Meteorologia
La meteorologia è lo studio dell'atmosfera terrestre e delle variazioni di temperatura ed umidità che producono diverse condizioni del tempo. Tra i principali oggetti di studio sono i fenomeni delle precipitazioni atmosferiche (pioggia e neve), dei temporali, dei tornado, degli uragani e dei tifoni
(vedi uragani e tifoni).
L'importanza degli eventi meteorologici è sentita in vari modi: la siccità provoca penuria d'acqua, danni all'agricoltura, secca dei fiumi e maggiore probabilità d'incendi. Inoltre tali fenomeni possono far diminuire la navigabilità dei fiumi e provocare infiltrazioni di acqua salina in falde acquifere e in insenature della costa, appassimento delle piante, morte di animali, spostamento di popolazioni e perfino conseguenze politiche. Tale enorme impatto sulle attività umane ha portato allo sviluppo delle previsioni del
tempo.
La parola meteorologia deriva dalla parola greca meteoron che si riferisce ad un fenomeno astrologico. La Meteorologica di Aristotele (340 a.C.) riguardava i fenomeni che avvenivano al di sopra della Terra. L'astronomia, compresi gli studi sulle meteore (astelle cadentinÿc), più tardi diventò una scienza a parte. L'incerta scienza della meteorologia fu ristretta allo studio dell'atmosfera. Molti fenomeni meteorologici sono ancora chiamati "meteore": le
idrometeore (acqua liquida o solida, cioè pioggia, neve, nubi, nebbia), le
litometeore (particelle secche, cioè sabbia, polvere, fumo; v. sabbia e polvere, tempeste di), le
fotometeore (fenomeni ottici come aloni, miraggi, arcobaleni), e le
elettrometeore (fenomeni elettrici come fulmini e fuochi di S.
Elmo).
La meteorologia moderna si concentra sullo studio delle condizioni del tempo, inclusi temporali, cicloni e anticicloni, uragani, tifoni e monsoni. La meteorologia serve per descrivere e studiare le ragioni fisiche di eventi isolati; la climatologia, invece, (v. clima) descrive e studia l'origine dei comportamenti atmosferici
osservati.
SCOPO
Una completa descrizione dell'atmosfera richiede un approccio interdisciplinare, facendo riferimento a molti campi della scienza e della tecnica. I movimenti atmosferici, basati sulle equazioni della dinamica dei fluidi per un fluido comprimibile (l'aria) al di sopra della Terra che ruota (v. Coriolis, forza di), sono studiati dalla
meteorologia dinamica. Una complicazione importante per questi studi è che i cambiamenti di stato dell'acqua atmosferica (solido, liquido, gas) avvengono in modi molto complessi e non lineari modificando profondamente le equazioni usate nella meteorologia
dinamica.
Il comportamento dell'acqua è studiato anche separatamente quale aspetto della
meteorologia fisica (fisica dell'atmosfera), che si occupa delle nuvole, della nebbia e delle idrometeore
(vedi, modificazioni del tempo). La meteorologia fisica ha altri rami che riguardano altri processi fisici. Per esempio, il trasferimento di energia radiante riguarda la principale forza agente nell'atmosfera, la radiazione solare, ed il problema generale della propagazione dell'energia radiante. Altre discipline specifiche studiano l'ottica e l'acustica
atmosferiche.
Certi rami della meteorologia danno una visione complementare di fenomeni tipici a scale o dimensioni particolari. Scale gradualmente maggiori, nello spazio e nel tempo, sono prese in considerazione nella
micrometeorologia (lo studio di fenomeni nello strato più basso dell'atmosfera compreso tra 1 e 2 Km; v. microclima); nella meteorologia di scala intermedia (tempeste, brezze marine, venti di montagna); nella
meteorologia sinottica (sistemi ad alta e bassa pressione, fronti); infine, nello studio della circolazione generale (monsoni). Le previsioni del tempo derivano da queste discipline; ogni ramo applica le scoperte degli altri rami per meglio comprendere gli oggetti del suo
studio.
Altri rami della meteorologia trattano fenomeni in luoghi specifici quali l'equatore, i tropici, le regioni marittime e costiere, i poli e le montagne. La parte alta dell'atmosfera è anch'essa studiata separatamente. Altre discipline si occupano della registrazione di dati con dispositivi quali la radio, il radar e i satelliti. Si usa spesso l'elaborazione elettronica, che include le previsioni numeriche del tempo, l'analisi di dati interattivi e i sistemi
illustrativi.
La chimica atmosferica, che studia le reazioni chimiche che avvengono nell'atmosfera, sta diventando sempre più importante per i cambiamenti nella composizione chimica dell'atmosfera causati, inavvertitamente, dagli uomini. Cambiamenti nelle concentrazioni di
ozono, e di anidride carbonica, e la maggiore quantità di piogge acide, hanno superato lo stadio di problema locale per diventare questioni generali (v. effetto
serra; inquinamento, controllo dell').
Studi meteorologici vengono effettuati in altri campi scientifici connessi con l'ambiente. Questi sono: l'aeronautica, l'agricoltura, l'architettura, la balistica, l'ecologia, la produzione energetica, lo studio delle foreste, l'idrologia, la medicina e l'oceanografia. Alcune di queste discipline si limitano a determinare gli effetti del tempo in un particolare luogo e momento, ma altre quali l'idrologia e l'oceanografia influenzano gli eventi meteorologici modificando le condizioni atmosferiche sulla superficie terrestre (v. oceano atmosfera,
interazione).
SVILUPPO DELLA METEOROLOGIA MODERNA
Le origini della meteorologia risiedono nelle osservazioni qualitative delle condizioni del tempo locale e nella speculazione. Per lo più il lavoro di Aristotele fu il riferimento base nell'antichità e nel Medioevo finché, nel sec. XVII, René Descartes, Galileo Galilei e altri sostituirono la speculazione con osservazioni strumentali. Gli strumenti per effettuare queste misure - l'igrometro, il barometro ed il termometro - sono stati sviluppati tra il 1650 e il 1750. In quel periodo si ebbero anche lavori teorici e sperimentali quali le leggi del movimento, del raffreddamento e della rifrazione di Isaac Newton; gli studi di Blaise Pascal, Edme Mariotte, Robert Hooke, Edmund Halley ed altri sull'ipsometria (la misura precisa dell'altitudine); il lavoro di Robert Boyle sui gas e quello di Halley, John Hadley e Jean Le Rond d'Alambert sulla circolazione atmosferica. Un secolo dopo (1750-1850) i termometri furono standardizzati, Benjamin Franklin studiò il fulmine, John Dalton gettò le basi per misurare l'evaporazione e l'umidità, e Luke Howard classificò le nubi. Dopo il 1800 cittadini privati ed istituzioni pubbliche iniziarono a raccogliere informazioni sul
tempo.
Dopo che la flotta navale francese fu colpita da un temporale durante la guerra di Crimea (1853-56), nel Nordamerica e nell'Europa occidentale si iniziò a raccogliere informazioni sul tempo in molti luoghi simultaneamente per mezzo del telegrafo, inventato appena prima (1837). Lo sviluppo di orologi attendibili permise la registrazione continua delle osservazioni. Furono inventati gli anemometri a coppa e pressione, e l'elettricità fu usata per registrare le rilevazioni degli strumenti. Furono usati palloni, aquiloni ed aeroplani per trasportare gli strumenti attraverso la
troposfera (la parte più bassa dell'atmosfera) fino alla
stratosfera (il suo secondo livello), scoperta e descritta all'inizio del 1900. Osservazioni sistematiche dell'alta atmosfera iniziarono nel 1920 con lo sviluppo delle radio a pila, abbastanza leggere da essere trasportate da palloni. La collezione di dati su grandi aree fornì una descrizione più completa dell'atmosfera, incluse caratteristiche quali le correnti a
getto.
La termodinamica, sviluppatasi dal 1850 in poi, fornì relazioni importanti per la descrizione dei movimenti e delle trasformazioni atmosferiche. Nel secolo che va dal 1850 al 1950 la
meteorologia sinottica era il ramo dominante, nel quale un corpo di principi fisici sostituiva un insieme di regole empiriche sparse. Verso il 1920 la
scuola di Bergen, diretta da Wilhelm Bjerknes e suo figlio Jacob, raccolse queste idee nella teoria del fronte polare del ciclone, introducendo concetti base quali il fronte e le masse
d'aria.
La meteorologia dinamica moderna nacque nel 1948 quando Jule Charney riuscì a ridurre le equazioni dinamiche (espresse per la prima volta da Bjerknes nel 1904) in una forma semplice e pratica. Lo sviluppo simultaneo dell'elaboratore numerico favorì l'uso del metodo di Charney, perché
permise che le previsioni del tempo si basassero su soluzioni approssimate delle equazioni di
moto.
Dal 1948 le tecnologie per lo studio a distanza dell'atmosfera sono proliferate. Nel 1950 il radar era così progredito da essere usato per definire i confini delle nubi in base alle loro goccioline d'acqua sospese e quindi indicare la struttura interna dei temporali (v. radar, meteorologia con). Dal 1965 in poi, furono sviluppati radar che usano l'effetto doppler per fornire informazioni sulla velocità e sulla riflessione. Dopo il 1960, i satelliti (v.
GOES; Nimbus; satellite artificiale; Synchronous Meteorological Satellite; TIROS) fornirono informazioni dettagliate su tutta la
Terra.
METEOROLOGIA CONTEMPORANEA
Nel campo della meteorologia è sempre più comune l'uso degli elaboratori e dell'automazione, man mano che gli scienziati cercano di usare al meglio la grande quantità di informazioni provenienti da strumenti tradizionali e nuovi. Per esempio, l'elaborazione veloce di informazioni Doppler è importante per avvisare col massimo anticipo gli abitanti del luogo in cui si scatenerà un tornado o altri fenomeni
violenti.
Negli anni 1990 ci saranno nuovi sistemi di osservazione quali la rete Radar Doppler NEXRAD, la rete di sensori del vento
Profiler, e molti altri sensori nuovi e potenti applicati su satelliti, come quello che misura la velocità del vento sulla superficie oceanica. Molte di queste informazioni sono diffuse nel mondo dalla
World Weather Watch, organizzata dalla World Meteorological
Organization. Alcuni centri in varie parti del mondo elaborano grandi modelli dalle loro osservazioni e diffondono le previsioni del tempo attraverso reti di comunicazioni. Due di questi sono il Centro nazionale meteorologico (Stati Uniti) e il Centro europeo per le previsioni a medio raggio (Gran
Bretagna).
Un'altra forma di cooperazione internazionale si osserva in molti programmi meteorologici. Per esempio, il progetto
Tropical Ocean Global Atmosphere cerca di trovare connessioni tra gli oceani tropicali e l'atmosfera di tutto il mondo.
L'International Satellite Cloud Climatology Program cerca di stabilire gli effetti delle nuvole sull'atmosfera. Tale cooperazione internazionale è indispensabile per la trattazione dei vari fenomeni su scala
globale.
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