Immaginate di guidare un autocarro d’assalto modificato, equipaggiato con un’enorme antenna radar parabolica, puntando dritto verso la ‘cortina di precipitazione’ di una supercella in rotazione, a poche centinaia di metri da un tornado devastante in formazione. Per la maggior parte delle persone questo sarebbe un incubo; per il Dr. Joshua Wurman, è stata la routine quotidiana che ha permesso di riscrivere le leggi della meteorologia moderna. Fisico dell’atmosfera, inventore e presidente del Center for Severe Weather Research (CSWR) di Boulder, in Colorado, Joshua Wurman è considerato a livello globale una vera e propria leggenda della ricerca sui temporali severi. Negli anni ’90, Wurman ha firmato una delle intuizioni tecnologiche e scientifiche più brillanti nella storia delle geoscienze: la creazione del Doppler on Wheels (DOW). Montando un radar meteorologico ad alta risoluzione su un autocarro mobile, Wurman ha abbattuto il più grande limite dei radar fissi tradizionali, la curvatura terrestre, che impedisce di “vedere” cosa accade nei primissimi metri sopra il terreno, portando la strumentazione direttamente a ridosso dei tornado più violenti del pianeta.
Lead scientist delle storiche campagne di ricerca internazionali VORTEX, VORTEX2 e ROTATE, Wurman ha campionato sul campo oltre 200 tornado e decine di uragani al momento del landfall sulle coste americane. Il suo lavoro non solo ha riempito le pagine delle più prestigiose riviste scientifiche internazionali, ma ha anche catturato l’immaginazione del grande pubblico, rendendolo uno dei protagonisti principali della celebre serie documentaristica Storm Chasers su Discovery Channel.
Le sue scoperte hanno smontato vecchi dogmi scientifici: i tornado sono mediamente più forti, più larghi e con picchi di venti concentrati molto più vicini al suolo rispetto a quanto ritenuto per decenni.
In questa intervista esclusiva per MeteoWeb, il Dr. Joshua Wurman ci accompagna dietro le quinte della fisica della tornadogenesi, fa il punto sui limiti attuali dei modelli matematici e traccia con lucidità e pragmatismo il futuro della tecnologia radar. Di seguito, il testo integrale delle domande e delle risposte.
Dottor Wurman, la sua invenzione del Doppler on Wheels (DOW) ha cambiato fondamentalmente la ricerca sui temporali severi. Dalla prospettiva della radar meteorologia, qual è la caratteristica fisica più sorprendente del campo dei venti o dei sotto-vortici nei tornado che i DOW hanno svelato e che i radar Doppler fissi tradizionali non avrebbero mai potuto rilevare?
“Abbiamo scoperto diverse cose nuove e sorprendenti sulla struttura dei tornado. Alcune erano state teorizzate, altre decisamente meno. La cosa più sorprendente che abbiamo scoperto è che, in media, i tornado sono più forti di quanto pensassimo. Un tornado medio presenta venti massimi di circa 210 km/h (130 mph) o più. Inoltre, un tempo si riteneva che i tornado più comuni fossero molto stretti. Le misurazioni del DOW hanno invece rivelato che esiste una dimensione “preferenziale”, con un diametro compreso tra i 400 e i 500 metri. Tra le altre scoperte fatte per la prima volta, abbiamo documentato che i venti più intensi e distruttivi si verificano a quote estremamente vicine al suolo”.
A distanza di decenni da campagne di campo pionieristiche come VORTEX e VORTEX2, la tornadogenesi rimane uno dei problemi più complessi della dinamica dei fluidi. Quali meccanismi termodinamici o cinematici vicini al suolo (come le proprietà del downdraft della flangia posteriore – RFD – o l’attrito superficiale) considera i principali “tasselli mancanti” per prevedere se un mesociclone rotante produrrà effettivamente un tornado?
“Nonostante tutte le nostre approfondite ricerche, non siamo ancora in grado di stabilire con certezza quali supercelle intense abbiano maggiori probabilità di generare un tornado o, cosa ancora più importante, quali rare supercelle produrranno i tornado più violenti, quando accadrà o quanto dureranno. Deve trattarsi di qualcosa di estremamente sottile nell’ambiente circostante: molto probabilmente piccole differenze nella struttura cinematica e nella struttura termica della tempesta e nel modo in cui queste interagiscono tra loro, il tutto guidato dalle variazioni nei campi di precipitazione. Se questo suona vago, è precisamente perché non ne conosciamo ancora i dettagli minimi”.
Poiché i fasci radar si sollevano con la distanza a causa della curvatura terrestre, misurare i primi 10-50 metri dello strato limite di un tornado — dove si verificano effettivamente i danni — è notoriamente difficile. In che modo i posizionamenti mobili del DOW superano questo ostacolo e cosa ci hanno insegnato i profili del vento vicino alla superficie sull’intensità di picco?
“Misurare tra i 10 e i 50 metri dal suolo è difficilissimo, anche utilizzando i radar mobili. Cerchiamo di avvicinarci il più possibile, mantenendoci in condizioni pratiche e di sicurezza. In alcune occasioni siamo riusciti a misurare i venti sotto i 10-20 metri e raramente fino a 4 metri dal suolo, ma quest’ultimo è un evento eccezionale. Abbiamo ancora moltissimo da imparare sui profili verticali del vento a ridosso della superficie”.
I dataset osservativi ad alta risoluzione dei radar mobili sono inestimabili per la ricerca, ma i modelli di previsione numerica (NWP) operativi funzionano in modo diverso. In che modo i dati dei DOW vengono attualmente integrati nei sistemi di assimilazione dati per migliorare le previsioni a scala convettiva?
“In realtà, i dati del DOW vengono assimilati raramente per le previsioni operative. Forse accadrà un giorno. Tuttavia, i dati DOW sono fondamentali perché guidano l’evoluzione fisica dei modelli e le loro parametrizzazioni. Un esempio chiaro: i flussi di energia e di quantitativo di moto nello strato limite degli uragani sono fortemente modulati dai rulli (rolls) dello strato limite, scoperti proprio grazie al DOW. Questi flussi sono decisivi per comprendere la dinamica energetica degli uragani, le previsioni di intensificazione e molto altro”.
Guardando al prossimo decennio di ricerca sui temporali severi, quale salto tecnologico — che si tratti di radar mobili phased-array a scansione rapida, avanzamenti nella doppia polarizzazione o sensori aerei autonomi — la entusiasma di più per il futuro della radar meteorologia?
“Con i radar DOW siamo già in grado di effettuare scansioni estremamente rapide, attualmente scansioniamo a intervalli di soli 7 secondi, e speriamo di diventare ancora più veloci con i nuovi motori che installeremo a breve. Di conseguenza, il valore aggiunto fornito dai radar phased-array potrebbe essere inferiore a quanto viene pubblicizzato. Ciò che farebbe davvero la differenza sarebbe avere un numero maggiore di radar e a costi più contenuti: questo risolverebbe i problemi più urgenti, ovvero la risoluzione sfocata sulla distanza e la mancanza di osservazioni a bassissima quota. Abbiamo bisogno di più radar ordinari sul territorio. Inoltre, necessitiamo di osservazioni termodinamiche in quota: in questo contesto, la tecnologia dei droni, man mano che diventerà più intelligente grazie al calcolo computazionale, fornirà i dati termodinamici fondamentali al di sopra del terreno”.
L’analisi del Dr. Joshua Wurman offre uno spaccato incredibilmente lucido e privo di retorica sullo stato dell’arte della meteorologia dinamica. Nonostante i giganti passi avanti compiuti negli ultimi tre decenni grazie ai radar DOW e ai supercalcolatori, la nascita di un tornado rimane uno dei processi più complessi, sottili e affascinanti della dinamica dei fluidi.
Il quadro tracciato dallo scienziato americano lascia spunti di riflessione fondamentali per l’intera comunità meteorologica:
- La reale violenza dei vortici: I tornado non sono eccezioni sottili e rare, ma strutture complesse con diametri preferenziali di 400-500 metri e venti medi che superano agevolmente i 200 km/h a ridosso del terreno.
- L’enigma della tornadogenesi: Prevedere quale supercella produrrà il tornado più violento resta una sfida legata a variazioni microscopiche nella termodinamica e nelle precipitazioni locali.
- Oltre l’hype tecnologico: Il futuro della previsione non risiede necessariamente in costosi radar phased-array, ma nella necessità di disporre di una rete più fitta di osservazioni a bassa quota e nell’integrazione di droni autonomi capaci di misurare la temperatura e l’umidità direttamente all’interno delle tempeste.
In un’epoca in cui il cambiamento climatico globale rende l’atmosfera sempre più energica, le intuizioni e il rigore scientifico di pionieri come Joshua Wurman rappresentano la bussola per continuare a comprendere, prevedere e proteggere le comunità dagli eventi meteorologici più estremi del nostro pianeta.
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