Le scie "resistenti"

Domenica 8 novembre è stata una giornata estremamente interessante per quel che riguarda l'osservazione di scie di aereo nel cielo di Milano. Il cielo azzurro e pulito e l'assenza di nuvole hanno permesso infatti una ottimale osservazione delle scie. Particolari scie persistenti, espanse e "resistenti" sono state osservate.

In questo, ahimè, lungo e complesso post (non si poteva fare altrimenti) descrivo, analizzo e discuto questa giornata di scie.

1. La giornata.

La mia osservazione delle scie è iniziata verso le 11:20 dell'8 novembre 2008. A quell'ora ho potuto osservare proprio sopra la mia casa una croce di scie persistenti ed espanse che ha ovviamente catturato la mia attenzione.

La croce di scie espanse.

Particolare dell'incrocio di scie.

Come ormai ben sappiamo, le scie persistenti ed espanse (ricordo ancora una volta che le scie di condensazione di aereo sono fatte di ghiaccio) si formano solo con ben determinati valori di umidità relativa in quota. In particolare, una scia persiste e si espande solo se la umidità relativa atmosferica eguaglia o eccede la saturazione su ghiaccio. Trovandosi in queste condizioni particolari di umidità, il ghiaccio che forma la scia non sublima (non passa cioè a vapore) e, anzi, ulteriore ghiaccio si deposita sulla scia (la umidità atmosferica sovrasatura condensa sulla scia aumentandone il budget di ghiaccio). La scia persiste e continua ad espandersi fino a che l'umidità relativa si mantiene sopra saturazione su ghiaccio o fino a quando la scia "precipita" in una zona sottosatura.
Le scie persistenti osservate erano circa 3, 4 ed erano presenti ammassate.

Due foto dell'ammasso di scie espanse.

Dopo aver osservato questo ammasso di scie persistenti, davvero spettacolare per forma e dimensione, ho osservato solamente scie di tipo non persistente, scie cioè che sublimano nel giro di secondi o al massimo minuti. Particolarmente interessante il fatto che mentre osservavo il passaggio degli aerei con scie non persistenti, le scie persistenti espanse ed enormi viste prima erano ancora ben presenti in cielo, ma non se ne formavano di nuove.

Davvero spettacolare il contrasto che si veniva a formare quando un aereo con scia non persistente volava su uno sfondo dato da una delle scie espanse.

Vediamo alcuni esempi.

Aereo con scia non persistente e sullo sfondo una scia espansa. Immagine processata.

Nano-scia e scia gigante.

Spettacolare il confronto tra la nano-scia e la enorme giga-scia espansa.

Ho raccolto in un filmato, pubblicato nel precedente post, alcune riprese video di aerei con scia effettuate l'8 novembre. Gli aerei con scia non persistente volano su uno sfondo costituito dalle scione espanse.

Interessante poi sottolineare che l'ammasso di scie espanse visto alle 11:20 è stato visibile sino alle ore 13:06.

L'ammasso di scie espanse alle 13:06. Si distinguono ancora le scie originarie.

La persistenza di queste scie è stata quindi di almeno di una ora e 40 minuti. Questo è un dato importante. Dalla letteratura scientifica, sappiamo infatti che una scia per permanere a lungo, non solo ha bisogno di umidità sopra saturazione ghiaccio, ma ha bisogno che la umidità ecceda la saturazione in modo significativo. Il lavoro di Wender e coll. del 2005 [1], in particolare, prevede che per le scie con persistenza di più di un'ora sia necessaria una umidità relativa intorno all'80% a temperatura di circa -55°C (si vedano i valori esatti nel lavoro di Wendler).

Infine, alle 13, ora dei radiosondaggi, oltre all'ammasso di scie sono state visibili numerose scie di tipo non persistente ed un solo frammento di scia persistente, con persistenza di almeno 20 minuti. Per il resto il cielo era fondamentalmente pulito.

2. Analisi dei dati atmosferici

Vediamo ora l'analisi di Appleman della giornata e l'analisi dei valori di umidità. Per una spiegazione dei prossimi grafici si veda un precedente post che spiega dettagliatamente la materia.

Diagramma di Appleman relativo alle misurazioni atmosferiche di Milano Linate delle ore 12Z.

Dal grafico si evince che potevamo aspettarci scie su Milano a partire dai 9160 metri in su (riga verde sul grafico), non ce le aspettiamo dai 7770 metri in giù mentre abbiamo una incertezza per le quote comprese tra 8600 e 8900 metri.

Vediamo poi il grafico di umidità relativa/temperatura.

Grafico umidità relativa/temperatura relativo alle misurazioni di Milano Linate delle 12z (pallini rossi). E' indicata la umidità relativa necessaria alle varie temperature per avere persistenza (pallini verdi).

Dal grafico si evince che a due quote, 8633 e 9516 metri, abbiamo valori di umidità prossimi alla saturazione. Tuttavia, a 8633 metri il criterio di Appleman è al limite (le condizioni per la formazione delle scie non sono nette), mentre a 9516 è soddisfatto.

3. Discussione dei dati presentati

La situazione osservata l'8 novembre può essere così riassunta:

1) Alle 11:20 ho osservato scie espanse. Queste scie si sono formate in una atmosfera dove erano ovviamente presenti le condizioni per la i) formazione e per la ii) persistenza delle scie.

2) Queste scie hanno persistito a lungo, necessitando quindi di alti valori di umidità relativa, ma nel contempo non si sono formate nuove scie persistenti.

3) Alle 12Z, ora dei radiosondaggi, le scie espanse erano ancora visibili. I dati della sonda mostrano che avevamo a quell'ora umidità di poco sotto la saturazione su ghiaccio (non agli alti valori richiesti per la lunga persistenza). Alle 12Z si sono viste scie non persistenti ed un solo frammento di scia persistente.

Bene. Si tratta di una situazione che mi ha sicuramente sorpreso. Mi ha sorpreso aver visto solamente 3-4 scie espanse delle 11:20. Me ne sarei aspettato molte di più. Poiché le scie espanse hanno resistito più di un ora senza sublimare, vuol dire che per più di un ora è stato presente uno strato di umidità sovrasatura. Ma perché non ho visto altre scie espanse allora?

Come sempre, prima di parlare di anomalie aspettiamo e cerchiamo per prima cosa delle spiegazioni "normali" al fenomeno che ci stupisce.

Se quanto abbiamo visto è tutto normale, la teoria delle scie di condensazione deve essere in grado di spiegarlo.

Proviamo quindi a fornire delle spiegazioni "normali" di quanto visto. Ne fornisco alcune. Il discorso è un tantino complesso (solo apparentemente) ma non può essere altrimenti. Se le scie chimiche davvero esistono, esse saranno del tutto simili alle scie normali, ed eventuali differenze tra scie chimiche e scie di condensa saranno molto sottili e necessiteranno analisi particolarmente complesse.

Possibili spiegazioni "normali" di quanto visto dalle 11:20 alle 13:00, intervallo di tempo per il quale non conosciamo i valori di umidità in quota.

1) Dopo la formazione delle scione espanse, la temperatura in loco si è alzata in modo che non esistessero più le condizioni per la formazione delle scie. E' stato un cambiamento rapidissimo, appena dopo la formazione! La umidità relativa si è ovviamente abbassata ma non tantissimo, poiché le scie continuavano a persistere. In conclusione nella atmosfera dove si sono formate le scie non ci sarebbero più state le condizioni per la formazione di nuove scie, ma sarebbero rimaste le condizioni perché le vecchie scie continuassero a persistere :-/
2) Nella zona dove si sono formate le scione sarebbero cambiate rapidissimamente le condizioni e di temperatura e di umidità e non si sarebbero più potute formare più scie. Tuttavia Le scione espanse sarebbero "precipitate" in un'altra zona atmosferica a più bassa quota nella quale l'umidità era sempre sopra saturazione ma dove la temperatura non permetteva la formazione di nuove scie. :-/

3) Le scie persistenti osservate si sarebbero formate in un ambiente sovrasaturo che si sarebbe rapidamente esaurito. Per questo non si sarebbero formate più altre scie persistenti. Tuttavia, poiché le scione erano presenti in banchi (in ammassi) esse avrebbero resistito anche senza saturazione. Questo ad esempio accade per i cirri e quindi potrebbe accadere anche per le scie.

4) Nella zona sovrasatura dove si sono formate le scione non sarebbero transitati più aerei. Una casualità. :-/

Possibili spiegazioni "normali" di quanto visto all'ora dei radiosondaggi.

1) Alle 12Z abbiamo visto tante scie non persistenti, un solo frammento di scia persistente e le scione espanse delle 11. Il cielo era fondamentalmente pulito. La sonda ha misurato due valori di umidità di poco sotto satuarazione. Avendo visto solo un frammento di scia espansa, e tante scie non persistenti credo che la sonda abbia misurato bene e non abbia sottostimato. Tuttavia le scione espanse, resistentissime, continuavano ad esistere. Ancora, la spiegazione migliore è che le scie in banchi riuscirebbero a persistere anche sotto saturazione.

2) Le scione espanse potrebbero essere ricadute a 8mila metri circa dove si hanno condizioni prossime alla saturazione. Se in questo caso la sonda avesse sottostimato, e se il criterio di Appleman non fosse soddisfatto per quella quota (siamo al limite), le scie avrebbero potuto persistere e non si sarebbero formate nuove scie persistenti.

3) Ovviamente ci sarebbe anche la possibilità che le scie espanse potrebbero essere finite in una zona sovrasatura molto lontana dalla sonda e quindi in una zona non misurata.

Le spiegazioni come visto esistono, anche se mi sembrano un pochino macchinose.

Proviamo allora a fornire una spiegazione che si basa sulle scie chimiche. Le scie delle 11:20 non sarebbero normali scie di condensazione. Tale spiegazione è ovviamente una ipotesi.

Spiegazione "anomala".

L'ammasso di scie espanse non sarebbero formato da scie di condensazione ma da scie di natura diversa dalle scie di condensazione. Il fatto di non vedere altre scie persistenti e di non avere valori di umidità relativa sopra saturazione mostrerebbe che le scione espanse non erano qualcosa di naturale.

Bene. Quale è la spiegazione migliore al fenomeno?

A istinto direi che la spiegazione "anomala" è più semplice, diretta, immediata e fa quadrare tutto. Le spiegazioni "normali" mi sembrano complesse e macchinose. Tuttavia sappiamo bene che la scienza non si basa sulle impressioni ma sulle prove e sui dati.

La cosa migliore da fare al momento sarebbe chiedere il parere ad un esperto di contrails.

In ogni caso, per parlare di anomalie sarebbe necessario poter escludere tutte le spiegazioni "normali". Ma le spiegazioni "normali" esistono, e anche se farraginose, non possono essere al momento escluse, e per cui non possiamo parlare di anomalie.

Spero si possa aprire una discussione critica su questi dati con i lettori del blog per conoscere la opinione di più persone su quanto visto l'8 novembre.

Conclusioni

Le scie osservate domenica 8 novembre 08 sono normali scie di condensazione espanse o sono scione chimiche?

Al momento non lo so. Tuttavia, anche se un po' a fatica, la teoria delle scie di condensa riesce a spiegare il fenomeno. Non potendo al momento quindi escludere le spiegazioni "normali" del fenomeno, per il momento e fino a prova contraria identifico le scie osservate come scie di condensazione.

Se un esperto di contrails escluderà che le scie osservate possano essere spiegate dalla teoria delle scie di condensazione, demolendo le mie spiegazioni "normali", potremo parlare di scie chimiche.

Concluderei questo articolo così come si è conclusa la giornata dell'8 novembre. Con questo cielo. Ovviamente haarpizzato ;-))

8 Novembre, tramonto.

Referenza

[1] G. Wendler, M. Shulski, and B. Hartmann. Potential climatic effects of cirrus contrails for the subarctic setting of Fairbanks, Alaska. Theor. Appl. Climatol. 81, 149–159 (2005).

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