La scuola meteorologica norvegese e la teoria del “fronte polare”; da qui partì la prima rivoluzione della meteorologia moderna

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L’Istituto Meteorologico di Bergen, in Norvegia, diretto dal professor V. Bjerknes, fu il primo in Europa, all’indomani della prima guerra mondiale, ad elaborare la cosiddetta “teoria frontologica”. L’elaborazione di questa teoria, innovativa nel campo della meteorologia, ha saputo spiegare per la prima volta l’origine e l’evoluzione dei cicloni extratropicali delle medie latitudini. Da quella teoria iniziò a prendere corpo la branchia della meteorologia sinottica che tutti noi conosciamo ai giorni nostri.Difatti, i tanti progressi che hanno fatto seguito alla “teoria frontologica” della scuola norvegese sono stati notevoli, portando una vera e propria rivoluzione nel campo delle previsioni del tempo. Lo scopo di Bjerknes era quello di ridurre, almeno alla metà, il numero dei pescatori della costa norvegese che finivano vittime delle grandi tempeste oceaniche legate ai cicloni extratropicali che nascevano sul nord Atlantico. Difatti, prima dell’avvento della scuola frontologica norvegese, si riteneva che i cicloni extratropicali (o depressioni) erano originati da moti vorticosi intorno un asse verticale. Bjerknes ritenne questa spiegazione troppo semplicistica e non valida per tutti i cicloni.

Per il direttore dell’Istituto Meteorologico di Bergen la spiegazione diveniva incomprensibile in quanto le depressioni delle medie latitudini avevano un massimo di frequenza proprio nel periodo invernale, nella stagione più fredda dell’anno. La scuola norvegese, sotto la direzione di Bjerknes, elaborò una nuova teoria che teneva conto della circolazione generale atmosferica lungo le medie latitudini, condizionata dalla presenza di una fascia di alte pressioni sub-tropicali e dall’area anticiclonica polare. Questa situazione isobarica determina l’avvento di due correnti, la corrente fredda polare, proveniente dalle regioni artiche con direzione Nord-Est ed Est, e la corrente calda tropicale, con un orientamento Sud-ovest ed Ovest. Queste due correnti, di diverse caratteristiche fisiche, si incontrano lungo il 60’ di latitudine nord determinando una superficie discontinua, denominata da Bjerknesfronte polare”. Questa superficie è inclinata dall’alto al basso verso sud dell’1% e separa, attraverso la troposfera, l’aria fredda polare da quella più calda d’estrazione tropicale.

Il fronte polare però, secondo i norvegesi, non era continuo, ma veniva percorso da ondulazioni prodotte dalle spinte alternate dell’aria tropicale verso nord e dell’aria polare verso sud. Le ondulazioni si spostavano lungo il fronte da sud-ovest a nord-est, con la stessa velocità di propagazione dell’aria calda sub-tropicale. L’onda una volta generata si evolveva e sviluppava un profondo ciclone extratropicale. All’inizio l’onda doveva si sviluppava lungo l’ansa di aria calda limitata al “fronte polare” leggermente ondulato. Proseguendo il suo cammino verso nord-est l’area dell’ondulazione, costituita da aria calda, aumentava sempre più, in quanto continuava la spinta della corrente polare verso sud e della corrente tropicale verso nord. Ad un certo punto il ciclone extratropicale inizia a prendere forma. Al centro la pressione barometrica diminuisce, difatti col crescere dell’altezza, causa la maggiore temperatura, le superfici isobariche diventano più elevate di quelle di eguale valore nell’aria fredda polare. L’aria quindi si rovescia al di sopra di questa determinando al suolo una pressione minore e l’aumento di questa verso l’esterno. Il “fronte polare” incurvandosi ha cosi prodotto un ciclone extratropicale separato però da due tipi di fronti; un fronte caldo anteriore e uno freddo posteriore.

Successivamente, siccome l’aria polare che scende verso l’equatore si muove più velocemente dell’aria fredda primitiva che risale verso il Polo, il fronte freddo si sposta più velocemente di quello caldo, fino a quando i due fronti non si saldano in un unico fronte che rappresenta l’occlusione (il ciclone si chiude). Questa fase segna l’inizio della decadenza del ciclone extratropicale. Questo perché l’aria calda, coinvolta ad una determinata altezza, sollevandosi adiabaticamente si raffredda, fino a raggiungere alle quote superiori la stessa temperatura dell’aria fredda che la circonda. La disponibilità di energia decresce, rimanendo solo alle quote superiori, dove permane un dislivello di altezza tra le masse d’aria aventi la stessa temperatura. Ma anche l’aria fredda che riempie il ciclone nei pressi del suolo tende a sollevarsi divenendo più fredda di quella circostante. Il suo moto ascendente, ostacolato dalla gravità, si compie a spese dell’energia cinetica degli strati superiori, per cui il ciclone consumando l’energia residua si attenua, esaurendosi fino a ridursi ad un vortice troposferico.

Esteso ciclone extratropicale sul nord Atlantico si muove verso il cuore dell'Europa dopo essersi approfondito lungo la linea di discontinuità del "fronte polare"

Tale fase rappresenta la morte di un ciclone extratropicale. Sempre secondo la scuola norvegese la velocità di spostamento dei cicloni extratropicali delle medie latitudini è strettamente proporzionale alla fase del loro sviluppo. Nella fase giovanile essi possono raggiungere velocità considerevoli, specie negli oceani, in mancanza di attriti, possono superare i 20-25 km/h. Nella fase di invecchiamento la velocità di spostamento si riduce sensibilmente, fino ad annullarsi quando il vortice si riduce agli strati più alti della troposfera. Col passare dei decenni la teoria del “fronte polare” è stata ampiamente superata dai nuovi modelli di meteorologia dinamica. Difatti, gli studi successivi della scuola meteorologica europea, in particolare degli inglesi, ha messo in evidenza che non sempre i cicloni extratropicali nascono lungo il cosiddetto “fronte polare” tipico, che separa l’aria calda sub-tropicale da quella fredda sub-polare. Infatti le depressioni e gli annessi sistemi frontali si possono sviluppare tra l’aria calda sub-tropicale e quella temperata e umida oceanica o fra l’aria temperata oceanica e quella più fredda sub-polare, purchè sia rispettata la regola che si crei una situazione di attrito reciproco. Ciò dovrà essere coadiuvato da una particolare curvatura delle correnti atmosferiche, derivata dal posizionamento di quei anticicloni autonomi di origine dinamica che si staccano dalle alte pressioni sub-tropicali e sub-polari, i cosiddetti “Centri d’Azione”, che possono disporre di piccoli spostamenti che condizionano per settimane o mesi l’andamento meteorologico in una grande regione. Oltre a queste alte pressioni dinamiche si formano anche delle basse pressioni che essendo presenti alle varie quote determinano e condizionano la direzione delle correnti aeree entro cui si spostano i fronti troposferici. Per tale motivo i fronti seguono traiettorie diverse dalla tradizionale rotta da Ovest ad Est. Nel prossimo articolo elencheremo gli sviluppi successivi della teoria del “fronte polare” in seno alla meteorologia sinottica odierna.