Isola di calore urbana ed effetti sul microclima di città
Alcuni parametri metorologici e climatici possono cambiare in maniera sensibile a causa dell'influenza di una grande città...e anche la previsione ne risente!.
Una delle sfide più all'avanguardia della meteorologia è quella di comprendere come le città, sempre più grandi e popolate nell'epoca in cui viviamo, siano in grado di modificare i parametri meteorologici e di conseguenza anche il clima. Negli ultimi anni lo sviluppo di modelli matematici a scala limitata e ad alta risoluzione ha permesso previsioni sempre più localizzate e dettagliate e anche 3bmeteo, pur consapevole dei limiti e degli errori insiti nelle approssimazioni utilizzate per risolvere le equazioni che governano l'atmosfera, è in grado di fornire informazioni meteo diversificate per quartieri e località all'interno della stessa città.
Nell'arco di poche centinaia di metri infatti il clima cittadino può variare sensibilimente, soprattutto per alcuni parametri, in alcuni momenti della giornata e in alcuni periodi dell'anno. Ma vediamo perché.
CENNI SUL CLIMA URBANO
Per capire come una città possa
influenzare i parametri meteorologici e climatici dobbiamo pensare a
una struttura dell'atmosfera suddivisa in strati "layers". Per
semplificare il concetto, diremo che al di sopra della città, lo
strato d'aria entro il quale si può considerare vi sia
un'influenza da parte della superficie urbana sul flusso e sulle
caratteristiche dell'atmosfera, è definito come "boundary
layer"(strato limite urbano). Questo delimita una "cupola", che
può risultare deformata nel senso delle correnti aeree (spingendosi
sottovento verso le aree rurali). All'interno del boundary layer,
viene individuato, a partire dal suolo, uno strato che delimita la"volta urbana" (canopy layer): il "canopy layer" è ciò che
rimane al di sotto dei tetti dei palazzi, ed è caratterizzato dalla
"rugosità" (alternanza di spazi, le strade e le piazze, e di
ostacoli, le costruzioni: è uno strato analogo a quello che si crea
sotto gli alberi di una foresta).
Oltre i tetti, si hanno delle
condizioni ibride, tra i microclimi indotti dalle caratteristiche dei
tetti stessi, e l'influenza del "canopy layer", ovvero del
microclima presente nelle strade e nelle piazze sottostanti. Si
individua poi un ulteriore livello, che è delimitato dalla quota
alla quale il mix di questi ultimi "microclimi" è completato:
questo strato ("roughness sublayer") ha uno spessore variabile,
che dipende dalla "rugosità" della superficie sottostante, ossia
dalle caratteristiche urbane (rapporto tra vuoti e pieni, altezza
degli edifici,larghezza delle strade, ecc): il limite del "roughness
sublayer" in caso di urbanizzazione compatta è stimabile in una
volta e mezza il "canopy layer", ma può arrivare a quattro volte
il "canopy" in aree molto irregolari e aperte.
Analizziamo ora come l'isola di calore influenza i principali parametri meteorologici.
TEMPERATURA
La temperatura è sicuramente il parametro che subisce maggiormente le influenze del clima di città. I valori cambiano in media tra il centro e le aree rurali di 1/2°C nei valori massimi giornalieri e intorno ai 2/4°C nei valori minimi. Tuttavia la differenza è maggiore in alcuni mesi dell'anno, con determinate condizioni meteorologiche e in alcuni momenti della giornata (solitamente nelle ore serali e notturne). Ad esempio d'Inverno durante le fase anticicloniche si possono riscontrare differenze anche superiori ai 4-5°C nei valori minimi tra il centro e le aree rurali, così come d'Estate durante le ore serali la differenza può raggiungere addirittura i 7-8°C , in quanto i terreni non antropizzati si raffredano subito dopo il tramonto per irreggiamento, mentre il tessuto urbano rilascia gradualmente il calore (radiazione infrarossa) che ha assorbito durante il giorno. In condizioni perturbate con nuvole, pioggia, neve o vento forte quindi le differenze si assottigliano o spariscono del tutto in quanto viene a mancare l'inversione termica dei bassi strati e vi è maggior rimescolamento dell'aria. Un discorso a parte meriterebbe anche il posizionamento del sensore della temperatura in quanto in città è spesso difficile trovare luoghi ottimali che si rispecchino in toto gli standard raccomandati dall'organizzazione meteorologica mondiale.
PIOGGE, NEVE E TEMPORALI
Le ricerche climatologiche a partire dagli anni '60 del secolo scorso hanno dimostrato la possibile influenza dellurbanizzazione sull'incremento locale delle precipitazioni. In particolare si stima che i fenomeni temporaleschi siano del 10-15% maggiori rispetto ad ambienti rurali a causa della maggior quantità di calore a disposizione nei moti convettivi. Un altro dato molto interessante è l'aumento dei nuclei di condensazione nell'atmosfera cittadina, cioè di quelle particelle minute (polveri sottili) derivate dall'inquinamento che favoriscono la condensazione del vapore in nube e l'aggregazione delle minuscole particelle di acqua per formare una goccia di pioggia. Funziona un pò come la pioggia artificiale che viene "prodotta" sparando nelle nubi sali di ioduro d'argento, un elemento altamente aggregante che consente alle gocce d'acqua, lì dove il pulviscolo atmosferico è assente, di formarsi e cadere.
L'isola di calore influisce anche sulle caratteristiche delle precipitazioni se esse sono "al limite" tra pioggia e neve. Durante una nevicata l'area urbana, godendo al suo interno di una temperatura anche di pochi decimi più alta, determinerà una più precoce trasformazione del fiocco in pioggia e di conseguenza un accumulo di neve più basso a parità di precipitazione.
L'isola di calore inoltre in presenza di aria instabile ma senza particolari perturbazioni funge proprio da "costruttore" di temporali. Infatti la rugosità dlla superifice urbana unitamanete alle differenze termo-igrometriche rispetto alla campagna può assumere il ruolo di un ostacolo orografico obbligando l'aria a sollevarsi fino a raggiungere il livello di condensazione forzata e a generare un cumulonembo che altrimenti non si sarebbe potuto formare.
VENTO E INQUINAMENTO
La presenza dell'isola di calore favorisce una circolazione di brezza termica tra la città e la campagna a causa della diversa temperatura presente, il cui verso solitamente si inverte tra il giorno e la notte. In generale il vento in città per la presenza delle abitazioni risulta (in condizioni di brezza) del 20-30% minore. La "rugosità" della superfcie può d'altra parte comportare al suolo, un'alterazione della velocità e un aumento della turbolenza (variazione locale di velocità e direzione con l'altezza) che favorisce l'innesco convettivo di cui abbiamo parlato sopra. Tuttavia in presenza di ventilazione sostenutagli edifici elevati possono generare la formazione di vortici intorno ad essi e causare un incremento delle raffiche a livello del suolo. Inoltre nelle condizioni tipiche estive di calma sinottica, caratterizzate da intensa radiazione solare e presenza di un campo anticiclonico consolidato, l'Isola di calore contribuisce negativamente alla formazione di elevate concentrazioni di Ozono al suolo su tutta l'area urbana, con massimi locali determinati dal trasporto a piccola scala dovuto alle brezze.
UMIDITA' E NEBBIE
In generale all'interno delle aree urbane l'umidità relativa risulta inferiore a quella rilevata dalle stazioni esterne a causa del mancato apporto di vapore acqueo da parte delle superficii traspiranti. Ciò influisce soprattutto sulla formazione degli strati nebbiosi. Quando le temperature scendono sufficientemente fino a raggiungere la saturazione dell'aria si forma la nebbia nelle aree rurali mentre in città il cielo può rimanere sereno. Quando la nebbia si spinge dentro la città ciò avviene solitamente per "avvezione" con i venti (brezza termica di cui abbiamo parlato sopra) che trasportano il banco di nebbia fino in centro. L'influenza della città si manifesta anche nella fasi in cui poi la nebbia si ritira: tipicamente inizia a dissolversi proprio sopra le aree urbanizzate.
Emblematico è ad esempio il caso di Milano. Spesso la metropoli lombarda viene circondata su tre lati dalla nebbia, che però fatica a conquistare il Centro. In altre circostanze durante le ore mattutine e ad inizio pomeriggio, in presenza di uno strato nebbioso compatto ed esteso, non è insolito notare al satellite un piccolo "buco" in corrispondenza della città: in quel punto preciso si rompe l'inversione e il Sole quindi riesce progressivamente a prendere il sopravvento erodendo da quel punto a macchia d'olio tutto lo strato nebbioso circorstante.