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meteorologìa

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Descrizione generale

sf. [sec. XVI; da meteora+-logia]. La scienza che studia l'atmosfera e i suoi fenomeni. Essa si basa essenzialmente sulle osservazioni empiriche dei parametri, delle variabili e dei fenomeni dell'atmosfera per capirne la natura, la struttura e il comportamento. Poi, essa utilizza le leggi della fisica e i metodi matematici della fisica per analizzare le correlazioni tra le variabili osservate, per descrivere matematicamente i fenomeni e per prevedere l'evoluzione dei comportamenti dell'atmosfera e l'andamento dei fenomeni atmosferici. La meteorologia viene generalmente classificata come un settore delle scienze geofisiche, essendo collegata e interdipendente con altri settori della geofisica, quali: l'oceanografia, l'idrologia, la fisica della terra solida, la geografia fisica, la geochimica, ecc. In passato la meteorologia era intesa soprattutto come lo studio di quei fenomeni atmosferici che influivano sulle condizioni del tempo atmosferico e che era necessario conoscere in dettaglio, per le analisi e le previsioni del tempo. Poiché i fenomeni atmosferici connessi con le condizioni del tempo avvengono quasi totalmente nella troposfera, la meteorologia così intesa era limitata allo studio della troposfera e dei suoi fenomeni. Attualmente la meteorologia ha invece assunto un significato più vasto comprendente, tra l'altro, non solo la fisica della bassa e dell'alta atmosfera, ma anche ampi settori della chimica applicata ai processi atmosferici e di altre scienze applicate allo studio dell'atmosfera. La meteorologia, a sua volta, viene suddivisa in vari settori di studi specialistici la cui classificazione si basa in genere sui seguenti criteri: 1) tipologia e scala dei fenomeni studiati; 2) metodologie di analisi scientifica dei processi studiati; 3) applicazione degli studi di meteorologia per finalità determinate o per la soluzione di problemi pratici.

Classificazione: tipologia e scala dei fenomeni studiati

Per quanto riguarda il criterio della suddivisione per tipologia e scala dei fenomeni atmosferici, la meteorologia comprende i seguenti settori: la macrometeorologia o meteorologia a scala globale, la meteorologia sinottica o meteorologia a grande scala, la mesometeorologia o meteorologia a scala regionale e, infine, la micrometeorologia o meteorologia a scala locale. § La macrometeorologia si occupa degli aspetti di circolazione generale dell'atmosfera e delle interazioni complessive dell'intera atmosfera terrestre sia con i fattori astronomici e spaziali, sia con i fattori terrestri e della superficie terrestre. Questo settore riveste particolare importanza per le analisi di base del sistema climatico con particolare riguardo agli studi degli equilibri complessi e interdipendenti che si stabiliscono tra atmosfera, oceano, biosfera e geosfera e che vengono regolati da alcuni cicli fondamentali quali: il ciclo dell'acqua, il ciclo dell'anidride carbonica, le trasformazioni energetiche e il ciclo dell'energia, ecc. § La meteorologia sinottica o meteorologia a grande scala si occupa principalmente dell'analisi dinamica e termodinamica della troposfera media su scale spaziali dell'ordine di molte migliaia di km. Per tali studi viene prevalentemente utilizzato il cosiddetto metodo “sinottico” (da cui il nome di questo ramo della meteorologia) che consiste nell'analizzare le condizioni di ampie porzioni della troposfera e della bassa stratosfera in un prefissato momento e nel ripetere questa analisi a intervalli regolari e periodici di tempo. Questo metodo si è rivelato particolarmente adatto per studiare le condizioni del tempo atmosferico e per effettuare previsioni del tempo attraverso opportuni metodi che in passato erano piuttosto empirici e che in seguito, con lo sviluppo della meteorologia dinamica e l'utilizzo di potenti mezzi di calcolo, hanno raggiunto un soddisfacente livello di scientificità. § La mesometeorologia o meteorologia a scala regionale si occupa prevalentemente dei fenomeni caratteristici su scale spaziali che sono dell'ordine di parecchie centinaia di km sul piano orizzontale e di alcuni km sulla verticale (gran parte della troposfera). In questo ramo della meteorologia rientrano sia gli studi della meteorologia applicata a particolari regioni quali: la meteorologia artica e antartica, la meteorologia tropicale, la meteorologia mediterranea, ecc., sia gli studi dei fenomeni caratteristici alla scala regionale quali: i temporali, gli uragani, i cicloni tropicali, la ciclogenesi sul Mar Ligure, la circolazione di brezza, ecc. § La micrometeorologia o meteorologia a scala locale si occupa in prevalenza dei fenomeni che avvengono all'interfaccia tra atmosfera e suolo, la cui estensione verticale è confinata entro 1-2 km dalla superficie terrestre e la cui estensione orizzontale è dell'ordine di alcune decine di km. Spesso in questi studi viene utilizzato il cosiddetto metodo “locale” (da cui il nome di questo ramo della meteorologia) che consiste nell'analizzare l'evoluzione nel tempo di tutte le variabili meteorologiche riferite a un luogo prefissato e di confrontare fra loro varie località. Questo metodo si è rivelato particolarmente adatto per lo studio dei fenomeni di turbolenza meccanica e di turbolenza termodinamica dei bassi strati dell'atmosfera. Poiché la turbolenza è il fenomeno fondamentale che regola i processi di trasporto e di diffusione degli inquinanti atmosferici, la micrometeorologia si è particolarmente sviluppata anche per lo studio dei problemi di inquinamento atmosferico, per concorrere alla progettazione e alla gestione delle reti di monitoraggio della qualità dell'aria e per l'interpretazione dei dati rilevati.

Classificazione: metodologie di analisi scientifica

Se si fa riferimento ai criteri di analisi scientifica dei processi atmosferici studiati, la meteorologia si suddivide in genere in: meteorologia dinamica, meteorologia fisica, radio e radarmeteorologia, meteorologia da satellite. § La meteorologia dinamica studia i moti atmosferici e la loro evoluzione sulla base delle leggi della fisica e in particolare di quelle della fluidodinamica e della termodinamica dei gas. I principali sforzi di questo ramo della meteorologia sono indirizzati nello studio delle soluzioni analitiche, sia diagnostiche sia prognostiche, delle equazioni fondamentali della idrodinamica accoppiate con altri sistemi di equazioni scelte in modo appropriato alla situazione in esame (equazioni sui bilanci di energia, equazioni sulla conservazione della quantità di moto e del momento della quantità di moto, e così via). § La meteorologia fisica studia in particolare la fisica dei fenomeni atmosferici quali: i fenomeni ottici, elettrici, elettromagnetici, acustici, ecc., nonché la struttura e le proprietà dell'atmosfera, l'energia e la radiazione solare in atmosfera, le nubi e le precipitazioni e così via. Questo ramo della meteorologia è molto ampio e, talvolta, viene definito come fisica dell'atmosfera, suddividendolo a sua volta in altri rami specifici quali: elettricità atmosferica, fisica delle nubi e delle precipitazioni, acustica atmosferica, ottica atmosferica, ecc. § La radiometeorologia e la radarmeteorologia studiano la propagazione, la trasmissione e la diffusione delle onde elettromagnetiche nel campo delle frequenze radio e radar attraverso l'atmosfera e l'utilizzazione di tali onde per lo studio dell'atmosfera e dei suoi fenomeni. Questo ramo della meteorologia trova anche larghe applicazioni operative per l'assistenza al volo, l'assistenza agli agricoltori, ecc. § La meteorologia da satellite è un ramo della meteorologia che solo nell'ultimo scorcio del sec. XX ha acquistato un forte sviluppo, in concomitanza con il lancio di vari tipi di satelliti meteorologici e con lo sviluppo di sofisticate attrezzature sia poste a bordo dei vari satelliti artificiali, sia poste a terra su varie parti del nostro pianeta, che consentono di analizzare simultaneamente enormi quantità di dati meteorologici osservati dall'alto comprendenti vaste porzioni dell'atmosfera terrestre e del suolo sottostante. Lo studio dell'atmosfera attraverso i satelliti artificiali si è rivelato particolarmente efficace per capire molti fattori poco conosciuti della fisica dell'alta atmosfera e in particolare dei fenomeni della stratosfera superiore e della mesosfera. In questo ambito sono stati sviluppati gli studi sull'ozono stratosferico soprattutto sulla calotta polare antartica, dove sono state osservate diminuzioni rilevanti delle concentrazioni di ozono, nonché gli studi sui bilanci di radiazione solare in atmosfera e della distribuzione dei flussi di energia e calore nei vari strati verticali dell'atmosfera, finalizzati principalmente alla comprensione dei problemi legati all'effetto serra di alcuni gas atmosferici sia di origine naturale (vapor d'acqua e altri), sia di origine antropica (anidride carbonica antropogenica, clorofluorocarburi, e altri).

Classificazione: criteri di applicazione

Se si fa riferimento ai criteri di applicazione della meteorologia, si ha la seguente suddivisione: meteorologia aeronautica, meteorologia marittima, meteorologia agraria, meteorologia idraulica . § La meteorologia aeronautica studia i fenomeni atmosferici e gli aspetti più rilevanti delle condizioni del tempo ai fini della sicurezza della navigazione aerea e per l'assistenza al volo degli aeromobili. Tale assistenza richiede, tra l'altro, una complessa organizzazione operativa di strutture e di sistemi di rilevamento e di trasmissione delle informazioni meteorologiche tra operatori dei Servizi meteorologici e operatori aeronautici. § La meteorologia marittima studia i fenomeni di interazione fra atmosfera e mare e gli effetti, sui fenomeni ondosi marini, più rilevanti per la sicurezza della navigazione marittima e per l'assistenza alla navigazione di navi e natanti. Tale assistenza richiede una complessa e adeguata organizzazione per la trasmissione e lo scambio di informazioni tra operatori meteorologici e operatori marittimi. § La meteorologia agraria o agrometeorologia studia in particolare l'influenza dei fattori meteorologici sul mondo vegetale ai fini di proteggere e migliorare sia qualitativamente sia quantitativamente le produzioni agricole. § La meteorologia idraulica o idrometeorologia studia in particolare l'influenza dei fattori meteorologici sugli equilibri idrologici del suolo e del sottosuolo per vari fini, di cui i principali sono: finalità di protezione civile come la prevenzione e il controllo delle alluvioni, il controllo dei bacini fluviali dalle inondazioni, la protezione del suolo e delle coste dall'erosione, ecc.; finalità di ingegneria idraulica come la progettazione e la realizzazione di opere di irrigazione, di dighe e laghi artificiali, di opere di canalizzazione e di regimazione delle acque, ecc.

Organizzazioni meteorologiche

La principale organizzazione meteorologica internazionale è l'OMM (Organizzazione Meteorologica Mondiale), sorta nel 1951 dalla trasformazione dell'OMI (Organizzazione Meteorologica Internazionale) nata nel 1878 dopo l'affermazione del metodo sinottico. Altro importante organismo internazionale è la Veglia Meteorologica Mondiale (World Weather Watch o WWW) il cui programma, in corso dal 1972, utilizza per il coordinamento di tutte le stazioni meteorologiche mondiali i più moderni sistemi di elaborazione dei dati. § In Italia, le principali istituzioni che operano a livello nazionale nel campo della meteorologia sono: il Servizio meteorologico dell'Aeronautica Militare, che si occupa in particolare del rilevamento sinottico e della previsione del tempo; il Servizio idrografico dei Lavori Pubblici, che controlla le attività delle stazioni pluviometriche pubblicando dati raccolti negli Annali idrologici; l'Ufficio centrale di Ecologia agraria, che coordina le stazioni non comprese nella rete sinottica e rileva i dati utili all'agricoltura; il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), che, attraverso alcuni suoi istituti, compie attività di ricerca di base ed applicata in vari settori della meteorologia fisica, della micro-meteorologia, della chimica dell'atmosfera; l'Ente per le Nuove Tecnologie, l'Energia e l'Ambiente (ENEA) che, attraverso alcuni suoi laboratori dell'area ambientale, compie attività di ricerca applicata alla protezione dell'ambiente, in vari settori della micrometeorologia, della macrometeorologia e della meteorologia fisica.

Cenni storici: dalle origini a metà Ottocento

Fin dai tempi più antichi, gli uomini compirono osservazioni sui fenomeni atmosferici più direttamente collegati alle varie attività umane. Notarono il regolare andamento climatico delle stagioni ricavandone regole pratiche per la coltivazione dei campi, collegarono la successione di determinati fenomeni per formulare previsioni del tempo, osservarono i venti e le perturbazioni per rendere più sicura la navigazione. La prima trattazione scientifica riguardante l'atmosfera si deve ad Aristotele, il quale nell'opera Le Meteore trattò vari fenomeni meteorologici insieme ad altre questioni più propriamente di fisica e di astronomia. Nei secoli successivi non furono portati contributi notevoli alla scienza dell'atmosfera e tale situazione si protrasse anche nel Medioevo, epoca in cui gli studiosi si limitarono a raccogliere e a catalogare, senza tentare una spiegazione razionale, i più appariscenti eventi atmosferici. Solo tra i sec. XVI e XVII, con l'affermazione del metodo sperimentale e il rinnovato interesse per la scienza, la meteorologia incominciò a svilupparsi in senso moderno assumendo veste scientifica. Verso la metà del sec. XVII erano già a disposizione degli studiosi alcuni strumenti essenziali come il termometro, il barometro, l'igrometro e il pluviometro, e in Toscana, per merito dell'Accademia del Cimento, funzionava la prima rete di stazioni meteorologiche per la raccolta di dati. Nel secolo successivo e per tutta la prima metà dell'Ottocento la scienza meteorologica progredì costantemente ma lentamente: furono perfezionati e inventati nuovi strumenti e organizzate altre reti di rilevamento, mentre venivano acquisite nuove nozioni teoriche, derivate da altre discipline come la termodinamica e la chimica dell'aria, e nozioni pratiche portate soprattutto da navigatori, esploratori e viaggiatori. Tuttavia la genesi dei principali fenomeni e la loro evoluzione rimanevano sostanzialmente sconosciute e non era ancora possibile elaborare metodi attendibili di previsione del tempo.

Cenni Storici: l'epoca moderna

La svolta decisiva per lo sviluppo della meteorologia si verificò nel 1854 quando, in seguito alla distruzione della flotta anglo-francese dislocata nel Mar Nero a causa di una violenta tempesta che giorni prima aveva imperversato su alcune regioni europee, si comprese per la prima volta che le grandi perturbazioni atmosferiche hanno una loro individualità fisica e non nascono casualmente ma si spostano da regione a regione esaurendo o incrementando la loro energia. Furono pertanto organizzate vaste reti di stazioni meteorologiche, a livello nazionale e internazionale, in grado di trasmettere contemporaneamente e in momenti prestabiliti le caratteristiche dell'atmosfera. Si trattava in pratica del metodo sinottico tuttora considerato essenziale per la previsione del tempo. Un altro grande progresso fu realizzato nei primi anni del sec. XX a opera della cosiddetta scuola norvegese, i cui maggiori rappresentanti, V. e J. Bjerknes, H. Solberg e T. Bergeron, introdussero i fondamentali concetti di fronte e di massa d'aria. Durante il periodo tra le due guerre mondiali fu verificata nella pratica quotidiana la consistenza della teoria norvegese per la previsione del tempo, ma si resero evidenti anche i suoi limiti, dovuti soprattutto allo spazio lasciato a una valutazione soggettiva dei dati raccolti. Negli ultimi anni del sec. XX, il progresso della fisica dell'atmosfera e lo sviluppo dei calcolatori elettronici hanno permesso di elaborare nuovi metodi di previsione basati sulla soluzione di equazioni matematiche che pongono in relazione le variabili fisiche responsabili dello stato del tempo. Sono entrati nell'uso comune nuovi potenti strumenti di osservazione quali le radiosonde portate dai palloni sonda a 30-40 km d'altezza e i satelliti meteorologici con i quali è possibile tenere sotto controllo praticamente tutta l'atmosfera. Si sono intanto aperti anche nuovi settori di meteorologia applicata: basterà citare gli studi sull'inquinamento dell'aria e sui microclimi e le ricerche e i tentativi di influire direttamente sugli elementi meteorologici al fine di modificare e controllare il clima su determinate regioni.

Bibliografia

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