La teoria dello scambio termico spiega i bruschi abbassamenti delle temperature
Lo strato limite planetario notturno è un importante fenomeno atmosferico in cui l’aria fresca viene intrappolata attorno alla superficie del suolo, trasformandosi in brina o nebbia al mattino. Una più chiara comprensione di questo processo può migliorare le previsioni meteorologiche permettendo agli agricoltori di risparmiare milioni di euro di danni alle colture e rendendo più sicuri i viaggi su strada e in aereo. Il progetto COAT, finanziato dall’UE, ha approfondito le condizioni che portano all’evoluzione dello strato limite notturno. «Di notte, la superficie del suolo si raffredda e crea un banco di aria fredda profondo da 50 a 200 metri», spiega Bas van de Wiel, ricercatore principale di COAT. «Quest’aria fredda è pesante e si stratificherà». Se c’è poco vento, questo strato statico di aria fredda continua ad accumularsi, fino a produrre nebbia e brina. Tuttavia anche solo una lieve turbolenza può spazzare via l’aria più fredda, evitando la formazione di nebbia e brina. La natura imprevedibile dello strato limite notturno scompagina i modelli climatici, producendo errori anche di 5 gradi Celsius nelle previsioni dei cali di temperatura. «Per questo motivo abbiamo studiato ciò che causa questo calo della turbolenza quando scompare qualsiasi mescolamento dell’aria», spiega van de Wiel.
Circuito di retroazione
Insieme ai suoi colleghi del Politecnico di Delft, nei Paesi Bassi, van de Wiel ha modellato lo scambio termico tra suolo e aria. Le superfici asfaltate come le strade trattengono più calore rispetto all’erba, mantenendo le temperature notturne più alte. Tuttavia, anche il calore rilasciato dalle superfici non lastricate alla fine viene reintegrato dal basso. Ciò ha permesso a van de Wiel e ai suoi colleghi di quantificare la quantità totale di perdita di calore attesa. Attraverso questo dato, sono riusciti a determinare la velocità del vento necessaria per rilasciare aria calda in quantità sufficiente da evitare la formazione di nebbia o brina. «Abbiamo calcolato che a velocità del vento inferiori a 3 ms all’altezza del naso, il sistema collassa», aggiunge il ricercatore. «Il flusso è in grado di trasferire solo una data quantità di calore e se la superficie si sta raffreddando ad una velocità superiore, si verifica un circuito di retroazione positivo». Il modello è stato validato in tre fasi. Innanzitutto il team ha eseguito una simulazione numerica diretta ad elevata potenza di calcolo, costruendo il sistema dai principi fondamentali. In secondo luogo, ha usato il modello di previsioni meteorologiche con alcune ipotesi integrate per capire se le previsioni erano corrette. Infine, il modello è stato applicato al tempo atmosferico reale per dimostrarne la precisione. «Le previsioni erano ancora giuste», spiega van de Wiel. «Possiamo ritenere che la teoria sia valida e che abbiamo risolto il problema del calo della turbolenza atmosferica.» Il modello evidenzia che le condizioni del suolo, la distanza dalle aree urbane e la distanza dall’acqua sono fattori chiave nella formazione della nebbia.
Il progetto dà i suoi frutti
La ricerca è stata già messa in pratica. Oltre a migliorare le previsioni meteorologiche e climatiche, la ricerca di van de Wiel ha dimostrato che il movimento d’aria è uno strumento potente contro la formazione della brina. Un progetto correlato ha impiegato grossi ventilatori per far circolare l’aria nei frutteti, con grande successo. «I risultati sono stati davvero buoni, le temperature sono aumentate di 3-5 gradi, il raccolto è aumentato del 100 %, abbiamo potuto dimostrare con precisione che il raccolto è aumentato in prossimità del sistema antibrina», fa notare van de Wiel. COAT ha ricevuto il supporto del Consiglio europeo della ricerca. «Questo finanziamento ci ha aiutato enormemente, ci ha permesso di avere la libertà e l’opportunità di essere realmente creativi», ci spiega. «Alcuni finanziamenti pagano solo lo stipendio dei ricercatori, ma la scienza va ben oltre questo.»
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