Imageby Luca Onorato - Centro Meteo-Idrologico Regione Liguria (ARPAL-CMIRL)

1. Tracce nuvolose legate al trasporto marittimo Dagli anni 80 ad oggi, oltre alle emissioni atmosferiche di origine naturale (eruzioni vulcaniche, incendi spontanei, tempeste di sabbia ecc..), 

si è andato via via registrando un deciso incremento delle emissioni antropiche: quest'ultimo contributo è il diretto responsabile una serie di perturbazioni caratterizzate da diverse scale spazio-temporali che hanno iniziato ad interessare l'intero comparto atmosferico. Basti pensare agli effetti locali legati alla formazione di ozono nelle aree urbane o  all'incremento dei così detti 'gas serra', associato a mutazioni climatiche in atto sull'intero pianeta. Infatti, l'uomo ha accelerato inconsapevolmente il processo di decomposizione negli ultimi  decenni bruciando ingenti riserve di materia organica immagazzinata nei combustibili fossili, con un conseguente incremento della concentrazione della CO2 e di altri aerosol atmosferici (ad esempio la SO2).

ImageTale tendenza si è accentuata con l'avvento del - l'industrializzazione ed ha comportato una modifica del bilancio radiativo globale con una tendenza all'aumento della temperatura media  superficiale (vedere box pagina seguente). Nonostante le incertezze e le controversie i climatologi sono abbastanza d'accordo nell'affermare che piccole variazioni di CO2 globale(in  eccesso rispetto al ciclo naturale) possono produrre effetti mutevoli sul clima, poiché tale gas agisce come una serra, permettendo così alle radiazioni visibili di penetrare in atmosfera, per poi comportarsi da trappola nei confronti della radiazione irraggiata nell infrarosso dalla superficie verso l'alta atmosfera. Oltre all'inquinamento da CO2 l'uomo tende a  produrre un altro tipo di perturbazione che è legata all'emissione di particolato atmosferico; infatti, le caratteristiche microfisiche delle particelle in sospensione (di origine naturale e antropica) tendono a condizionare la riflessione di energia raggiante, modificando così la riflettività globale e in ultima analisi i precari equilibri climatici in atto. Se a questo quadro  aggiungiamo anche l'interazione tra gli aerosol di origine antropica con il vapore acqueo presente in atmosfera, la situazione tende a complicarsi ulteriormente, poiché l'incremento del particolato si traduce in una diminuzione della dimensione media delle gocce, portando così ad un aumento della loro concentrazione con conseguenti modifiche dei fenomeni nuvolosi e  precipitativi; infatti, recenti studi hanno evidenziato come tali cambiamenti fossero legati da una parte ad un incremento della copertura nuvolosa (e del suo tempo di permanenza in atmosfera), dall'altra ad un'inibizione delle precipitazioni con conseguenti modifiche sull'intero ecosistema nel medio-lungo termine. Tra i cambiamenti meteo climatici indotti dalle attività umane, il fenomeno delle 'scie di condensazione' formate dal traffico aereo (contrails), così come quello indotto dei gas di scarico delle navi (denominate più correntemente ship trails), presentano caratteristiche del tutto peculiari su cui si è focalizzata parte della ricerca scientifica per comprendere meglio i meccanismi che regolano l'immissione e la dispersione d'inquinanti  in atmosfera. La ricerca si è concentrata sulla formazione delle contrails e sui possibili cambiamenti climatici indotti dall'intenso traffico aereo, mentre la conoscenza del fenomeno simile, ma  originantesi dal traffico marittimo, risulta più limitata. Infatti le ship trails oltre ad essere poco conosciute, sono anche meno visibili rispetto ad altri fenomeni meteorologici poiché oltre ad  avere una bassa probabilità di accadimento tendono a manifestarsi in mare aperto (offshore), anche in presenza di nubi basse e stratiformi tra le quali si possono facilmente confondere. Inoltre, sono difficilmente localizzabili da un punto di osservazione posto in prossimità della superficie (costiero o marino che sia) proprio a causa del loro limitato sviluppo verticale. Infatti le ship trails, rimangono generalmente confinate a livelli più bassi dell'atmosfera in prossimità della superficie marina, contrariamente alle contrails che si originano negli strati prossimi alla tropopausa.

ImageTuttavia, in particolari condizioni meteorologiche, può accadere che questo fenomeno sia identificato attraverso il satellite e, se particolarmente persistente, possa essere seguito nella sua evoluzione,come ci testimonia la straordinaria quanto rara immagine d'apertura proveniente dal satellite Meteosat Second Generation (MSG). In questo caso è possibile evidenziare con estrema chiarezza gli effetti della nuvolosità legata ai fumi rilasciati al  largo della Corsica e della Sardegna, attraverso singole tracce presenti sia esternamente che internamente alla nuvolosità stratiforme. In alcune situazione eccezionali, caratterizzate dalla presenza di un robusto campo anticiclonico, può accadere che la nuvolosità prodotta dagli scarichi delle navi tenda ad espandersi in  veri e propri filamenti nuvolosi in lento movimento secondo la debole circolazione ai bassi livelli. Poiché il fenomeno possiede una maggiore riflettività rispetto alla nuvolosità di origine  naturale (stratiforme), può essere monitorato ed osservato dal satellite, anche per un intervallo temporale di parecchie ore se non di giorni (come nel caso presentato in figura 2).

Image
Fig.1 - Il Fenomeni percussori delle 'Ship trail clouds' sono collegati ai fumi di scarico del traffico marittimo (F. De Bonis) e possono verificarsi in condizioni anticicloniche caratterizzate da una significativa stabilità della colonna d'aria che favorisce un ristagno degli inquinanti in prossimità della superficie marina.

L'incremento locale della riflettività (albedo) sembrerebbe essere dovuto alle piccole gocce di vapore acqueo che si formano attorno nuclei di condensazione contenuti nei fumi di scarico immessi dalle navi in un ambiente poco o per nulla inquinato (come quello oceanico) e caratterizzato da bassissime concentrazioni di aerosol. Contrariamente ai nuclei di condensazione naturali (caratterizzati da dimensioni maggiori), le piccole gocce che si formano attorno ai nuclei derivanti dai fumi di scarico, una volta immesse nell'ambiente non riescono a precipitare a causa della taglia e tendono così a persistere maggiormente nel comparto atmosferico.

2. Ship trails e strato limite atmosferico Le Ship trails, pur sviluppandosi nello strato atmosferico immediatamente a contatto con la superficie marina, sono indirettamente legate alla circolazione dell'alta atmosfera in quanto si possono manifestare in presenza di una zona anticiclonica ben strutturata e persistente (vedi figura 3) a tutte le quote, caratterizzata da un'inversione termica nei bassi livelli; infatti l'andamento termico della colonna d'aria evidenzia un progressivo isolamento di uno strato umido e più freddo, ben differenziato dalla massa d'aria più calda e secca sovrastante che è caratterizzata da significativi fenomeni di subsidenza tipici del regime anticiclonico. In queste condizioni i fumi emessi dalle navi non possono disperdersi nell'atmosfera, restando così confinati nelle prime centinaia di metri d'altezza, in prossimità dello strato limite dell'atmosfera o boundary layer.

Image
Fig.2 - Dal satellite NOAA AVHRR si evidenziano chiaramente le "Ship trail clouds " causate dal traffico marittimo (fonte Eumestat; canale RGB-NIR-IR), nell'atlantico orientale in presenza di una esteso sistema anticiclonico

Image3. Le ship trails come tracciante di inquinanti in ambienti poco contaminati In zone urbane o industriali (interessate da continui fenomeni d'inquinamento) risulta abbastanza difficile comprendere come gli inquinati possano contribuire alla formazione di nubi in quanto l'atmosfera può risultare più o meno miscelata. Per questo motivo il fenomeno delle ship trails in ambiente oceanico ha fornito l'occasione ad alcuni ricercatori di studiare fonti d'inquinanti emesse in ambienti remoti, dove le concentrazioni degli aerosol derivanti dalle attività umane sono molto basse o quasi inesistenti. Proprio in queste zone poco contaminate sarebbe più semplice misurare gli effetti dell'emissione dei combustibili fossili sulla formazione della nuvolosità. Il fenomeno delle 'Ship trails" si può spiegare con un aumento locale della concentrazione di nuclei di condensazione associati ai gas di scarico delle navi. Se queste unità, singolarmente non rappresentano un'importante fonte d'inquinamento, invece lo possono diventare quando i fumi dei natanti in passaggio rimangono isolati nello strato a contatto con la superficie marina: gli scarichi si comportano da nuclei di condensazione solo nello strato più umido e freddo, confinato al di sotto di una massa d'aria sovrastante che è relativamente più calda a causa dei significativi fenomeni di subsidenza. Così, quanto i fumi liberati dall'imbarcazione entrano a contatto dello strato d'aria più superficiale che si è raffreddato dal basso a contatto con la superficie oceanica, le goccioline di nubi chiamate 'droplet' (vedere box qui sopra), tendono via via a formare una coltre nuvolosa più compatta e persistente.

ImageFig. 3 - Il radiosondaggio di Santander (costa spagnola atlantica di Bilbao) del ore 12 del 27 gennaio 2003 e l'analisi al suolo dei fronti pel le 00 UTC dello stesso giorno, evidenziavano per la presenza di un esteso anticiclone delle Azzorre al di sotto del 50° N

.

.

.

.

.

.

.

Image

La traccia iniziale (Fig. 1) legata ai gas di scarico, essendo relativamente più calda rispetto all'aria preesistente, tende ad espandersi per alcune centinaia di metri fino a quanto il moto verticale viene bloccato dall'inversione termica, come evidenziato dal radiosondaggio mostrato in fig. 3. Una significativa espansione laterale che rende la nuvolosità ben visibile dal satellite tende via via a prevalere sul movimento verticale quando la nave si allontana dal punto d'emissione (vedere schematizzazione in fig. 4). Si possono verificare fenomeni di sovrassaturazione caratterizzati da un locale aumento delle concentrazione di droplets (immessi artificialmente dal traffico marittimo), che a causa delle ridotte dimensioni rispetto alle goccioline di origine naturale, tendono così a persistere maggiormente in atmosfera ( da 2 a 16 ore) senza andare incontro a fenomeni di coalescenza e quindi di successiva precipitazione.

Image
Fig.4 le ship trails possono formare nuvole che non tendono a precipitare, persistendo così anche per un tempo di vita di alcuni giorni con un conseguente sviluppo nuvoloso legato alle particelle di nucleizzazione (evidente nella visione di lato e di poppa del vascello per i differenti istanti temporali e l'allargamento della coltre nuvolosa rilasciata dalla nave molte ore dopo il suo passaggio). Realizzazione grafica a cura di Veronica Bonati (su base C. Floor, 1988)

4. Le ship trails nell occhio del satellite Le formazioni nuvolose legate a fenomeni d'inquinamento, come quelle originatesi dalla condensazione dei fumi di scarico delle navi tendono ad avere una riflettività maggiore rispetto alle nubi atmosferiche e sono caratterizzate da particelle (idrometeore) più piccole e più numerose. Come nell'immagine d'esempio, ricavata dal satellite del NOAA, le nubi rilasciate dal traffico marittimo presentano un colore più giallastro se confrontate con quelle naturali che invece presentano un colore tendente al rosso (vedere la precedente fig. 2). E' possibile scorgerle dal satellite Meteosat 6 e Meteosat 7 nel canale del visibile, poiché si presentano con un colore più chiaro rispetto alla maggior parte della nuvolosità d'origine naturale. Particolarmente evidenti sui canali del visibile del Meteosat a causa del maggiore albedo che le caratterizza, possono tuttavia apparire nelle immagini prossime all''infrarosso, canale più sensibile alla taglia delle gocce rispetto al visibile. Se l'infrarosso può essere d'aiuto per evidenziare le scie di condensazione degli aerei (nubi alte molto fredde del tipo cirrus o cirrocumulus), invece le tracce nuvolose legate a fenomeni di condensazione dei gas di scarico delle imbarcazioni non sono sempre chiaramente individuabili in questo canale, poiché la loro temperatura è prossima a quella superficiale marina.

Image
Fig. 5 - L'immagine in alto evidenzia la possibile formazione del fenomeno (f. Onorato) e si riferisce ad una giornata inizio estiva caratterizzata da condizioni relativamente stabili ed un accumulo ai bassi livelli dei fumi di scarico provenienti da una nave in uscita dal porto di Genova in condizioni relativamente stabili; l'immagine in basso(già mostrata in apertura) rende bene l'idea del fenomeno, così come ripreso dal satellite il 23 marzo 2005 al largo dei settori occidentali della Corsica e Sardegna. Sono evidenti le tracce sia esternamente alle nubi stratiformi (striature chiare nella parte delimitata da bordo arancione in alto a destra nella foto), sia internamente (le tracce più scure all'interno della nube più calda e dalle tinte chiare delimitata da bordo blu).

Image

5. Fenomeni legati alle emissioni di origine naturale Le diverse emissioni, indipendentemente dalla loro origine, sono generalmente responsabili di un'alterazione degli strati nuvolosi a causa dell'incremento dei nuclei di condensazione presenti in atmosfera. Questi fenomeni che sono associati ad un aumento della copertura nuvolosa comportano un generale aumento della riflettività della luce solare in quanto questa nuvolosità presenta un albedo maggiore rispetto alle nubi naturali. Un esempio proviene dall'analisi delle particelle sospese trasportate dalle tempeste di sabbia. In questo caso, infatti, il particolato agisce come nucleo di condensazione per le particelle di vapore acqueo che poi combinandosi tra loro danno origine ai cloud droplets (precursori delle gocce di pioggia o rain droplets, potenzialmente in grado di cadere sulla superficie terrestre). Dall'analisi in campo e da recenti studi (che si avvalgono anche di simulazioni modellistiche), è emerso come un aumento delle concentrazioni di sabbia in atmosfera tenda a far diminuire quantitativamente le precipitazioni. I risultati preliminari indicano che l'aumento dei nuclei di condensazione, legati alla formazione di droplets, tende a competere per una limitata concentrazione sia di vapore acqueo, sia d'acqua presente allo stato liquido. La maggior parte delle particelle che agiscono come centro di enucleazione per il vapore acqueo, determinano così una minore concentrazione di acqua per ogni centro. Il risultato finale si traduce in una combinazione di cloud droplets che presentano dimensioni minori rispetto alle condizioni naturali. Quindi, ne conseguirebbe un effettivo abbassamento della probabilità di formazione di raindropets ed in ultima analisi del quantitativo di precipitazioni.

6. Per saperne di più Ship trails in the Region off the bay of Biscay (www. Eumetsat.de) Immane: Satellite meteorology - european ad international news, n18 , may 2003

(http://www.eumetsat/. int/en/area2/image/PD F/image18_e.pdf) 15 July 1998 -- GOES-9 Visible - - Ship Condensation Trails Off the California Coast  (http://cdebsjournal.topcities.com/Jan2302.htm )

Ringraziamenti
Un particolare ringraziamento va al Dr. Gallino per il materiale riguardante le ship trails e alla Dr.ssa Bonati per il prezioso contributo di elaborazione grafica

articolo di LUCA ONORATO This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

pubblicato sulla rivista:

NIMBUS 37-38
N° 2/2005 - Pubblicato nel dicembre 2005

Image


Scegli la WebCam:
Scegli la localià:
seleziona la boa

NOTE! This site uses cookies and similar technologies.

If you not change browser settings, you agree to it.

I understand