Diventa meteorologo

Per sintetizzare l’andamento termico del giorno o del mese o dell’anno si impiegano le seguenti grandezze:

• Temperatura massima (Tx) e temperatura minima (Tn) registrata nel corso delle 24 ore;
• Temperatura media giornaliera ( Tm ) che è appunto la media aritmetica di tutti i valori orari rilevati nell’arco delle 24 ore;
• Escursione media giornaliera data dalla differenza (Tx – Tn) tra il valore massimo e qullo minimo della temperatura nella giornata;
• Media aritmetica mensile delle temperature massime Tx e minime Tn giornaliere;
• Temperatura media mensil data dalla media di tutti i valori giornalieri Tm del mese;
• Escursione media mensile data dalla differenza tra il valore medio mensile delle temperature massime e quello delle temperature minime;
• Temperatura media annua, ottenuta come media aritmetica delle temperature medie mensili

I termometri più precisi sono quelli a mercurio ma ormai nella pratica si usano anche termometri riempiti con liquidi il cui volume vari molto al variare della temperatura e che abbiano punto di congelamento molto basso e punto di ebollizione molto alto.
I termometri portano indici graduati a seconda della scala termometrica usata. Le due scale più impiegate sono quella centigrada ( °C) ove al punto di congelamento dell’acqua viene assegnato il valore 0°C mentre al punto di ebollizione dell’acqua viene associato il valore 100 °C. L’altra scala, molto impiegata nei paesi anglosassoni, è quella Fahrenheit (°F).
In questa ultima al punto di congelamento dell’acqua è assegnato il valore 32 °F mentre al punto di ebollizione dell’acqua viene associato il valore 180 °F. Per trasformare i gradi F° in gradi °C, bisogna impiegare la seguente formula:

Nelle formule di Fisica, come ad esempio, nell’equazione di stato dei perfetti ( PV = RT) o nella legge relativa alla quantità E di energia irraggiata in un secondo da un metro quadrato di superficie di un corpo nero alla temperatura T ( E = kT4), la temperatura T viene espressa tramite la “scala della temperatura assoluta” o “Scala Kelvin” (°K) ove lo zero delle scala è lo “zero assoluto” ovvero T = -273, 16 °C. Per trasformare i gradi assoluti K° in gradi centigradi occorre usare la relazione

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Alcune invenzioni, utilizzate inizialmente solo per scopi bellici nella seconda guerra mondiale, trovano un proficuo impiego anche nella meteorologia. Così è, ad esempio, per il radar che consente di evidenziare le piogge in atto all’interno delle nubi entro un raggio di 300-400 km.
Ma la vera svolta avviene agli inizi degli anni ’50 con l’avvento dei primi elaboratori elettronici, i quali consentono ai meteorologi di realizzare finalmente il sogno di risolvere in tempo reale le complesse equazioni che descrivono l’evoluzione futura dell’atmosfera.
Inizia così l’era delle previsioni numeriche, dedotte con i computer mediante opportune schematizzazioni (modelli fisico-matematici) delle equazioni della Fisica dell’atmosfera. Man mano che la potenza degli elaboratori cresce, i meteorologi approntano modelli sempre più complessi, più aderenti alla realtà ed estesi a validità via via crescenti.

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Tra il 1700 e il 1800 le leggi della dinamica, appena scoperte, vengono applicate anche all’atmosfera: nel 1783 Eulero riscrive le equazioni del moto in una forma idonea a descrivere anche i moti atmosferici. Nel 1859 W. Ferrel fa una trattazione matematica dei moti atmosferici nella quale viene evidenziato, per la prima volta, come la rotazione della Terra abbia l’effetto di deviare le masse d’aria verso destra nell’emisfero nord e verso sinistra in quello sud. Ma a gettare le basi della moderna meteorologia sono soprattutto i lavori elaborati tra il 1900 e il 1930 da tre grandi studiosi. Nel 1922 L.F. Richardson si rende conto che le equazioni del moto applicate all’atmosfera, pur contenendo in sé la descrizione dell’evoluzione del moto delle masse d’aria e della pressione, sono in realtà troppo complesse cosicché è impossibile ricavarne la soluzione analitica “esatta”, così come si fa, ad esempio, con un’equazione di 2° grado.

Per aggirare l’ostacolo, Richardson escogita, per primo, un tentativo di risoluzione approssimata mediante i metodi tipici dell’analisi numerica, ossia trasformando le complesse operazioni presenti nelle equazioni (derivate e integrali) in semplici operazioni aritmetiche tra numeri. I risultati della prima “previsione numerica” nella storia della meteorologia furono disastrosi, soprattutto per le ridotte capacità di calcolo di allora. Tuttavia il tentativo di Richardson resta degno di nota perché negli anni ’50, con l’avvento dei primi computer, aprirà la strada ai modelli-fisico matematici.

Nel 1922 H. Jeffreys, elaborando le equazioni del moto, realizza una classificazione dei venti in tre tipi idonei a descrivere le circolazioni realmente osservate nell’atmosfera, dal ciclone tropicale, al ciclone mobile extra-tropicale delle nostre latitudini e alle brezze locali. È merito ancora di Jeffreys l’avere scoperto la presenza in seno alle correnti occidentali delle medie latitudini, di oscillazioni meridiane. Qualche anno più tardi Rossby dà una giustificazione teorica a tali ondulazioni (da qui il nome di onde di Rossby).