Scie di condensazione ... una semplice guida al loro studio!

Previsione delle contrails utilizzando il grafico di Appleman [ Studenti ]


Introduzione: i pianificatori militari si sono interessati alla previsione delle scie di condensazione (contrails) fin dalla seconda guerra mondiale. Le scie di condensazione rendono qualsiasi aeromobile facilmente identificabile dalle forze nemiche, e nessun accorgimento della moderna tecnologia stealth (furtività) può nascondere un velivolo se lo stesso lascia una contrail persistente nella sua scia. Nel 1953, uno scienziato di nome H. Appleman pubblicò un grafico che può essere usato per determinare quando un aereo jet dovrebbe o meno produrre una scia di condensazione. Per molti anni, la "US Air Force Global Weather Center" ha utilizzato un grafico simile per fare previsioni sulla formazione delle scie di condensazione.

Le prime relazioni pubblicate sulla formazione delle scie di condensazione sono apparse poco dopo la prima guerra mondiale. All'inizio gli scienziati non erano sicuri su come le contrails si formavano. Ora sappiamo che sono un tipo di nube da miscelazione, simile alla nuvoletta che a volte si forma dal respiro di una persona durante una fredda giornata invernale. Appleman dimostrò che quando l'aria attraversata dall'aereo è abbastanza fredda e sufficientemente umida, la miscelazione del gas di scarico del jet con l'aria da luogo alla formazione di una nuvola.

Un esempio del grafico per la previsione della formazione delle scie di condensazione è riportato di seguito. Il diagramma verrà utilizzato per fare le previsioni, e per fare delle osservazioni al fine di stabilire quando le previsioni sono vere o false.

Il grafico di Appleman

Il grafico di Appleman

Come usare il grafico di Appleman:

A. Compilazione del grafico: usando le informazioni sulle temperature fornite dal docente, oppure le temperature ottenute da Internet (vedi nota qui sotto), completare la tabella della "Scheda Studente", poi segnare le temperature corrispondenti ad ogni livello di pressione sul "Grafico di Appleman: grafico di lavoro dello studente". Collegare i punti per creare un profilo della temperatura nell'atmosfera.

Nota: le informazioni sulla temperatura e l'umidit√† possono essere ottenute dai palloni sonda meteorologici che due volte al giorno vengono lanciati da diverse localit√† nel mondo . Diversi siti Internet, tra cui http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html, forniscono informazioni dettagliate sui dati rilevati da tali sonde. Scegliete la localit√† pi√Ļ vicina la vostra scuola.

B. Uso del grafico: Le due linee pi√Ļ importanti sul grafico sono la linea dello 0% e quella del 100 per cento di umidit√† relativa. Se l'atmosfera √® pi√Ļ fredda rispetto alla temperatura indicata dalla linea del 0%, la scia di condensazione si forma anche se l'umidit√† relativa dell'atmosfera √® pari a zero. Questo perch√© l'aereo fornir√† abbastanza umidit√† per produrre la scia di condensazione, e non √® necessaria umidit√† dall'atmosfera per formare la nube. Secondo il grafico, le contrails si formano sempre quando il valore della temperatura √® a sinistra della linea dello 0%. Se l'atmosfera √® pi√Ļ calda della temperatura indicata dalla linea del 100%, la scia di condensazione non pu√≤ formarsi anche se l'umidit√† relativa dell'atmosfera √® del 100 per cento. In tale campo l'umidit√† combinata del gas di scarico dell'aereo e quella dell'atmosfera non sar√† mai abbastanza per generare una nuvola. Quindi i profili di temperatura a destra della linea del 100% non daranno mai luogo ad una scia di condensazione. Per le temperature comprese tra le linee dello 0% ed del 100%, la possibilit√† che si formi una scia di condensazione dipender√† dall'umidit√† atmosferica, che nel grafico viene rappresentata come umidit√† relativa (RH). Quando la temperatura √® compresa tra le linee dello 0% e del 100% la scia di condensazione pu√≤ formarsi oppure no.

D1: Facendo riferimento al profilo della temperatura sul vostro grafico. √ą possibile che oggi si formi una scia di condensazione nella vostra zona?

D2: Se è possibile che si formi una scia di condensazione, a che livello devono volare gli aerei per lasciare una scia di condensazione?

D3: Perché potrebbe formarsi una scia di condensazione in un giorno in cui non è prevista la formazione di contrails?

D4: Perché potrebbero non formarsi contrails in un giorno in cui è sempre prevista la loro formazione?

Per le prossime due domande utilizzare il "Grafico di Appleman esteso alla superficie terrestre".
D5: Perché gli aerei non generano scie di condensazione quando volano bassi (poco dopo il decollo o prima dell'atterraggio)?

D6: Puoi immaginare un luogo in cui gli aerei a reazione che volano bassi potrebbero produrre una scia di condensazione?

D7: La maggior parte dei jet commerciali vola tra gli 8 e i 12 km (26000 e 39000 piedi, oppure circa tra 350 hPa e 200 hPa). Supponiamo che tutti gli aeromobili in volo nel paese siano tenuti a volare ad una quota superiore agli 11 km (36000 piedi o circa 230 hPa). Pensi che il numero delle contrails aumenterebbe oppure diminuirebbe?

D8: Supponiamo che tutti gli aeromobili siano tenuti a volare ad un livello uguale o inferiore ai 9 km (29000 piedi o circa 310 hPa). Pensi che il numero delle contrails aumenterebbe oppure diminuirebbe?

Umidit√†: sia la temperatura che l'umidit√† dell'atmosfera contribuiscono a determinare le condizioni meteorologiche idonee per la formazione di una scia di condensazione. Come l'umidit√† relativa nell'atmosfera aumenta, l'atmosfera stessa √® in grado di fornire pi√Ļ umidit√† ai gas di scarico e cos√¨ √® pi√Ļ probabile che si formi una scia di condensazione. La temperatura dell'atmosfera richiesta per la formazione di una scia di condensazione varia con l'umidit√† relativa, quindi affinch√© si formino contrails con il 60% di umidit√† relativa la temperatura richiesta non √® fredda come quella necessaria con il 0% di umidit√† relativa. Se l'umidit√† relativa dell'atmosfera √® del 60 per cento, una scia di condensazione pu√≤ formarsi se la temperatura dell'aria √® inferiore alla temperatura indicata dalla linea del 60% (il valore della temperatura √® a sinistra della linea 60%).

Calcolo dell'accuratezza della previsione di formazione di una scia di condensazione

Raccogliere i dati delle sonde e le osservazioni delle scie di condensazione per almeno 10 giorni. Registrare le osservazioni nella "Scheda dati degli studenti".

Utilizzando le informazioni dalla scheda dati degli studenti rispondere alle seguenti domande:

D9: Quante volte sono state previste le contrails e si sono verificate? (Chiameremo questo numero A).

D10: Quante volte sono state previste le contrails e NON si sono verificate? (Chiameremo questo numero B).

D11: Quante volte NON sono state previste le contrails ed invece si sono verificate? (Chiameremo questo numero C).

D12: Quante volte NON sono state previste le contrails e NON si sono verificate? (Chiameremo questo numero D).

La percentuale di previsioni corretta è (A + D) / (A + B + C + D).

Q13: Qual è la percentuale di previsioni corrette ottenute nella tua scuola?

La US Air Force ha condotto degli studi volti a verificare l'esattezza del grafico di Appleman. A volte i piloti militari annotano nei loro rapporti di volo la formazione o meno di contrails nel corso dei loro voli. Utilizzando queste relazioni e le osservazioni di temperatura, pressione e umidit√† relativa, l'USAF ha riscontrato che le previsioni fatte utilizzando il metodo di Appleman sono risultate corrette per circa il 60-80 per cento delle volte. Esaminando con pi√Ļ accuratezza i dati, √® stato scoperto che quando non sono state previste contrails, la previsione si √® rivelata corretta nel 98 per cento dei casi! Tuttavia, quando sono state fatte previsioni di formazione delle scie di condensazione, la previsione si √® dimostrata corretta solo nel 25-35 per cento dei casi, e spesso il metodo ha fallito nel prevedere la formazione delle contrails. Di conseguenza, il grafico di Appleman tende a sottostimare il verificarsi di contrails mentre ne sovrastima la NON formazione. Per questo motivo, l'USAF √® attivamente impegnata per trovare un modo migliore per prevedere la formazione delle scie di condensazione.

D14: Come sono i tuoi risultati se confrontati con quelli della US Air Force?

Scie di condensazione persistenti

Alcune scie di condensazioni sono brevi e durano solo per pochi secondi. Altre contrails invece sono molto lunghe e continuano a crescere per molto tempo dopo che il jet √® passato. Perch√© alcune contrails possono rimanere in cielo cos√¨ a lungo? Torniamo all'esempio della nuvoletta che si forma dal respiro durante l'inverno. Tali nubi di solito scompaiono non appena si respira di nuovo. L'umidit√† relativa dell'aria invernale sulla superficie √® di solito ben al di sotto del 100%, e non pu√≤ sostenere una nube di miscelazione per un lungo periodo di tempo. Il tasso di umidit√† relativa alle altitudini dove gli aerei volano a volte pu√≤ essere maggiore del 90%. Sorprendentemente, alle basse temperature le nubi di ghiaccio (tra cui le contrails) sono in grado di formarsi e persistere con umidit√† inferiore al 100%. La linea rossa (riga doppia tratteggiata) nel grafico di Appleman mostra con quale umidit√† le contrails possono persistere (di solito tra il 60% e il 70% di umidit√† relativa). Quindi, se l'aria √® abbastanza umida e fredda (il valore di temperatura √® a sinistra della linea rossa), il grafico di Appleman indica che si possono formare scie di condensazione persistenti.

Attività aggiuntiva: Utilizzare i dati dell'umidità per prevedere se si possono formare scie di condensazione persistenti.

Scheda degli studenti:dati delle sonde e osservazioni sulle scie di condensazione
Dati dei palloni sonda

Data ________________

Fonte dei dati (sito web): _______________________________

Tabella dati

Dati sull'osservazione delle scie di condensazione

Sono presenti scie di condensazione? _____ SI _____ NO

Se viene svolta anche l'attività aggiuntiva indicare anche le seguenti caratteristiche delle scie di condensazione osservate:

Numero delle scie di condensazione di breve durata _____

Numero delle scie di condensazione persistenti che NON si propagano _____

Numero delle scie di condensazione persistenti che SI propagano _____

  


Grafico di Appleman:

grafico di lavoro dello studente

Grafico di Appleman

Grafico di Appleman esteso fino alla superficie terrestre

Grafico di Appleman

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