Dai draghi ai temporali… le nuvole spiegate

“Cielo a pecorelle, pioggia a catinelle”; “Rosso di sera, bel tempo si spera”; “Quant ul Pizz da Clar (sostituibile con molte altre montagne, ndr) mét sü ul capell, mét via la ranza e ciapà ul rastrell”. Mai come quando si parla di cielo e nuvole, la saggezza popolare dà il suo meglio, e detti e proverbi si contano a bizzeffe. D’altronde le nuvole ci affascinano sin da bambini, chi non ha infatti mai giocato a riconoscere le forme più astruse e divertenti sopra le nostre teste?

Le nuvole possono però anche fare paura, si pensi ai temporali violenti, o possono darci utili indicazioni sull’evoluzione del tempo meteorologico. Insomma, le nuvole sono un elemento imprescindibile del nostro rapporto con l’atmosfera, e non potevamo quindi non dedicar loro una puntata de #lameteospiegata, la serie RSIInfo (fino alla scorsa puntata RSINews) in collaborazione con MeteoSvizzera. A parlarci di cirri, cumuli e strati sarà la nostra guida abituale, il meteorologo Luca Nisi.

Semplificando all’osso le nubi sono un insieme di goccioline d’acqua o di cristallini di ghiaccio, o – in alcuni tipi di nubi – entrambi allo stesso momento. “Dobbiamo pensare che sono delle goccioline molto piccole, con un raggio nell’ordine di dieci micrometri, e parliamo veramente di miliardi e miliardi di goccioline, tant’è che se prendiamo per esempio un cumulonembo di grosse dimensioni, la sua massa complessiva, sommando tutte queste goccioline, arriviamo addirittura ad avere un valore di centinaia di tonnellate. È anche importante dire che le condizioni all’interno di una nuvola non sono stabili: le goccioline si formano ed evaporano in continuazione, hanno una vita decisamente agitata. E anche noi tutti, pur senza avere strumentazione particolare, possiamo sperimentare questa ‘agitazione’: a molti sarà infatti capitato di volare su un aereo che entra in una nube, non per forza temporalesca, anche di dimensioni piuttosto limitate. Entrando in queste nuvole come passeggeri possiamo sentire delle piccole turbolenze, che identificano proprio differenze di densità all’interno della nuvola, ma anche dei deboli moti convettivi. Insomma, anche se spesso vediamo le nubi come qualcosa di fermo o molto calmo, in realtà al loro interno brulicano di vita”.

Passando alla loro formazione, come già visto nelle puntate precedenti, tutto parte dalla condensazione di vapore acqueo: “Perché in atmosfera è presente il vapore acqueo è presto detto: evapora dall’acqua presente sulla superficie terrestre, quindi dal terreno, dai mari, fiumi, laghi o qualsiasi altro specchio d’acqua… Ed evapora a causa del riscaldamento solare, con l’irraggiamento che scalda la superficie e provoca l’evaporazione. Ma per formare le nuvole non basta il vapore acqueo: come pure già visto nella puntata sulle precipitazioni, servono anche dei nuclei di condensazione, che permettono la formazione di goccioline d’acqua o cristallini di ghiaccio. Si tratta di microscopici corpuscoli che sono presenti nell’aria. Possono essere dei pollini, delle particelle di polvere, sopra i mari anche delle particelle di origine salina, ma anche della cenere provocata da incendi o da un vulcano, … Sono chiamati in genere aerosol, sui quali appunto il vapore può condensare e creare le primissime e piccolissime gocce d’acqua. Il processo di condensazione avviene principalmente per raffreddamento: in una massa d’aria che si raffredda l’umidità relativa aumenta. Quando raggiunge il 100% il vapore inizia a condensare proprio su questi aereosol. Il raffreddamento avviene invece principalmente per sollevamento: vuoi per un fronte freddo o uno caldo in arrivo, vuoi per la presenza di montagne che forza la risalita dell’aria verso gli strati più alti dell’atmosfera, vuoi per i moti convettivi estivi. Tutti e tre i processi portano un pacchetto di aria verso l’alto, dove la pressione diminuisce e fa espandere l’aria che quindi si raffredda”.

L’importanza delle nuvole per l’essere umano è testimoniata anche dall’esistenza della parola Nefologia, da non confondere con la più comune o conosciuta Nivologia. “È proprio quella branchia, quella parte di scienza che studia le caratteristiche delle nuvole. Le nubi da sempre hanno affascinato l’uomo, lo vediamo nei disegni, nei quadri di qualche secolo fa, ma anche più lontano nel passato: ci sono ad esempio incisioni rupestri che indicavano eventi meteorologici particolari. Insomma, da sempre la meteorologia e in particolare le nubi – molto semplici da osservare in quanto in quanto si trovano sopra la nostra testa e sono visibili – hanno affascinato l’uomo. I motivi sono vari, sicuramente perché possono assumere le più svariate forme e colori, portando a riconoscere facce, animali, oggetti, … ma soprattutto perché in alcuni casi sono indicatrici di quanto sta succedendo in atmosfera o succederà nell’immediato futuro, permettendo all’osservatore anche del lontano passato di formulare semplici e brevi previsioni del luogo osservando lo sviluppo della nube”.

A testimoniare l’interesse umano verso le nuvole, è anche l’attuale sistema di classificazione delle nubi, adottato a livello internazionale e benedetto dall’Organizzazione Meteorologica Mondiale, che risale al diciannovesimo secolo: “I primi studi sull’argomento furono pubblicati da un certo Lamarck nel 1802 e da Howard nel 1803: entrambi avevano concretamente iniziato a classificare le nubi. La fotografia è arrivata un po’ dopo, solo verso il 1870-80, e ha dato la possibilità di sviluppare il primo Atlante delle nubi, che era composto da 16 fotografie. La pubblicazione si è evoluta poi fino all’attuale Atlante Internazionale delle Nubi, che resta il principale riferimento ed è consultabile anche online gratuitamente”.

Va innanzitutto premesso che le nuvole non sono una singolarità della Terra, ma le ritroviamo anche su altri pianeti, anche nel nostro Sistema solare: “Dove però non abbiamo ancora scoperto dell’acqua liquida, ma le nuvole ci sono comunque, sotto forma di aggregati e agglomerati di altri gas. Chiaramente sono molto differenti di quelle che conosciamo sulla Terra, costituite da goccioline d’acqua . Tornando sul nostro pianeta troviamo davvero moltissime nubi: è stato stimato che coprano all’incirca metà della superficie occupata dall’atmosfera. Detto della loro estensione, per quanto riguarda il loro ruolo possiamo dire che in base al loro spessore e alla loro composizione, possono avere un effetto più o meno marcato sul bilancio energetico sole terra. In particolare le nubi alte stratificate, come per esempio i cirri e cirrostrati – che vedremo dopo –, tendono a riscaldare l’atmosfera in quanto lasciano passare la radiazione solare diretta, quindi a onda corta, mentre bloccano la radiazione terrestre a onda lunga, gli infrarossi per intenderci, intrappolandola e generando un effetto riscaldante. Al contrario le nubi basse, che spesso sono molto dense e molto bianche, tendono a raffreddare la superficie terrestre in quanto riflettono direttamente la radiazione solare entrante (onda corta), permettendo un minore riscaldamento della superficie terrestre e di conseguenza provocano anche una minore emissione di radiazione terrestre (onda lunga). Insomma, l’effetto dipende tutto dalla densità e da dove si trovano le nuvole. Come già visto per la neve e il suo effetto Albedo, anche le nubi più sono bianche, quindi dense, maggiore sarà la riflessione della radiazione solare verso l’universo. Va comunque detto che il bilancio radiativo complessivo delle nubi – un aspetto molto importante per il bilancio energetico del pianeta – non è ancora noto in modo preciso ed è oggetto di studio”. 

Come già scritto l’aspetto delle nubi è sicuramente uno di quelli che maggiormente colpisce l’immaginario umano. Ma come si originano le più disparate forme di nuvole? “L’aspetto è determinato principalmente dal tipo, dalla dimensione e dalla densità delle idrometeore, non delle singole goccioline, ma proprio dal numero di quelle in sospensione che compongono la nuvola. L’aspetto dipende però anche dalla fonte di luce esterna, quindi dall’intensità e dal colore della luce ricevuta, e ovviamente anche dalla posizione di chi osserva rispetto alla sorgente di luce. La forma dipende invece principalmente dal processo che porta alla formazione delle nubi. Quelle convettive hanno ad esempio uno sviluppo verticale più importante rispetto alla loro estensione orizzontale. Le nuvole stratiformi, al contrario hanno una forma piuttosto piatta, con l’estensione orizzontale decisamente predominante. Le prime sono nubi tipicamente della stagione calda, le seconde sono predominanti durante quella fredda, anche se entrambe possono esserci pure ‘fuori stagione’. Oltre a questo, suddividere le nuvole solo in base alla loro forma non è sempre facile, anche perché ci sono vari stadi intermedi, come ad esempio gli stratocumuli, che hanno entrambe le componenti verticale e orizzontale. 

Detto della forma, resta il colore, spesso di un bel bianco candido, ma non solo: “Gli agglomerati di miliardi di goccioline, grazie all’elevata capacità di riflessione della luce che si colloca tra il 60 e l’85%, daranno un colore più o meno bianco a dipendenza della loro densità. Goccioline che hanno però anche un’altra proprietà fisica: la dispersione della luce (diffrazione). Per questo talvolta la base della nube appare grigia, oppure blu scura fino a quasi nera, se pensiamo ai temporali più violenti, generati dalle nuvole con il più grande sviluppo verticale. Infatti maggiore è il numero di goccioline che sovrastano la base, maggiore sarà questo effetto di dispersione della luce e più scura apparirà la nuvola. C’è poi un ulteriore causa che può influire sulla colorazione delle nuvole, la già citata fonte esterna di luce: al tramonto o all’alba ad esempio i raggi solari transitano su una porzione di atmosfera molto più lunga (obliqua) rispetto a quanto avviene a mezzogiorno (praticamente verticale), e questo genera altri effetti di diffrazione dovuti al pulviscolo presente in atmosfera, che lascia passare solo la luce rossa, che va a colpire le nubi – a dipendenza della loro posizione – sulla base, oppure lateralmente generando degli spettacoli incredibili dai colori rosati o rossastri”.

Le nuvole non si classificano solo in base a forme, colori e tipologia, ma anche in base alla loro presenza quantitativa in cielo, la cosiddetta nuvolosità. “A Locarno-Monti ad esempio ogni tre ore un meteorologo esce a scrutare il cielo per codificare le nuvole, per tipologia e appunto per quantità”.

Per misurare la nuvolosità viene utilizzata l’unità di misura detta Okta, traducibile in italiano con ottavo: “È utilizzata a livello internazionale ed è anche questo uno standard indicato dall’Organizzazione mondiale della meteorologia. Nello specifico si tratta della stima in termini di ottavi di quanto il cielo è oscurato dalle nuvole. Non bisogna essere meteorologi per fare questa osservazione: bisogna alzare gli occhi e dividere il cielo che riusciamo a vedere in 8 ottavi e poi, cercando di ammucchiare mentalmente tutte le nubi in una parte di cielo, cercando di capire quanti ottavi occupano. Se abbiamo cielo sereno e completamente primo di nubi parleremo di 0 ottavi, quando invece è completamente coperto diremo 8 ottavi, mentre se riusciamo a coprire metà del cielo visibile saremo sui 4 ottavi. È chiaro che è una misura che dipende dalla posizione dell’osservatore, in quanto la dimensione visibile di cielo da una vallata alpina sarà decisamente meno ampia di quella che si ha ad esempio alzando gli occhi al cielo a Stabio. In ogni caso, indipendentemente da dove ci si trova, la porzione di cielo visibile rappresenta l’8/8 per questo tipo di osservazione”.

Per convenzione internazionale sono stati definiti 10 principali tipi di nuvole, i cosiddetti generi di nubi, che vedremo sotto. “Per fare chiarezza infatti meglio partire dalle famiglie, che sono quattro ed è da loro che discendono i 10 generi e ne fanno pure parte. Le famiglie si contraddistinguono in cirri, che sono spesso delle nubi piuttosto trasparenti, possono essere anche dei filamenti lunghi e bianchi e sono principalmente costituiti da cristalli di ghiaccio perché si trovano a delle altitudini importanti, al di sopra dei 6’000 metri. Poi abbiamo i cumuli che sono invece come dei grumi, dei globuli e tante volte – quando sono grandi nubi temporalesche - possono apparire come dei cavolfiori. I cumuli possono essere isolati o a gruppi e a livello di forme e dimensioni possono essere davvero di veramente molto differenti l’uno dall’altro. Sono spesso bianchissimi e sono delle nubi di bassa quota, quindi la loro base si trova di norma al di sotto dei 2500 metri. Queste nubi sono causate dalle correnti ascensionali che si formano soprattutto in situazioni di instabilità atmosferica, sempre a causa della spinta di galleggiamento (sollevamento). Il terzo gruppo sono gli strati che, come suggerisce la parola stessa, hanno delle correnti verticali praticamente assenti o molto molto deboli, ma hanno un’estensione orizzontale decisamente notevole. C’è infine una quarta categoria che spesso è legata a un tipo di fronte, ovvero il fronte caldo. Si tratta dei nembi, delle nubi che presentano uno sviluppo verticale importante, ma al loro interno le correnti ascensionali sono molto più deboli rispetto ai cumulinembi. Hanno spesso la base grigia, vista la loro importante estensione verticale, che è sovrastata da un numero impressionante di goccioline, miliardi e miliardi… e di solito sono portatrici di pioggia anche forte, seppur non temporalesca, tipicamente appunto legata al fronte caldo.

Insomma, la differenza principale tra le grandi famiglie di cumuli e strati è imputabile alle correnti ascensionali, molto forti nei primi e quasi assenti nei secondi: “Basta immaginarsi un temporale violento, pensiamo ad esempio ai chicchi di grandine che lo scorso 25 agosto sono caduti nel Locarnese: ora immaginate la forza che devono avere le correnti asensionali per sostenere dei chicchi di 5-7 centimetri…oppure il chicco di grandine di ben 19 cm registrato quest’estate in Veneto e alla forza necessaria per mantenerlo in aria”. 

Nella gallery di immagini seguente trovate invece i 10 generi con le relative descrizioni

Oltre ai 10 generi di nubi che abbiamo trattato precedentemente, esistono anche altri due tipologie di nuvole molto particolari e affascinanti, conosciute da molto meno tempo rispetto a quelle ‘classiche’: le nubi madriperlacee e le nubi nottilucenti. “Sono in effetti molto particolari, anche perché si formano al di fuori della troposfera, la parte meteorologicamente attiva dell’atmosfera. Le nubi madriperlacee si formano infatti nella stratosfera ad altezze comprese tra i 15’000 e i 25’000 metri sul livello del mare, e talvolta possono pure superare i 30’000 metri secondo la letteratura. Hanno l’aspetto di cirri, con un colore molto pallido o, in alcuni casi, possono anche assomigliare agli altocumuli lenticolari che di solito vediamo nei nostri cieli durante le giornate di favonio. Dobbiamo pensare che la stratosfera è molto secca rispetto alla troposfera, c’è molto meno vapore acqueo e raramente questo consente la formazione di nuvolosità. Tuttavia, queste nubi si formano a causa del freddo estremo – si parla di valori al di sotto dei -78 °C - che, nelle regioni polari, può formare queste nubi stratosferiche di vario tipo. Il momento migliore per osservarle è d’inverno al crepuscolo, quando il sole si trova molto basso e vicino all’orizzonte, nelle regioni più settentrionali. Anche vista la loro quota, queste nubi sono state scoperte in tempi decisamente più recenti, di conseguenza gli studi sono ancora in corso e sicuramente in futuro ne sapremo di più”.

Ci sono poi le nubi nottilucenti che, al contrario di quelle madriperlacee, si possono osservare con maggior frequenza nei mesi estivi: “Si riescono a vedere alle latitudini tra i 50 e i 70 gradi in entrambi gli emisferi. Sembrano essere correlate a dei minimi di macchie solari e viceversa, nel senso che quando queste macchie aumentano di numero queste nubi sono meno presenti. Si tratta delle nubi più alte che si formano nell’atmosfera terrestre, sono collocate nella mesosfera tra i 75 e gli 85 chilometri di quota. Come per le precedenti, anche in questo caso c’è ancora molto da scoprire e al momento la loro formazione è ancora un grande punto di domanda aperto… Sono state avanzate teorie che indicano che potrebbero essere legate a eruzioni vulcaniche potenti che emettono gas e pulviscolo fino a quote molto importanti, ma c’è anche chi ha ipotizzato che siano imputabili ai gas di scarico dei razzi spaziali. Insomma, c’è ancora molta incertezza e rimangono ancora delle nubi in parte misteriose.

C’è poi anche un’altra nuvola molto curiosa, anche se fa parte di quelle più “normali” che si formano nella troposfera: le famose nubi “mammatus”. “

Le ritroviamo di solito a lato dei temporali più violenti, quindi in presenza di cumulonembi. Vengono definite altocumuli mammatus appunto, perché ricordano una forma di mammella allungata verso il basso. Si formano grazie ad aria fredda e umida che scende dall’alto verso il basso e raggiunge un’aria decisamente più secca, che causa l’improvvisa evaporazione delle particelle ghiacciate. Questa sublimazione immediata causa anche un ulteriore raffreddamento della massa d’aria in discesa, che provoca a sua volta un’ulteriore spinta verso il basso visto che l’aria e fredda è più pesante. Processi che danno origine anche al bordo molto molto liscio di queste nubi che ricorda appunto le mammelle dei mammiferi.

Si arriva poi alla domanda delle domande, quella che ad ogni puntata della serie ci accompagna praticamente su ogni tema: quale relazione c’è tra il cambiamento climatico e le nuvole? “Con le attuali conoscenze la relazione non è così diretta. Quello che si sa per certo è che il ruolo delle nuvole nel sistema climatico è decisamente molto complesso o tutt’oggi oggetto di molti studi. Qualcosa però la si può dire: gli scienziati prevedono che con il riscaldamento climatico molte delle nubi passeranno dallo stato di nubi “fredde” a quello di nubi “calde”. Per capirci, le nubi fredde sono costituite da una miscela di particelle di ghiaccio e gocce d’acqua, mentre quelle calde contengono particelle solo allo stato liquido. Con un’atmosfera più calda, e in particolare una troposfera più calda, con una buona attendibilità ci si attende quindi che la percentuale di nubi calde sarà in aumento a scapito di quelle fredde. Questa transizione potrà andare a modificare il bilancio radiativo Sole-Terra che abbiamo citato prima. Ci sono infatti due aspetti che vale la pena considerare. Il primo è che le goccioline d’acqua delle nuvole sono solitamente più piccole di quelle di ghiaccio, e questo consente loro di riflettere più facilmente la luce solare. In parole povere le nubi calde hanno più potere riflettente rispetto a quelle fredde. Avendo un maggior numero di queste ultime rispetto alle prime, ci potrebbe quindi essere un effetto raffreddante sul clima terrestre. Inoltre le nuvole calde sono meno efficienti nella precipitazione, ci mettono di più a iniziare a rilasciare gocce di pioggia, e rimangono in cielo pertanto più a lungo aumentando ulteriormente il tempo in cui possiamo approfittare di questa ‘schermatura’ riflettente per i raggi solari. Ci sono dei nuovi studi, pubblicati su riviste scientifiche prestigiose come Nature Climate Change, che indicano addirittura che l’effetto raffreddante della nuvolosità potrebbe essere stato sottostimato negli attuali modelli climatici… e per una volta possiamo dirlo, se così fosse si tratterebbe di una notizia positiva, perché significherebbe che la sensibilità climatica del nostro pianeta è un po’ meno elevata di quanto la consideriamo ora. Il riscaldamento in corso, e in accelerazione, potrebbe quindi risultare lievemente meno intenso rispetto a quanto indicano dagli attuali modelli climatici”.

Luca Nisi a questo punto tiene però a fare una precisazione importante, per evitare interpretazioni errate o strumentalizzazioni: “È assolutamente necessario sottolineare che questo potrebbe essere un piccolo aiuto nel combattere il riscaldamento climatico, ma siamo ben lungi dal poter risolvere il problema in modo passivo aspettando l’effetto di questa transizione da nubi fredde a nubi calde… è davvero importante dirlo. Inoltre, nonostante la maggiore presenza di umidità nell’atmosfera a causa del riscaldamento climatico e la probabile maggior proporzione a favore delle nubi calde, non sappiamo ancora se avremo anche le condizioni per la condensazione di un numero maggiore di nubi”.

Come già citato in precedenza le nuvole possono anche darci delle indicazioni sui imminenti cambiamenti meteorologici o future evoluzioni, che con l’osservazione si possono in qualche modo intuire. “Un esempio classico ancora molto utile ai giorni nostri, che l’escursionista di montagna esperto quasi sicuramente conosce, è lo sviluppo di cumuli in estate. Sappiamo infatti che prima di diventare temporale la nube passa attraverso dei diversi stadi, tra cui i principali sono il cumulo umile, quello mediocre, poi quello congesto e infine il cumulonembo, che porta con sé fulmini, pioggia e a volte grandine. Già il cumulo congesto può provocare precipitazioni al suolo, ma con l’assenza di fulmini, perlomeno che toccano il terreno, al suo interno qualche ‘flash’ è invece possibile. I cumuli mediocri e umili invece non producono precipitazioni al suolo. Fatta questa premessa, se in una giornata estiva abbiamo dei cumuli umili già alle 8 di mattina, l’indicazione che se ne ricava è che nel pomeriggio potranno senz’altro svilupparsi temporali. Se i cumuli umili li osserviamo invece solo alle tre di pomeriggio, è verosimile dedurre che sia la giornata sia la serata difficilmente vedranno la formazione di temporali e il tempo di conseguenza sarà più stabile”.

Un ulteriore indicazione di come le nuvole possano darci informazioni sul tempo meteorologico arriva poi da svariati detti e modi di dire: “Perché ad esempio si dice ‘rosso di sera, bel tempo si spera’? Perché il sole tramonta a ovest e, se riesce a colorare il cielo ed eventuali nubi presenti, vuol dire che proprio verso ovest i cieli sono sereni, se invece fossero coperti da nubi la radiazione solare non riuscirebbe ad arrivare. Considerato poi che, come visto nella puntata sulla circolazione atmosferica globale, alle nostre latitudini tipicamente le perturbazioni arrivano da ovest, se la luce solare dall’orizzonte giunge fino a noi significa che non ci sono perturbazioni in arrivo. Viceversa il detto ‘rosso di mattina, la pioggia si avvicina’ indica che a est non abbiamo delle nubi che impediscono ai raggi di arrivare fino a noi, ma al contempo il cielo è rosso perché abbiamo delle nuvole presenti già al mattino sopra le nostre regioni, e questo significa che da ovest sta arrivando una perturbazione e precipitazioni”. Molti altri modi di dire riguardano invece l’agricoltura e uno dei più noti e presente in ogni regione del Ticino, ma non solo, è certamente quello del “cappello” sulle montagne: “Quando infatti il Pizzo Pettine, o quello di Claro, o ancora il Generoso più a sud ‘met sü ul capell, lasa la ranza (o fauch a dipendenza di dove ci troviamo) e ciapa ‘l rastrell… In sostanza: smetti di tagliare e inizia a rastrellare perché altrimenti il rischio è di bagnare il fieno. E il motivo è presto spiegato: quando le nostre montagne iniziano mettere il cappello, con la base delle nubi che concretamente si abbassa, significa che abbiamo un maggiore processo di condensazione dell’umidità presente nell’aria. Ne consegue che stanno arrivando, almeno per quanto riguarda le nostre regioni, delle correnti meridionali che forzano l’aria a salire sopra le Alpi… e presto arriveranno le precipitazioni. Insomma, ci sono tantissimi detti meteorologici utilizzati da tempo dai contadini che arrivano proprio dall’osservazione, e quasi tutti quasi tutti hanno sempre un fondo di verità, come anche la famosa ‘cielo a pecorelle, piogge a catinelle’, perché la presenza di cirrocumuli, un tipo particolare di cirro che ha anche dei moti verticali e che si sviluppa ad altezze molto importanti, sopra i 6000 metri, è un indicatore di instabilità atmosferica ad alta quota, che a sua volta significa spesso, anche se non sempre, che possiamo prevedere l’arrivo di precipitazioni importanti anche sotto forma temporalesca”.