Generazione di Lee Waves e Trapped Montain Lee Waves nell'Appennino

L'Appennino è disposto lungo l'asse nord-ovest sud-est e pertanto rappresenta un ampio ostacolo frontale per flussi provenienti da sud-ovest. Questa è una delle condizioni perché la catena Appenninica possa generare onde, lee waves, che si propagano verso nord-est.
Una immagine da satellite di adeguata risoluzione è in grado di evidenziare la formazione di nubi in quota disposte parallelamente all'Appennino, in corrispondenza delle creste di tali onde.
Un esempio è rappresentato dall' immagine Meteosat del 13 Novembre 2002 alle 11:00 del ricevitore satellitare CETEMPS.

La giornata del 13 Novembre 2002 presenta caratteristiche meteorologiche adeguate alla formazione di lee-wave; infatti oltre alla direzione ed intensità del flusso, l'atmosfera è stabilmente stratificata lungo gran parte dell'Appennino, come evidenziato dal sondaggio skew-T a Pratica di Mare ricavato dalle analisi ECMWF alle 6 GMT del 13/11/2002.

Sulla base delle analisi ECMWF sono state realizzate delle simulazioni con MM5V3 a tre domini two-way nested per riprodurre le lee waves ed analizzare in dettaglio gli effetti sulla circolazione locale nella zona di L'Aquila, cercando dei riscontri sperimentali dalla strumentazione locale.

La disposizione dei domini è quella utilizzata normalmente nelle previsioni meteorologiche giornaliere. Sulla mappa del terzo dominio sono graficati i venti a 3 Km di quota alle 6 UTC del 13/11/2002. Oltre alla mappa dei venti è disegnata la disposizione delle cross-section utilizzate per evidenziare la formazione di lee-waves (in nero) e quella per graficare effetti a più alta risoluzione (rosso). Il punto blu rappresenta la posizione di Casale Calore, il punto rosso la posizione per i profili verticali estratti dal modello.

Le simulazioni sono partite con le analisi ECMWF delle 12 del 12 Novembre 2002. Il grafico lungo la cross-section della temperatura potenziale (linee rosse), della velocità verticale w, e dei venti, evidenziano la presenza di onde. Nella sequenza temporale si vede come tali onde si propagano inizialmente verso l'alto fino a 10Km; in una fase intermedia, tra le 17 e le 19 ore di simulazione, corrispondenti al periodo tra 6 e le 9 della mattina del 13 Novembre 2002, avvienne una attenuazione della propagazione verticale mentre compare un massimo relativo a quote inferiori tra i due picchi maggiori. Analizzando gli stessi campi sulla cross-section a più alta risoluzione (linea rossa nella mappa) si può ipotizzare che il massimo della temperatura potenziale tra i due picchi rappresenti un'onda intrappolata tra due picchi con un rapido sviluppo e distruzione di una struttura di rotore.

Nell'ambito della teoria della linearità si può dimostrare che la propagazione di onde generate da un ostacolo avvenga orizzontalmente (trapped lee wave) invece che verticalmente quando il parametro di Scorer al quadrato, definito come

l²=(N/U)²-(1/U)d²U/dz²

dove U rappresenta la velocità del vento e N la frequenza di Brunt-Vaisala, cambia bruscamente valore con la quota. Il grafico del profilo verticale del parametro di Scorer ricavato dalla simulazione del modello ha un andamento in accordo con la teoria della linearità. Nel grafico la linea nera rappresenta il valore completo del parametro, la linea rossa la parte legata alla stabilità, quella verde la componente che dipende dalla derivata seconda del vento. Si nota che tra i 2-4 Km il parametro è soprattutto influenzato dalla stabilità dell'atmosfera; infatti il grafico della temperatura potenziale, ricavato dalla simulazione del modello per la stessa posizione, evidenzia una atmosfera suddivisa verticalmente in due strati, molto stabile dal suolo fino a 5Km circa, meno stabile al di sopra. Questo tipo di stratificazione della stabilità è alla base della generazione di trapped lee waves e quindi alla formazione del rotore.

Per quanto concerne le osservazioni disponibili l'anemometro a Casale Calore ha registrato diverse grandezze riportate nel grafico relativo alla seconda decade del mese di Novembre. Nel profilo della pressione graficato rispetto al tempo si nota una sensibile variazione della pressione al suolo tra le 6 e le 8 del 13 Novembre; contemporanamente intensità e direzione del vento passano da 4m/s sud-ovest a circa 1m/s nord-est, con oscillazioni tra nord-est e nord ovest; queste oscillazioni si manifestano fino alle 12:00 circa quando l'intensità del vento torna su valori di 4m/s e la direzione di provenienza è ovest-sud-ovest. Nell'ultimo profilo in basso è riportato l'andamento dell'energia cinetica, calcolata dalle dispersioni delle tre componenti del vento; intorno alle 7-8 del 13 si registra un aumento dell'energia cinetica, la coincidenza delle due curve evidenzia che questa energia è in gran parte dovuta alla componente verticale, quindi a sollevamento o abbassamento di masse di aria.

Le misure di vento dal wind profiler di Assergi sono riportate nel grafico in funzione del tempo per le prime 12 ore del 13 Novembre. In un grafico analogo sono riportate anche le velocità verticali misurate da una delle antenne del wind-profiler; velocità verticali positive sono rappresentate da isolinee verdi, le isolinee rosse rappresentano le velocità negative. Da tali dati possiamo ricavare solo l'informazione che il vento, nel corso della mattinata del 13 Novembre tende a disporsi da sud-ovest e a rinforzare. Per quando concerne la distribuzione della velocità verticale, si può notare una tendenza, alle basse quote dove la disponibilità dei dati è maggiore, ad una oscillazione nel tempo della velocità verticale, ma si tratta di un segnale debole.