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Le uniche condizioni atmosferiche necessarie per i temporali del deserto
I deserti sono definiti dalla loro aridità, ricevendo meno di 250 millimetri di precipitazioni ogni anno. Eppure paradossalmente, alcuni dei temporali più drammatici sulla Terra si verificano in questi paesaggi secchi. La contraddizione apparente si pone perché lo stesso calore estremo che definisce i deserti crea anche l'instabilità atmosferica necessaria per la formazione di tempeste.
Il presupposto fondamentale per ogni temporale è l'instabilità atmosferica: una condizione in cui l'aria superficiale è significativamente più calda e meno densa dell'aria sopra di essa. Nei deserti, l'energia del sole durante il mezzogiorno può riscaldare il terreno a temperature superiori a 70°C (15F). Questa superficie superriscaldata trasferisce l'energia termica all'aria immediatamente sopra di essa, creando un gradiente di temperatura ripida tra la superficie e l'aria più fresca ad altituta velocità di movimento.
I deserti sono, per definizione, asciutti, quindi la domanda diventa: da dove proviene l'umidità? La risposta si trova in grandi cicli di circolazione atmosferica che trasportano l'aria umida da fonti lontane in regioni aride. Questo può verificarsi attraverso flussi monsoonali, dove i reversali del vento stagionali tirano aria umida da oceani o mari in regioni continentali del Golfo.
Altri meccanismi includono la penetrazione dell'umidità tropicale nei deserti subtropicali attraverso fiumi atmosferici o i resti di cicloni tropicali. Anche piccole quantità di umidità, quando combinato con estrema instabilità, possono produrre tempeste sorprendentemente intense. In molti ambienti desertici, un valore relativamente modesto dell'acqua precipitabile di 20-30 millimetri (circa 0,8–1.2 pollici), che sarebbe considerato asciutto nella maggior parte dei climi, può alimentare cumulonimbus che le nuvole
La Fisica della Formazione Desert Storm
Convezione e il ruolo del datore di lavoro
Il processo inizia ogni mattina come il sole riscalda il pavimento del deserto. Entro la tarda mattinata si sviluppa un profondo strato di confine convettivo, spesso raggiungendo 3 a 5 chilometri di altezza. In meteorologia, questo strato è la porzione dell'atmosfera direttamente influenzata dalle condizioni di superficie. Nei deserti, la sua profondità è notevole, perché l'aria secca permette di alzarsi senza formazione di nuvole, raggiungendo altitudini dove l'aria è significativamente più fredda e più secca.
Nel deserto di Sonoran, ad esempio, i valori CAPE possono superare i 3000 J/kg nei pomeriggi monsoon, un valore paragonabile a quelli osservati nelle pianure umide del Midwest americano durante gravi scoppio meteorologico. L'alto CAPE indica che qualsiasi pacchetto d'aria che si eleva oltre il suo livello di condensazione accelererà con forza enorme.
Quando l'umidità è presente, o advected nella regione o a volte poco profonda umidità superficiale da fonti isolate come laghi effimeri o agricoltura irrigata, le terme in aumento alla fine raggiungono il livello di condensazione di sollevamento. A questa altitudine la temperatura scende abbastanza bassa che il vapore acqueo nel pacchi d'aria in aumento inizia a condensare in gocce di nube liquide.
Verticale vento cesoia e Storm Organizzazione
I temporali del deserto si formano spesso in ambienti con una trafila verticale moderata e forte, dove la velocità del vento e la direzione cambiano in modo significativo con l'altezza. In molte regioni aride, il flusso monsone di basso livello è da sud o sud-est, mentre i venti di livello superiore sono da ovest o nord-ovest. Questa cesoia direzionale crea rotazione all'interno del updraft, permettendo ai temporali di organizzare in cluster multicell o, in rare occasioni.
La guaina aiuta anche a separare il rialzo dal basso. In ambienti non gusci, le precipitazioni che cadono da una tempesta possono soffocare la fornitura di aria calda e umida a flusso, sopprimendo ulteriormente lo sviluppo. In ambienti trasparenti, le precipitazioni cadono a valle dal updraft, permettendo alla tempesta di persistere e intensificare.
L'interazione tra lo strato di confine del deserto secco e un'inversione di tappatura svolge anche un ruolo cruciale. Spesso, una forte inversione di temperatura a 1 a 3 chilometri sopra la superficie impedisce la profonda convezione di formarsi durante tutta la mattina. Come il riscaldamento di superficie intensifica attraverso la giornata, le terme erodono questo tappo da sotto. Quando si rompe l'inversione si verifica, può innescare lo sviluppo di temporali esplosivi, con cumulonimbus nubi costruendo dalla superficie alla superficie al fenomeno meno trofesa.
Ciò che rende i temporali del deserto diversi
Rapida insorgenza e breve durata
Una delle caratteristiche più suggestive dei temporali del deserto è la loro velocità di sviluppo. In un ambiente umido, le tempeste potrebbero svilupparsi oltre 6-12 ore come grandi campi cloud gradualmente organizzano in docce e poi temporali. Nei deserti, il processo può svilupparsi in 60 a 90 minuti dal primo cumulo nube a un tuono pieno.
Gli stessi fattori che promuovono lo sviluppo rapido limitano anche la durata di vita di molte tempeste desertiche. Una volta che inizia la precipitazione, il deflusso dalla tempesta porta l'aria secca dalla metà della troposfera fino alla superficie. Questa aria secca evapora la pioggia che cade attraverso di essa, raffreddando l'aria e rafforzando il deflusso della durata.
I sistemi organizzati più grandi possono persistere più a lungo quando si sviluppano in aree con un flusso di umidità sostenuto, come ad esempio nelle zone di montagna o lungo zone di convergenza. L'oscillazione Madden-Julian e altri modelli tropicali su larga scala possono modulare il trasporto dell'umidità in deserti subtropicali, creando periodi di diversi giorni con attività di temporali organizzata.
Illuminazione intensa, fulmini a secco e microburst
I temporali del deserto sono spesso associati ad alti livelli di fulmine elevati. Lo strato di confine convettivo profondo e asciutto permette alle basi del cloud di essere alte, spesso ad altitudini di 2 a 4 chilometri sopra la superficie. Questa base ad alta nube significa che le regioni di separazione della carica all'interno del cloud sono posizionate a altezze insolitamente grandi. Quando si verifica un fulmine, deve attraversare una distanza più lunga attraverso l'aria relativamente secca, producendo intensi esmi osservati tratti nuvolosi.
In molti temporali deserti, le precipitazioni evaporano completamente prima di raggiungere il terreno, un fenomeno chiamato virga. Il fulmine, tuttavia, raggiunge la superficie. Il fulmine secco è noto per accendere i fuochi selvatici nelle praterie desertiche e nelle arbusti.
Un microburst è un intenso e localizzato disgelo d'aria che si diffonde radialmente su un colpo di terra, producendo venti rettilinei superiori a 160 km/h (100 mph). In ambienti asciutti, il raffreddamento evaporativo delle precipitazioni sotto una tempesta può accelerare il degrado a velocità distruttive.
Hotspot geografici per i temporali del deserto
Mentre i deserti sono generalmente meno proni di tempesta rispetto alle regioni tropicali o di mezza latitudine, alcune aree aride hanno stagioni distinte distinte guidate da geografia regionale e cicli di circolazione.
Il deserto di Sonoran, che spazia dall'Arizona, dalla California e dal Messico, è una delle regioni più attive del deserto della Terra. Il monsone nordamericano offre umidità dal Golfo della California e dal Pacifico orientale, alimentando i temporali in tutta la regione da luglio a settembre.
Il deserto del Sahara sperimenta temporali principalmente lungo i suoi margini meridionali, dove il monsone dell'Africa occidentale spinge l'umidità a nord nella zona di transizione del Sahel. Più a nord, i temporali del Sahara sono rari ma possono verificarsi quando i trozzi di livello superiore dall'Atlantico disegnano l'umidità attraverso il deserto, o quando i disturbi tropicali dal sud penetrano insolitamente lontano all'interno.
La penisola arabica vive l'attività di temporali principalmente durante i mesi primaverili ed estivi. La zona di convergenza intertropicale migra a nord durante l'estate dell'emisfero settentrionale, disegnando umidità dal mare arabo e, in alcuni anni, i resti dei cicloni dell'Oceano Indiano. Le Asir Mountains del sud-ovest dell'Arabia Saudita e le Highlands dello Yemen ricevono un'attività di temporali regolari, mentre i deserti sporadici come le tempeste al-
Il grande deserto sabbioso dell'Australia e i deserti dell'Asia centrale vedono anche attività di temporali, anche se con diversi ritmi stagionali. In Australia, l'umidità tropicale da nord e ovest durante il monsone estivo produce temporali attraverso l'interno del deserto centrale. In Asia centrale, le tempeste sono più comuni in primavera e in estate, come i fronti freddi dal nord interagiscono con condizioni di superficie riscaldante.
La risposta idrologica: inondazioni flash nei paesaggi aridi
La risposta idrologica ai temporali del deserto è così drammatica come le tempeste stesse. I paesaggi aridi hanno caratteristiche distinte che li rendono eccezionalmente vulnerabili alle inondazioni flash. La mancanza di vegetazione, che in altri ambienti intercetta le precipitazioni e rallenta il deflusso, significa che le gocce di pioggia hanno colpito il terreno desertico nudo con la forza piena.
Un unico temporale del deserto può cadere da 50 a 100 millimetri (2 a 4 pollici) di pioggia su una piccola zona in meno di un'ora. Con i tassi di infiltrazione a partire da 1 a 5 millimetri all'ora in molti terreni desertici, quasi tutta questa acqua diventa discarica di superficie. In terreno di deserto montagnoso, questo runoff si concentra in canyon e lavaggi a parete ripida, producendo dieci inondazioni flash che viaggiano rapidamente in pochi minuti.
Negli Stati Uniti, più del 60% delle morti di inondazione flash si verificano nei veicoli, spesso quando i conducenti tentano di attraversare le strade inondate. La forza dell'acqua in movimento è ingannevolmente potente: appena 15 centimetri di potenza (circa 6 pollici) di acqua fluente può spazzare una persona fuori dai loro piedi, e la maggior parte dei 60 centimetri (2 piedi) può muovere la maggior parte dei veicoli.
Cambiamento climatico e tendenze future
Il comportamento dei temporali del deserto non è statico. Come le temperature globali aumentano, la fisica fondamentale della formazione di tempesta nelle regioni aride sta cambiando. L'aria calda può contenere più umidità, seguendo il rapporto Clausius-Clapeyron, che prevede circa un aumento del 7% del contenuto di vapore acqueo atmosferico per grado Celsius di riscaldamento. In regioni aride, questo potrebbe aumentare la disponibilità di umidità durante gli eventi di tempesta, potenzialmente portando a un numero più intenso
La ricerca del pannello intergovernativo sui cambiamenti climatici e gli studi regionali negli Stati Uniti del sud-ovest e nel Medio Oriente indica che gli eventi di precipitazioni estreme giornalieri nelle regioni desertiche possono intensificarsi. Un'atmosfera più calda aumenta anche la domanda evaporativa, che potrebbe portare ad una rapida essiccazione tra tempeste, paradossalmente rendendo i paesaggi desertici più siccità-prone e più suscettibili di lampeggiare inondazioni quando si verificano tempeste.
Alcuni modelli climatici proiettano un'espansione polemica della circolazione di Hadley, la circolazione atmosferica su larga scala che spinge le zone aride subtropicali della Terra. Questa espansione potrebbe spostare i confini geografici dell'attività del temporale del deserto, estendendo le stagioni delle tempeste nelle regioni aride attuali, mentre essi si asciugano margini semiaridi.
L'interazione tra temporali deserti e temperature in aumento ha anche effetti di feedback. I fuochi selvatici accesi da aerosol a rilascio di fulmini asciutti nell'atmosfera che possono influenzare la microfisica del cloud, potenzialmente alterando lo sviluppo della tempesta e l'efficienza delle precipitazioni.
Implicazioni pratiche e considerazioni di sicurezza
Capire la fisica dei temporali del deserto non è solo un esercizio accademico. Per i residenti, i viaggiatori e gli operai esterni nelle regioni aride, riconoscere i segni dello sviluppo della tempesta può essere salvavita. L'insorgenza di venti di gelosia, le nubi a forma di cumulo con i piani a forma di male, e le gocce di temperatura improvvisa sono tutti indicatori che un temporale del deserto può essere più alto.
In primo luogo, evitare lavaggi a secco e fondo canyon durante la stagione delle tempeste, anche se i cieli appaiono chiari. Le inondazioni flash da tempeste a molte miglia di distanza possono raggiungere una posizione con poco preavviso. In secondo luogo, se catturati in una tempesta di fulmini in deserto aperto, evitare alto terreno, alberi isolati e oggetti metallici. La posizione più sicura è in un veicolo con un tetto di metallo duro, o in una zona di profondità bassa lontano
Per l'aviazione, i pericoli dei temporali del deserto richiedono un'attenzione particolare. Microburst, turbolenze gravi e riduzioni improvvise di visibilità a causa del soffiare polvere e sabbia creano condizioni pericolose per il decollo e l'atterraggio. L'Amministrazione Federale dell'Aviazione e altre autorità di aviazione richiedono una formazione specializzata per i piloti che operano nelle regioni desertiche durante le stagioni del tuounderstorm.
Conclusioni
I temporali del deserto rappresentano un notevole incrocio di estremi: calore estremo e asciuttezza che si scontrano con improvvisi scoppi di umidità ed energia. La fisica che governa queste tempeste comporta gli stessi processi fondamentali che spingono i temporali ovunque, ma le condizioni uniche di ambienti aridi creano caratteristiche distinte. Lo strato di confine profondo, le alte basi del cloud, la prevalenza di virga e il fulmine secco, l'esplo sviluppo convettivo e la risposta dinamica del flash
Le attuali ricerche verso eventi individuali più intensi, con tassi di precipitazioni maggiori e inondazioni potenzialmente più distruttive, anche perché la frequenza complessiva delle tempeste può rimanere stabile o diminuire in alcune regioni. Per coloro che vivono o viaggiano attraverso ambienti desertici, capire i segni e i rischi dello sviluppo del tuonaro è essenziale per la sicurezza.
La prossima volta che si vede una nube incudine che si innalza su un orizzonte desertico, si sta assistendo ad una potente dimostrazione della fisica che governa l'atmosfera del nostro pianeta. In pochi minuti, la quiete abbronzata può trasformarsi in un maelstrom di fulmini, vento e acqua, solo per svanire quanto velocemente arriva, lasciando dietro un paesaggio momentaneamente trasformato e poi ritornato al suo arida silenzio.
Laboratorio Nazionale di Tempeste Severe: Thunderstorm Basics
IPCC Sesta relazione di valutazione: Cambiamento climatico e clima estremo[