La temperatura dell’aria

La temperatura dell’aria

Sommario: si espone con taglio soprattutto concettuale e linguaggio piano, l'importanza della temperatura dell'aria in meteorologia e della sua corretta misurazione, accennando ai principali problemi ed alle relative soluzioni per ottenere un dato attendibile.
Il concetto di temperatura è oggi assai familiare per chiunque. La misura della temperatura dell'aria sottrae la sua valutazione alla soggettività, affidandola a strumenti appositamente costruiti, detti termometri. Stabilita una convenzione per attribuire una scala di riferimento valida per tutti e determinate le regole sia costruttive (come deve essere realizzato un termometro) sia metodologiche (come deve essere misurata la temperatura), è possibile ottenere dei valori confrontabili sia nello spazio (un luogo rispetto ad un altro) sia nel tempo (oggi rispetto a ieri). Tutto questo confluisce nel più generico metodo di osservazione noto come metodo scientifico.
Infatti, il metodo in sé è talmente importante da rendere più preziosa una serie di dati scarna ma rilevata scientificamente, piuttosto che una larga messe di dati rilevati senza criterio. Le sensazioni di caldo e freddo accompagnano da sempre l'esistenza cosciente dell'uomo, ed il loro governo rappresenta una delle prime vittorie del genere umano sull'inclemenza dell'ambiente. Freddo e caldo hanno regolato e regolano la distribuzione degli esseri viventi sulla Terra, determinandone altresì espansione e contrazione. L'uomo cosciente, non più quindi mero essere vivente al pari degli altri, dotandosi di indumenti e dominando il fuoco, ha imposto la sua volontà contrastando efficacemente il dominio delle temperature. Nonostante ciò, la temperatura dell'aria esercita tuttora il suo immenso potere. Giornate troppo calde o troppo fredde riempiono senza sosta i media di tutto il pianeta, segno dell'attenzione che la specie umana rivolge a questo argomento. E' innegabile che il disagio proveniente da temperature estreme in un verso o nell'altro si traduca in ricadute sociali ed economiche di grande portata (ad esempio in campo sanitario). Per questi motivi la misura della temperatura dell'aria merita grande attenzione e rappresenta senza dubbio un parametro meteorologico di primaria importanza.

Un ambiente accogliente (per il termometro)

Come dicevamo, in meteorologia assume particolare importanza la misurazione obiettiva della temperatura dell'aria. Lo scopo è ottenere un valore che sia il più rappresentativo possibile della massa d'aria che ricopre una zona. In altri termini, si cerca di ottenere un dato che rappresenti nel modo più fedele possibile la reale temperatura dell'aria. Può apparire poco evidente, ma tutta la materia che ci circonda appartiene ad un unico sistema in cui ogni parte interagisce in qualche modo con l'altra, specie se sussiste la prossimità. Ad esempio, misurare la temperatura dell'aria con un termometro, in realtà significa misurare la temperatura del sistema costituito dall'aria circostante il termometro e dal termometro stesso (ammesso che colui che legge la misura impieghi il minor tempo possibile, altrimenti va incluso anche lui nel sistema!). Poiché, come spesso accade in natura, non è possibile eliminare del tutto il “rumore”, si tenta quanto meno di attenuare le sorgenti di errore. Nel nostro caso, si adottano degli accorgimenti mirati a schermare o minimizzare gli effetti delle fonti di disturbo, ad iniziare dai termometri stessi. Per dirla in breve, non esiste misurazione che non sia affetta da errore. La nostra abilità sta proprio nel rendere accettabile questo errore. E' interessante soffermarsi sulle tecniche adottate nel tempo per ottenere un risultato apprezzabile, perché consente al lettore di farsi un'idea di quanto poco banale sia la misura della
temperatura dell'aria.
Poniamoci questa domanda: cosa devo fare per avere una misura più “onesta” possibile? Cominciamo con le considerazioni più elementari: sappiamo che un corpo esposto ad una fonte di calore, si riscalda in relazione alla propria natura.
E' esperienza comune valutare come un prato in pieno agosto sia meno rovente di una distesa di sabbia (esperienza a volte dolorosa).
Per cui, la prima cosa da fare è evitare di esporre il termometro ai raggi diretti del Sole.
Mettiamo dunque il nostro termometro al riparo dalla radiazione solare. Una capannina farebbe proprio al caso nostro.
Anzi, per evitare ogni influenza solare, questa capannina la posizioniamo in modo da aprirla verso Nord, in modo che i raggi non penetrino neanche quando andiamo a fare la lettura del nostro termometro.
Tuttavia non dimentichiamoci che il nostro obiettivo resta sempre quello di misurare la temperatura dell'aria. Poiché il principale meccanismo che porta all'equilibrio termico del sistema aria-termometro è costituito dalla convezione, dobbiamo fare in modo che l'aria circoli abbastanza liberamente nella nostra capannina: perciò al posto di pareti chiuse metteremo dunque delle persiane.
E' stato notato che il suolo o costruzioni ed ostacoli troppo vicini alla capannina possono influenzare il nostro termometro. Una superficie di asfalto irraggia e conduce in modo sicuramente più incisivo di una superficie ricoperta di erba (avete mai visto d'estate sulla strada asfaltata comparire quelle misteriose pozze d'acqua
che scompaiono non appena ci avviciniamo?).
Bene! Poniamo la nostra capannina ad una certa altezza (diciamo quasi un paio di metri) dal suolo, distante da edifici od ostacoli troppo vicini, e impiantiamo un bel prato verde sotto e tutt'intorno.
Diamo infine un tocco di colore alla nostra realizzazione. Una bella verniciata è proprio quello che ci vuole. Quale tinta scegliereste? Avete provato ad entrare in una macchina di colore nero parcheggiata da ore sotto il sole di agosto? Avete mai notato che le case dei paesini del Sud sono di un bianco accecante? Il potere riflettente del bianco ci consiglia di far proprio questa scelta, schermando così per quanto possibile il riscaldamento indotto direttamente dai raggi solari sulla nostra struttura.
Abbiamo quindi realizzato un ambiente ben ventilato e per quanto possibile, protetto da influenze esterne. Ma questa è solo una parte del problema.
Ci stiamo affidando ad un termometro. Quanto possiamo fidarci di lui?

Le temperature nella media troposfera (intorno ai 5500 m di altitudine alle nostre latitudini) ben si prestano a identificare masse
d’aria con particolari caratteristiche termiche, in quanto subiscono lentamente le influenze indotte da tutti quei fattori che tendono
a ristabilire l’equilibrio termico tra le parti: un valore di temperatura abbastanza significativo, ad esempio, è costituito dalla -32°C, che mai da sola ma congiuntamente a altri “indizi” aiuta il revisore a identificare aree a rischio neve. Appare utile perciò seguire i movimenti della massa d’aria attraverso la sua isoterma -32°C. Nelle figure che seguono, realizzate con il programma OpenGrADS
sulla base dei dati del modello numerico di previsione GFS, Global Forecasting System, possiamo seguire il percorso della massa
d’aria sulle regioni europee evidenziando tutte le aree contornate dalle isoterme uguali o inferiori a -32°C.

Fidarsi o non fidarsi

La temperatura può essere misurata indirettamente.
Tutto quello che ci serve è osservare quali effetti essa ha su un elemento abbastanza sensibile. Un po' come dire che abbiamo bisogno di un testimone sulla scena del delitto.
E come spesso accade, il nostro onesto testimone ci mette anche un po' del suo. Dunque, quali caratteristiche deve avere questo testimone per essere considerato attendibile? Diciamo che deve essere un tipo “sensibile”, cioè in grado di accorgersi di una variazione abbastanza minima. Vogliamo inoltre che sia “preciso”, ovvero che non si lasci troppo condizionare da errori.
Se poi è anche abbastanza veloce da valutare prontamente la variazione in atto, allora potremo affermare di avere un testimone quasi perfetto! Per queste ragioni, nelle misure ordinarie di temperatura dell'aria, la nostra scelta ricade sul termometro a mercurio.
Il mercurio possiede molte qualità che fanno al caso nostro.
Ad esempio, risponde abbastanza prontamente alle variazioni di temperatura raggiungendo in tempi accettabili l'equilibrio termico, e poi non “bagna” la colonnina di vetro in cui è contenuto, consentendo di costruire tubicini sottilissimi e sensibili.
Non diremo oltre, volendo ora esplorare più direttamente il mondo delle temperature dell'aria e l'importanza di conoscerlo.
Concludiamo dicendo che il termometro a mercurio è un testimone abbastanza attendibile.

Importanza della temperatura dell'aria in meteorologia

Nello studio dei fenomeni meteorologici, assunse ben presto rilievo l'osservazione che esistevano sul pianeta aree dominate da masse d'aria con una identità abbastanza omogenea. La “personalità” della massa d'aria, come spesso accade, era fortemente influenzata dall'ambiente in cui essa giaceva più a lungo. Ad esempio, l'aria sovrastante le fredde aree siberiane assumeva un carattere che la rendeva differente rispetto all'aria che frequentava le ampie distese oceaniche. Come su una carta d'identità siamo soliti trascrivere oltre al nome dell'individuo cui si riferisce, anche alcuni suoi tratti fisici salienti (altezza, colore degli occhi, ecc.), analogamente si rendeva necessario descrivere una massa d'aria attraverso alcune sue specificità. La
temperatura è uno di questi tratti caratteristici. Se le masse d'aria avessero il vezzo di rimanere entro le regioni da cui traggono linfa termica, la loro temperatura perderebbe parte del fascino “meteorologico”. Invece no. Esse si mettono in moto a causa di
fattori termici e dinamici e abbandonano la loro dimora abituale per spostarsi verso altre regioni del globo. Tipicamente abbiamo notato che le masse d'aria “fredde” tendono a svernare verso sud, mentre quelle “calde” adorano spostarsi verso le latitudini più alte del globo. La causa prima di questa loro abitudine risiede nel fatto precipuo che, nella natura di questo universo conosciuto, se sussistono delle differenze, queste tendono a livellarsi. Oltre tutto possiamo definire questo comportamento come salutare per il pianeta ed i suoi molteplici abitanti, in quanto contribuisce a ridistribuire il livello termico su tutta la superficie della Terra, impedendo che dove è freddo sia troppo freddo e dove è caldo sia troppo caldo.
Per quanto detto, appare evidente perché al meteorologo piaccia conoscere la temperatura dell'aria nel modo più fedele possibile: per inseguire e braccare la sua preda nelle scorribande a nord e sud del globo terracqueo. Anzi, vista l'importanza del dato, non solo pretendiamo di sapere la temperatura a circa 2m dal suolo, ma anche e soprattutto le varie temperature lungo la verticale, almeno fino a quello strato di transizione noto col come di tropopausa[3]. Questa conoscenza diventa preziosa anche in seguito ad una considerazione: lo stato termico della massa d'aria si mantiene più fedele allo stato del luogo d'origine man mano che si sale di quota. Questo accade perché l'aria subisce direttamente l'influenza della superficie su cui transita, e naturalmente più l'aria è distante dal suolo, più lentamente ne viene influenzata. Conseguentemente, ci aspettiamo che la temperatura decresca man mano che aumenta l'altitudine. Normalmente, è proprio ciò che succede. Chiamiamo questa variazione col nome di gradiente termico verticale. Il suo valore medio ci dice che la temperatura diminuisce di 0,65°C ogni 100 metri di altezza. Per fare un esempio, se mi trovo in riva al mare ed il termometro segna 30°C e desidero avere un'idea di quale possa essere la temperatura a 2000 metri di altezza, non devo far altro che sottrarre alla temperatura rilevata al suolo il prodotto 20 x 0,65 = 13°C: il risultato finale è 30-13=17°C.
Per oggi fermiamoci qui col nostro racconto. Il nostro viaggio nel mondo della temperatura dell'aria non termina di certo qui, e vi assicuro che ce n'è ancora tanta di strada, se vi piacerà seguirmi.

Traduzione: