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Come si formano grandine e graupel?

Per poter comprendere come si formano la grandine ed il graupel (o snow pellets), è necessario conoscere alcuni aspetti della dinamica dei temporali e del comportamento fisico dell’acqua. In particolare è necessario sapere che i temporali sono formati da una corrente ascendente che porta l’aria dagli strati prossimi al suolo verso l’alto. In questo moto, l’aria sollevata verso l’alto si espande (infatti la pressione dell’ambiente esterno diminuisce con l’altezza) e quindi si raffredda,  facendo condensare il vapore acqueo in goccioline.

Processo di formazione della grandine

Nei temporali, la corrente ascendente continua a portare le goccioline d’acqua fino a temperature molto basse (-10/-20°C). Ora, queste goccioline pur raggiungendo queste temperature non congelano, ma restano in uno stato liquido instabile, dove una minima sollecitazione esterna può farle congelare. Questo stato della materia viene chiamato dai fisici "sovrafusione". Quando l’acqua sovraffusa incoccia contro un ostacolo (un fiocco di neve, un’ala d'aereo, etc.) ghiaccia quasi istantaneamente rilasciando una piccola quantità di calore. Se il fiocco di neve impatta con tante gocce sovraffuse. Allora una volta giunto al suolo avrà un aspetto simile a questo:

Fiocco di grandine gelato

Se impatta con moltissime gocce sovraffuse, allora la sua forma sarà grossomodo conica (il verso di caduta di questo agglomerato di ghiaccio va dalla punta alla base del cono) e prenderà il nome di graupel o snow pellets.




La grandine si forma proprio grazie alle goccioline sovraffuse. Quando un cristallo di ghiaccio (embrione di grandine) entra in strati di aria sovraffusa, portati verso l’alto dalla corrente ascendente del temporale, allora l’embrione crescerà catturando queste goccioline. Se le goccioline sono relativamente poche, gli strati di ghiaccio che si formeranno attorno all’embrione saranno opachi perché il ghiaccio non assumerà una struttura regolare. Quando invece l’embrione di grandine incontrerà strati con molta acqua sovraffusa, allora lo strato di ghiaccio che si formerà attorno all’embrione sarà trasparente. Questo perché il calore rilasciato dalle goccioline sovraffuse che gelano sarà sufficiente a mantenere la temperatura dell’embrione vicina allo 0°C, facilitando la formazione di cristalli di ghiaccio regolari (come quelli dei cubetti nei nostri freezer).



Esistono difese contro la grandine?

Molti metodi sono stati proposti per cercare di ridurre la formazione della grandine. Purtroppo, allo stato attuale delle conoscenze, non si è però in grado di dire se essi funzionino o no. Quello che è certo è che, in ogni caso, non riescono a prevenire totalmente la formazione della grandine. Gran parte dei metodi di prevenzione della grandine fino ad oggi proposti si possono distinguere in metodi meccanici e in metodi chimico-fisici.

I metodi meccanici sono quelli che fanno uso di sostanze esplosive (missili o cannoni al suolo) e si basano sull’effetto meccanico che l’esplosione potrebbe provocare sui chicchi. Ora, i razzi esplosivi attualmente prodotti raggiungono altezze di ca. 2000 m, quindi ben inferiori alle zone ove la grandine si forma. Anche ammettendo che le esplosioni potessero fare qualcosa ai chicchi di grandine, sarebbero queste esplosioni abbastanza forti ed estese da proteggere un’area sufficientemente grande per essere economicamente convenienti? Purtroppo, al momento, nessuno ha ancora dato una risposta a questa domanda.

I metodi chimico-fisici si differenziano a loro volta in metodi Glaciogeni e metodi Igroscopici.

I metodi glaciogeni si basano sul principio della competizione benefica. L’idea alla base è quella di immettere nella nube delle sostanze che facilitino il congelamento dell’acqua (ad esempio lo ioduro d’argento) e quindi che aumentino il numero degli embrioni di grandine. In altre parole, con queste sostanze si cerca di formare tanti chicchi di grandine, ma di più piccole dimensioni, al posto di pochi chicchi grossi. Questi chicchi piccoli potrebbero sciogliersi prima di raggiungere il suolo o comunque produrre poco danno. Queste sostanze possono essere disperse in atmosfera o mediante bruciatori al suolo, o mediante bruciatori posti su aerei o con missili che raggiungono gli 8000 m di altezza. Il principio della competizione benefica funziona in laboratorio, ma è molto difficile da provare sperimentalmente sul campo; infatti i meccanismi che avvengono all’interno delle nubi possono creare non pochi problemi alla dispersione delle sostanze attive. Inoltre queste sostanze devono agire secondo delle tempistiche precise, che sono molto difficili da individuare e prevedere.

I metodi igroscopici si basano sull’utilizzo di sostanze che facilitano la formazione di grosse gocce all’interno delle nubi (essenzialmente sali di calcio e sodio). Rilasciando queste sostanze all’interno delle nubi si vuole favorire la formazione di gocce di pioggia, togliendo la possibilità all’acqua di diventare goccioline sovraffuse e quindi entrare nel processo di formazione della grandine. In generale queste sostanze vengono rilasciate in atmosfera tramite aerei. Uno dei problemi di queste sostanze è che devono essere immesse nelle nubi in momenti e posizioni opportune. Inoltre, richiedendo l’uso di aerei che volino a vista, difficilmente potrebbero essere utilizzate di notte.

Queste sostanze sono state sperimentate in Sudafrica nel tentativo di aumentare la quantità di pioggia prodotta dai temporali ed hanno dato risultati positivi. Anche esperimenti analoghi ripetuti in Messico da gruppi di lavoro statunitensi hanno riportato analoghi risultati positivi. Ora, però, anche se si riesce a far piovere di più, non è detto che si possa nello stesso modo far grandinare di meno.

Bibliografia
La grandine - G. M. Morgan Jr. - 1990 pubblicazione ERSA

 

MeteoLand Staff

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