Come si forma una tromba d'aria: dal temporale al vortice

Gli ingredienti che i meteorologi cercano

Una tromba d’aria, chiamata tornado nei paesi anglosassoni e nell’uso meteorologico internazionale, è una colonna d’aria che ruota con violenza e tocca allo stesso tempo il suolo e la nube da cui nasce: secondo il Storm Prediction Center della NOAA, l’agenzia federale statunitense di meteorologia, deve toccare entrambi contemporaneamente per essere classificata come tale. Non è detto che si veda: la proboscide di condensazione visibile dipende dall’umidità dell’aria, non definisce da sola il fenomeno.

Per stimare la probabilità che nasca un vortice del genere, i previsori osservano quattro ingredienti: umidità, instabilità dell’atmosfera, un meccanismo che solleva l’aria verso l’alto, e wind shear, cioè il cambio di direzione e velocità del vento con la quota. Questi elementi, quando compaiono insieme, aumentano in genere la probabilità che si formi un temporale violento; condizioni simili, però, possono anche non produrre nulla di severo, e questo rende la previsione tutt’altro che una formula matematica.

Esempio pratico: in una giornata con aria calda e umida al suolo e aria più fredda e secca in quota, l’atmosfera è instabile, pronta a far salire bolle d’aria come in una pentola che bolle. Se in più il vento cambia direzione e si rinforza salendo di quota (il wind shear), quella salita d’aria può iniziare a ruotare su un asse orizzontale: è il primo passo verso un temporale che ruota al proprio interno.

Il meccanismo che porta dall’evaporazione dell’acqua all’umidità dell’aria e poi alle nuvole è lo stesso descritto nel ciclo dell’acqua: senza abbastanza vapore acqueo nei bassi strati dell’atmosfera, l’instabilità necessaria a far crescere un temporale semplicemente non c’è.

Dentro la supercella nasce il mesociclone

I tornado più violenti e distruttivi nascono da una supercella, un temporale persistente che, a differenza di un normale temporale, ruota al proprio interno. Al centro di una supercella si forma una circolazione ben definita chiamata mesociclone, rilevabile dai radar meteorologici come un’area distinta di rotazione. Il wind shear crea la rotazione orizzontale iniziale nell’aria; la forte corrente ascensionale (updraft) del temporale può poi inclinare quella rotazione fino a renderla verticale, ed è così che nasce il mesociclone.

Un mesociclone in corso, però, non garantisce da solo un tornado. Secondo la ricerca VORTEX, condotta sul campo dai meteorologi statunitensi, una volta avviato il mesociclone la formazione del tornado sembra legata alle variazioni di temperatura al bordo dell’aria discendente, il downdraft, che avvolge il mesociclone stesso. È uno dei fattori individuati, non l’intero meccanismo: il Storm Prediction Center della NOAA ammette senza giri di parole che il processo esatto che porta dal mesociclone al tornado “non è ancora del tutto compreso” dagli scienziati.

Il vortice nasce dal basso, non scende dalla nuvola

L’immagine più comune di un tornado, una proboscide che scende dalla nube e si allunga fino a toccare terra come un’appendice, non corrisponde a come succede davvero. Osservazioni dirette, innumerevoli video, radar mobile e modelli numerici mostrano il contrario: la rotazione si stringe prima vicino al suolo, poi il vortice si estende verso l’alto, un processo che i meteorologi chiamano “spin up”.

La proboscide visibile (in inglese funnel cloud) è un effetto secondario: una colonna d’aria che ruota richiama le goccioline della nube, rendendo visibile una zona di bassa pressione intensa. Secondo il Met Office britannico, una proboscide che non tocca terra resta una semplice nube a imbuto; se tocca il suolo diventa un tornado, se tocca l’acqua diventa una tromba marina. È quindi una questione di contatto, non un fenomeno diverso a monte.

Il concetto di rotazione che nasce da un differenziale di forze, più che da un singolo impulso dall’alto, ha qualcosa in comune con la logica delle leggi di Newton: è lo squilibrio di forze tra masse d’aria vicine, non un’unica spinta verticale, a produrre il moto rotatorio che poi si stringe fino a diventare un vortice visibile.

Tipi di vortice, dal tornado alla tromba marina

Non tutti i vortici nascono allo stesso modo. Il tornado da supercella, il più studiato e in genere il più violento, dipende dal mesociclone descritto sopra. Esistono però vortici più piccoli che si formano senza un mesociclone vero e proprio, e la tromba marina (waterspout) ne è l’esempio più diffuso: secondo la NOAA è quasi sempre di origine “non supercellulare”, nasce spesso da nubi cumuliformi in accrescimento su acque calde, ed è generalmente più piccola e più debole di un tornado da supercella terrestre, pur restando pericolosa per chi si trova nelle vicinanze o in mare.

Tipo	Origine	Forza tipica
Tornado da supercella	Mesociclone di un temporale rotante	In genere la più violenta
Tromba marina (waterspout)	Di norma non supercellulare, sull’acqua	Più piccola e più debole
Nube a imbuto (funnel cloud)	Come sopra, ma senza toccare suolo o acqua	Non è ancora un tornado

Un fenomeno spesso confuso con la tromba d’aria è il downburst, una raffica di vento violenta che si apre a ventaglio verso il basso e poi verso l’esterno: a differenza di un tornado o di una tromba marina, il downburst non ha un vortice ben definito, e per questo il termine “tromba d’aria” non gli si applica correttamente.

La scala EF misura i danni, non il vento

Poiché i tornado quasi mai vengono attraversati da uno strumento capace di misurarne direttamente la velocità del vento, la forza si stima a posteriori dai danni osservati. Dal 1° febbraio 2007 questo compito spetta alla Enhanced Fujita Scale (scala EF), che ha sostituito la scala Fujita originale per allineare meglio le velocità stimate ai danni osservati realmente, tenendo conto di come sono progettate le strutture moderne: lo spiega il National Weather Service di Norman (Oklahoma), che gestisce la scala.

La scala EF incorpora 28 indicatori di danno, dai tipi di edificio agli alberi, per stimare il vento a partire dagli effetti visibili sul terreno:

Categoria	Vento (mph)	Vento (km/h)
EF0	65-85	circa 105-137
EF1	86-110	circa 138-177
EF2	111-135	circa 179-217
EF3	136-165	circa 219-266
EF4	166-200	circa 267-322
EF5	oltre 200	oltre circa 322

Un tornado di categoria EF5, la più alta, è un evento rarissimo anche negli Stati Uniti, dove la scala è nata e dove i tornado sono più frequenti che altrove. Nel Regno Unito, per confronto, il Met Office registra in media 30-35 tornado o trombe d’aria l’anno, quasi sempre troppo deboli per causare danni significativi.

Una parola sola, due lingue diverse

In italiano si è sempre usato “tromba d’aria”; nei paesi anglosassoni e nell’uso meteorologico internazionale si dice “tornado”. Non c’è una distinzione scientifica tra i due termini: descrivono la stessa colonna d’aria in rapida rotazione che scende da un temporale fino al suolo, con venti che nei casi più violenti possono superare i 300 km/h. Anche il Servizio Meteorologico dell’Aeronautica Militare italiana ha ormai adottato il termine “tornado”, segno che la distinzione è più linguistica che fisica. L’Italia, in particolare la Pianura Padana e le zone costiere, è tra le aree più colpite in Europa da questo tipo di fenomeno, che va tenuto distinto da altri eventi violenti come le ondate di calore o l’instabilità legata all’effetto serra: sono meccanismi atmosferici diversi, anche se possono comparire nella stessa stagione severa.