Inversione termica - Come funziona?

Un confronto fra 2 stazioni valtidonesi

Premessa

Come mostra l'immagine 1 a piè paragrafo, il mese di gennaio che si è concluso è stato caratterizzato sull'Europa mediterranea (in particolar modo occidentale) da anomalie di geopotenziale positive, il che è sintomo di pressioni superiori alla norma a causa di una persistenza di figure anticicloniche particolarmente prolungata. In diversi casi, inoltre, è stata registrata un'intensità prossima agli estremi percentili per questi anticicloni, il che significa che si è trattato di figure assolutamente anomale in questa stagione. L'immagine 2 riassume invece le anomalie di temperatura a 1500 metri di altitudine in libera atmosfera, e mette in risalto il particolare coinvolgimento delle regioni settentrionali, mentre le estreme meridionali sono state in parte risparmiate. Tuttavia, da quanto si può cogliere sotto i commenti agli articoli meteo, la percezione dell'opinione pubblica non è così diffusamente quella di un gennaio anomalo, e sebbene le opinioni non siano dati scientifici è pur vero che se queste sono in completo disaccordo con essi occorre approfondire le ragioni di tale discordanza.

Dinamica

Questo paragrafo si propone di spiegare brevemente le dinamiche interne ad un'area di alta pressione. L'aria secca di cui si compongono gli anticicloni dinamici è più densa di quella calda e umida, poichè quest'ultima vede parte del suo volume occupate da molecole di acqua, il cui peso molecolare è nettamente minore a causa dei leggerissimi atomi di idrogeno presenti in esse. Per la legge di galleggiamento di Archimede, quindi, la massa più densa precipita, e così l'aria fredda e secca presente in un anticiclone scende, e durante questo processo subisce una trasformazione adiabatica. Secondo la legge dei gas ideali: P*V/T = costante, quindi se la massa d'aria, scendendo, incontra pressioni (P) via via maggiori, per mantenere il rapporto costante questo implicherà una riduzione del volume (V) ed un aumento della temperatura (T). Chiaramente la questione è più complessa di così, ma per ora accontentiamoci di questo grado di approssimazione. Va da sè che se prevalgono i moti discendenti, la convezione è quasi totalmente inibita, e l'orografia padana, chiusa su tre lati da importanti catene montuose, riduce sensibilmente anche i moti laminari dell'aria, con la consguenza di un prolungato ristagno (anche di inquinanti). Alla causa dinamica concorrono altre concause microclimatiche all'instaurazione del profilo inversionale:

1) mentre in quota il rimescolamento e la diffusione sono favorite da minori attriti, alle quote inferiori la limitata circolazione dell'aria impedisce un ricambio in grado di rimpiazzare velocemente lo strato d'aria a contatto con il suolo, e di conseguenza questo per conduzione viene raffreddato dalle superfici che sono più propense alla dispersione di calore grazie al fenomeno di irraggiamento notturno che prevale durante le notti serene, consolidando così una inversione "pellicolare" che, protratta per molte ore, porta a significative differenze di temperatura in pochi metri e allo sviluppo di nebbie da irraggiamento (per comprendere l'entità del potere inversionale delle aree di campagna, di seguito ho riportato un esperimento del CML);

2) una modesta attività convettiva in opposizione alla subsidenza anticiclonica può essere favorita dalla radiazione solare, tuttavia questa in inverno si presenta debole e la sua influenza è limitata alle ore centrali della giornata, durante le quali gran parte dell'energia dev'essere spesa per asciugare i suoli dalla brina/rugiada o, peggio, per dissolvere uno strato nebbioso;

3) sebbene la compressione anticiclonica porti un gradiente termico verticale classico, ciò è valido solo per la massa d'aria che partecipa alla dinamica di tale figura atmosferica, mentre una raffreddata per contatto con i suoli o sedimentata a seguito di un'irruzione fredda si presenta più densa di quella che discende nella struttura altopressoria e non viene quindi spodestata da essa.

4) la combinazione di un forte raffreddamento e di una pressione elevata può entro certi limiti favorire la liquefazione (ovvero la condensazione) del contenuto di umidità, ovverosia di vapore acqueo contenuto in atmosfera, processo che ha come risultato la formazione della nebbia, la quale, se sufficientemente spessa, da un lato preserva lo strato inversionale di giorno, ma dall'altro limita l'azione dell'irraggiamento di notte.

La persistenza, derivante da una situazione di blocco, di queste condizioni atmosferiche, può portare questi meccanismi a reiterarsi e di conseguenza ad una sorta di autoalimentazione del fenomeno di inversione, che può perdurare anche per diversi giorni con ricadute anche importanti sulla qualità dell'aria.

Analisi delle conseguenze termometriche

Il seguente radiosondaggio di Novara, riferito alle ore centrali del 29 gennaio 2024, tradisce la presenza di uno strato di inversione termica al di sotto di 450 metri, entro cui la temperatura tende nuovamente a calare in maniera anche sensibile, presentando una differenza negativa di 8°C in prossimità del suolo, dove si porta addirittura in negativo. Il leggero aumento negli ultimissimi metri è da imputare probabilmente alla conduzione di calore da parte del suolo che viene riscaldato in piccola parte anche in situazioni nebbiose, e ciò è evidenziato anche dal corrispondente calo dell'umidità relativa dello strato più basso esaminato, sovrastato da aria satura, il che fa pensare a un tipico sollevamento della nebbia che caratterizza le ore diurne (si noti che questo rilevamento è stato eseguito a mezzogiorno).

Come nella prima mappa riassuntiva delle anomalie bariche mensili, l'impronta di un persistente dominio anticiclonico è visibile anche dal confronto di temperatura tra la collina e la pianura. Per sottolineare il ruolo dell'inversione termica nel determinare differenze molto locali, ho scelto due due stazioni situate nello stesso bacino, quello del Tidone, poste, rispettivamente, a 539 mt l'una e 81 mt l'altra, dunque separate da un dislivello verticale di 458 mt...più che sufficienti a fare la differenza tra la totale esposizione alle brezze rimescolanti e un coriaceo strato freddo pellicolare.

Un occhio attento avrà sicuramente colto temporanei ripristini di un gradiente verticale non invertito...ebbene, quelle sono le giornate nuvolose o con ventilazione sostenuta: la nuvolosità impedisce infatti il raffreddamento per irraggiamento, esasperando l'effetto serra locale, mentre il vento attua un rimescolamento anche nei bassi strati.