Pioggia

                                                                                                                                                 Studio effettuato dal dott. Cristiano Fidani

pioggia

La pioggia è portatrice di vita in quanto ogni essere vivente ha bisogno d’acqua, tuttavia, quando il fenomeno è eccezionalmente intenso o protratto nel tempo può mettere in pericolo la vita stessa. Per questi motivi il monitoraggio dei fenomeni di precipitazione ha richiesto uno strumento capace di misurarne l’entità, il pluviometro. Il pluviometro fu inventato a Perugia dal Padre Benedetto Castelli, presso l’Abbazia di San Pietro nel 1639. L’Osservatorio sismico fondato da un altro Padre Benedettino, Andrea Bina, inventore del primo sismografo nel 1751, ha per lunghi anni condotto anche misure meteorologiche grazie ad un’altra invenzione. Nel 1937 Padre Bernardo Paoloni costruisce un anemometro fotoelettrico per la misura della velocità e direzione del vento. A partire da questa lunga tradizione scientifica è recentemente entrato in funzione presso l’osservatorio un nuovo pluviometro per la caratterizzazione delle precipitazioni, di cui è consultabile il dato in tempo reale.

La pioggia è costituita da gocce d’acqua che si generano dalla condensazione del vapore acqueo delle nuvole. Una nube è formata da miliardi di goccioline d’acqua, ciascuna delle quali è a sua volta formata da circa 500 miliardi di molecole d’acqua. Queste goccioline sono il risultato dell’evaporazione dell’acqua dagli oceani, dai mari, dai corsi d’acqua, dalla vegetazione e dal suolo. Il vapore acqueo viene portato verso l’alto dalle correnti ascensionali. Salendo, l’aria si raffredda e raggiunge la saturazione. Tuttavia, questa non è sufficiente per provocare la condensazione del vapore, dato che la goccia d’acqua formatasi tende a sua volta ad evaporare. In condizioni normali non si potrebbe avere la condensazione del vapore e quindi la formazione di nubi, neanche in presenza di sovrasaturazioni del 500%. Fortunatamente, nell’aria sono presenti particelle di pulviscolo e cristalli di ghiaccio che agiscono come “nuclei igroscopici” o “di condensazione” (di dimensioni comprese tra 0,1 e 4 µm) che promuovono e agevolano la trasformazione di stato delle particelle di vapore.
Le precipitazioni, e quindi la pioggia, possono avvenire solo quando la forza peso delle goccioline risulterà maggiore della resistenza offerta dal moto ascendente che ha portato alla formazione della nube stessa, e che tende a mantenere le goccioline in sospensione. Occorrono centinaia di milioni di goccioline di nube per formare una goccia di pioggia del diametro compreso tra 200 µm e qualche millimetro. I due principali meccanismi di formazione delle gocce d’acqua sono l’accrescimento per coalescenza e il processo Bergeron-Findeisen. Questo fenomeno accade nelle cosiddette nubi calde con temperatura superiore a 0 °C. Le goccioline di nube più grandi, spinte verso l’alto dalle correnti ascendenti, collidono con le goccioline più piccole e in seguito a ciò, aumentano di dimensioni. Una volta raggiunto il diametro di 200 µm, le correnti ascensionali non sono più in grado di mantenerle in sospensione e quindi cominciano a cadere, ingrandendosi ulteriormente. Il processo è particolarmente efficace nel caso di moti turbolenti.

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In uno studio recente alcuni fisici della Michigan Technological University di Houghton, Stati Uniti, e della National University di Città del Messico, hanno mostrato che le gocce di pioggia cadono alla stessa velocità, indipendentemente dalla loro grandezza. I ricercatori hanno osservato cadere circa 64000 gocce di pioggia a Città del Messico misurando le dimensioni delle gocce e la velocità con la quale scendevano a terra in condizioni di assenza di vento. Dai dati raccolti, i ricercatori hanno visto che alcune gocce viaggiavano più veloci del limite assoluto al quale potevano cadere, una velocità stabilita in base ad una scala che prende in considerazione anche la forza di gravità e la resistenza dell’aria. Una goccia dal diametro di 100 micrometri dovrebbe viaggiare al limite massimo di circa 30 centimetri al secondo, ma in realtà, secondo le osservazioni fatte, colpisce il suolo ad una velocità di 3-4 metri al secondo. La chiave di lettura degli autori della pubblicazione fa riferimento a quando le gocce più grandi si scontrano, in tal caso si formano goccioline più piccole che viaggiavano alla stessa velocità delle grandi.

Le precipitazioni piovose vengono misurate in millimetri, intendendo con questo i “millimetri verticali di pioggia caduta sulla superficie di un metro quadrato”. Se ne deduce che un millimetro di pioggia corrisponde ad un litro d’acqua caduta sulla superficie di riferimento di un metro quadrato. Non è necessario predisporre una superficie così ampia per la misurazione delle piogge, perché è sufficiente conoscere la superficie di raccolta, per tradurre i litri di pioggia caduta in mm e viceversa. Per la misurazione è infatti sufficiente un recipiente disposto in zona aperta, possibilmente lontano dagli alberi e/o da ostacoli. Deve essere nota l’area dell’imboccatura ed il recipiente dovrebbe essere posto ad 1,5 m di altezza.
Il pluviometro si limita alla misura del volume d’acqua (da cui si possono dedurre i mm); il pluviografo invece registra le precipitazioni nel tempo, generalmente nell’arco di una settimana, fornendo dei grafici, da cui si può ricavare un altro interessante parametro: l’intensità della precipitazione. Si definisce “giorno piovoso” un giorno con almeno 1 mm di pioggia. 1 cm di manto nevoso equivale ad una pioggia di 1 mm. In Italia la precipitazione annua è mediamente di circa 800 mm; potendo variare da 400 mm in alcune aree del Sud fino ad un massimo di 2500 mm misurati in Carnia. Un’adacquata a fini irrigui equivale a una pioggia di 60 mm ed è sufficiente per 10 giorni. La soglia di piovosità critica è quella che supera i 50-100 mm/ora, oltre la quale possono facilmente verificarsi fenomeni esondativi; questo dato da solo non è però sufficiente, in quanto occorre anche giudicare il grado di imbibizione dei terreni e le condizioni di rischio idraulico del territorio.

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