Instabilità di Kelvin e Helmholtz e le nubi tsunami; fenomeno non poi tanto raro in Italia

Per instabilità di Kelvin e Helmholtz si intende quel  tipo di instabilità fluidodinamica che si presenta quando i diversi strati di un fluido sono in moto relativo gli uni rispetto agli altri. Fu scoperta e studiata per la prima volta dai fisici Lord Kelvin e Hermann Von Helmholtz. L’esempio più semplice che si può concepire, in due dimensioni, è quello di un fluido perfetto presente in due regioni affiancate dello spazio: nella prima il fluido è a riposo, nella seconda si muove con velocità costante. Se la zona che separa le due regioni subisce una piccola perturbazione le particelle di fluido che erano a riposo (cioè con velocità nulla) si vengono a trovare nella regione dove regna una velocità finita. Questo scompenso crea un’instabilità. L’ampiezza della perturbazione diventa sempre più ampia e le particelle delle due diverse regioni si mescolano tra loro, formando dei vortici, anche ben definiti, e facendo perdere definitivamente la configurazione che era presente all’inizio.

Se consideriamo l’aria come un fluido tale fenomeno fisico lo possiamo applicare anche alla meteorologia e alle dinamiche atmosferiche. In meteorologia l’instabilità di Kelvin e Helmholtz si riscontra non di rado, in determinate condizioni e situazioni atmosferiche. E’successo, ad esempio, nei giorni scorsi in Alabama e ne abbiamo parlato ieri in quest’articolo. Spesso si può realizzare in seguito ad una discontinuità del vento o di una corrente d’aria, in azione lungo i medi e alti strati della troposfera. Tale discontinuità può essere provocata dal flusso di una corrente d’aria che scorre al di sopra di un’altra massa d’aria che si muove con velocità o direzione differente. E’ viceversa. Tanto è maggiore lo “Shear” verticale dei venti troposferici orizzontali tanto maggiori saranno le possibilità per l’attivazione dell’instabilità di Kelvin e Helmholtz (non per caso è nota anche come instabilità da “Shear“ orizzontale). Ciò da luogo a grandi turbolenze, che si propagano lungo la troposfera attraverso dei vortici verticali che molto spesso assumono l’aspetto di una onda marina molto minacciosa. Nella maggior parte dei casi la discontinuità del vento crea una serie di strati nuvolosi che ondeggiano sulla cresta delle onde atmosferiche. Quasi sempre queste ondulazioni, prodotte da queste forti turbolenze atmosferiche, intraprendono delle traiettorie a forma di spirale (vortici spiraliformi).

Quando una nuvola o un addensamento nuvoloso si trova o si forma fra due masse d’aria con moto differente o tra due venti con la stessa direzione ma velocità diversa tende ad assumere delle forme bizzarre, come quelle di una grande onda marina che si abbatte sulla costa. In determinate occasioni si vengono a sviluppare delle nubi davvero molto spettacolari e impressionanti che possono destare un po’ di preoccupazioni. Ma è solo tutta impressione da parte dell‘osservatore. Infatti queste nuvole, ribattezzate anche con il termine di “nubi tsunami”, in realtà sono innocue e a parte la spettacolarità, non producono alcun fenomeno significativo nei bassi strati. Si tratta solo di forti turbolenze che riguardano gli strati più elevati della troposfera, dalla durata piuttosto limitata. Il fenomeno è molto noto negli USA centro-meridionali e nelle regioni dell’Australia orientale, durante le fasi di forte instabilità baroclina. In Europa il fenomeno è molto più raro è meno conosciuto. Eppure in paesi come l’Italia, caratterizzati da una complessa orografia che agevola condizioni di forti “Shear” verticali in seno ai venti troposferici orizzontali, il fenomeno è meno raro di quanto si possa pensare. Il problema riguarda la sua osservabilità visto la durata limitata del fenomeno atmosferico. Per questo le segnalazioni sono molto scarse. Ultimamente, in Italia, le cosiddette “nubi tsunami” erano state segnalate in alcune aree del nord-est e nell’area dello stretto di Messina.