Il temporale è un fenomeno atmosferico generalmente violento accompagnato spesso da fulmini, vento e precipitazioni anche intense. Il temporale è uno dei fenomeni estremi della natura: fin dalla antichità era temuto e venerato. Gli antichi spesso creavano divinità per i fenomeni della natura: tra questi non poetva mancare la figura del Dio temporale. L'esempio più famoso è forse quello di Giove che aveva il potere di scagliar fulmini, ma anche nella civiltà egizia gli dei collegati ad eventi atmosferici non mancano. Oggi, con i progressi nei campi della scienza, il temporale non è che una nube plumbea associata generalmente a precipitazioni a prevalente carattere di rovescio e/o vento. Tuttavia il suo fascino rimane lo stesso dopo migliaia di anni. Come non si può apprezzare il gioco dei fulmini nel cielo?
In primo luogo per la formazione di un vero e proprio TS devono necessariamente intervenire molti fattori: primi tra i quali CAPE e LI (purtroppo anche questi hanno delle limitazioni: se il primo è troppo basso oppure il secondo troppo alto o queste due condizioni insieme, il cumulo anche se congesto si "ferma come cristallizzato” in quello stato), poi interviene lo Shear Verticale e le Correnti in Quota (ma se il primo è troppo debole oppure le seconde troppo forti o le due condizioni insieme, il cb congesto viene letteralmente "spazzato via" dalla forza della corrente), poi abbiamo le temutissime inversioni termiche in quota (che si denotano dal distaccamento della sommità del CB) che riescono a fermare la crescita anche di una bella torre temporalesca. Intervengono poi molti altri indici che possono indicare la formazione di TS più o meno forti ma che citeremo solamente: K-Index, Total Index, Thomson Index ed altri.
Indice Cape Indice Li Indice Sheare
CAPE (Convective Available Potential Energy) E’ un indice termodinamico riportato nei radiosondaggi che indica la quantità di Energia Potenziale Disponibile alla Convezione, espressa in joule/kg (J/kg). Avremo le seguenti fasce di riferimento:
  • CAPE minore 500: assenza di temporali
  • CAPE da 500 a 1000: possibilità di isolati temporali
  • CAPE da 1000 a 2000: temporali abbastanza probabili
  • CAPE maggiore 2000: temporali forti abbastanza probabili; possibili tornado

    Il CAPE rappresenta l’ammontare dell’energia di sollevamento disponibile per la porzione di atmosfera presa in esame. Maggiore è la differenza di temperatura tra la prorzione e l’ambiente, maggiore sarà il CAPE e quindi l’accelerazione verticale delle particelle di aria. Sebbene il CAPE sia sensibile alle proprietà della zona di partenza, di solito è considerato il migliore indice in quanto è calcolato prendendo in esame l’intero radiosondaggio e non utilizzando invece dei dati a delle specifiche e predefinite altezze.
  • LI (Lifted Index) E’ un indice termodinamico che può essere ricavato dai radiosondaggi ed esprime la stabilità atmosferica; è espresso in °C. Anche qui possiamo fare riferimento a delle fasce:
  • LI > 2 assenza di temporali;
  • LI 0 ÷ 2 possibilità di isolati temporali;
  • LI -2 ÷ 0 temporali abbastanza probabili;
  • LI -4 ÷ -2 possibilità di temporali forti;
  • LI < -6 temporali forti abbastanza probabili; possibili tornado.

  • SHEAR (comunque è più proprio parlare di WIND SHEAR) è la variazione della velocità e della direzione del vento su una breve distanza (verticale od orizzontale); il wind shear (o semplicemente “shear”) più importante per lo studio sui temporali è quello verticale, essendo le nubi temporalesche a sviluppo verticale. Il wind shear favorevole allo sviluppo di intensa attività temporalesca corrisponde ad una unica configurazione: se il vento salendo di quota proviene da direzioni che ruotano gradualmente in senso orario (esempio SE al suolo, SSW a 1500 m e W a 5500 m 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 wind shear positivo poichè conferisce moto antiorario alla cella temporalesca che è in grado di "stimolare" la salita dell'aria.
    Indice Cape e Lifted attuale in Europa
    Abbiamo un Cumulus Congestus in piena evoluzione, il suo aspetto è torreggiante ed inizia a farsi imponente, ora se tutte quelle condizioni di cui abbiamo parlato prima (ovvero CAPE, LI, Shear, Correnti in Quota ed Inversione Termica in Quota) sono favorevoli, ecco che il Cu passa allo stato di Cb, ovvero Cumulonimbus, che nella prima fase della sua evoluzione è Calvus (contorni in genere lisci, brillanti e ben definiti. Sommità arrotondata e si eleva a forma di montagna o di torre senza incudine o frange di cirri falsi. Possono dare origine a precipitazioni sottoforma di rovesci o a manifestazioni temporalesche). E gia parliamo di un TS, ma non molto intenso. Con il passare del tempo, sempre che le condizioni sopraccitate continuino ad essere favorevoli allora passiamo alla fase più matura del Cumulonembo, ovvero quando si inizia a formare l'incudine, stiamo allora parlando di un Comulonimbus Incus (questo Cb ha sommità appiattita (incudine), fibrosa e a volte distintamente cirriforme (cirri falsi) che è indice di pieno sviluppo. Rappresenta l'evoluzione successiva al Cb Calvus ed è così grande che la sua forma d'insieme può essere vista solo da notevole distanza. Al Cb Incus sono associati i fenomeni temporaleschi come grandine, rovesci e tornado. E qui stiamo parlando di un intenso TS che poi in condizioni estremamente favorevoli può diventare anche una supercella. L'incudine si forma quando l'updraft (la corrente ascendente che da vita del sistema temporalesco) del Cb raggiunge il cosiddetto "Equilibrium Level", che di norma viene posizionato poco al di sotto del limite massimo della troposfera, ma che può benissimo essere più basso, ovvero quando l'ascesa delle particelle d'aria inizia ad incontrare maggiore difficoltà nella salita ed inizia il ghiacciamento della parte superiore del cumulo (quando assume forme fibrose). Poi i venti in quota fanno il resto "appiattendo" letteralmente la parte superiore del Cb che a questo punto è diventato Incus, e quindi è entrato nella sua fase matura. Se dalle rilevazioni satellitari notiamo che la parte più alta del Cb è superiore all'Equilibrium Level allora siamo in presenza di un Overshooting Top (che indica inflow (crrenti ascensionali che entrano nel Cb) e quindi Updraft molto intensi, ma questa formazione appartiene principalmente ai temporali a supercella.
    Quindi riassumendo, le fasi sono:
  • Cu Congestus
  • Cb Calvus
  • Cb Incus (fase matura)
  • Cb Capillatus Incus (fase di dissolvimento del temporale).
  • Temporali a supercella
    La supercella è in assoluto il temporale più pericoloso e potente. La sua caratteristica principale, che lo distingue dagli altri, è la presenza di un updraft rotante ovvero di un "mesociclone". La sua formazione richiede una particolare coincidenza di eventi infatti le supercelle sono fenomeni rari in Italia. 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 indotta dalla forza di rotazione della supercella stessa. 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 vicina. Ma se si dovessero creare le condizioni per lo sviluppo di una sola singola cellula, allora il discorso cambierebbe totalmente. In questo caso il cumulonembo che si sviluppa prende il nome di supercella ed è costituito solo da due sistemi di correnti su vasta scala. Le condizioni favorevoli allo sviluppo di supercelle sono riassumibili in:
    1) forte contrasto termico (gradiente termico verticale) 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 può essere inclusa la Pianura Padana;
    3) forte differenza dei valori di umidità tra la massa d’aria entrante, costituita da aria secca, e quella in sollevamento, costituita da aria umida;
    4) jet stream (correnti a getto) in quota oppure ai livelli medio-alti della troposfera, la quale contribuisce alla ciclogenesi nei bassi strati ed accelera la convezione favorendo così eventi come le grandinate ed i tornado;
    5) il 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 a se stanti non destano alcuna preoccupazione. Tuttavia, l'eventuale comparsa di moti convettivi e successivamente dei temporali fanno sì queste rotazioni orizzontali si trasformino in rotazioni ad asse verticale e che quindi all'interno della nube l'updraft 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'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.

    In tal modo l'updraft si trasforma in un mesociclone, alla cui estremità inferiore potrà comparire una minacciosa wall cloud (nube a muro) che è un possibile indicatore per lo sviluppo di tornado. La rotazione del mesociclone quindi deriva dal trasferimento di vorticità (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. 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.
    C'è da dire anche che 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. Un'influenza finale arriva quando una fase più severa conduce un intenso downdraft (correnti discendenti presenti all’interno di ogni temporale, accompagnano la pioggia e la grandine in discesa dal cuore del TS) 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 che può essere identificata dietro al temporale viene deviata verso il terreno (il nome tecnico è Rear Flank Downdraft, RFD) incrementando ulteriormente la rotazione 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.
    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)
    I Fulmini. Manifestazione più evidente e spettacolare di un temporale
    I fulmini sono scariche elettriche derivanti da un accumulo di cariche elettriche di segno opposto che si viene a creare tra il suolo ed il Cb, il quale sembra che separi le cariche positive da quelle negative concentrandole in regioni diverse. Sembra che i cristalli di ghiaccio alla sommità della nube siano caricati positivamente, mentre le gocce d'acqua alla base della nube sono caricate negativamente. Sotto la base del temporale il suolo assume carica positiva e questa regione si muove assieme al Cb, mentre il terreno esterno al perimetro del Cb mantiene carica negativa. Si creano quindi differenze di potenziale e ciò produce un'attrazione reciproca delle cariche di segno opposto lo strato d'aria che le separa, sebbene sia un buon isolante, non riesce più a impedire il contatto tra le cariche e avviene così un vero e proprio "corto circuito" che si realizza nel fulmine. Le cariche negative si muovono verso quelle positive seguendo percorsi casuali a zig-zag (scarica portante). Quando si incontrano nasce il fulmine, che è sostenuto da un ritorno di cariche positive verso la nube (scarica di ritorno) che viaggia alla velocità di circa 96.000 km/s ma noi osserveremo solo un'unica scarica, in quanto i nostri occhi non riescono a distinguere le due scariche. Tuttavia, il canale percorso dalla prima scarica può essere utilizzato da altri fulmini e se ciò avviene si ha il tipico effetto intermittente. Il processo continuerà fino a quando tutte le cariche elettriche della nube saranno state dissipate.
    Tipologie di fulmini
    Tipo 1:
    nube-suolo (fulmine negativo) partono dalla base della nube, caricata negativamente, al suolo, caricato positivamente. La superficie terrestre e gli oggetti sopra la stessa conducono l'elettricità molto meglio dell'aria perciò i fulmini sfruttano il "potere delle punte" seguendo il percorso più breve ed abbattendosi su montagne, campanili, antenne, grandi alberi isolati (pioppi, querce e olmi in primis). Sono visibili non oltre i 70 km.
    Tipo 2:
    nube-suolo (fulmine positivo) non partono dalla base del cumulonembo, bensì dalla sua sommità caricata positivamente e la regione di suolo esterna al perimetro del temporale che è caricata negativamente questi sono i fulmini positivi che possono raggiungere addirittura lunghezze di 40-50 km per quanto riguarda la sola scarica principale (senza le ramificazioni) se questa si abbatte molto distante dalla base del Cb. Evidentemente sono casi più unici che rari vengono chiamati fulmini a ciel sereno, anche se così non è; comunque lunghezze di 20-30 km possono tranquillamente verificarsi.
    Tipo 3:
    nube-nube o lampi (fulmine negativi) si producono all'interno del Cb quando la scarica elettrica passa tra la base della nube (caricata negativamente) e la sua sommità (caricata positivamente). La zona della nube ove in genere si sviluppa il maggior numero di lampi è quella a maggior concentrazione di gocce sopraffuse a contatto coi cristalli di ghiaccio per via del diverso potenziale elettrico tra cristalli e gocce che si scontrano tra di loro. Queste scariche illuminano dall'interno il temporale, per cui la loro luminosità può essere utilizzata per valutare la consistenza dello stesso per esempio, i lampi possono illuminare l'overshooting top, e questo già ci deve mettere all'erta perchè in questo caso stiamo parlando di una supercella. Considerato che i lampi scoccano a quote più elevate rispetto ai fulmini nube-suolo, essi sono visibili da molto lontano se l'aria è limpida e la zona è pianeggiante. Se invece c'è foschia sono visibili intorno alla centinaia di Km la foschia scherma il cielo e al più si vedono lontani bagliori diffusi.
    Tipo 4:
    nube-aria si verificano quando una scarica elettrica si propaga tra un accumulo di cariche negative o positive all'interno della nube e una zona di cariche opposte nell'atmosfera circostante. Solitamente sono fulmini molto sottili, deboli e corti rispetto ai precedenti e prevalgono di gran lunga alla sommità della nube perciò sono anch'essi visibili da grande distanza.