La persistenza e l'espansione delle scie

Riassunto

La settimana scorsa ho pubblicato un tutorial che spiega come analizzare i dati atmosferici registrati dalle radiosonde al fine di verificare se in un dato giorno, luogo ed ora esistono o meno le condizioni per la formazione di scie di condensazione di aereo. Il tutorial riguarda la caratterizzazione di una variabile, le condizioni per la formazione di scie di condensa, variabile che può avere solo due valori: i) ci sono le condizioni, ii) non ci sono le condizioni.
Se invece vogliamo spingerci oltre e capire come saranno queste scie (lunghe, corte, persistenti, espanse) il discorso è un po’ più complesso e prevede un ulteriore lavoro di analisi.
Nel posto odierno affronto quindi la problematica della persistenza e della espansione delle scie.
Dico subito che la tematica è molto complessa e che una sua trattazione esaustiva va al di là degli scopi di questo blog.
Quello che mi prefiggo di fare è spiegare quali condizioni atmosferiche permettano la persistenza e l'espansione delle scie e mostrare altresì come l'osservazione di scie espanse e di scie non persistenti nello stesso specchio di cielo (fenomeno che inquieta chi ritiene che sia in atto una operazione di irrorazione) in realtà non mi stupisca più di tanto poichè si tratta di un fenomeno che può essere spiegato in base alla teoria scientifica di formazione delle contrails.

La saturazione su ghiaccio

Ho pensato per un po’ di tempo a come iniziare questo articolo e alla fine ho ritenuto che la cosa più giusta fosse partire da un grafico, il grafico che mostra i valori di umidità relativa alle varie temperature necessari per avere saturazione su ghiaccio. Il grafico, riportato in figura 1, è costruito sulla base dei dati presenti in una tabella di un report della Cornell University [1].

Figura 1


Nel grafico, sull’asse delle x abbiamo la temperatura in celsius e sull’asse delle y la umidità relativa (RELH). I pallini neri sono i valori di RELH a ciascuna temperatura con i quali si ha saturazione su ghiaccio.

Perchè questo grafico è così importante? Perchè sopra saturazione su ghiaccio le scie di condensazione, che sono fatte di ghiaccio, non sublimano, rimangono cioè ghiaccio e addirittura si espandono perché ulteriore ghiaccio si forma per deposizione di umidità atmosferica sulla scia. Le scie sublimeranno solo quando l’atmosfera circostante non sarà più sovrasatura.
Sotto saturazione su ghiaccio le scie invece non possono permanere nello stato solido e, più o meno rapidamente, sublimano.

Citando testualmente il report della Cornell University del 1961[1] vediamo che:

"Contraiis consisting of ice particles, the more common situation, will persist for hours if environmental conditions exceed ice saturation i. e., exceed ambient relative humidities of approximately 60 to 70%. (See Table II for exact relative humidity values versus temperature. ) When the ambient humidity is less than ice saturation, contrails comprised of ice cryrstals will sublime in seconds to minutes depending on contrail density."
"Le scie di condensa costituite da particelle di ghiaccio, la situazione più comune, persisteranno per ore se le condizioni ambiente eccedono la saturazione su ghiaccio, ad esempio se eccedono l'umidità ambientale relativa del 60-70% (vedi grafico in fig 1). Quando l'umidità ambiente è minore della saturazione su ghiaccio, le scie composte da cristalli di ghiaccio sublimeranno (cioè passeranno allo stato di vapore) in secondi o minuti, dipendentemente dalla densità della scia."

Mi sembra molto chiaro.
Allora, quando verifichiamo che in una giornata esistono le condizioni per la formazione di scie e vogliamo sapere come saranno queste scie, la prima cosa che possiamo fare è andare a vedere in che parte del grafico mostrato in figura 1 ci troviamo. Siamo sotto la linea nera? Siamo più o meno a livello della linea nera? O siamo sopra la linea nera? A seconda di dove ci troviamo possiamo aspettarci dei comportamenti diversi delle scie.
Facciamo degli esempi teorici per spiegare quanto detto e poi passiamo a dei casi reali.

Esempio A

Immaginiamo di trovarci in volo ad una pressione atmosferica di 250 hPa (intorno quindi ai 10200mila metri), ad una temperatura di -55°C e con una umidità relativa del 10%. Tale situazione è descritta nell'Appleman chart mostrato in figura 2.

Figura 2


Con queste condizioni atmosferiche, come si vede chiaramente dal grafico, ci aspettiamo la formazione di scie. Ma che scie saranno? Lunghe, corte, persistenti?
La prima cosa che possiamo fare per saperlo è andare a vedere in che parte del grafico di saturazione su ghiaccio ci troviamo (figura 3)

Figura 3


Ci troviamo nel punto A, ben al di sotto della saturazione su ghiaccio, quindi mi aspetto una scia di breve durata.

Caso B

Immaginiamo ora di essere alla stessa pressione atmosferica e temperatura del caso precedente, cioè 250 hPa e -55°C, ma di avere umidità atmosferica ben più alta, ad esempio una umidità relativa del 70% (figura 4).

Figura 4


Ci troveremmo nel punto B, quindi nella zona di persistenza del ghiaccio. Mi aspetto in questo caso persistenza della scia e possibilmente anche espansione.

Caso C

Anche quando siamo sotto saturazione su ghiaccio, può succedere che le scie possano avere una certa persistenza. La NASA chiama infatti scie persistenti (link, caso del pannello 6) quelle scie che si formano sotto saturazione su ghiaccio, quando però i) la temperatura è molto bassa e ii) siamo vicini alla curva di saturazione su ghiaccio. Analoghe considerazioni si trovano nel report della Cornell [1] dove però viene scritto che in queste particolari condizioni la scia non persisterà (d'altronde siamo sotto saturazione) ma più la temperatura è fredda, più la scia sarà densa e durerà di più. In entrambi i casi non viene fatta una stima temporale di questo tipo di persistenza (si veda oltre).
Proviamo a fare allora un esempio di questa particolare situazione. Immaginiamo di essere sempre alla stessa pressione atmosferica dei casi precedenti, 250 hPa, ma di avere una temperatura più bassa, -60°C, e una umidità relativa più alta, 40%, ma sempre sotto saturazione( figura 5).

Figura 5

Ci troveremmo nel punto C e la scia sarebbe più densa della scia che si forma nel punto A e durerebbe di più.

Caratterizzare la persistenza e l'espansione delle scie in termini di tempo e forma.

Ma quanto può durare in termini di tempo una scia sotto saturazione su ghiaccio nei vari casi? E quanto può durare una scia sopra saturazione? E come appaiono fisicamente le scie nei vari casi?
Proviamo a rispondere. Per farlo mi baso su un interessante tutorial di K. Gierens [2]. Utilizzo come esempi delle fotografie di scie da me scattate la mattina del 18 marzo, una mattina davvero ideale per studiare la persistenza. Tali fotografie corrispondono a mio avviso alla descrizione presente nel tutorial.

Iniziamo col descrivere le scie che si formano sotto saturazione su ghiaccio. Di seguito riporto testualmente, in corsivo, quanto scritto nella presentazione di K. Gierens.

"In subsaturated air contrails will last no longer than about 2 min".

Questa frase ci dice che sotto saturazione non possiamo avere persistenza maggiore di due minuti. Molto bene. Andiamo ora piu nello specifico.

"In very dry air (RHi˜10%) contrails can evaporate after only 4 sec (length 1 km).

In aria molto secca le scie evaporano in pochi secondi.

Come esempio di questo particolare caso ho selezionato una fotografia scattata intorno alle 08:30 dell'11 marzo 2009. Si tratta di una scia non persistente che si spegne dopo pochi secondi anche se non è delle più corte. Secondo me siamo a più del 10% :)



Continuiamo.

"Under less subsaturated conditions, ice crystals are trappedin the downward travelling vortex pair, shed by the aircraft wings. The vortices become unstable and start to break up into waves and rings after about 2 min. Ice crystals, released into the subsaturated environment, quickly evaporate."

In questo caso, se l'umidità è meno sottosatura, si formano dei vortici in cui i cristalli di ghiaccio rimangono intrappolati. Tali vortici si rompono in onde e anelli dopo circa due minuti e velocemente evaporano.

Questo potrebbe essere il caso della persistenza sotto saturazione indicata nel sito della NASA? In fondo, se Gierens scrive che sotto saturazione le scie durano al massimo due minuti, dovrebbe essere così.
Ho selezionato due foto di una scia fotografata sempre la mattina dell'11 marzo come esempio della situazione descritta. La scia d'interesse è quella verticale.

La scia è più lunga di quella precedente quindi persiste più a lungo. Vediamo anche un particolare della scia. La scia presenta onde e degli anelli in fase di spegnimento.



Passiamo ora alle condizioni sopra saturazione.

In slightly supersaturatedair the ice in the rings vanishes (because of adiabatic heating in the downward travelling vortices), however, a faint trace of an ice curtain, the secondary wake, stays persistent.

In aria un po' sovrasatura (siamo appena sopra la linea nera) gli anelli svaniscono ma rimane una tracca di ghiaccio che persiste (la scia secondaria)

In more supersaturated air also the ice in the bursting vortices survives, a strong contrail appears that can undergo contrail-to-cirrus transformation.

In aria più sovrasatura anche il ghiaccio nei vortici sopravvive e si forma una forte scia che si trasformerà in cirro.

Per quanto riguarda la durata temporale delle scie sopra saturazione abbiamo già visto che esse possono durare anche ore.

Come esempio di scia persistente sopra saturazione ho scelto questa scia, fotografata alle 8 di mattina dell'11 marzo (non mancava niente quel giorno :D )

Inizialmente la scia mostra la presenza della wake secondaria, indice di leggera sovrasaturazione su ghiaccio.

Ma dopo circa 30 minuti, sia la primary che secondary wake sono ancora presenti. Siamo quindi in condizioni di sovrasaturazione su ghiaccio.

Bene. Abbiamo raccolto un importante risultato. Nella stessa giornata, nel giro di pochi minuti, abbiamo osservato la presenza di scie con durata di qualche secondo, di qualche minuto, e di 30 minuti. Tre tipologie differenti di scie che richiedono differenti condizioni atmosferiche.

Ma come possiamo spiegare tutto ciò? In due semplici modi:

i) abbiamo visto delle bellissime scie chimiche;

ii) la mattina dell'11 marzo in atmosfera esistevano differenti livelli di umidità relativa in diversi punti dell'atmosfera e ciò ha provocato la formazione di scie di diverso tipo.

Io propendo decisamente per la seconda ipotesi, non ho dubbi, anche perchè le misure di RELH della radiosonde (basta guardare i radiosondaggi di varie giornate) ci dicono proprio che i livelli di umidità alle varie quote sono molto variabili!

Ecco perchè vedere scie tanto diverse allo stesso tempo non mi preoccupa più. E' un fenomeno spiegabile.

Alcune considerazioni molto importanti.

1. Per prevedere il tipo di scia è importante conoscere i valori di RELH alle varie quote. Purtroppo le misure di umidità relativa effettuate dalle radiosonde a mezzogiorno soffrono di un errore, al punto che esistono degli algoritmi per correggere tali errori [3].
Bisogna tenere assolutamente conto di questa cosa. Valori di umidità sotto saturazione su ghiaccio potrebbero in realtà essere sopra saturazione a causa dell'errore nelle misure.

In base a quanto letto fino ad ora sull'argomento, ho visto che sarebbe bene considerare almeno un 10% di errore nei valori di umidità relativa quando si effettuano analisi dei dati atmosferici, ma l'argomento non è assolutamente ancora chiarito.

Bisogna ricordarsi anche l'incertezza totale delle sonde sulle misure di umidità relativa (che è del 5% per la sonda Rs92) da specifiche di prodotto è indicata fino a -60°C. Sotto i -60°C non è indicato che tipo di incertezza ci sia.

2. La radiosonda fa delle vere e proprie "istantanee" di alcuni punti dell'atmosfera. Ora, le condizioni atmosferiche possono variare nello spazio e nel tempo. La sonda misura punti distanti in verticale anche 300 metri. Cosa succede in quei 300 metri non misurati? E cosa succede negli altri punti dello spazio alla quota misurata, ma a qualche centinaia di metri o chilometri di distanza? Inoltre, le condizioni atmosferiche, come sappiamo, possono anche variare rapidamente nel tempo.

Per questo motivo i dati atmosferici vanno presi con estrema cautela e non possono essere rappresentativi per tutte le scie che vediamo in una giornata.

3. Ricordo che più volte ho documentato in questo blog casi in cui ho osservato scie persistenti intorno all'ora dei radiosondaggi con valori di RELH sotto saturazione su ghiaccio.

Devo dire che se inizialmente questi accadimenti mi sorprendevano, ora non lo fanno più di tanto.

Come scritto sopra, la sonda ci mostra una istantanea di vari punti dell'atmosfera, ma non di tutta l'atmosfera nel tempo. Vedere scie persistenti con umidità sottosatura potrebbe essere spiegato con errori della sonda, o con il fatto che la scia si trova in un punto dell'atmosfera diverso da quello in cui la sonda è passata, con valori di umidità diversi. Non possiamo escludere queste ipotesi.

Infine ricordiamo che esiste, come visto, anche la persistenza sotto saturazione. elemento da tenere in considerazione in questi casi (anche se questo tipi di persistenza dovrebbe essere di minuti).

4. Non è così banale, vista una scia, attribuirla ad una categoria (persistenti, persistenti sotto saturazione, espanse). La cosa migliore per identificare una scia è analizzare la sua forma e il suo tempo di persistenza,

Consiglierei agli appassionati di provare a caratterizzare le scie osservate in base alla classificazione mostrata in questo post. La cosa può essere molto divertente.

Conclusioni

La teoria scientifica di formazione delle contrails permette di spiegare le scie che vediamo in cielo. In particolare, vedere scie persistenti e non persistenti contemporaneamente può essere spiegato semplicemente in base alla presenza di valori di umidità relativa differenti alle varie quote di volo.

Purtroppo non è semplice verificare da terra la teoria scientifica poichè dovremmo conoscere i valori esatti di T e RELH nel punto di passaggio della scia. Quello che conosciamo sono invece i valori di HR e T di certi punti dell'atmosfera in alcuni istanti.

Tuttavia, ci sarebbe un modo per conoscere indicativamente i valori di umidità e temperatura nel punto in cui passa un aereo ma bisognerebbe fare due piccole assunzioni: la teoria di formazione delle scie di condensazione è corretta e le scie chimiche non esistono.

Se si accettano queste assunzioni sarebbero proprio le scie di condensazione a dirci quali sono i valori di umidità in cielo. Questo perchè sappiamo bene che a un particolare tipo di scia debbono corrispondere necessariamente ben determinati valori di umidità e T :)

Le scie di condensazione possono infatti funzionare come delle ottime sonde atmosferiche :D

Appendice

Le foto che ho riportato sono state scattate tra le ore 8:00 8:30 dell'11 marzo 2009, a 4 ore di distanza dai radiosondaggi delle 12Z. Riporto comunque i diagrammi di analisi atmosferica della giornata.

Il primo grafico è l'Appleman chart della giornata (fig. 6)

Figura 6

Da questo grafico vediamo che le temperature sono molto basse e che possiamo aspettarci scie in un ampio range di quote, dai 300 hPa in su.

Il secondo grafico è quello che mostra i valori di umidità relativa, considerando un errore del 10% (figura 7).

Figura 7.

Questo grafico mostra, pur nell'incertezza dei valori di umidità relativa, che alle 12 abbiamo alti valori di umidità relativa, inferiori ma non lontani dalla saturazione su ghiaccio.

Ringraziamenti
Ringrazio Marco per le preziose indicazioni bibliografiche e Marko per la utile discussione critica sulla persistenza sotto saturazione.

Referenze
[1] Cornell Aeronautical Laboratory INC.of Cornell University, Buffalo 21, N.Y. Prediction of aircraft condensation trails Project contrails Final Report Report noVC-1055-P-S Contract No. Nonr-1857 (00) 31 October 1961.

[2]K. Gierens. Contrails, contrail-cirrus, and ship tracks (tutorial lecture)

[3] V. O. John and S. A. Buehler. Comparison of microwave satellite humidity data and radiosonde profiles: A survey of European stations Atmos. Chem. Phys., 5, 1843–1853, 2005

Nota sul copyright.
Copyright © 2009 - All rights reserved. Tutti i diritti sono riservati. Per richiedere la riproduzione dell'articolo o delle fotografie scrivere all'indirizzo e-mail sciemilano@yahoo.it

Di cosa si tratta?

Per staccare almeno un giorno dalla tematica scie, vorrei oggi parlare di un altro argomento che mi affascina e interessa particolarmente: gli oggetti apparentemente sferoidali che a volte vengono osservati mentre si filmano le scie di aereo.

Qualche giorno fa, mentre filmavo l'ultima scia della giornata, verso il tramonto, ho filmato un simpatico oggetto sferoidale che si muoveva in direzione rettilinea. L'oggetto sembrava riflettere la luce.

Ora, dopo l'abbaglio della "teoria" delle scie chimiche, andrei un attimo cauto sull'argomento.

Prima di parlare di sfere volanti, UFO o sonde è infatti necessario poter escludere al 100% che l'oggetto sia un oggetto noto (ad esempio un uccelo, un pallone, un satellite).

Se si escluderanno tutti i fenomeni noti, allora sarà lecito di parlare di fenomeni non noti.

Questo è il video. Secondo voi di cosa si tratta?

Video: What is this? (per vedere il video in alta qualità: link)

Come verificare se esistono le condizioni per la formazione di scie di condensazione mediante l'Appleman Chart (tutorial)

Nell'ultimo mese, in seguito a una vivace e inaspettata discussione scaturita dalla pubblicazione di fotografie di scie di aereo e di semplici analisi dei dati atmosferici, ho potuto verificare che tra gli appassionati della tematica esiste un po' di confusione sulla distinzione tra concetti ben distinti quali formazione e persistenza, e sulla procedura da seguire per verificare se e a che quota si possono prevedere scie in una determinata giornata in base all'analisi dei dati atmosferici rilevati dalle radiosonde.

Affrontare la tematica delle scie di aereo vuol dire, in primo luogo, affrontare con sicurezza l'analisi dei dati atmosferici, e la confusione riscontrata su questo argomento non è certo d'aiuto al dibattito in corso.

Affrontare le scie di aereo senza essere in grado di leggere i dati atmosferici, è come tuffarsi in mare aperto senza saper nuotare.

Ho allora pensato che potesse essere utile fare ulteriore chiarezza su questi concetti.

Nel post di oggi spiego con un breve tutorial come verificare in una determinata giornata ed ad una determinata ora se e a che quota è prevista la formazione di scie di condensazione in basa all'analisi dei dati atmosferici. Ho utilizzato allo scopo il metodo dell’Appleman Chart. Tale metodo di previsione delle scie è esaustivamente spiegato sul sito della NASA [1].

In un prossimo post tornerò invece sul concetto della persistenza, concetto sicuramente ben più complesso.

Questi tutorial sono propedeutici alla analisi di alcune giornate di scie del mese di marzo 09 che conto di pubblicare a breve.

Tutorial: come verificare se esistono le condizioni per la formazione di scie di condensazione.

Per prima cosa dobbiamo decidere su cosa basare i nostri studi. Io mi baso sulla teoria scientifica che spiega la termodinamica della formazione delle scie, formulata negli anni 40-50 (Schmidt, 1941; Appleman, 1953) e successivamente rivista ed estesa negli anni '90 (Schumann, 1996) [2, 3, 4,]. Ricordo che in base a questa teoria che le scie di condensazione di aereo si possono formare a qualsiasi valore di umidità relativa, quindi anche a umidità relativa dello 0% in linea di principio. Se la temperatura è sufficientemente bassa, la umidità presente nello scarico dei motori è sufficiente per produrre una scia di condensazione. Sul sito della NASA troviamo infatti:

"If the atmosphere were colder than the temperature indicated by the 0% line, a contrail would form even if the relative humidity of the atmosphere were zero. By itself, the airplane will supply enough moisture to make the contrail, and no moisture is necessary from the atmosphere to form the cloud."

Questo fatto è risaputo da più di 50 anni. Il diagramma di Appleman (vedi oltre) mostra chiaramente come a qualsiasi quota, al di sotto di una determinata temperatura si entri in una zona chiamata "always contrail" dove le scie si possono formare a qualsiasi valore di umidità relativa.

Su internet gira tuttavia una definizione riguardo alla formazione di scie secondo la quale le normali scie si possono formare solo col 70% di umidità relativa. Risulta chiaro che sulla base di questa definizione alternativa, poichè raramente si osservano valori del 70% mentre frequentemente osserviamo scie, quasi tutte le scie di aereo che vediamo non sarebbero spiegabili, una cosa francamente fuori dal mondo.

Sarebbe bene che tutti gli interessati alla tematica riflettessero su questa cosa e decidessero su cosa basare le proprie convinzioni.

Dunque vediamo come calcolare la quota minima di formazione di scie di condensazione in base ai dati atmosferici.
Andiamo per prima cosa sul sito della NASA e prendiamo il diagramma di Appleman esteso alla superficie terrestre (Fig. 1)

Figura 1

Sull'asse delle x è riportata la temperatura in celsius e sull'asse delle y è riportata la pressione in hPa (ad ogni valore di pressione corrisponde una quota). Sul grafico sono poi presenti delle curve di umidità relativa, dallo 0 al 100%.

Focalizziamo la nostra attenzione alla linea orizzontale dei 400 hPa (corrispondenti a circa 7000 metri di quota). Osservate le curve di umidità nella figura 1. Esse intersecano la linea orizzontale dei 400 hPa in vari punti. Ogni punto di intersezione corrisponde ad uno specifico valore di temperatura.

Bene. Ora immaginiamo che la umidità relativa a 400 hPa sia del 100% (Fig.2)

Figura 2

La curva di umidità relativa del 100% incrocia la linea verde continua dei 400 Hpa nel punto A della figura 2. Se uniamo il punto A con la base del grafico mediante una linea perpendicolare ad essa (linea verde tratteggiata nel grafico) vediamo che il punto A corrisponde ad una temperatura di circa -37,0 °C.

Questa è la temperatura atmosferica massima alla quale si potrà avere la formazione di scie alla quota di 6860 metri con umidità relativa del 100%. Con temperature atmosferiche più alte di -36,5 °C non si formeranno scie, con temperature più basse continueremo ad avere scie.

Facciamo ora un altro esempio. Immaginiamo di essere sempre a 400 hPa ma di avere questa volta umidità relativa del 30% (Fig. 3) .

Figura 3

In questo caso, procedendo come sopra, la temperatura massima per la formazione di scie è più bassa, circa - 45,0 °C.

Vediamo anche cosa succede se l'umidità relativa è dello 0% (Fig. 4).

Figura 4

La temperatura massima per la formazione di scie scende a circa -47,0 °C.

Ora lasciamo i casi ideali e proviamo ad analizzare una giornata reale. Ho selezionato la giornata del 21 febbraio 2009. Gli appassionati della tematica, una volta letto il tutorial, per esercizio potranno poi provare a verificare le condizioni di altre giornate.
Per prima cosa ci servono i dati atmosferici della giornata. Questo è il link con i dati atmosferici relativi alla giornata (misurazione delle ore 12Z):

16080 LIML Milano Observations at 12Z 21 Feb 2009

Per sapere se a una certa quota erano previste scie quello che dobbiamo fare è, semplicemente, derivare la temperatura massima a quella quota, come visto sopra, e verificare se la temperatura registrata a quella quota è minore di tale temperatura massima.

Nella giornata in studio, fino ai 400 hPa ciò non si verifica e quindi non abbiamo le condizioni per la formazione di scie (il lettore, volendo, potrà verificare quanto detto come esercizio).

Vediamo cosa succede dai 400 hPa fino ai 200 hPa (fino cioè alla fine della tipical flight level). Di seguito, i dati atmosferici.

Iniziamo a vedere cosa succede a 400 hPa (pallino rosso nella tabella). Vedo che l'umidità relativa era del 25% e la temperatura di -37,1 °C. La curva del 25% però sul grafico non c'è. Cosa faccio allora? La curva del 25% è compresa tra quelle del 30% e dello 0%, quindi quello che posso fare è considerare non un solo valore di temperature ma un intervallo di temperature. Considero cioè l'intervallo di temperature compreso tra la curva del 30% e dello 0%. (Fig. 5).

Figura 5

La temperatura massima necessaria per avere scie è dunque sicuramente compresa tra -47,0 e -45,0°C ma la temperatura misurata dalla sonda come visto è di -37,1 °C, ben più alta. Di conseguenza a quella quota non vi erano le condizioni per la formazione di scie. Lo stesso succede per le quattro quote successive misurate dalla sonda.
A 335 hPa (pallino arancione sulla tabella dei dati) succede invece qualcosa di interessante. (fig6)

Figura 6

L'umidità è del 42% quindi considero l'intervallo tra le curve del 30% e del 60%. La temperatura registrata dalla sonda, -46,8°C, in questo caso ricade nell'intervallo di temperature massime per cui rimaniamo nell'incertezza. Potrebbero esserci le condizioni come potrebbero non esserci.

Alla quota successiva infine (pallino verde nella tabella) siamo finalmente nelle piene condizioni per la formazione di scie di condensazione (Fig 7).

Figura 7

A quella quota, a 300 hPa, l'umidità relativa registrata è del 55% e la temperatura registrata è di -52,3°C. Anche in questo caso la curva del 55% non è disegnata, per cui di nuovo considero un intervallo di temperature compreso tra le curve del 30% e del 60%: -48,0 - -47,0°C. La temperatura effettiva misurata dalla sonda è ben più bassa, -52,3°C. Siamo nelle condizioni per la formazione di scie. Le condizioni sussistono poi fino ai 200 hPa (verifica lasciata al lettore come esercizio).

Sulla base di questa analisi possiamo quindi dire che il 21 febbraio alle 12Z ci aspettavamo scie dai 9080 fino ad almeno 11660 metri di quota (i lettori possono verificare cosa succede a pressioni inferiori a 200 hPa).

Alcune importanti considerazioni.

1. Le misurazioni sono delle 12Z (le 13:00 da noi). Al meglio delle mie conoscenze so che il pallone parte di norma alle 11Z (le 12:00 da noi) Con una velocità ascensionale di circa 5 m/s.

In base a questi dati il pallone raggiunge la quota dove noi abbiamo scie (9080) in circa 30 minuti quindi alle 11:30 Z (le 12:30 da noi) e raggiunge i 12 mila metri dopo altri 10 minuti. Quindi il momento migliore per l'osservazione delle scie il 21 febbraio era dalle 12:30 alle 12:40 (diciamo pure per semplicità tra mezzogiorno e l'una).

2. Per semplicità ho considerato i valori della tabella come tali. Tuttavia dobbiamo ricordare che tutti i dati atmosferici della tabella presentano dei parametri di dispersione. La misurazione dei temperatura della sonda RS92 ha incertezza totale nell'accuratezza di 0.5°C mentre quella di umidità 5% RH. Questo vuol dire che il 39% in realtà è un valore compreso tra 40,95% e 37,05%. Inoltre, sappiamo anche che la sonda alle 12Z tende a sottostimare di circa il 10% [5], per cui dovremmo considerare anche un 10% in più di umidità relativa.

3. Il diagramma di Appleman è riportato e usato sul sito della NASA, tuttavia negli ultimi anni sono state apportate importanti modifiche alla teoria originale per adeguarla ai nuovi motori. Sono quindi disponibili in letteratura diagrammi e curve più accurate.

A questo punto, con un po' di attenzione, e con il grado di precisione desiderato, siamo in grado di andare a verificare per qualsiasi giornata a quale quota troviamo le condizioni per la formazione di scie.

Referenze

[1]Appleman Chart-Student

[2] Schmidt, E. 1941: Die Entstehung von Eisnebel aus den Auspuffgasen von Flugmotoren. Schriften der Deutschen Akademie der Luftfahrtforschung, Verlag R. Oldenbourg, Muenchen und Berlin, Heft 44, p 1-15.

[3] Appleman, H. S. 1953: The Formation of Exhaust Condensation Trails by Jet Aircraft, Bulletin American Meteorological Society, 34, p 14-20.
[4] Schumann, U. 1996: On conditions for contrail formation from aircraft exhausts, Meteorol. Zeitschrift, 5, p 4-23.

[5] V. O. John and S. A. Buehler. Comparison of microwave satellite humidity data and radiosondeprofiles: A survey of European stations. Atmos. Chem. Phys., 5, 1843–1853, 2005

Scie di aereo su Milano-13 marzo 2009

In alcune giornate di questo mese di marzo i cieli di Milano sono stati caratterizzati dalla presenza di numerose e spettacolari scie di aereo.

Conto di pubblicare nei prossimi giorni l'analisi di alcune significative giornate di scie di questo mese (e magari, a grande richiesta, qualche altro progetto creativo in stile Art Attack ;)

Iniziamo comunque a vedere delle riprese video del cielo di Milano relative alla giornata del 13 marzo.

Video: Aircraft trails in the sky of Milan-13th March 2009 (per vedere il video in alta qualità: link)

Art Attack: come disegnare un bel triangolo di scie in cielo!

In alcune giornate di questo mese di marzo i cieli di Milano sono stati caratterizzati dalla presenza di numerose e spettacolari scie di aereo. Oltre che colpire per l'intenso impatto visivo, queste scie rappresentano anche degli utilissimi elementi di analisi, la cui decifrazione può aiutarci a comprendere bene cosa governa la formazione e la persistenza delle scie che vediamo in cielo.

Conto nei prossimi giorni di proporre fotografie ed analisi di alcune significative giornate di scie di questo mese.

Intanto ieri, nel tardo pomeriggio, ho visto una cosa davvero divertente: tre aerei con le loro scie hanno disegnato in cielo un triangolo isoscele quasi perfetto. Un'opera da Art Attack!

Ho quindi pensato che potesse essere utile spiegare questa difficile tecnica pittorica mediante un breve tutorial ;-)

Tutorial: "Come disegnare un triangolo di scie in cielo"

Procedimento

1) Prendere della colla vinilica...ehhm. No, non è questo il caso!

1) Prendere un B737 con scia

2) Prendere poi un A321 con scia.

3) Prendere infine un piccolo jet che vola ad alta quota con scia


Fare incontrare i tre aviogetti nel seguente modo:

a)

b)

c)

d)

e)

Ed ecco il nostro bianco triangolo di scie splendente in cielo!

Facile, veloce e, soprattutto, senza una sola goccia di colla vinilica!!

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