Che cos'è la meteorologia?

La meteorologia tende a concentrarsi sullo strato più basso dell'atmosfera terrestre, noto come troposfera, dove si verifica la maggior parte degli eventi meteorologici. Le sue applicazioni riguardano vari settori, tra cui energia e servizi di pubblica utilità, petrolio e gas, agricoltura, aviazione e costruzioni.

Gli scienziati nel campo della meteorologia sono chiamati meteorologi. Oltre all'osservazione e alle previsioni del tempo, i meteorologi esaminano anche le tendenze climatiche a lungo termine e il loro impatto sulle popolazioni umane. Tuttavia, la maggior parte della ricerca sul clima si svolge nell'ambito della climatologia.

Le prime civiltà tentarono di osservare, prevedere e persino influenzare il clima. Tuttavia, è il filosofo greco Aristotele a essere spesso accreditato come il fondatore della meteorologia. La parola meteorologia deriva dalla parola greca "meteoron", che significa "qualsiasi fenomeno nel cielo". Aristotele scrisse il primo importante trattato sull'atmosfera, Meteorologica, intorno al 350 a.C. e rimase un'autorità in materia per quasi 2.000 anni.

Durante il XVII secolo, la meteorologia conobbe una rivoluzione scientifica quando il filosofo, scienziato e matematico francese René Descartes applicò il suo metodo scientifico all'argomento. Nonostante fossero relativamente deduttive a causa della mancanza di strumenti meteorologici accurati, le teorie di Cartesio consolidarono la meteorologia come una branca legittima della fisica.

L'invenzione, nel XVIII secolo, del barometro e del termometro ha segnato un cambiamento epocale nella meteorologia. Questi dispositivi hanno consentito agli scienziati di misurare due importanti variabili atmosferiche: la pressione atmosferica e la temperatura. In questo periodo gli scienziati hanno anche sviluppato modelli matematici per effettuare previsioni meteorologiche più accurate.

Nel XIX secolo, innovazioni come il telegrafo hanno consentito ai meteorologi di condividere informazioni utilizzando il codice Morse, il che ha portato allo sviluppo delle prime mappe meteorologiche moderne. Queste mappe fornivano una visione su larga scala dei modelli meteorologici globali e consentivano previsioni più accurate.

Nel XX secolo, i progressi della fisica atmosferica hanno portato alla fondazione delle moderne previsioni meteorologiche numeriche. I meteorologi norvegesi scoprirono il concetto delle masse d'aria e dei fronti, alla base delle previsioni attuali.

Durante le Guerre Mondiali, gli scienziati hanno fatto progressi nella meteorologia, poiché le operazioni militari dipendevano sempre più dalla conoscenza e dalla previsione delle condizioni meteorologiche. Anche il radar, originariamente inventato per tracciare la direzione e la velocità di aerei e navi, è stato riutilizzato per tracciare la direzione e la velocità dei modelli meteorologici.

Negli anni '50 e '60, i satelliti e i modelli computerizzati potevano osservare la pressione atmosferica su scala globale ed eseguire simulazioni basate sui dati, generando previsioni più accurate. La meteorologia moderna utilizza versioni avanzate di queste tecnologie per osservare e prevedere le condizioni atmosferiche in tempo quasi reale.

Ogni giorno, vengono prese delle decisioni sulla base delle condizioni meteorologiche. Soprattutto ora, con l'aumento della frequenza e della gravità degli eventi meteorologici, è importante che le persone e le aziende dispongano delle risorse per prevederli, pianificarli e reagirvi.

Le aziende si affidano alle previsioni meteorologiche per la gestione dei rischi. L'industria dell'aviazione, ad esempio, utilizza i dati meteo come la velocità del vento e le precipitazioni per informare la pianificazione e il monitoraggio dei voli. Le organizzazioni con flotte di veicoli tengono conto delle informazioni meteo per assicurarsi di non inviare la propria flotta in una tempesta. Le aziende di servizi pubblici si affidano a strumenti di intelligence sulla localizzazione delle previsioni meteo, come LiDAR, per gestire le reti elettriche, prevedere i carichi elettrici e prevenire potenziali incendi.

I meteorologi possono aiutare a prevedere e mitigare gli effetti negativi degli eventi meteorologici estremi. Questo avviene in un momento in cui i danni causati dai disastri naturali globali hanno totalizzato perdite economiche per 380 miliardi di dollari nel 2023.¹

Utilizzando i modelli climatici globali, i meteorologi possono anche seguire le tendenze climatiche in atto, come la temperatura della Terra. Secondo la Task Force on Climate-related Financial Disclosures (TCFD), il cambiamento delle condizioni climatiche può avere un impatto su vari aspetti dell'ambiente, del business e della società. Comprendere questi rischi climatici e costruire la resilienza climatica è fondamentale nel momento in cui le nazioni del mondo lavorano insieme per combattere il cambiamento climatico e raggiungere il net zero.

I meteorologi sono scienziati dell'atmosfera che possono essere classificati come meteorologi di ricerca o meteorologi operativi, ovvero addetti alle previsioni.

I meteorologi ricercatori studiano fenomeni come l'inquinamento atmosferico, la convezione e il clima per comprendere meglio come le condizioni atmosferiche influenzano la superficie terrestre. I meteorologi operativi combinano questa ricerca con i modelli matematici e i principi della fisica, come ad esempio la termodinamica, per valutare lo stato attuale e futuro dell'atmosfera.

I meteorologi appartengono a organizzazioni come l'American Meteorological Society (AMS), l'Organizzazione Meteorologica Mondiale (WMO) e il National Weather Service (NWS). Queste organizzazioni lavorano per far progredire la ricerca nelle diverse branche della meteorologia, tra cui quella atmosferica, oceanica, idrologica e geofisica.

Gran parte della meteorologia si occupa di fenomeni atmosferici o di qualsiasi evento osservabile che si verifica all'interno dell'atmosfera. Questi fenomeni possono variare da un caso localizzato di nebbia a raffiche di vento che spazzano tutto il pianeta. Data l'ampia gamma di eventi che possono verificarsi, ci sono quattro scale meteorologiche utilizzate quando si parla di fenomeni meteorologici e atmosferici: microscala, mesoscala, scala sinottica e scala globale.

I fenomeni su microscala variano in dimensioni da un paio di centimetri a pochi chilometri. Hanno una scala temporale breve, solitamente inferiore al giorno. Questi fenomeni interessano piccole aree geografiche e influiscono sulle temperature e sui terreni di quelle regioni. Esempi di meteorologia su microscala includono il trasferimento di calore tra suolo e vegetazione, il movimento degli inquinanti atmosferici e la qualità dell'aria.

I fenomeni a mesoscala vanno da pochi chilometri a quasi 1.000 chilometri e possono durare da meno di un giorno a diverse settimane. Sono costituiti da due fenomeni: complessi convettivi a mesoscala (MCC) e sistemi convettivi a mesoscala (MCS). Il vapore acqueo si trasforma in precipitazioni e si manifesta come un singolare sistema nuvoloso che produce forti precipitazioni, classificato come MCC, o un gruppo più piccolo di temporali, classificato come MCS.

I fenomeni su scala sinottica coprono un'area di diverse centinaia a migliaia di chilometri e possono persistere fino a 28 giorni. Sono costituiti da sistemi ad alta e bassa pressione. In un sistema di bassa pressione, il vento e l'umidità vengono risucchiati nel sistema di alta pressione, che accelera la convezione e produce condizioni meteorologiche più avverse. I sistemi ad alta pressione hanno un movimento verticale verso il basso e in genere producono condizioni meteorologiche più secche e meno avverse.

I fenomeni su scala globale si riferiscono al flusso di vento, calore e umidità dai tropici ai poli. La circolazione atmosferica globale (GAC) è il modello su larga scala che distribuisce il calore sulla superficie terrestre. Ogni emisfero contiene tre tipi di correnti convettive o celle: celle di Hadley, celle di Ferrell e celle polari. I meteorologi si concentrano spesso sulle celle Hadley in quanto hanno il maggiore impatto sul GAC e possono dettare il flusso degli alisei utilizzati dalle navi.

I meteorologi si affidano a diversi strumenti per valutare e prevedere i sistemi meteorologici tra cui:

Gli strumenti meteorologici possono essere combinati con tecnologie come machine learning (ML), intelligenza artificiale (AI) e big data per fornire previsioni più accurate e altri insight preziosi. In alcuni casi, queste soluzioni possono migliorare radicalmente le operazioni aziendali. Ecco alcuni esempi degni di nota:

Le antenne radar possono essere fissate su palloni meteorologici, aerei, barche e altro. Utilizzano sensori per trasmettere onde radio, che raccolgono informazioni come dimensione, velocità e direzione delle nuvole. Il radar a doppia polarizzazione distribuisce impulsi d'onda orizzontali e verticali, fornendo migliori capacità di previsioni meteorologiche. Questi insight possono essere preziosi, ad esempio, quando si analizzano i rischi climatici per migliorare le misure di sicurezza nel settore aereo.

I satelliti svolgono un ruolo cruciale nell'osservazione dei cambiamenti atmosferici e nella previsione dei fenomeni meteorologici su scala globale. La National Aeronautics and Space Administration (NASA) e la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) sono due organizzazioni che gestiscono satelliti ambientali operativi geostazionari. Questi satelliti raccolgono preziosi dati geospaziali che possono essere visualizzati utilizzando sistemi informativi geografici. Oltre ai modelli meteorologici, questi satelliti offrono anche capacità di telerilevamento per aiutare gli agricoltori a gestire le colture e migliorare l'uso dell'acqua.

La modellazione computerizzata è attualmente uno dei modi più affidabili e accurati con cui i meteorologi possono prevedere i modelli meteorologici. I modelli computerizzati sono costituiti da vari codici e algoritmi, che elaborano grandi quantità di dati meteorologici e li convertono in proiezioni note come modelli meteorologici. Questi modelli cambiano in base a determinati input, consentendo ai meteorologi di modificare le previsioni secondo necessità. I funzionari della sanità pubblica possono inoltre utilizzare tecniche simili per la previsione e la sorveglianza delle malattie.