra i 900 e i 1500 metri che di solito contengono aria calda e umida. Dai 1500 ai 3000 metri invece, c’è aria secca e più fredda. Per finire, un contributo fondamentale per l’intensità e la violenza dei temporali è data dalle correnti a getto (Jet Stream) un fiume d’aria molto stretto e veloce che scorre a 7/8 km dal suolo e che può superare anche i 300 km/h.
I segnali per la probabile formazione di un tornado
I tornado si formano nelle correnti ascendenti di una nube temporalesca. Quelli più forti sono spesso vicino al bordo, tra le correnti ascendenti e quelle discendenti. La pioggia che cade o la grandine, spingono l’aria verso il basso per formare le correnti discendenti (“downdrafts”). Come abbiamo detto, questo è il motivo per cui un forte rovescio di pioggia o di grandine precede un tornado. Forti venti, dunque, possono colpire a centinaia di metri dal vortice del tornado con danni anche considerevoli. La combinazione di condizioni che causano i tornado sono frequenti nel Sud degli Stati Uniti nella stagione primaverile. Come la stagione avanza, le trombe d’aria si spostano a Sud, nelle Grandi Pianure e nel Midwest. Spesso un grosso sistema temporalesco può creare le condizioni per il verificarsi di ripetuti tornado per giorni e giorni.I tornado più intensi sono formati da più vortici
I tornado più violenti che colpiscono le pianure americane spesso hanno più di un vortice che ruota attorno al suo centro. A volte questi vortici sono come dei piccoli tornado che si muovono attorno al vortice padre. Questi vortici ausiliari si formano e muoiono mentre il centro si muove lungo il suolo. Essi sono chiamati vortici di risucchio e sono responsabili dei forti venti al suolo. La polvere, i detriti in sospensione e la nube rendono difficile vedere i singoli vortici dal suolo. I vortici multipli sono più comuni in tornado di intensità F4 o F5 della scala di Fujita.
La scala Fujita
La scala Fujita prende il nome da T. Theodore Fujita, un professore dell’Università di Chicago. È stata introdotta nel 1971 e classifica i tornado in base agli effetti che produce all’ambiente, agli edifici e ad altre infrastrutture o manufatti costruiti dall’uomo.
| Grado F | Classificazione | Vento km/h | Effetti provocati |
| F0 | Debole | 65-120 | Rami degli alberi spezzati, danneggiati i cartelloni e i segnali stradali. |
| F1 | Moderato | 120-180 | Spostamento di mobili. Asportazione della superficie dei tetti; auto spinte fuori strada; piccoli stabili distrutti (garage, box). |
| F2 | Intenso | 180-250 | Alberi sradicati, oggetti scagliati lontano a forte velocità, interi tetti sollevati dalle case, case senza fondamenta devastate. |
| F3 | Forte | 250-330 | Boschi rasi al suolo, auto trascinate o sollevate da Terra, possibilità di crollo di pareti di case, tetti scagliati lontano. |
| F4 | Devastante | 330-420 | Oggetti che diventano missili scagliati a notevole distanza (per esempio alberi), automobili sollevate da Terra e fatte volare per decine di metri, gravi danni alle case con deboli fondamenta. |
| F5 | Catastrofico | 420-520 | Auto trasformate in missili fatte volare via anche per centinaia di metri, sollevamento di autotreni di parecchie tonnellate, case con buone fondamenta trascinate lontano e distrutte, alberi distrutti e scortecciati, danni seri anche ad edifici in cemento armato, devastazione totale. |
Le Supercelle sono fondamentali per la formazione dei tornado
I più grandi, intensi e lunghi temporali hanno un indivisibile compagno: le “Supercelle”. Esse hanno la capacità di produrre grossi tornado, forti grandinate, violente raffiche di vento o piene improvvise come pure fulmini, che sono un pericolo in ogni temporale. Questi temporali sono caratterizzati da venti in rotazione che salgono lungo la nube e vengono chiamati “mesocicloni”. Alcune caratteristiche generali aiutano a identificare le Supercelle da lontano. L’aria che sale nella nube a una velocità di 300 km/h, contribuisce a dargli l’aspetto di un cavolfiore; assumendo una rotazione mentre sale, dà alla nube un aspetto spiraliforme. In cima alla nuvola si crea come una specie di cupola. I tornado, specialmente quelli grandi, usualmente scendono dalle Supercelle nei pressi del bordo, nell’area dove non ci sono precipitazioni. Questa zona è posta sotto la nube. Milioni di piccole goccioline e cristalli di ghiaccio, il cui insieme è ciò che noi chiamiamo nube, nascondono molte delle manifestazioni che avvengono all’interno di una supercella. La forma della nube però ci aiuta a capire cosa succede all’interno. La colonna d’aria che sale ruotando, il mesociclone appunto, è il cuore della supercella. Il mesociclone fa la differenza tra i temporali capaci di formare un tornado e di quelli invece comuni, di “debole” intensità.
Come ogni temporale, una supercella necessita di aria calda e umida nella bassa atmosfera, più aria fredda in alto e qualcosa che dia all’aria vicino al suolo una spinta verso l’alto. Spesso questa spinta verso l’alto è semplicemente aria surriscaldata che sale, perché più leggera dell’aria circostante. L’aria calda sale rapidamente quando l’aria circostante è fredda. Più grande è il contrasto di temperatura più spinta e quindi energia ha l’aria che sale. Il vapore acqueo ascendente condensa in goccioline che possono trasformarsi in cristalli di ghiaccio, rilasciando del calore che si somma all’energia del temporale. Tutti i temporali di questo tipo sono alimentati dal contrasto di temperatura e dal calore latente rilasciato dall’umidità che si condensa. Per diventare una supercella, un temporale ha bisogno di venti forti provenienti da diverse direzioni a partire dal suolo fino alle quote superiori. La giusta combinazione tra velocità e cambiamento della direzione dei venti dall’aria che sale, provoca il moto rotatorio di un mesociclone. All’interno della nube si crea un complesso modello di aria che sale e scende in cui le gocce di pioggia e grandine sono mantenute sospese all’interno dell’aria che ascende. I normali temporali si spengono spesso in meno di mezz’ora quando la pioggia cade sopra l’aria calda che sale. Questo infatti esaurisce il rifornimento di energia dato, appunto, dall’aria calda in salita.
Le Supercelle possono durare per ore, muovendosi per centinaia di km e il moto rotatorio dell’aria che sale in un mesociclone aiuta a dare al tornado ulteriore energia. Ma gli scienziati stanno ancora cercando di capire a fondo i complessi meccanismi che governano lo sviluppo dei tornado. L’aria che sale in un mesociclone a velocità più elevate di 300 km/h è responsabile della forma a cavolfiore della supercella. Infatti ogni nube che ha tale forma ha veloci correnti ascendenti, sebbene probabilmente non così veloci come in una supercella. Come l’aria sale, essa raffredda provocando la condensazione dell’aria umida in minuscole goccioline. Queste goccioline non si trasformano in cristalli di ghiaccio, anche quando la temperatura dell’aria circostante è molto più bassa del punto di congelamento. In più riflettono molta luce, dando alla nube un aspetto compatto e solido.
Nelle parti della nube dove l’aria non sale o dove l’aria smette di salire, le goccioline d’acqua si trasformano finalmente in cristalli di ghiaccio che sono più grandi delle goccioline. La stessa quantità d’acqua produrrà meno cristalli di ghiaccio rispetto al numero delle goccioline. I cristalli di ghiaccio riflettono meno luce dando alla nube un aspetto più soffice. Alcune volte, ma non sempre, il movimento rotatorio è evidenziato dalla nube che assume forma di spirale o di un cavatappi. In altre occasioni le nubi circostanti nascondono questo fenomeno. Se l’aria sale abbastanza rapidamente essa oltrepassa per inerzia il livello dove di solito smette di salire; è questo a creare la cupola sulla sommità della colonna d’aria ascendente. Nei temporali più deboli la cupola può apparire e scomparire, o avere un debole aspetto. Ma se l’incudine dura più di 10 minuti e ha un aspetto evidente, il temporale è probabilmente una supercella.
La pioggia non cade dalla base della nube dove l’aria sta salendo: si conferma il motivo per cui i tornado si formano in aree lontano dalla pioggia. I tornado sono costituiti da aria ascendente, ma altri forti venti possono soffiare dal temporale o anche da altri piccoli rovesci. Questi “downbursts” possono portare venti più veloci di 180 km/h i quali possono arrecare danni maggiori degli stessi tornado. Le Supercelle sono meglio osservate nelle pianure occidentali degli Stati Uniti, meno in quelle orientali dove l’aria è più umida e c’è più foschia o da altre nubi che spesso nascondono le Supercelle. Il miglior punto per osservare le Supercelle è sicuramente dagli aeroplani. I piloti se ne tengono alla larga, i jet usualmente sfrecciano ad altitudini tra i 9 e i 12 km di altezza, ma la cima di una supercella può essere tra i 15 e i 18 km. Stando seduti comodamente all’interno di un aereo si può spesso osservare le supercella che supera in altezza le nubi circostanti. Da questa visuale esse spesso sembrano innocue a meno che non si riconosca cosa rappresenti quel tipo di nubi per l’evoluzione del tempo in superficie: tornado, forti grandinate e “downbursts”, appunto.
Un “tappo” spesso aiuta lo sviluppo di un tornado
Un “tappo” convettivo è uno strato di aria calda e secca negli strati medi dell’atmosfera. Spesso la temperatura cresce con l’altezza in questo strato e l’umidità relativa è estremamente bassa. L’aria calda e umida nei bassi strati dell’atmosfera vicino alla superficie è riscaldata dal Sole, ma non gli è permesso di salire a causa del “tappo” di aria calda e secca soprastante. Ma se succede che l’aria vicino alla superficie continua a riscaldarsi, aumenta enormemente la sua energia ed allora in questo caso basta un meccanismo d’innesco, quale un fronte freddo o una linea d’instabilità, per indebolire questo tappo convettivo. L’aria calda e umida vicino alla superficie comincia così a salire violentemente, a causa della improvvisa rimozione del tappo convettivo. Le Supercelle spesso si formano proprio così. Le condizioni descritte sono responsabili dei peggiori tornado mai avvenuti nella storia.
Radar Doppler e Mesocicloni
I mesocicloni possono essere rilevati dai radar doppler. Questi radar permettono di guardare dentro la supercella per rilevare la TVS (Tornado Vortex Segnature). I previsori usano il fenomeno del “Doppler Shift” per rilevare la TVS: la frequenza delle onde radar ritorna indietro a diverse frequenze quando incontra venti che si muovono verso il radar o vi si allontanano. Questa differenza di frequenza è quindi convertita in velocità del vento. Se sullo schermo appare una piccola regione in cui c’è un rapido cambiamento della direzione del vento significa che siamo in presenza di un mesociclone, quindi di un tornado. I mesocicloni aiutano ad aumentare il potere distruttivo delle Supercelle e contribuiscono a tenere in vita per ore i temporali, creando una scia di distruzione lungo il loro percorso. Le Supercelle sono responsabili di molti dei tornado che si verificano ogni anno e possono anche produrre chicchi di grandine del diametro di alcuni centimetri e venti non vorticosi con velocità superiore ai 100 km/h. Alcune supercelle producono poca pioggia, altre invece piogge copiose che possono dare alluvioni o piene improvvise.
Tornado in Italia
Si formano principalmente nella Pianura Padana nei mesi estivi, con una maggior frequenza nei mesi di Luglio e Agosto. Come già descritto, le cause principali della formazione dei tornado è dovuta all’accumulo di aria calda e umida stagnante da diversi giorni sulla pianura, con l’apporto in quota di aria più fredda e secca. Solitamente l’accumulo di aria calda è dovuto ad una figura di alta pressione di matrice africana. Quando un fronte freddo, che porta con sé aria più fresca atlantica, irrompe sulle Alpi, innesca violenti temporali che possono dare origine alla formazione di Supercelle, la “casa” dei tornado. I fenomeni fortunatamente non assumono forte intensità come negli Stati Uniti, dove i contrasti termici sono molto più marcati, in ogni caso raramente si possono verificare tornado di intensità F3-F4 (vedere scala Fujita) ad alto potenziale distruttivo, come quello che ha colpito la Brianza il 7 Luglio 2001: poteva essere una strage come a Strasburgo, ma per fortuna la violentissima tromba d’aria che quel sabato pomeriggio si è abbattuta sui comuni di Concorezzo, Usmate ed Arcore, non ha provocato vittime anche se purtroppo ci sono stati dei feriti. I tornado, che come ricordiamo dalle nostre parti si chiamano trombe d’aria, non sono una novità per la Pianura Padana e nel semestre caldo se ne può verificare più di una. Quello che sorprende comunque è l’inaudita violenza del vortice. Il 20 Luglio 1997 una tromba d’aria molto intensa colpì invece Bibione, in provincia di Venezia. Questi fenomeni sono difficilmente prevedibili e negli anni è prevista una loro intensificazione a causa degli squilibri apportati dal surriscaldamento globale.
Segnaliamo anche l'articolo Trombe d'aria e tornado spiegati dal Capitano Paolo Sottocorona.
In collaborazione con Renzo Bellina, di professione insegnante, è laureato in Fisica presso l’università di Trieste. Ha svolto il ruolo di previsore presso il centro meteorologico regionale del Friuli Venezia Giulia.
