Pressione atmosferica e previsioni del tempo in montagna

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Con questo articolo non voglio, come si può leggere nella sezione “chi siamo”, essere esaustivo su un argomento così vasto e scientificamente complesso come la meteorologia. Desidero però mettere a fuoco un punto fondamentale per chi va in montagna: poter fare delle previsioni del tempo in loco, senza l’ausilio di computer e connessione dati, che per ovvie ragioni spesso non sono utilizzabili, inoltre le previsioni in loco sono fatte appunto in loco e spesso più affidabili di modelli che sono necessariamente sempre relativi a zone più ampie, va da se come si può leggere in ogni buon manuale di escursionismo le previsioni fatte a casa i giorni precedenti vanno integrate con quello sul luogo. Per un escursionista è estremamente importante sapere se il tempo peggiorerà o migliorerà durante l’escursione o il trekking che si sta facendo. In particolar modo quando durante la giornata si sa che esiste una certa instabilità e/o ci si aspetta l’arrivo di una perturbazione o quando si sta fuori, magari in tenda, per più giorni. Cercherò di partire dalle basi scientifiche che reggono il discorso, ma allo stesso tempo vorrei dare a tutti la possibilità di comprendere i concetti fondamentali e poter di conseguenza fare delle valutazioni sul tempo in atto in modo semplice e pratico. Quindi l’articolo sarà suddiviso in una prima parte più culturale ed una seconda parte più pratica.

Esistono diversi metodi per poter fare una previsione meteorologica locale, di sicuro non può mancare l’osservazione del cielo e delle nuvole ma di questo ce ne occuperemo in un altro articolo. La cosa estremamente interessante è che possiamo avvalerci di una misura: la Pressione atmosferica! Occorre quindi definire che cosa sia l’atmosfera e poi vedere che cos’è e come si misura la Pressione atmosferica.

Si definisce atmosfera l’insieme dei gas che circondano un corpo celeste, le cui molecole sono trattenute dalla forza di gravità del corpo stesso. Non mi dilungo a definire la forza di gravità sottolineo però che la forza in gioco è proprio questa! Per quanto riguarda il nostro pianeta l’atmosfera terrestre è appunto l’involucro di gas che circonda il pianeta Terra. Questo involucro nel complesso viene definito semplicemente “aria” ed è formato da Azoto (78,03%), Ossigeno (20,95%), e per la percentuale rimanente da Vapore Acqueo, Neon, Ozono, Anidride Carbonica, Elio, Metano, Idrogeno, Kripton, Xeno.
L’atmosfera terrestre si può suddividere in due grandi “macro-aree” che si differenziano principalmente per la combinazione dei diversi gas circondanti la Terra: la prima è l’omosfera (da 0 a 100 km di quota) ed è caratterizzata da un’omogeneità nella composizione media dei gas; la seconda è l’eterosfera (oltre i 100 km di quota) caratterizzata da un cambiamento nella composizione media dei gas che tendono ad una prevalenza dei gas leggeri (ad esempio Elio e Idrogeno) man mano che si sale di quota.

Fig 1

L’atmosfera terrestre la si può anche suddividere in zone in base anche ad altri fattori, primo tra tutti la temperatura, utile introdurre anche questa variabile visto che sarà strettamente legata come la quota alla pressione atmosferica. 

1) La troposfera, dai 0 km a 18 km di quota, qui avvengono tutti i fenomeni meteorologici che ci riguardano: tempeste, temporali, venti, tormente di neve si formano tutti in questo strato di aria. La troposfera subisce l’influenza del riscaldamento della superficie terrestre (la Terra è scaldata per irraggiamento dal sole in modo diverso in base alla latitudine, quindi si creano zone più calde e zone più fredde, da ciò derivano le correnti e la circolazione dell’aria ma di questo ne riparliamo eventualmente  in un altro articolo). La temperatura in questa regione varia dai 15 gradi registrati al suolo ad una temperatura di circa -60 gradi. (Fig 2)
Dal punto di vista strettamente meteorologico questa fascia dell’atmosfera terrestre è decisamente la più importante perché è proprio in questo strato che si registra la presenza maggiore di vapore acqueo ed è quindi qui che si verificano la quasi totalità dei fenomeni meteorologici di rilievo, grazie anche alla notevole quantità di moti orizzontali e verticali di correnti che permettono una notevole dinamicità delle condizioni atmosferiche: l’aria degli strati più bassi, che tende a salire, genera grandi correnti convettive da cui hanno origine venti equatoriali costanti (gli alisei) e le perturbazioni atmosferiche. E’ quindi a questo strato che le misurazioni relative alla pressione atmosferica fanno riferimento. E’ interessante evidenziare come la zona di “passaggio” dalla troposfera alla sezione successiva sia anch’essa di rilevanza particolare per le condizioni atmosferiche al suolo: stiamo infatti parlando della cosiddetta “tropopausa” cioè quella sezione posta tra la troposfera e la stratosfera caratterizzata dalla presenza di forti venti che soffiano a velocità molto elevata (si parla di 110 km/h in media) in presenza di una temperatura di circa -55 gradi centigradi. Queste correnti, dette jet stream (correnti a getto) ruotano intorno alla Terra in direzione sostanzialmente “Ovest-Est” e hanno la peculiarità di essere lunghe e sottili, cioè si estendono sostanzialmente per migliaia di chilometri mentre hanno un’altezza di pochissimi chilometri. Le correnti a getto di cui stiamo parlando sono sostanzialmente due, quella polare e quella subtropicale e costituiscono un importante “filtro” che impedisce all’atmosfera che respiriamo di disperdersi oltre i 18 km di quota contribuendo così a determinare, insieme ad altri fattori, quella variabilità atmosferica che rende possibile quei fenomeni che sono oggetto della scienza meteorologica.

2) La stratosfera (dai 18 km di quota circa fino a 50-60 km di quota) è il secondo strato dell’atmosfera terrestre, caratterizzato diversamente dal primo da una bassa quantità di anidride carbonica (siamo quindi in presenza di aria “pulita”) per cui è difficile che si formino nubi consistenti, se si escludono le cosiddette “nubi madreperlacee” che ovviamente non sono in grado di creare delle precipitazioni. La situazione relativa alla temperatura in questa sezione cambia radicalmente rispetto alla precedente: se prima essa diminuiva con l’aumentare della quota, qui invece si riscalda passando dai circa -50 gradi della tropopausa fino agli zero gradi registrati nella zona di passaggio allo strato successivo (intorno ai 50 km di quota circa). Le molecole della stratosfera sono quindi caratterizzate da una temperatura maggiore rispetto a quelle presenti nella troposfera e liberano di conseguenza maggiore energia (l’energia cinetica dipende dalla temperatura, in effetti la temperatura altro non è che la conseguenza del moto delle molecole, se mettete un dito dentro una tazza di tè bollente ci si scotta proprio a causa dell’alta energia cinetica delle molecole) pertanto si attiva quel meccanismo di blocco (solitamente indicato con il nome di “blocco della Tropopausa”) ricordato prima. Da evidenziare (alla quota di 30-40 km) la presenza della ben nota fascia di Ozono che blocca il 99% dei raggi ultravioletti dannosi provenienti dal Sole, senza la quale si verificherebbe un aumento della temperatura media dell’intero Pianeta. La presenza di questo strato di Ozono è verosimilmente la causa di un’altra inversione termica che si verifica alla fine della stratosfera dove la temperatura torna a diminuire con l’aumento della quota.

3) La mesosfera (dai 50 ai 100 km di quota circa) è la terzultima zona dell’atmosfera: qui la temperatura torna a scendere dallo zero fino a circa -80 gradi centigradi ed è la zona in cui vengono “filtrati” e distrutti i piccoli oggetti che provengono dallo spazio (come le meteoriti).

4) La termosfera (circa dai 100 ai 200 km di quota) è il penultimo strato dell’atmosfera caratterizzato da altissime temperature (nuova inversione termica dai -90 della mesosfera fino agli oltre 1000 gradi centigradi ai 500 km di quota) causato dalla presenza di molecole “leggere” che possiedono una forte energia cinetica e quindi disperdono molto calore.

Fig 2

5) L’esosfera (circa dai 200 km ai 960 km di quota) è l’ultimo strato dell’atmosfera caratterizzato da temperature superiori ai 1220 gradi, anche a causa della diretta influenza dei raggi x e ultravioletti provenienti dal Sole.

Importante ricordare che l’atmosfera, al pari di tutti gli oggetti presenti sulla terra, subisce l’effetto della forza di gravità! Si definisce pressione una grandezza fisica ottenuta dal rapporto tra una forza agente ortogonalmente (cioè su un piano immaginario di assi ortogonali) su una superficie e la superficie stessa P=F/S.

Fig 3

In altre parole tutti gli oggetti presenti sul nostro Pianeta hanno un certo peso, perché sono soggetti alla forza di gravità; fra questi oggetti, anche se non ci si pensa normalmente, c’è anche l’aria. Difatti l’aria che respiriamo è composta di gas (azoto, ossigeno ecc. ecc.) che hanno un peso ben preciso; in particolare sappiamo che ad altezza d’uomo se prendiamo (idealmente) un cubo di 1 metro di lato e lo riempiamo d’aria, questo peserà un chilogrammo; mano a mano che si va verso l’alto l’aria si fa sempre meno densa in quanto la forza di gravità è inversamente proporzionale alla distanza (vedi Fig 3), quindi il nostro cubo peserà sempre meno. In sostanza sulle nostre teste grava un peso enorme, ma non ce ne accorgiamo per ragioni che non verranno affrontate in questo articolo. L’atmosfera pesa e quindi preme sul nostro pianeta, se andiamo al mare abbiamo più atmosfera sulla testa, se andiamo in montagna, stiamo più in alto e ne abbiamo di meno. A livello del mare la pressione dell’atmosfera su un quadrato di un centimetro di lato è di poco più di un chilogrammo, invece sulla montagna più alta del Pianeta la pressione su un quadrato di un centimetro di lato è di solamente trecentocinquanta grammi! Una bella differenza! Per questo motivo quando gli alpinisti fanno le spedizioni sulle cime più alte delle montagne, dove c’è una pressione minore e quindi anche meno aria, devono prima di tutto abituare il loro corpo a vivere con meno aria intorno. Ma della pressione e della montagna e della fisiologia dell’organismo umano sarà interessante dedicare un altro studio.

La pressione atmosferica quindi come si è detto è pari al peso di una colonna verticale d’aria, peso che deriva dalla forza di gravità, con una superficie di base di un metro quadrato. L’unità di misura utilizzata anticamente era il millimetro di mercurio, ovvero quell’unità di misura derivante dal famoso “Esperimento di Torricelli” che per primo studiò e tentò di inquadrare la pressione atmosferica. Oggi l’unità riconosciuta all’interno del Sistema Internazionale è l’ettopascal (hPa) che corrisponde, per comodità e continuità con il passato, al “millibar” (mb). Tornando alla definizione generale di “pressione”, la pressione atmosferica è il risultato del rapporto tra una forza (unità di misura il Newton [N]) ed una superficie (unità di misura il metro quadro [m2]) corrispondente appunto all’Ettopascal. Riassumendo tramite una formula:

p =1 mb =100Pa = 1 hPa = 100 N/m2

Abbiamo già introdotto il concetto che la Pa diminuisce con l’altezza, possiamo poi specificare che varia anche con altri fattori come la temperatura, l’umidità, la latitudine. Ma in questo articolo voglio limitarmi alla quota visto che è il centro del nostro discorso. Importante subito precisare che la Pressione atmosferica cala di 1hPa ogni 8/9 metri, ossia se saliamo di 100 metri abbiamo una riduzione approssimativa di 10hPa,  ciò ci tornerà molto utile più avanti.

Fig 4

Ma come possiamo mettere in relazione la Pressione atmosferica con le previsioni meteorologiche? tutti i giorni sentiamo dire alla TV che bassa pressione è indice di cattivo tempo e al contrario alta pressione è indice di bel tempo. Le isobare sono le curve che uniscono i punti che anno la medesima pressione atmosferica, come possiamo vedere in Fig 4. I valori riportati nelle isobare sono relativi al valore di pressione al suolo, come si può leggere parliamo di una carta con data 16 gennaio 2017, è interessante notare come al Nord i valori di pressione siano più alti che al Sud, difatti in questi giorni stiamo assistendo ad una perturbazione importante ed abbiamo visto come il maltempo è maggiore al Sud Italia. in altre parole le perturbazioni si spostano dalle regioni ad alta pressione a quelle a bassa pressione, così come la forza di gravità ci permette di scendere con una bicicletta da una quota maggiore (maggior energia potenziale) ad una minore (minore energia potenziale) senza pedalare, le correnti si muovono da una regione ad alta pressione ad una a bassa pressione. Ovvio che questo discorso vale anche per le zone locali in cui si registrano pressioni diverse in quanto corrispondono a regioni in cui ci sono masse d’aria di diverso “peso” e di natura differente (aria più calda, aria più fredda, aria umida, aria secca, nuvole, precipitazioni ecc ecc). Inoltre è importante ricordare che attraverso la circolazione atmosferica talvolta sulle nostre teste possiamo avere “più aria”, ed allora la pressione aumenta, pertanto l’aria tenderà a scendere verso il suolo perché “pesa troppo”. Ma vale anche il contrario, ovvero possiamo avere “meno aria” nella colonna, quindi la pressione diminuisce, l’aria di conseguenza può con più facilità salire verso l’alto, tanto da poter arrivare al livello di condensazione, facendo nascere le nubi con possibilità di formare vere e proprie perturbazioni, come esemplificato in figura 5.

Fig 5

Appare ora chiaro che è estremamente utile poter misurare la pressione nella zona in cui ci troviamo e monitorarla nel tempo, è chiaro che se la pressione è alta e stabile o addirittura in aumento possiamo aspettarci il bel tempo, nella maggior parte dei casi. Quando si dice alta o bassa pressione si fa riferimento al valore medio della pressione atmosferica misurata nel corso di un anno a livello del mare (a 45 gradi di latitudine), corrispondente a 1013,25, ossia un’ atmosfera. Se il valore che misuriamo a livello del mare in un dato momento è superiore a 1013 hPa siamo in presenza di alta pressione, se inferiore siamo in presenza di bassa pressione. Quindi se per esempio a Pesaro misuriamo 1020 hPa possiamo aspettarci bel tempo o tempo in miglioramento. Abbiamo però detto che la pressione atmosferica varia con l’altezza, di circa 1 hPa ogni 8-10 m quindi se siamo a 100 m di altezza ci aspettiamo una pressione di circa 1003 (1013-10) hPa. Questo concetto è fondamentale perché noi nelle nostre escursioni non solo non saremo quasi mai a livello del mare, ma la quota varia di continuo quindi per capire se siamo in presenza di bassa o di alta pressione l’operazione che conviene fare è normalizzare il valore di pressione atmosferica che registriamo alla quota in cui ci troviamo con il valore a livello del mare. In pratica se ci trovassimo in un posto x per capire se siamo in presenza di alta o bassa pressione dovremo semplicemente dividere la quota del posto x per 10 e sommarla alla pressione che misuriamo sul posto x: valore Pressione atmosferica (del posto x)+ altezza (del posto x)/10. Per esempio stiamo camminando arriviamo a 1500 metri di altezza, nel barometro leggiamo il valore della pressione e ci sommiamo 150 (1500/10), se il valore che otteniamo è superiore a 1013 saremo in presenza di alta pressione. Continuiamo a camminare arriviamo a 2000 m di altezza e nel barometro leggiamo 820 hPa normalizziamo il valore a livello del mare: 820+2000/10, 820+200=1020 hPa siccome è superiore a 1013 hPa possiamo concludere ragionevolmente che siamo ancora in alta pressione e quindi in presenza di bel tempo. Sarà quindi utile monitorare la pressione atmosferica e vedere non solo se è superiore o inferiore al valore medio (normalizzato a livello del mare) ma anche paragonare il valore che leggiamo con gli ultimi letti, per capire la tendenza della pressioni quindi del meteo! (in fatti potrebbe anche essere che partiamo con una Pressione a livello del mare bassa ma il trend è crescente, quindi il tempo va migliorando), Basterà ricordare l’operazione elementare sopra citata (Pax+hx/10) per poter capire l’andamento della pressione atmosferica in ogni punto in cui siamo. A dire il vero siccome la pressione cala di 1 hPa ogni 8-10 m l’equazione più corretta sarebbe (Pax+hx/9) ma poiché in montagna non possiamo sempre metterci a fare i calcoli, in più la variazione non è sempre lineare, visto che dipende anche da altri fattori come temperatura ed umidità, occorrerebbe di volta in volta verificare l’equazione. Un metodo più semplice è quello di monitorare e tarare abbastanza frequentemente l’altimetro. Ad esempio partiamo per la nostra escursione a 600 m, tariamo l’altimetro dopo 3 ore siamo a 1400 (la quota la leggiamo in un cartello, rifugio o anche nel GPS), guardiamo l’altimetro se leggiamo 1400 allora significa che la pressione è stabile, se leggessimo 1340 significa che la Pressione è si è alzata quindi che il tempo probabilmente sarà bello, tariamo l’altimetro a 1400 e dopo un paio di ore controlliamo di nuovo, osservando il valore e se necessario tariamo ancora l’altimetro. Fondamentale tarare l’altimetro, sia per poter vedere se c’è stata una variazione di pressione che per il fatto che l’altimetro funziona bene solo se tarato. Ovvio che le previsioni del tempo con l’altimetro sono molto importanti quando siamo fuori una o più notti, in tenda o in un rifugio, la sera tariamo l’altimetro, e la mattina possiamo vedere se la pressione si è abbassata oppure alzata! in questo caso possiamo anche vedere il valore della pressione non normalizzato, se la sera è 867 il mattino 890 e noi di notte non ci siamo mossi allora la pressione si è alzata. Concludendo va precisato che di barometri portatili ne esistono diversi, io ho scelto un orologio Casio Pro Trek, un modello molto semplice dotato solo di barometro, altimetro e termometro quindi anche economico.

GANA