Pioggia intensa in Italia: i fattori in gioco nel nostro territorio

L’Italia costituisce un laboratorio naturale speciale per l’osservazioni di quasi ogni tipo di fenomeno meteorologico, compresa anche la pioggia. L’unicità e la peculiarità di questo osservatorio sono dovuti alla conformazione geografica del Paese, che si allunga in un mare piuttosto caldo a metà strada tra il continente africano e l’Europa centro settentrionale. A rendere particolarmente interessante la meteorologia italiana è la presenza di una complessa orografia con rilievi ripidi che si elevano a poca distanza dal mare.

I fisici dell’atmosfera e i meteorologi studiano da sempre con attenzione i fenomeni meteorologici anche intensi che si sviluppano in questo ambiente, e lo fanno sia con contributi di tipo teorico (sempre più spesso aiutati dall’analisi delle simulazioni al calcolatore) sia attraverso le osservazioni sul campo. Di queste ultime, almeno al di fuori del mondo addetti ai lavori, non si parla molto, ma esse sono essenziali per verificare le simulazioni modellistiche e confortare con preziosi dati il lavoro teorico.
Le osservazioni dello stato dell’atmosfera sono raccolte ogni giorno da una rete di stazioni a terra, da alcuni radiosondaggi, dalla navi, dagli aerei e naturalmente dai satelliti. Questi dati, benché fondamentali, non sono tuttavia sufficienti per analizzare alcune situazioni meteorologiche con sufficiente profondità, passando cioè dalla scala sinottica alla mesoscala.

Per ovviare alla mancanza di una rete di misure sufficientemente densa i ricercatori, unendo le forze, organizzano campagne di osservazioni speciali in cui, in un periodo di tempo limitato, l’atmosfera viene “radiografata” nel modo più dettagliato possibile grazie a radiosondaggi straordinari, strumentazione a terra dislocata appositamente, radar, voli aeri all’interno delle perturbazioni, ecc.. Alla fine degli anni ’90, ad esempio, un’importante campagna di osservazioni (il MAP, Mesoscale Alpine Project) fu dedicato allo studio dei flussi perturbati che interagiscono con l’arco alpino: fu particolarmente studiato il versante nordoccidentale italiano e da quei dati i meteorologi impararono molto. Più di recente, e precisamente nell’autunno del 2012, entrò nel vivo il progetto HyMeX (Hydrological cycle in the Mediterranean eXperiment), che ha potuto studiare (grazie anche alla serie di eventi interessanti che si svilupparono in quel periodo) molti dei meccanismi che influenzano gli episodi di pioggia più abbondante nella regione mediterranea. Con riferimento all’Italia, il progetto HyMeX ha focalizzato la sua attenzione sul Nord-Est, sull’Italia centrale e sull’area del mar Ligure.

I dati di HyMeX sono stati descritti e analizzati in una notevole mole di studi scientifici apparsi negli anni seguenti. Poche settimane fa i ricercatori Marcello Miglietta e Silvio Davolio hanno pubblicato una sintesi dei principali risultati del progetto in un articolo su “Hydrology and Earth System Sciences” che consigliamo vivamente a chi volesse approfondire l’argomento.

Quali sono le situazioni meteorologiche che favoriscono la pioggia più abbondante in Italia? Quali meccanismi intervengono e come si differenziano fra loro?

Come anticipato la campagna di osservazioni HyMeX si è svolta nell’autunno del 2012. La scelta della stagione autunnale naturalmente è stata strategica perché sappiamo che di norma è proprio questo il periodo in cui il Mediterraneo “dà il meglio”, perdonerete l’espressione, nella produzione di forti perturbazioni. Il motivo è legato alla presenza di un mare ancora caldo e all’interazione di questa grande fonte di vapore e di energia con le masse d’aria più fredde e con le grandi “saccature” (aree di basse pressione) che sopraggiungono dall’Oceano Atlantico o dall’Europa settentrionale.

Gli aspetti della geografia sono essenziali per focalizzare la ciclogenesi (il processo di formazione di un’area ciclonica) proprio nei pressi della nostra penisola (si veda la figura1, dove il ruolo dell’orografia è evidente anche sul Nord Africa, dove le aree cicloniche si sviluppano sottovento alla catena dell’Atlante).
La predilezione dei cicloni nello svilupparsi in determinate aree (nel caso dell’Italia sottovento alle Alpi, con la formazione di un ciclone sul mar Ligure, ad esempio, che successivamente si intensifica sul Tirreno) è infatti strettamente legata alle grandi catene montuose e alla distribuzione a larga scala delle terre emerse. Nella mesoscala la conformazione del territorio (orografia minore, isole) gioca un ruolo altrettanto fondamentale nel incanalare i venti, generare aree di convergenza o divergenza delle correnti, favorire il sollevamento o la discesa delle masse d’aria, promuovere il rilascio dell’instabilità, con enormi conseguenze sulla fenomenologia e sull’evoluzione meteorologica generale.

Nel settore del Nord-Est italiano HyMeX ha contribuito a migliorare la conoscenza e la descrizione dei due “modi” principali in cui si manifestano le piogge in quell’area. In entrambe le situazioni la circolazione a grande scala innesca una corrente di Scirocco (vento da sudest) nei bassi strati che soffia sul mare Adriatico: nel caso forse più “intuitivo” (schema b nella figura 2) la massa d’aria proveniente dal mare Adriatico scorre sopra la pianura veneta e poi si solleva seguendo i rilievi. La salita dell’aria umida determina il suo raffreddamento, laformazione di nubi e precipitazioni sulle Prealpi e sulle Alpi, precipitazioni che possono essere esaltate dallo sviluppo di moti convettivi (formazione di cumulonembi, temporali) qualora l’aria risulti sufficientemente instabile. Nel secondo caso (schema a della figura 2) il vento di Scirocco converge (prima di raggiungere le Alpi) con un “vento di barriera” (barrier wind) che soffia da nordest lungo i rilievi e le precipitazioni più intense si verificano sulla pianura o lungo le Prealpi. Il barrier wind non va confuso con la Bora (anche essa da nordest) benché i due fenomeni possano coesistere. Esso nasce dalla deviazione verso ovest (in direzione della bassa pressione) della corrente meridionale che soffia in direzione dei rilievi, deviazione che si manifesta quando la massa d’aria nei bassi strati è particolarmente stabile (più densa e meno propensa a sollevarsi). La localizzazione delle precipitazioni sul Nord-Est, per quanto visto, dipende quindi fortemente dalla stabilità della massa d’aria (quindi dal suo profilo verticale di temperatura e umidità) e naturalmente anche dalla velocità del flusso meridionale, oltre che dall’altezza dell’ostacolo orografico da superare.

Chi possiede qualche nozione di fluidodinamica sa che  queste tre grandezze (stabilità, velocità e altezza) possono essere composte a formare un numero adimensionale detto numero di Froude (definito da U/Nh, dove U è la velocità del vento, h l’altezza dell’ostacolo, N la frequenza di Brunt-Väisälä, misura della stabilità atmosferica). Se il flusso è caratterizzato da un numero di Froude molto maggiore di 1 la massa d’aria tenderà a scavalcare il rilievo, viceversa cercherà ad aggirarlo. La situazione più delicata in una previsione nasce quando questo numero è prossimo a 1: in tal caso piccoli errori nella rappresentazione del flusso possono determinare una simulazione errata del comportamento della massa d’aria di fronte ai rilievi e conseguentemente della distribuzione delle precipitazioni.

Con riferimento alla regione del mar Ligure (Liguria e Toscana settentrionale, tra le zone più piovose della penisola) nel programma HyMeX gli episodi piovosi sono stati divisi in due classi di eventi.
Una categoria comprende le piogge intense che si sviluppano grazie all’azione forzante della catena appenninica (sollevamento orografico), la seconda i sistemi convettivi a mesoscala (MCS, Mesoscale Convective System) che rimangono quasi stazionari in prossimità della costa. La dinamica che contraddistingue questi ultimi merita senz’altro di essere descritta, pur brevemente, perché costituisce un esempio affascinante delle interazioni che si sviluppano in presenza di masse d’aria molto diverse e di un’orografia complessa come quella italiana.

La condizione di base per forti precipitazioni è fornita ancora una volta da un flusso caldo e umido che scorre nei bassi strati, in questo caso dal mar Tirreno verso l’arco ligure (si veda la figura 3). In aggiunta a questa corrente in questa classe di eventi è presente anche una corrente di aria relativamente fredda che scende dalla valle padana attraverso i bassi valichi appenninici riversandosi sul mar Ligure

Immaginare questo tipo di circolazione non è difficile, perché stiamo parlando del moto di un fluido denso (l’aria più fredda) che scorre dai rilievi verso il mare spinto, oltre che dal gradiente barico, dal suo stesso peso ovvero dalla forza di gravità: per questo motivo tali flussi nella letteratura scientifica prendono il nome di “density currents”. 

La convergenza del vento caldo umido da sud con la “density current” di origine padana innesca l’attività convettiva che può evolvere appunto in un sistema a mesoscala quasi stazionario in prossimità della costa. La stazionarietà è legata alle condizioni al contorno appena spiegate, le quali possono mantenere in vita il sistema per molte ore con pioggia potenzialmente abbondante sul medesimo tratto di costa.
Lo stesso sistema convettivo, inoltre, genera a sua volta una corrente di aria fredda (per effetto dell’evaporazione delle piogge, chiamata “cold pool”) che può coesistere con la density current rinforzandola.

In un articolo relativo al 4 ottobre dell’anno scorso avevamo analizzato un episodio alluvionale che produsse intensità eccezionali di pioggia in un ristretto settore della Liguria, generato proprio da un sistema convettivo auto rigenerante quasi stazionario.
In quel caso il sistema si era sviluppato nell’entroterra e pertanto possiamo speculare che il vento freddo in discesa dalla pianura padana fosse assente o comunque poco influente, mentre altri fattori abbiano giocato un ruolo primario nel generare la convergenza e la stazionarietà, in particolare il sollevamento lungo i rilievi, possibilmente rafforzato dalla “cold pool” generata dal temporale stesso.