La supercella

WIND SHEAR

a cura di Gobbi Alberto

Il wind shear è una particolare circolazione atmosferica, favorita da infiltrazioni fresche in quota, che dà l'impressione di vedere le nubi convergere da direzioni diverse. E' la variazione della velocità e della direzione del vento su una breve distanza (verticale od orizzontale); il wind shear di gran lunga più importante ai fini dello studio sui temporali è quello verticale, essendo le nubi temporalesche a sviluppo verticale.

Il windshear favorevole allo sviluppo di intensa attività temporalesca è uno solo: se il vento salendo di quota proviene da direzioni che ruotano gradualmente in senso orario es. SE al suolo, SSW a 850 hPa (1500 m circa) e W a 500 hPa (5500 m circa) avremo una rotazione all'interno della cella temporalesca in senso antiorario; oppure si può dire che il vento in quota deve provenire dalla sinistra rispetto alla direzione del vento che si trova nello strato inferiore: questo è chiamato windshear positivo (in pratica, è la vorticità ciclonica) poichè conferisce moto antiorario alla cella temporalesca in grado di "stimolare" la salita dell'aria. Se il profilo verticale del vento è contrario a quello sopra (vento in quota che proviene dalla destra rispetto a quello negli strati inferiori) avremo windshear negativo (in pratica, è la vorticità anticiclonica) che scoraggia i moti verticali a meno che non ci sia un gradiente termico verticale notevole.

Ricordiamoci che la genesi di supercelle necessita di numerosi fattori concomitanti; limitandoci a considerare il campo del vento non è importante la direzione in sè e per sè, ma lo shear verticale della direzione e della velocità. Il windshear verticale favorevole allo sviluppo di intensi sistemi temporaleschi, anche a supercella, vede quasi sempre la direzione ruotare in senso orario con la quota e la velocità aumentare sensibilmente, specie tra i piani isobarici di 500 e 300 hPa (per la velocità) e tra 850 e 500 hPa (per la direzione). Naturalmente l'aspetto anemologico è soltanto uno degli elementi in grado di portare allo sviluppo di tempeste a supercella ed a volte esse si possono sviluppare lo stesso con windshear non del tutto favorevole.

L'ambiente (vento, umidità, instabilità) in cui si sviluppa un sistema temporalesco è variabile, quindi il tipo di tempesta (multicella, supercella ecc) più "candidata" a svilupparsi è altrettanto variabile. Grande importanza assume l'ammontare del wind shear: come anticipato, si parlerà solo di wind shear verticale positivo. Se il wind shear è minimo, ovvero se ci sono piccoli cambiamenti nella direzione e velocità del vento su una breve distanza riferita all'altezza, saranno favoriti i sistemi multicellulari e in genere tutti i comuni temporali ad asse verticale con updrafts di breve durata. Bassi valori di wind shear si riscontrano con debole inflow alla base dei Cb: poichè l'inflow è debole, l'outflow sarà eccessivamente intenso e spingerà il gust front fuori dall'area del downdraft per parecchi km avanti rispetto al Cb. Questo isolerà la sorgente di aria calda e umida perchè l'aria si è ormai raffreddata su una zona molto estesa intorno al temporale: l'updraft non durerà a lungo, anche perchè le precipitazioni cadranno attraverso lo stesso updraft. dal modello si nota infatti come updraft e downdraft sono molto vicini tra di loro e quindi si "disturbano" a vicenda.

Modello semplificato: temporale ad asse verticale

Grossi cluster temporaleschi ad asse verticale aventi forma tondeggiante
(venti in quota non intensi)

Se invece il wind shear è maggiore il temporale avrà updraft decisamente più longevi. Elevati valori di wind shear si riscontrano con forti inflow alla base della nube i quali "manterranno" il gust front vicino al nucleo centrale del temporale, quindi il Cb disporrà della sorgente di aria caldo umida per più tempo e l'updraft non sarà "invaso" dalla precipitazioni, in quanto esse cadranno dall'updraft e non attraverso esso: si veda il seguente modello in cui si nota come l'updraft si tenga distante dalle precipitazioni e quindi dal downdraft. In questa situazione sono di gran lunga favorite le supercelle e in generale tutti i temporali ad asse obliquo (più rari dei temporali ad asse verticale) in cui l'asse dell'updraft principale è inclinato da sinistra (parte bassa della cella) verso destra (parte alta della cella) sotto l'azione di forti venti in quota che soffiano da sinistra (in genere W) verso destra (in genere E). Le correnti ascensionali quindi persisteranno per più tempo e il Cb salirà sempre più di quota.

Modello semplificato: temporale ad asse obliquo

Temporali ad asse obliquo sulla Sicilia con le incudini spazzate verso E da una JS
(vedi articolo del 28 agosto 2002)

Infatti le celle temporalesche presentano asse obliquo quando le correnti in quota, in genere tra 500 e 300 hPa, sono molto intense, per esempio in una corrente a getto o Jet Stream (forte corrente, di almeno 60 nodi, stretta e ad asse quasi orizzontale). La parte superiore delle celle viene portata, a causa di tali forti venti, a notevole distanza rispetto alla base, assumendo struttura molto inclinata. Se in quota i venti sono molto forti è intuitivo che a quell'altezza sfugge molta più aria rispetto al flusso presente nei bassi strati e la corrente ascensionale spesso non è in grado di colmare il deficit di flusso che si viene a creare: a questo punto l'unico sistema possibile per ricreare l'equilibrio è una intensificazione del richiamo di aria dal basso, che si traduce in una corrente ascensionale più forte proporzionalmente al divario di flusso esistente tra quota e bassi strati. In tal modo le correnti ascendenti possono divenire fortissime e condurre a grandi altezze le sommità dei cumulonembi, che in virtù dei forti venti a quelle quote si distenderanno molto andando relativamente lontane rispetto alle basi. Si originano così forti temporali; inoltre quando arrivano i downdrafts al suolo essi conserveranno una certa quantità di moto che avevano quando l'aria che li costituisce era ad alta quota: si possono così originare raffiche violentissime ben oltre i 100 km/h a causa della gravità + quantità di moto con danni notevoli.

Tutte le supercelle alle nostre latitudini hanno asse verticale obliquo, sebbene non sia indispensabile la presenza del getto per la costituzione di supercelle; basta che il flusso aereo in quota sia sensibilmente più forte che nei bassi strati: ciò può avvenire anche in assenza del getto. Molti dei più potenti temporali si sviluppano al di sotto di una corrente a getto, o comunque in regioni in cui i venti in quota sono molto forti (di solito in situazioni frontali): si possono vedere anche a occhio nudo con un po' di fortuna se non ci sono nubi basse in ostacolo e si presentano con le incudini visibili molto prima che sopraggiunga il corpo centrale della cella (da non confondere col temporale in dissolvimento). Si notano ancor meglio al radar dove si vede come tra la zona di massima precipitazione e l'inizio della cella (incudine soffiata dai forti venti) ci siano molti chilometri di distanza: nel radar il temporale appare come una "strisciata" con in coda il nocciolo di massima precipitazione. Un'altra buona indicazione è il vedere correre molto velocemente i cirri o i falsi cirri (incudine in dissolvimento) prima dell'arrivo del temporale. Va da sè comunque che temporali molto forti possono anche non avere asse obliquo, ma tale aspetto aiuta non poco ed ha fondamentale importanza nella genesi di forti grandinate.

FLANKING LINE e Rain Free Base

La flanking line ha molte analogie con le multicelle: è una linea di cumuli medi e cumuli congesti connessi alla parte più attiva di una supercella o comunque di un temporale principale anche non mesociclonico. Tale linea si estende verso l'esterno puntando a S-SW, quindi sul lato S-SW del nucleo principale. Normalmente ha un aspetto a "gradini" con i congesti più alti presenti vicino al centro del temporale, mentre i cumuli più piccoli sono quelli più lontani dallo stesso nucleo: ciò deriva dal fatto che l'outflow è sempre più debole man mano che ci si allontana dal nucleo principale del temporale, per cui l'aria calda salirà sempre meno in altezza.

La genesi è la stessa delle multicelle: le torri si formano una accanto all'altra secondo l'asse esteso verso S o SW: poichè i rovesci discendono sul terreno, la regione dell'updraft nella cella iniziale indietreggia verso S o SW lungo la flanking line, così la prossima torre diverrà quella dominante. Nel contempo l'intera flanking line verrà "risucchiata" verso il nucleo principale: tale "risucchio" è più evidente nelle supercelle ad opera del mesociclone, mentre nei temporali non mesociclonici la flanking line tende piuttosto a viaggiare ai lati del nucleo più intenso.

Nella seguente foto si nota come la sommità del congesto più alto appartenente alla flanking line si trovi sotto l'incudine del Cb principale.

Flanking line con annesso cumulonembo ad incudine
Foto dell'autore puntata verso W (11 giugno 1998)

La seguente foto mostra un'evidente flanking line che si è sviluppata a S di una supercella, nella parte sinistra della foto. Si noti il graduale abbassamento dei cumuli costituenti la flanking line man mano che ci si allontana dal mesociclone.

Supercella con flanking line sul Veneto orientale
Foto dell'autore puntata verso W (7 luglio 2001)

La flanking line nasce quando le celle mature diffondono tutt'intorno i downdrafts associati alle precipitazioni sollevando nuova aria caldo umida grazie al gust front; nuovi congesti e Cb si formeranno di preferenza lungo la linea di discontinuità frontale (cioè ai lati rispetto alla direzione d'avanzamento) ove ancora vengono a contatto masse d'aria con caratteristiche termoigrometriche diverse. Se dietro la cella o la linea temporalesca i moti discendenti sono dovuti anche a motivi sinottici (rapida rimonta anticiclonica con correnti subsidenti) le ipotetiche celle non si formano poichè il sollevamento forzato dal gust front è insufficiente a controbattere la catabasi indotta dall'anticiclogenesi successiva; inoltre l'outflow posteriore solleva nella maggior parte dei casi aria già raffreddatasi dal passaggio frontale e non in grado di salire oltre il proprio livello di condensazione.

Flanking line sotto un'enorme incudine
Photograph courtesy Michael Bath and Jimmy Deguara Australian Severe Weather
www.australiasevereweather.com

La flanking line, come detto, tende a venire risucchiata dalla cella madre, quindi si vedranno congesti venire "aspirati" all'interno del temporale: infatti il centro del temporale verrà rigenerato dagli stessi cumuli ormai maturi. La flanking line nella supercella generalmente coincide con il pseudo-cold front; non indica necessariamente la presenza di forti updrafts e dimostra una buona organizzazione del sistema temporalesco che estende la sua zona d'influenza su una vasta area, che però allo stesso tempo non è sempre ricollegabile al transito di un fronte freddo. La flanking line può a sua volta originare temporali indipendenti dalla cella madre.

Al satellite la flanking line può essere identificata come una "virgola" che fuoriesce dalla parete del temporale (in genere quella meridionale), di un color bianco anche brillante. A volte, se è formata da alcuni Cb o grossi congesti, può essere visualizzata anche dalle mappe radar relative all'intensità di precipitazione. In genere si muove nel suo complesso verso SE, quindi può trarci in inganno perché in realtà il temporale vero e proprio potrebbe muoversi verso E-NE.

Flanking line (nel cerchio rosso) sul Piemonte

Infatti, la particolarità di questa formazione multicellulare è dovuta al fatto che include contemporaneamente 3 movimenti:

a) movimento dell'updraft lungo l'asse di sviluppo (solitamente NE-SW) a causa della rigenerazione
b) risucchio più o meno accentuato (operato dalla cella madre) delle celle della flanking line
c) movimento nel suo insieme della flanking line verso SE nel caso in cui il sistema muova verso E-NE

Per eleborare una previsione il più affidabile possibile bisogna concentrarsi sul movimento della parte più vicina alle precipitazioni della rain free base (sempre presente nella supercella): questa è una regione del sistema temporalesco in cui non si verificano precipitazioni e coincide con la base scura ed orizzontale della flanking line. Si trova sul lato posteriore (SW) del nucleo temporalesco, quindi dietro l'area delle precipitazioni, e in essa sono presenti forti moti ascendenti (updrafts), per cui non si verificano precipitazioni al di sotto della stessa. Tuttavia a volte grandine e rovesci possono scendere dalla rain free base: per questo è più adatto l'uso del termine "base dell'updraft".

Rain free base
Foto di Jason Boggs di SEVERESTORMCHASER

Se noi controlliamo la rain free base adiacente al nucleo precipitativo del temporale possiamo prevedere con un certo anticipo il futuro percorso del sistema. Se invece siamo distratti dai cumuli più piccoli della flanking line oppure dalle espansioni dell'incudine del temporale principale saremo tratti facilmente in inganno.

LA SUPERCELLA

La supercella è in assoluto il temporale più pericoloso e potente fra tutti quelli esistenti: la caratteristica che lo distingue dagli altri è la presenza di un updraft rotante ovvero di un mesociclone. La sua formazione richiede una particolare concomitanza di eventi: infatti le supercelle sono fenomeni relativamente rari da noi e spesso il loro numero viene sovrastimato qualora si manifestino temporali violenti, tali da destare notevole impressione all'osservatore di turno. Una supercella ha un estensione geografica molto vasta (dell'ordine di centinaia di kmq) ed ha una vita autonoma che talvolta non è coerente con la circolazione nella media troposfera per via della deviazione dalla direttrice di moto standard relativa alla sinottica generale indotta dalla forza di rotazione della supercella stessa.

La formazione della supercella

All’interno delle celle temporalesche il sistema delle correnti spesso non è ordinato secondo il classico schema della cella convettiva (correnti calde ascendenti e correnti fredde discendenti) a tal punto che ogni cellula temporalesca tende ad interferire con le correnti di una cellula adiacente. In questo caso si può dire che si disturbano a vicenda, impedendo così lo sviluppo di una singola cellula o cella altamente organizzata. Ma se si dovessero creare le condizioni per lo sviluppo di una sola singola cellula, allora il discorso cambierebbe completamente. In questo caso il cumulonembo che si sviluppa prende il nome scientifico di supercella ed è costituito solo da due sistemi di correnti su vasta scala. Le condizioni favorevoli allo sviluppo di supercelle possono essere così semplificate:

1) forte contrasto termico sulla verticale dell’area frontale (gradiente termico verticale), cioè tra la massa d’aria fredda in arrivo e quella caldo umida al suolo in fase di sollevamento. L’aria calda, leggera e umida, si scontra con aria più fredda, più pesante e secca e viene sollevata velocemente verso l’alto tanto più rapidamente quanto maggiore è la differenza di temperatura.

2) notevole riscaldamento del suolo favorito dal clima continentale delle grandi pianure tra le quali, sotto tale aspetto, può essere inclusa la Pianura Padana.

3) forte differenza dei valori igrometrici quota-suolo tra la massa d’aria entrante, costituita da aria secca, e quella in sollevamento, costituita da aria umida.

4) corrente a getto o jet stream in quota o quanto meno ai livelli medio-alti della troposfera, la quale contribuisce alla ciclogenesi nei bassi strati ed accelera la convezione favorendo così l'insorgere di grandinate e tornado.

5) wind shear: osservazioni dal vivo e simulazioni al computer suggeriscono che il cambiamento del vento con la quota (wind shear) nei bassi livelli favorisce la rotazione all'interno del cumulonembo. In particolare, se il vento è sufficientemente forte (almeno 50 km/h) e c'è un sufficiente wind shear verticale, fra i due strati d'aria che scivolano uno sull'altro (da direzioni diverse) si creano delle rotazioni orizzontali a forma cilindrica che di per sè sono innocue. Esse nascono anche quando i venti a diverse quote spirano dalla stessa direzione ma con intensità via via crescente con l'altezza. Tuttavia, l'eventuale comparsa di moti convettivi e successivamente dei temporali possono raddrizzare secondo un asse verticale questi cilindri in rotazione che verranno assorbiti dalla corrente ascensionale del temporale e fanno sì che essa cominci a ruotare minacciosamente. La rotazione si rafforza nel temporale e si organizza divenendo più stretta ma molto più intensa poichè gli updrafts diventano stretti e tesi a causa dall'accelerazione dell'aria ascendente a sua volta indotta dal wind shear. Oltretutto l’improvviso intervento in quota della corrente a getto determina un deciso aumento della convergenza al suolo (incontro di masse d’aria con differenti caratteristiche e provenienza), favorendo così lo sviluppo di un asse di rotazione all’interno del cumulonembo.

Supercella sulle pianure statunitensi

In tal modo l'updraft si trasforma in un mesociclone, alla cui estremità inferiore potrà comparire una minacciosa wall cloud (nube a muro) foriera di tornado. La rotazione del mesociclone quindi deriva dal trasferimento di vorticità positiva (capacità dell'aria a ruotare su un asse) dall'inflow all'updraft. Il potenziale per una rotazione è più alto quando l'aria entrando nel temporale gira nettamente sulla destra con l'altezza: ciò avviene grazie al wind shear positivo, ovvero al fatto che il sistema temporalesco si muove da W con un inflow da SE (tale inflow potrebbe essere anche il conveyor belt, in riferimento al livello medio-basso della troposfera). Abbiamo quindi venti al suolo da SE e venti in quota da W (wind shear positivo). Questi temporali sono più adatti a ruotare rispetto a quelli in cui l'inflow è allineato con la corrente in quota.

La supercella è un sistema autoalimentato poichè la rotazione favorisce la convezione e viceversa; nelle supercelle quindi non è presente la rigenerazione, fenomeno tipico dei precedenti tipi di temporali. Inoltre, per definizione, una supercella non è un temporale multicellulare: tuttavia la stessa supercella può contenere anche due mesocicloni.

Supercella tornadica con overshooting top
Foto di William T. Hark di www.harkphoto.com

Una volta che il temporale è completamente formato, esso agisce come una barriera alle correnti orizzontali incrementando la sua rotazione. Un'influenza finale arriva quando una fase più severa conduce un intenso downdraft che interagisce con l'updraft adiacente creando così un vortice più piccolo dentro il mesociclone: quest'ultima "spinta" a favore del mesociclone può essere osservata da lontano come una fase di burst (alla base del Cb) e di overshooting top (cupola al di sopra dell'incudine) che poi collassa. Allo stesso tempo, la corrente dietro il temporale viene deviata verso il terreno (Rear Flank Downdraft, RFD) ed essa inizia a spingere la flanking line in avanti e attorno al mesociclone, incrementando ulteriormente la rotazione. Quest'ultima fase può impiegare dai 10 ai 20 minuti dopo che la cupola del più intenso updraft si è ulteriormente indebolita: tale aumento della rotazione è direttamente individuabile nella wall cloud, la quale vedrà aumentare il suo tasso di rotazione e dalla quale potrebbe anche svilupparsi un funnel cloud con l'eventuale progressione in tornado.

Supercella in Australia
Photograph courtesy Michael Bath and Jimmy Deguara Australian Severe Weather
www.australiasevereweather.com

Poichè l'updraft ruota lentamente, esso può avvolgere parte del downdraft attorno a sè stesso, producendo un secondo e piccolo downdraft sull'altro lato del medesimo updraft. Questo involucro dell'outflow con le precipitazioni attorno all'updraft principale è visibile sul radar come un eco ad uncino (hook echo).

Riepilogando, le condizioni ideali per lo sviluppo dei temporali tornadici sono:

1) forte updraft che richiede a sua volta aria caldo-umida nei bassi strati

2) vento che gira verso destra con l'altezza (wind shear positivo)

3) forti venti alla sommità della nube (es. corrente a getto)

Le peculiarità della supercella

La prima differenza con le normali celle convettive è che tutto il cumulonembo del temporale a supercella ruota lentamente in senso antiorario, quindi con rotazione ciclonica nell'emisfero N. Le supercelle cioè contengono un mesociclone ovvero un ciclone a mesoscala (avente un diametro indicativo tra 1 e 20 km a seconda dei casi) prodotto dalla continua caduta di pressione all’interno del temporale che aumenta la velocità di rotazione della supercella stessa. Infatti l'avvicinarsi di una supercella è accompagnato da un discreto calo barico, poichè il moto rotatorio del sistema individua la presenza di un mesociclone da cui essa trae origine ed alimentazione.

Il momento angolare o più correttamente "conservazione del momento della quantità di moto" stabilisce che, considerando un corpo in rotazione, se non vi è una coppia che agisce su di esso, il prodotto della velocità angolare per il "momento d'inerzia" e' costante. Il momento d'inerzia indica come è distribuita la massa del corpo: se essa e' prevalentemente lontana dall'asse di rotazione il momento d'inerzia e' grande, mentre e' piccolo nel caso contrario.

L'esempio cui più spesso si ricorre è quello di una pattinatrice: quando essa piroetta con una gamba o con le braccia estese verso l'esterno la rotazione è relativamente lenta, mentre quando essa raccoglie il proprio corpo intorno alla verticale la rotazione diviene rapidissima. Un processo del tutto analogo avviene nell'atmosfera: se una particella d'aria si dilata orizzontalmente la tendenza a ruotare si spegne. Viceversa, se la particella si contrae orizzontalmente la rotazione aumenta.

Il concetto si esprime rigorosamente dicendo che la variazione della vorticità nel tempo in un determinato punto del fluido e' uguale alla variazione determinata dal trasporto orizzontale (variazione avvettiva), meno la vorticità assoluta moltiplicata per la divergenza orizzontale del vento. Prendendo in considerazione quanto detto appare chiaro che una corrente ascensionale convettiva (updraft) che, per un qualsiasi motivo (shear positivo in direzione e velocità del vento sulla verticale, getto in alta troposfera ecc), prenda a dotarsi di moto rotatorio, dovrà per forza obbedire a questa legge fisica, e quindi il moto rotatorio stesso tenderà ad intensificarsi a mano a mano che ci si approssima al centro (o core) dell'updraft (da qui la genesi dei tornadi mesociclconici).

Il maggiore prolungarsi del processo deriva semplicemente dal fatto che l'updraft in rotazione determinerà un deficit di massa d'aria nei bassi strati (aria che ruotando sale di quota), per cui altra aria giungerà dalle aree circostanti per tentare di colmare il deficit stesso (formazione di mesociclone al suolo). Il decadimento del processo avverrà solamente quando il richiamo di aria circostante sarà in grado di colmare il deficit di massa nei bassi strati (finchè l'updraft rimane attivo), oppure quando in seno a forti precipitazioni, o alla mancata positività dello shear verticale del vento ecc, viene gradualmente a collassare l'updraft stesso con la conseguente senescenza del sistema.

Il moto rotatorio, estendendosi verso l'alto e verso il basso, viene a contatto con il terreno per generare vortici di diametro ancora minore ma estremamente distruttivi noti con il nome di tornado o trombe d'aria: proprio come un pattinatore sul ghiaccio che aumenta la velocità di rotazione se tiene le braccia attaccate al corpo, così il mesociclone può assottigliarsi alla base e aumentare la velocità, fino a diventare un tornado. Ormai si conoscono le cause che portano alla genesi del mesociclone, mentre resta più di qualche dubbio sulla nascita dei tornado: un’ipotesi è che il tornado nasca per attrito della parte inferiore del mesociclone con il suolo. La teoria VORTEX suggerisce che i tornado nascano dalla differenza di temperatura esistente tra l'aria del downdraft che circonda il bordo del mesociclone. In realtà, stando ai modelli matematici, sembra che i tornado violenti (F4-F5) si formino anche senza questi gradienti termici.

La seconda differenza consiste nel fatto che le correnti discendenti, invece di divergere all'esterno del temporale come outflow, vengono in parte richiamate all'interno grazie al mesociclone portando così alla formazione della wall cloud: teniamo presente comunque che non tutte le supercelle posseggono wall cloud.

La terza differenza consiste nel fatto che la forte convergenza presente sia dietro sia davanti alla supercella ne rallenta di molto il movimento traslatorio: i temporali a supercella possono rimanere bloccati per ore in zone geografiche precise prima di spostarsi o attenuarsi.

Le supercelle possono collassare per un indebolimento del flusso in quota o per l'attenuazione o cambio di direzione del getto; allo stesso modo le supercelle si indeboliranno per un qualunque motivo o causa esterna che inibisca il windshear verticale favorevole (ad esempio l'intervento di un flusso tangenziale e rettilineo) oppure (ma sono casi rari) ad un indebolimento del flusso in quota in fase con una intensificazione di quello al suolo: in tal caso accade che con al suolo venti più forti che in quota venga stimolata la subsidenza dei moti convettivi per accumulo di pressione negli strati superiori in diffusione verso il basso. Spesso supercelle in esaurimento passano alla fase di normale cella temporalesca prima di collassare.

Struttura della supercella

Analizziamo la struttura di una supercella classica (classic supercell), ovvero di quel tipo di supercella che rappresenta una "via di mezzo" tra le HP supercell e le LP supercell. In Italia sono senz'altro più frequenti le supercelle classiche le quali a sua volta somigliano molto alle LP supercell intese come Low Potential supercell. Le HP supercell intese come High Potential supercell verranno solo accennate in quanto in Italia sono pressochè inesistenti: nel nostro paese sono di gran lunga più frequenti le supercelle classiche e le Low Potential supercell e di queste due verranno per l'appunto analizzate le principali caratteristiche.

Modello americano: struttura di una supercella classica vista da S-SE che si muove da sinistra (W) a destra (E)
Si noti l'updraft inclinato (asse obliquo) e la back sheared anvil sulla sinistra

La supercella è la forma di temporale più complessa ed affascinante allo stesso tempo: le precipitazioni liquide più intense sono normalmente concentrate in differenti aree con la grandine concentrata in altri settori. Nella supercella classica le aree interessate dai rovesci si dispongono, guardando il sistema dall'alto, sui quadranti anteriore sinistro e posteriore sinistro (*) rispetto alla direzione di avanzamento della tempesta, per poi curvare ad uncino e restringersi nella parte posteriore. Il cosiddetto "eco ad uncino" è la rappresentazione visiva del mesociclone e si vede nelle mappe di riflettività: la sua forma a uncino è dovuta al fatto che le bande di pioggia si muovono a spirale intorno al mesociclone.

I tornado si formano solitamente all'estremità ricurva dell'uncino: quindi un osservatore, posto esattamente sulla traiettoria del tornado, verrà raggiunto prima dai rovesci di pioggia e grandine e poi dalla wall cloud e dall'eventuale tornado ad essa associato. Passato il turbine si viene superati dalla base turbolenta della supercella e poi dall'incudine ricca di mammatus: si passa quindi ad un cielo quasi completamente sereno e si può osservare a oriente l'immensa torre del cumulonembo con le striature alla base, l'incudine estesa controvento e a volte anche il tornado che si allontana, il tutto accompagnato da un'attività elettrica quasi continua. La temperatura, nel frattempo, è diminuita di alcuni gradi a testimonianza della grande quantità di aria fredda che ha raggiunto il suolo dagli strati intermedi della troposfera e che ha contribuito all'alimentazione del sistema in rotazione.

(*) Il discorso dei quadranti è facilissimo. Immaginiamo che la supercella vada verso E: tracciamo un vettore con freccia rivolta verso E passando per il centro della tempesta, poi una retta perpendicolare a tale vettore sempre passante per il centro della tempesta. Otterremmo così 4 quadranti, come se fosse un sistema di assi cartesiani. Immaginiamo di stare in piedi al centro della tempesta dove si incrociano le due rette con la faccia rivolta verso E (verso in cui si muove la tempesta). I quadranti anteriori saranno quelli davanti, quelli posteriori quelli che abbiamo alle spalle. I quadranti "destri" sono quelli alla nostra destra e quelli "sinistri" quelli alla nostra sinistra. Per cui nel caso specifico: anteriore sinistro=NE; anteriore destro=SE; posteriore sinistro=NW; posteriore destro=SW

Modello americano: struttura di una supercella classica vista dall'alto che si muove da sinistra (W) a destra (E)

Nella supercella i vari tipi di precipitazione (pioggia moderata, rovesci, grandine moderata, grandine grossa) sono ben distinti fra di loro. La rain free base con l'eventuale wall cloud si trova a SW delle precipitazioni.

Forward Flank Downdraft (FFD): è la regione principale del downdraft nella parte avanzante della supercella in cui c'è la stragrande maggioranza delle precipitazioni e dei downbursts. Si trova quindi nel settore orientale del sistema.

Rear Flank Downdraft (RFD): è la regione di aria più calda e secca subsidente dietro al mesociclone, quindi a SW dell'eventuale wall cloud o anche attorno alla stessa nube a muro. Si evidenzia con la clear slot ovvero con una regione locale di cielo chiaro o di ridotta copertura nuvolosa (dietro e/o attorno alla wall cloud) che indica l'intrusione di aria più secca. In questo settore c'è più luce perchè la base delle nubi è più alta. La pioggia e/o la grandine che cade nella regione compresa tra la clear slot e la wall cloud sono rappresentate sul radar come un eco ad uncino, che quindi tradisce la presenza del mesociclone e del relativo RFD. Il tornado si forma tra RFD e FFD e questo è anche il settore in cui affluisce la maggior parte dell'inflow.

Foto che mostra un mesociclone con evidente clear slot a SW (sinistra) dello stesso mesociclone; in questo caso la supercella non ha la wall cloud

La supercella contiene un mesociclone, quindi si tratta di un sistema frontale in piccola scala in cui distinguiamo un fronte caldo e un fronte freddo:
Pseudo warm front (pseudo fronte caldo): è la linea di demarcazione tra la regione in cui l'aria affluisce nella supercella (inflow) e il FFD. Esso si estende verso l'esterno dal centro o comunque dalle vicinanze del mesociclone, puntando verso oriente.
Pseudo cold front (pseudo fronte freddo): è la linea di demarcazione tra la regione in cui l'aria affluisce nella supercella (inflow) e il RFD. Esso si estende verso l'esterno dal centro o comunque dalle vicinanze del mesociclone, di solito verso S o SW ed è caratterizzato dall'avanzata dell'outflow verso la regione dell'inflow: tale contrasto spesso porta alla formazione della flanking line. Il pseudo cold front è una particolare forma di gust front che sostiene l'updraft principale incrementando la convergenza di differenti masse d'aria verso il mesociclone.
Il mesociclone occluso è un mesociclone in cui l'aria dal RFD ha completamente "avvolto" la circolazione caldo-umida ai bassi livelli interrompendo così l'inflow. Nel mesociclone occluso il pseudo cold front piega esternamente verso E o SE piuttosto che verso S o SW.

La rotazione del temporale a supercella è antioraria e in genere devia verso destra rispetto alla direzione media del vento (salvo splitting storm): se c'è un vento medio da W verso E e guardiamo verso E, allora la supercella andrà verso destra con una traiettoria più WNW-ESE che non W-E.

Le supercelle durano alcune ore, viaggiano tra 40 ed 80 km/h e si formano a partire da una delle 3 forme fondamentali, ovvero cella singola, cluster o squall line. Le caratteristiche salienti di una supercella sono le seguenti:

updraft sui 240-280 km/h (stima)

downburst superiori a 130 km/h

diametro della grandine superiore a 5 cm

base larga solo 20-50 km, ma incudine enorme

Esiste poi una supercella "in miniatura" che può comunque produrre forte maltempo: si chiama low topped o mini supercell. Sono più piccole delle tradizionali supercelle sia in senso orizzontale sia in senso verticale, ma hanno la stessa visualizzazione sul radar incluso l'eco ad uncino. La sommità di queste supercelle non supera i 10.000 m, il mesociclone ha un diametro minore e ha una velocità di rotazione più bassa.

Come riconoscere una supercella

Il riconoscimento di una supercella si esegue in 3 modi a seconda della nostra esperienza e delle risorse a disposizione nel momento dell'analisi: dal vivo, dal satellite e dal radar. La supercella è un'enorme cella dotata di correnti ascendenti e discendenti estese su una scala molto più vasta rispetto alla comune cella singola; inoltre questo temporale ha la corrente ascendente dotata di moto rotatorio (mesociclone) e tale rotazione conferisce a questo tipo di temporale caratteri molto particolari utili per giungere alla sua individuazione. Per esclusione, se mancano tali peculiarità si parlerà di comuni celle temporalesche intese come cella singola, cluster di multicelle, linea di multicelle, MCS-MCC.

1) osservazione dal vivo

a) vista da vicino, enorme base avanzante del temporale (solitamente dotata di shelf cloud) provvista di moto rotatorio antiorario nell'emisfero nord
b) vista da vicino, eventuale wall cloud alla base del cumulonembo (questa nube a muro non si presenta mai sul bordo avanzante del temporale ma per lo più sulla parte posteriore)
c) vista da lontano, grossa e persistente overshooting top (cupola) sopra l'incudine del cumulonembo
d) striature sui fianchi del cumulonembo, sulla parte inferiore degli stessi, indice di rotazione all'interno della supercella; tali striature possono apparire anche sul bordo anteriore di una shelf cloud ma queste sono decisamente meno affidabili

Striature sui fianchi del mesociclone: notate anche il funnel cloud alla base del temporale
Courtesy Gene Moore www.chaseday.com

e) possono osservarsi anche delle bande nuvolose ("inflow band") più o meno compatte e regolari, eventualmente saldate alla base del temporale e disposte più o meno parallelamente al terreno con angolazione variabile a seconda del flusso umido dell'inflow; sono relativamente rare e tipicamente si dirigono verso il centro del temporale

Inflow band in entrata in una circolazione tornadica
Foto di Bob Conzemius

f) le bande di precipitazione sono molto fitte e non sono disposte a linea, quindi oltre le stesse non si vedranno subito le schiarite

2) osservazione dal satellite

Al satellite individuare una supercella non è così facile come potrebbe sembrare, tuttavia se si ha a disposizione l'immagine di un satellite polare è facilmente individuabile la cupola che sfonda negli strati bassi stratosferici e che sovente proietta la propria ombra sull'incudine o sulle formazioni nuvolose circostanti; se tale cupola ha dimensioni sufficientemente vaste ci si troverà di fronte ad una supercella in piena regola (estensione di almeno 20-30 kmq). Se abbiamo l'immagine di un satellite geostazionario noteremo la forma rotondeggiante dell'ammasso nuvoloso, e con animazione potremo vedere un'eventuale direzione non sempre coerente col flusso in quota dominante.

a) la supercella appare molto bianca al satellite infrarosso
b) al satellite polare può essere individuata l'ombra dell'overshooting top sulla superficie dell'incudine
c) molto raramente, sulla parte occidentale può comparire una corona di nubi indice di forti supercelle
d) alla moviola satellitare, la supercella non segue la direzione dominante dei corpi nuvolosi deviando generalmente verso destra se le correnti nella media troposfera sono occidentali
e) è di forma tondeggiante od elittica con eventuale flanking line che sembra partire dalla parete meridionale della supercella stessa; non è mai a forma di linea anche se può apparire tale nel caso di temporali ad asse molto obliquo in cui le incudini, molto allungate, conferiscono alla supercella un forma più lineare che tondeggiante

Dal satellite le aree temporalesche appaiono di forma rotondeggiante ma ciò dipende essenzialmente dalle incudini dei cumulonembi le quali, una volta raggiunta la tropopausa, si appiattiscono fino ad assumere una forma a fungo che, dall'alto, si vedrà come un cerchio. L'incudine circolare infatti non è sempre segno di supercelle in quanto essa ha molte analogie con un'esplosione e quindi assumerebbe comunque una forma più o meno a cerchio (per lo meno nei Cb più intensi, per l'appunto sempre associati a supercelle). Per cui l'incudine circolare sottovento all'osservatore (egli cioè si trova nella direzione in cui si muove l'incudine e davanti ad essa - es. incudine che si muove o estende verso SE con l'osservatore posto alcuni km a SE dell'incudine stessa -) non necessariamente sarà segno di supercella.

3) osservazione al radar

Al radar le supercelle si riconoscono innanzitutto per la notevole estensione geografica e per la forma rotondeggiante della massa nuvolosa nonchè per la presenza di fasce concentriche all'interno della cella con riflettività a fondoscala. In ogni caso l'aspetto che più le distingue è la grande estensione spaziale, facendo bene attenzione a non fare confusione con formazioni multicellulari a grappolo, che però lasciano brevi spazi sereni o con precipitazioni deboli; nella supercella tutta la massa nuvolosa è compatta e le precipitazioni intense.

a) nelle radarate che mostrano l'intensità di precipitazione, è possibile scorgere un eco ad uncino più o meno definito a seconda dei casi, vicino al quale si trova il settore a "fondoscala" ove l'intensità delle precipitazioni è massima. Nelle mappe Doppler (quelle che mostrano i campi del vento) sarà possibile osservare pixel adiacenti con velocità aventi intensità simili ma direzioni opposte, indice questo di rotazione.
b) poichè è plausibile che i temporali ad asse obliquo evolvano rapidamente in supercelle, le scansioni radar che mostrano una lunga area a bassa reflettività (incudine) con un nocciolo di forti precipitazioni (eventuale futuro mesociclone) all'inizio della stessa vanno monitorate di continuo
c) anche al radar (se provvisto di moviola) è possibile individuare la deviazione spiegata al punto 2d)

Supercella del 7 luglio 2001 ore 12.30 UTC sul padovano con evidente eco ad uncino
Mappa radar di riflettività fornita dal Centro Meteorologico di Teolo (PD) - ARPA Veneto

Supercella del 7 luglio 2001 ore 12.30 UTC sul padovano con la traccia Doppler (indicata dal cerchio bianco, sulla stessa area dell'eco ad uncino) che conferma la rotazione all'interno del cumulonembo
Mappa radar fornita dal Centro Meteorologico di Teolo (PD) - ARPA Veneto

Supercella del 14 maggio 2006 sul padovano sud-occidentale ore 19.09 UTC. Sulla scansione di riflettività in alto la freccia indica l'eco ad uncino, mentre sulla seconda immagine il cerchio mostra la traccia Doppler (vento) del mesociclone (pixel celeste adiacente ai pixel rossi).

Accade sovente che nei MCS le celle temporalesche osservate dal satellite mostrino una forma divergente solidale in direzione col flusso in media troposfera, sagomata a "V" il cui vertice può restare stazionario per ore (da 2 a 7 e fino a 9) su una stessa zona, che sempre coincide con il top del cumulonembo, talora superiore al limite della tropopausa (13.000 m), dove la temperatura è di circa -50°C. Nell'area sottostante si registreranno le precipitazioni più intense (nell'ordine dei 200-400 mm in 3-8 ore). La caratteristica appena descritta può essere confusa in sede diagnostica (specie se desunta dal radar) con formazioni ad uncino associate a supercelle; tuttavia mentre in queste ultime il processo di occlusione supercellulare porterà ad una graduale evoluzione in direzione, negli MCS l'apparente forma ad uncino (vertice della V) permarrà stazionaria o scarsamente evolutiva per diverso tempo. Può essere che nella fase iniziale il temporale assuma la suddetta forma a "V": successivamente può osservarsi la formazione di una supercella in piena regola tradita dall'eco ad uncino e da una forma decisamente più tondeggiante ed eventualmente dall'overshooting top sopra l'incudine. E' doveroso tuttavia tener presente che non tutte le supercelle appaiono di forma tondeggiante (vedi punto 2e)).

I tipi di supercelle

a cura di Pierluigi Randi di Meteoromagna

Esistono 3 tipi di supercella (distinzione comunque non da tutti riconosciuta): classica, LP, HP. Con LP supercell si definisce una supercella a basso potenziale (Low Potential supercell) nella misura in cui può definirsi "basso" il potenziale di una qualsiasi supercella; con HP si definisce supercella ad alto potenziale (od energia da High Potential supercell); la supercella classica la possiamo inserire a metà strada tra le altre due; ma molti autori distinguono un'unica categoria: le supercelle, che possono essere LP o HP. Le LP ed HP supercell differiscono tra di loro essenzialmente per l'energia che esse sono in grado di sviluppare (e conseguentemente anche i fenomeni); la differenza di energia potenziale sviluppabile dipende ovviamente dall'energia che serve per portare al loro sviluppo.

La genesi dei due tipi di supercella non differisce molto relativamente alla catena di effetti che portano alla loro nascita, però tutto dipende da due fattori essenziali: uno di tipo termoconvettivo ed uno di tipo dinamico. Per il primo fattore, tanto maggiori saranno i gradienti termici ed igrometrici verticali nella medio-alta troposfera, maggiore sarà la spinta ascensionale risultante e questo è un aspetto che caratterizza anche le comuni celle temporalesche.

A questo punto interviene il fattore dinamico, legato al profilo verticale del vento che si manifesta con due caratteristiche fondamentali: la velocità del flusso in quota e lo shear. Se la velocità del vento in quota è molto elevata in rapporto a quella nei bassi strati, la struttura mesociclonica in formazione vedrà ascendenze di massa d'aria molto ripide (più aria sfugge alle quote superiori, più aria deve venire fatta convergere al suolo per colmare il deficit pressorio: vedi temporali ad asse obliquo). Quindi, in definitiva, maggiore sarà il divario di intensità di flusso tra quota e suolo maggiore sarà l'energia disponibile per il sistema (magari in fase con appropriate caratteristiche termoconvettive viste prima) e maggiore sarà la probabilità di HP supercell; la migliore situazione per lo sviluppo di HP si ha in caso di presenza di correnti a getto nell'alta troposfera, che essendo caratterizzate da venti molto intensi determineranno un gradiente assai elevato.

Le supercelle HP, molto frequenti negli States, traggono quasi sempre origine dalla presenza di correnti a getto sovrapposte a flussi caldoumidi originari del Golfo del Messico con traiettoria S-N; all'altezza del getto si ha di solito presenza di aria molto secca (e fresca se non fredda) che si sovrappone all'aria caldo umida del Golfo. A questo punto la macchina è pronta a partire essendoci tutti gli ingredienti, ma c'è di più: nelle grandi pianure americane è presente anche una terza massa d'aria che interferisce: l'aria calda e secca continentale che giace in loco, per cui partita la strutturazione di un mesociclone, esso farà convergere nei bassi strati aria caldo umida del golfo (elevatissimo dew point e saturazione molto rapida) con l'aria calda e secca propria della zona interessata, a cui si sovrapporrà l'aria fredda e secca in quota (di solito al passaggio di un fronte freddo): una miscela esplosiva foriera di HP supercell tornadiche.

Appare evidente comunque che per lo sviluppo di HP supercell in aree ove non si possa avere il confronto con ben 3 tipi di massa d'aria assumerà importanza l'immissione in quota di aria molto secca al di sopra di quella caldo-umida del catino padano (ad esempio), magari in concomitanza alla presenza di un getto nell'alta troposfera. Per quanto concerne il windshear è ipotizzabile che tanto maggiore sarà l'angolo di deviazione nel campo del vento tra suolo e quota, tanto maggiore sarà la spinta all'invorticamento che subirà la colonna d'aria in ascesa. Esempio: ESE al suolo, SSW a 850 hPa, SW a 700 hPa e WNW a 500 hPa, determina maggiore vorticità di SE al suolo, S a 850 hPa, SSW a 700 e WSW a 500 hPa (angolo di shear inferiore).

A questo punto gli ingredienti per lo sviluppo di HP sono in sostanza: notevole gradiente termoigrometrico verticale su tutta la colonna d'aria, windshear molto elevato, presenza di getto in alta troposfera, immissione frontale o da goccia fredda di aria fredda ma soprattutto secca in quota; se tutti gli elementi convivono è probabile lo sviluppo di HP supercell anche se non è scontato.

Le LP supercell sono comunque rispettabili supercelle che non sviluppano le energie viste in precedenza, ma che comunque mantengono inalterate le caratteristiche tipiche della supercella (rotazione mesociclonica ecc.); ovviamente saranno di dimensioni minori e con fenomenologia annessa non distruttiva. Inoltre avranno una vita più breve delle HP, in quanto l'energia disponibile (inferiore) verrà dissipata in minor tempo.

Talvolta LP supercell compaiono in sistemi temporaleschi multicellari ad alta energia ma che viene ripartita in un numero maggiore di celle: se in un sistema temporalesco a multicella sussistono le condizioni idonee allo sviluppo di supercelle esse inizialmente si svilupperanno a scapito delle altre coesistendo per qualche tempo, dopodichè sarà una di queste a svilupparsi completamente fagocitando le altre. Ciò accade di preferenza in Italia nel caso di impatto del sistema sui rilievi: il mesociclone può formarsi sopravvento ad una catena montuosa allorquando le correnti nei bassi strati rallentano per l'impatto sui monti assumendo velocità inferiore rispetto a quelle in quota che non risentono dell'orografia. Tuttavia è bene distinguere il fatto che inizialmente il flusso in quota non è circolare ma all'incirca rettilineo: la componente di moto rotatoria si trasmette dai bassi strati a quelli superiori a mano a mano che la supercella evolve negli stadi successivi. Nel momento in cui il moto rotatorio occuperà l'intera area troposferica allora potremo avere moto circolare più intenso al suolo (zone pianeggianti) fino ai massimi livelli allorquando la supercella diviene tornadica.

Comunque la fase in cui convivono celle normali ed embrioni di supercelle è molto transitoria e sono casi non troppo frequenti; per quanto riguarda il mesociclone esso può formarsi nella fase in cui sono presenti diverse celle assieme ad una che diverrà super: in questo caso le celle minori subiranno una componente di moto che tenderà a farle muovere attorno alla principale in procinto di evolvere in supercella (accade il 12 maggio 1995 ad est di Bologna). Successivamente esse tenderanno a dissiparsi per sequestro di energia da parte della supercella che ormai pienamente formata avrà vita autonoma. Dal satellite, meglio se si ha l'animazione, si può vedere la linea temporalesca che ad un certo punto si frange in diverse celle staccate con una che tende ad ingrandirsi ed intensificarsi notevolmente e le altre che per poco tempo (una trentina di minuti circa) cambiano leggermente direzione come se, prima di attenuarsi, cominciassero ad assumere traiettoria attorno alla cella principale; ma è un fenomeno non molto frequente.

Le HP supercell tendono ad essere isolate o al massimo a comparire in sistemi frontali ben organizzati, mantenendo comunque una loro autonomia evolutiva a volte indipendente dal decorso dinamico frontale. A volte formano una corona di nubi al posto della flanking line: questo deriva dal fatto che supercelle intense (HP, per l'appunto) possono coinvolgere nel moto rotatorio anche sistemi nuvolosi adiacenti per induzione; al posto della linea di flanking line in entrata gli ammassi nuvolosi obbediscono alla vorticità espressa dalla supercella e si possono disporre a corona, segnatamente nella parte posteriore rispetto alla direzione di avanzamento.

La distinzione in sintesi è questa e con il termine generale di Supercella si comprendono tutti i tipi (LP ed HP); spesso la suddivisione viene fatta solo in base ai fenomeni generati ma è alquanto riduttiva.

Riguardo al sat una HP sarà probabile se si sviluppa in seno ad un getto (facilmente individuabile (*)), oppure disponendo di animazione essa avrà una velocità di rotazione molto elevata e nettamente distinguibile dagli altri sistemi nuvolosi annessi (in genere di tipo frontale); anche le dimensioni possono dare indizi utili, con possibile HP se l'ammasso nuvoloso eccede dimensioni mesobeta-scale.

Per quanto concerne il radar anche qui prenderemo in esame le dimensioni e soprattutto l'andamento rotatorio delle bande di precipitazione, le quali più saranno a giro stretto, più facilmente individueranno fenomeni tipici delle HP. Inoltre una HP raggiungerà quote superiori ad una LP, per cui al sat avremo una tonalità di bianco molto brillante alla sommità. Se la HP supercell è annessa alla presenza di un getto, a causa del forte vento in quota essa non sarà strutturata a cerchio ma piuttosto ad ellisse. Ebbene esiste la possibilità di calcolare l'eccentricità della supercella individuando l'asse maggiore e minore del sistema (in km approssimativamente dal sat o dal radar si può desumere): se il rapporto tra asse principale e secondario della supercella è superiore a 0.5 le probabilità di trovarci di fronte ad una HP è molto elevata (forti correnti in quota che "allungano" l'ellisse magari per la presenza di getto); generalmente negli states si hanno valori >0.6/0.7 (HP tornadiche).

In Italia prevalgono senz'altro le LP supercell, ma in particolari condizioni favorevoli non sono rare le HP, segnatamente in Pianura Padana. Un ruolo importante gioca poi l'orografia: alcuni eventi alluvionali occorsi negli scorsi anni in Liguria e quello in Versilia furono ascrivibili a supercelle (in genere LP) ma a prevalente carattere stazionario o più precisamente in continua rigenerazione sopravvento ai sistemi montuosi. In quei casi sussistevano tutte le condizioni favorevoli: windshear favorevole, aria molto calda ed umida proveniente dal Tirreno nei primi 1500-2000 m con livelli di LCL (lifting condensation level) e LCF (level of free convection) sui 300 m (molto bassa a causa di elevato dew point) costretta a risalire i monti, ingresso di aria fredda e secca in quota (di origine frontale per lo più). Ebbene si svilupparono valori di CAPE sopra i 1600 J/kg, tipici di tempeste a Supercella (CAPE da 1000 a 3000 J/kg) e valori di umidità relativa sopra il 65% fino a 7000 m di quota, mentre a 9000 m già si era sotto il 30% (iniezione secca); questi dati sono classificabili secondo Miller (tipologia 2) (**) come stati di termoconvezione di stampo tropicale, con Cb in grado di svilupparsi in altezza oltre i 10 km.

Se facciamo riferimento all'afflusso in genere dai quadranti meridionali di aria molto calda ed umida proveniente dal Tirreno nei primi 2000 m di quota (il conveyor belt: vedi temporali prefrontali) troveremo molte analogie con il flusso caldoumido che dal Golfo del Messico alimenta dal basso i sistemi temporaleschi negli States (pur con le dovute differenze) in grado di evolvere in HP supercell. L'orografia in questo caso ci mette del suo costringendo aria già di per sè estremamente instabile a salire di quota in maniera ancora più ripida; per cui in Italia saranno favorite (o penalizzate a seconda dei punti di vista) oltre che le aree padane anche quelle poste sopravvento rispetto alle correnti nei bassi strati di origine marittima mediterranea molto calde ed umide. Infatti se la Pianura Padana è più soggetta a LP o HP in estate, in autunno le aree a rischio divengono segnatamente la Liguria, Toscana, Friuli e alto Veneto e comunque tutte le aree che abbiano a N importanti sistemi montuosi: in autunno aumentano le ciclogenesi mediterranee in grado di far affluire da S o SW o SE aria caldo umida marittima.

Un'ultima cosa: si usa spesso considerare in sede di previsione di importanti eventi temporaleschi il CAPE (Convective Available Potential Energy), che è una funzione del profilo verticale della temperatura e dell'umidità relativa derivante da radiosondaggio e tiene conto sostanzialmente del rilascio di calore latente durante la salita di una particella d'aria satura, trascurando il DAPE (Downdraft Available Potential Energy) ovverossia una misura delle massime correnti discendenti convettive che si possono avere per effetto del raffreddamento evaporativo in seno ad una supercella. Il DAPE esercita una RETROAZIONE DINAMICA nel senso che i downdraft una volta raggiunta la superficie si trasformano in correnti orizzontali, il cui bordo avanzante (gust front) può originare un vero e proprio sollevamento frontale di nuova aria caldo umida che affluisce ancora dietro alle celle orografiche (pedemontana), dando luogo a nuove celle che sostituiranno quelle precedenti in fase dissipativa. Nel caso della Liguria le celle originate dal DAPE possono investire la fascia costiera dando la sensazione di moto retrogrado delle LP o HP, ma così non è: trattasi di LP o HP di derivazione da DAPE.

Per l'Italia quindi importanza notevole assume l'orografia, ma in buona sostanza c'è netta prevalenza di LP rispetto a HP anche in pianura padana, se non altro perchè nel periodo estivo i getti nell'alta troposfera raramente vengono a farci visita (condizione necessaria ma non irrinunciabile, certo). Tuttavia la casistica non è certo scevra da eventi di HP: per il ravennate cito la HP che devastò la Romagna la notte del 29 giugno 1986 con grandine di dimensioni eccedenti i 7 cm di diametro e downdrafts a 147 km/h nella parte occidentale della provincia di Ravenna.

Per concludere vorrei specificare che il termine LP supercell non deve far pensare ad un temporalino qualunque, trattasi di fenomeni comunque violenti; chiaramente le HP sono in grado di portare devastazioni notevoli su territori anche molto vasti pur senza produrre tornado (anche se è molto probabile) e non sono molto frequenti da noi; tutt'al più si possono manifestare dopo un periodo di calore intenso e con irruzioni fredde molto consistenti.

(*) Il getto non sempre origina bande di cirri o cirrostrati: accade solo nelle depressioni più intense e giovani con fronti molto attivi e indicativamente queste nubi si trovano sopra il punto di occlusione frontale e comunque sempre a S del minimo in quota (dove vengono a contatto la massa fredda polare e la calda subtropicale). Per cui è consigliabile prima guardare l'immagine sat; se non si vedono bande strette di cirri o cirrostrati si passa alla banda vapore ricercando fasce più scure (sempre strette); comunque l'individuazione del getto migliore la si ha a occhio nudo; in tal caso si vedranno bande strette che sembrano convergere all'orizzonte (per effetto di prospettiva) di cirri e cirrostrati molto veloci, più delle nubi sottostanti. Al radar è impossibile l'individuazione della JS poichè al getto non sono in genere associate precipitazioni. La direttrice di queste nubi alte dipende dalla circolazione generale dell'atmosfera; nella maggior parte dei casi i cirri associati al getto si dispongono secondo la direttrice W-E, ma se sono in atto vivaci scambi meridiani polo-tropici con anticicloni di blocco e saccature molto profonde (ma non cut-off) allora i getti possono anche avere direzione meridiana contornando la saccatura (ovverossia S-N o N-S) ma sono casi poco frequenti, nella maggior parte dei casi il moto è zonale.

(**) Il teorema di Miller o "effetto" Miller prende in considerazione molti parametri desunti dai radiosondaggi (nomogramma di Herlofson o Stuve) per la diagnosi dello sviluppo di potenziali sistemi convettivi di tipo tropicale ed oltre ad avere uno sviluppo molto lungo e laborioso mal si adatta alla meteorologia mediterranea; meglio servirsi degli indici di Whiting, SWEAT e Showalter che richiedono meno tempo di applicazione e ben si adattano ai fenomeni "nostrani".

UNA SECONDA CLASSIFICAZIONE NEGLI STATI UNITI

Sebbene la distinzione "ufficiale" tra LP e HP supercell prenda in considerazione il potenziale energetico (LP = low potential e HP = high potential) esiste, specie negli States, dove il fenomeno è più frequente, una seconda distinzione: LP supercell = low precipitation e HP supercell = high precipitation. Negli USA accade sovente che l'aria davanti ai sistemi temporaleschi sia molto secca (aria tropicale continentale a basso contenuto igrometrico) e se essa prevale su quella tropicale marittima del Golfo del Messico si ha la formazione di supercelle di tipo "secco". Allo stesso modo, se il fronte freddo che innesca i fenomeni proviene da W dopo aver superato le Montagne Rocciose, l'aria fredda che segue perderà per compressione adiabatica gran parte dell'umidità specifica: anche in questo caso sono probabili LP supercell del tipo "precipitation" nelle quali le gocce di pioggia ed i piccoli chicchi di grandine evaporano nell'aria secca sottostante non raggiungendo il suolo; diversa sorte tocca ai grossi chicchi che non riescono a fondere completamente ed a volte nemmeno in minima parte: si ha così grandine grossa e rada al suolo...ma è un fenomeno tipico delle pianure americane e da noi non si verifica praticamente mai.

Ma ecco le principali caratteristiche dei due tipi di supercelle secondo questa nuova distinzione:

HP supercell (High Precipitation): la parte centrale è completamente circondata a N e NE da violentissime precipitazioni (vedi schema). Sono molto pericolose perché possono essere associate a tempeste di grandine e purtroppo causano alluvioni lampo data l’enorme quantità di precipitazioni. Possono anche causare violenti downbursts e i tornado a volte sono nascosti dalle forti precipitazioni; spesso si originano dalle squall line.

LP supercell (Low Precipitation): sono rare e spettacolari perché prive di pioggia ma alla loro base può cadere grandine enorme senza altri tipi di precipitazioni. Grandine e rovesci cadono a NW, W e SW e qualche volta a S del mesociclone, mentre l'updraft si trova sul bordo principale del sistema, cioè davanti alle precipitazioni. Si vede da qualunque punto tutta la struttura dell’enorme tempesta e sono molto belle quando producono tornado. In genere i tornado sono più deboli poichè RFD e FFD non sono ben definiti e la base della supercella è più alta. Quasi impossibile la loro comparsa in Italia, data la mancanza del fronte secco: tuttavia la presenza di una dry line potrebbe innescarle. Sono molto pericolose perché non lasciano la traccia sul radar e non fanno scattare gli allarmi anti-tornado. Inoltre sono causa di venti molto forti poichè l'acqua evapora nell'aria secca degli strati bassi accelerando i moti discendenti.

Una supercella durante la sua vita può passare da un tipo all’altro.

La LP è più rara intesa come low precipitation supercell; infatti in genere le supercelle producono intense precipitazioni e una low precipitation necessita di condizioni ambientali che non sempre hanno luogo (da noi quasi mai). Quindi dal momento in cui si forma una supercella è molto più probabile che essa sia del tipo high precipitation. Se invece prendiamo come esempio la classificazione in base all'energia (low potential ed high potential) allora sarà vero il contrario, è cioè che, specie nelle nostre zone, prevale la low potential. Insomma tutto dipende dal tipo di classificazione scelta: negli states prevale la distinzione "precipitation", ma in genere è più usata la distinzione "potential".

Le low precipitation supercell da noi sono quasi inesistenti; mentre frequenti sono le low potential supercell ed in misura minore le high potential supercell. In riferimento alla classificazione "precipitation" le nostre supercelle sono quasi tutte high, prescindendo dal potenziale energetico che esse sono in grado di sviluppare.

Splitting storm

a cura di Pierluigi Randi di Meteoromagna

In merito alla eventualità che si possano osservare wall cloud o tornado con rotazione anticiclonica, la casistica annovera un 5% circa delle possibilità che ciò si verifichi: il fenomeno è associato al manifestarsi delle cosiddette "splitting storm" supercellulari, che di tanto in tanto occorrono negli States. La spiegazione del fenomeno non è semplice e richiederebbe formulaggi alquanto cervellotici, ma può essere sommariamente esposta come segue.

In primo luogo si sa che molte supercelle si sviluppano in seno a forti correnti a getto in alta troposfera, e che tendono a muoversi nella direzione del vento medio (buon level guide è il flusso a 500 hPa) in media troposfera. Supponiamo che la nostra supercella si inneschi in corrispondenza del core del getto (area di massima velocità del vento in quota all'interno del getto stesso e quindi di massimo windshear verticale) con relativo starting di un intensissimo updraft ascensionale (formazione quindi di overshooting top).

L'enorme accumulo di massa sostenuto dall'updraft in alta troposfera andrà giocoforza ad accumularsi immediatamente all'esterno del core del getto (dove ovviamente la velocità del vento pur sostenuta diminuisce); sarà da quella zona che sia per motivi convettivi sia per motivi dinamici partirà il downdraft diretto verso il suolo: è a mesoscala ciò che più o meno accade quando si produce anticiclogenesi al suolo in seno a convergenza in quota sulla dorsale orientale di un promontorio anticiclonico (*).

Avremo quindi un potente downdraft diretto verso il suolo posto a N dell'updraft supercellulare. Nella fase iniziale l'updraft è molto più potente del downdraft indotto, ma se la vita della supercella si prolunga l'accumulo di massa in alta troposfera conferisce notevole consistenza anche al downdraft, che dopo un certo tempo sarà paritario all'updraft. Fino a quando l'updraft "vince" sul downdraft la supercella rimane compatta seguendo la normale vita evolutiva (che si conclude con l'occlusione mesociclonica).

Ma se le due forze si equivalgono per lungo tempo tendono a splittare (separare) la tempesta in due parti specularmente opposte: una (a destra della direzione del vento medio) che ruoterà in senso ciclonico (sostenuta dall'intensità dell'updraft) deviando leggermente verso S (equatorward); l'altra (a sinistra del vento medio) che ruoterà in senso anticiclonico (sostenuta dall'intensità del downdraft) deviando leggermente verso N (poleward).

Sinistra e destra del vento medio si intende rispetto alla direzione vettoriale del vento: in altre parole a destra ci troviamo nella parte S (equatorward) e a sinistra N (poleward). Se però non avviene lo split della tempesta tutto ciò non accade e l'evoluzione è per così dire "normale", per cui le supercelle nel nostro emisfero come al solito tenderanno a deviare verso S rispetto alla direzione media del vento.

Lo split (separazione) avviene molto raramente ed in base a condizioni non frequenti. Nel nucleo a rotazione anticiclonica viene trascinata verso il basso una piccola percentuale di aria stratosferica partita a livello di overshooting (più calda) ed il sistema può avere energia iniziale notevole. Infatti la massa stratosferica viene prelevata dagli alti livelli dal forte downdraft e l'innesco di energia aggiuntiva deriva dal fatto che viene a portarsi in ambiente a temperature inferiori (alta troposfera); la cessione di calore latente comporta energia termodinamica che si propaga, anche se per breve tempo, ai livelli inferiori. Naturalmente la concentrazione di moto anticiclonico a mesoscala (un vero e proprio mesoanticiclone) nel downdraft di poleward può produrre tornado a rotazione oraria (rari).

Un semplice esempio per chiarire il tutto è il seguente: immaginate un cilindro rotante in senso ciclonico (windshear favorevole) che salga di altitudine (updraft); supponiamo che esso giunga in bassa stratosfera (overshooting) e che poco dopo cominci a ridiscendere verso il basso capovolgendosi e mantenendo intatto l'asse di rotazione: se fate mente locale vedrete che nella discesa (downdraft) la rotazione è divenuta anticiclonica. Il tornado o wall-cloud in questo caso ruoteranno in senso anticiclonico.

Il numero maggiore di splitting storm è stato osservato in supercelle innescatesi in prossimità del core del getto, ove possa partire un updraft di intensità spaventosa fermo restando le altre irrinunciabili condizioni termodinamiche favorevoli. In buona sostanza la potenza eccessiva di updraft e downdraft di pari portata è sufficiente a "spaccare" la tempesta in due. Esiste una formula (Pettersen-Beltrami) in grado di calcolare empiricamente il punto limite di intensità di updraft (in accumulo oltre il core del getto) oltre il quale è probabile lo splitting storm, ma è estremamente complessa.

Scansione radar ARPAV - Centro Meteorologico di Teolo (PD) del 28 agosto 2003 ore 18.20 UTC (ore 20.20 italiane), elevazione 3.5°. Le frecce indicano il senso di rotazione dei mesocicloni (orario per la supercella P poleward a nord, antiorario per la supercella E equatorward a sud). La supercella poleward è stata la responsabile della devastante grandinata su Padova e poi sul trevigiano.

SCARICA L'ANIMAZIONE DELLO SPLITTING STORM SU PADOVA, 28 AGOSTO 2003 (2 Megabyte)

(*) Quando in quota si intensifica un promontorio di alta pressione è favorita anticiclogenesi nei bassi strati; il vento alle alte quote passando da curvatura anticiclonica a curvatura ciclonica diminuisce di velocità, per cui è chiaro che passando da un promontorio in quota ad una saccatura si avrà in quel tratto un accumulo di massa d'aria (entra più aria dal promontorio di quanta ne sfugge dalla saccatura). L'unica via di sfogo per tale accumulo di massa d'aria è la propagazione verso il basso, che indurrà anticiclogenesi al suolo sulla dorsale orientale del promontorio in quota; avremo quindi convergenza di aria in quota e divergenza al suolo (anticiclone dinamico). In pratica accade il contrario di quando si produce ciclogenesi nei bassi strati: lì si ha divergenza in quota e convergenza al suolo passando da una saccatura ad un promontorio; infatti le depressioni al suolo si sviluppano quasi sempre ad est dell'asse di saccatura in quota, mentre gli anticicloni si svilupperanno ad E del promontorio in quota.

Inflow-Outflow dominated

a cura di Simone Lussardi

Il termine "Inflow/Outflow dominated" è riferito tipicamente ai temporali a supercella, e sta ad indicare (è una valutazione che solo un occhio molto esperto riesce a fare) da che parte pende il "bilancio" che esiste tra "inflow" ed "outflow". Infatti, per mantenersi in equilibrio il sistema necessita SIA dell'uno CHE dell'altro. Ci sono anche casi in cui la divergenza in quota è elevata e permette (quasi come fosse un ciclone tropicale) di assorbire l'energia che arriva dall'inflow e diffonderla nell'alta atmosfera (outflow in quota), ma sono molto rari. Normalmente, anche nelle supercelle più potenti, è sempre presente una componente di outflow.

Fatte queste premesse, una "Outflow dominated" avrà una componente di outflow che tenderà a predominare sull'inflow. Quindi, le possibilità di Tornado in questo caso specifico sono basse. E' una tecnica che usano i chaser americani per capire quali siano le tempeste "giuste". Una supercella può anche ruotare come una trottola, ma se la sua componente di inflow è inferiore e subordinata all'outflow, è difficile che si generi un tornado, appunto.

Di conseguenza, le migliori supercelle tornadiche sono le "Inflow dominated". Nel bilancio delle correnti predomina l'inflow, quindi si ha turbolenza elevata sotto la base dei Cb, presenza di wall cloud e precipitazioni limitate e ben confinate di fronte alla supercella (rispetto alla direzione di avanzamento del getto o delle correnti a 500 hpa). Se la supercella è matura, è possibile la caduta di radi chicchi di grandine del diametro > 7-8 cm, in quanto le correnti ascensionali tengono in sospensione qualsiasi cosa. Le probabilità di Tornado sono elevatissime, ed è proprio questo parametro che permette di dare un preallarme sostanzioso (normalmente da parte delle "truppe" sul campo) in caso di imminente tornado.

Ma i veri "mostri" sono le rarissime LP supercell (intese come "Low Precipitation", oppure "Zero Precipitation" Cell). In queste tempeste capita che si generi solo la corrente di inflow e nessuna corrente di outflow al suolo. Le precipitazioni in questo caso sono quasi totalmente assenti. Sono in grado di generare Tornado, "suction spots" e "parasite vortex", data la loro potente forza di risucchio. Se durano per molto tempo e ruotano vistosamente, sono in grado di "sparare" grandine di dimensioni incredibili al di fuori della sommità e farla ricadere ovunque sotto l'incudine o addirittura al di fuori del temporale stesso, dove non ci si aspetta generalmente alcun fenomeno rilevante. Si generano solo negli USA (a quanto si sa oggi), a conseguenza di scontri d'aria molto secca con aria molto umida, portate all'estremo delle condizioni. Infatti solo lì (almeno a quello che si sa oggi) si possono formare delle dry-line di tipo freddo incredibilmente potenti, sia come valori igrometrici che come temperatura.

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