Il cumulonembo è una nube a sviluppo verticale che si forma per il sollevamento di grandi masse d'aria calde(causato da diversi fattori) e umide in aria instabile.Con il sollevamento l'aria si raffredda adiabaticamente e il vapore acqueo in essa contenuto, raggiunta la saturazione, condensa iniziando a sviluppare la nube.
All'interno della nube ci sono correnti ascensionali molto violente e forte turbolenza, e le gocce d'acqua soffuse facilmente si uniscono e originano pioggia, o anche grandine se vengono trascinate a lungo all'interno della nube dalle correnti. Al di sotto del cumulonembo si formano in genere forti ascendenze e forti discendenze ai lati,che provocano al perimetro del cumulonembo un forte vento che solleva visibilmente la polvere e precede la pioggia. Nel momento in cui inizia a piovere il moto si inverte,si hanno discendenze al centro e ascendenze ai margini.
In cima al cumulonembo, quand'esso ha raggiunto la fase di maturità o pieno sviluppo, si trova una caratteristica incudine, che può anche raggiungere i 10.000 metri di quota e oltre.Tale incudine si forma laddove l'aria in ascesa incontra la tropopausa,e la sua caratteristica forma è dovuta alla costanza dell'andamento termico che caratterizza la tropopausa che inibisce l'ulteriore ascesa della massa d'aria instabile all'origine della genesi del cumulonembo.
Il temporale risulta quindi composto da:
- cumulo vero e proprio associato a fenomeni
- incudine di cirri
- eventuali 'mamma' visibili alla base del cumulonembo
Formazione dei temporali Temporali frontali: quando in una perturbazione è presente il fronte freddo, non è difficile che compaiano cumulonembi. L'aria fredda infatti si incunea sotto quella calda,la solleva in maniera rapida e contribuisce a destabilizzare la situazione. La pressione intanto cala e il vento rinforza. Nel cielo le nubi cumuliformi si ingrossano sempre di più fino a chè non scoppia il temporale. Questo tipo di cumulonembi si può formare a qualsiasi ora del giorno e della notte.
Temporali convettivi: si formano per la risalita di aria calda dal suolo (riscaldato dal sole) verso il cielo. Se questa è abbastanza umida, e se l'aria è abbastanza instabile, la corrente convettiva può formare una nuvola. Se inoltre l'atmosfera è instabile allora è probabile che il cumulo si ingrossi a sufficienza per dare origine a fenomeni. Questo tipo di temporali avviene soprattutto quando aria fresca corre su un terreno più caldo (gocce fredde in quota).
Temporali orografici: l'aria che risale un pendio di montagna, se abbastanza umida, può generare delle nubi anche temporalesche con conseguenze simili alle precedenti.
Fasi del fenomenoSviluppo: l'instabilità fa nascere un cumulo di grandissime dimensioni.
Maturità: il cumulo diventa cumulonembo perché ha raggiunto dell'aria stabile quindi non può più salire ma si espande orizzontalmente (incudine). Coesistono in quota cristalli di ghiaccio e gocce di acqua. Vi sono due correnti ben distinte, una fredda e una calda.
Dissipazione: l'aria fredda discendente prevale sulla calda. Il temporale si scarica e perde vigore.
Scomparsa: il temporale sparisce e al suo posto rimangono dei cumuli, degli altocumuli, dei cirri.
Struttura a celluleUn temporale è alimentato in genere da più cellule convettive (temporale multicellulare - durata media 1 ora - 3 celle circa). Possono anche esserci temporali con una sola cella (monocellulari) o una sola grande cella in rotazione (supercella). Questi ultimi sono i più pericolosi e possono portare alla formazione di tornado. Questa struttura fa sì che, nei temporali multicellulari, la zona più attiva della nube sia in continuo spostamento e quindi l'intensità delle precipitazioni vari a intervalli irregolari. Ciò permette infine anche una maggiore durata della nube.
Nuvole.I temporali e le nubi temporalesche si formano quando l’atmosfera contiene aria fredda nella regione superiore e aria calda e umida negli strati inferiori. In questo caso l’aria calda tende a salire velocemente in flussi verticali formando le nubi, mentre l’aria fredda scende.
Le nubi temporalesche possono avere dimensioni diverse, da nubi di estensione verticale di qualche chilometro ai temporali giganti con nubi di estensione fino a 20 km. L’altezza media rispetto al suolo di una nuvola temporalesca è di circa 8-10 km, anche se queste misure sono molto legate alla zona geografica di formazione.
In Italia si presentano tipicamente due tipi di temporali, quelli con fronti estesi provenienti dall’Europa occidentale e quelli localizzati, generati da convezione sul territorio.
All’interno di un temporale vi sono correnti d'aria, dovute ai gradienti termici, e particelle d’acqua e ghiaccio. Dall’interazione di questi elementi si ha la formazione di cariche separate che si dispongono in regioni opposte della nube.
IL FULMINE.Il fulmine o folgore o saetta è una scarica elettrica di grandi dimensioni che avviene nell'atmosfera, che si instaura fra due corpi con una grande differenza di potenziale elettrico.
I fulmini più facilmente osservabili sono quelli fra una nuvola e il suolo, ma sono comuni anche scariche fra due nuvole o all'interno di una stessa nuvola. Inoltre qualsiasi oggetto sospeso nell'atmosfera può innescare un fulmine, si sono osservati infatti fulmini tra una nuvola e un aeroplano, e tra un aeroplano e il suolo.
Il lampo è la luce prodotta dal fulmine. Viene chiamato lampo anche un fulmine di cui non vediamo la traccia della scarica, perché la luce è soffusa dall'interposizione di altre nuvole o per l'eccessiva lontananza.
L'espansione del canale ionizzato genera anche un'onda d'urto rumorosissima, il tuono.
L'intensità elettrica di un fulmine varia tipicamente tra i 10 e i 200 kiloampere. Generalmente si descrive il fulmine come una singola scarica, ma sono molto frequenti i casi in cui si verificano una serie di scariche in rapida successione. Tipicamente l'intervallo di tempo tra una scarica e l'altra può oscillare tra i 5 e i 500 millisecondi, e la serie nel complesso può durare anche 1,5 secondi.
Più in particolare, il fulmine è una colonna di gas ionizzato (plasma), con le seguenti caratteristiche fisiche principali:
- corrente elettrica: 2-200 kA
- temperatura elettronica: 30.000 K
- diametro della colonna di plasma: 10-50 cm
- carica elettrica totale: 5-10 C
- differenza di potenziale: 1-10 × 109 VL'ultimo valore (differenza di potenziale ai capi del fulmine) dipende dalla lunghezza dello stesso: sapendo che il potenziale di rottura dielettrica dell'aria è di 3000 V/mm, un fulmine lungo 300 m sarà generato da una differenza di potenziale di 300 × 3 × 106 = 9 × 108 ≈ 109 V. In realtà, la grande pericolosità del fulmine è dovuta più che alle grandi tensioni, alla corrente che fluisce nel canale d'aria ionizzata: essendo infatti il plasma un ottimo conduttore di corrente, esso permette il fluire di correnti tipiche di migliaia di Ampere (si ricordi qui che basta qualche centinaio di milli-Ampere per causare danni fisiologici gravissimi da folgorazione).
Esistono due diversi tipi di fulmini:
- negativo discendente, la scarica pilota ha carica negativa e parte dall'alto
- positivo discendente, la scarica pilota ha carica positiva e parte dall'alto
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