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Introduzione alla Meteorologia Fisica

Neve e ghiaccio sui rami di un albero

La Meteorologia è la fisica classica Newtoniana applicata all’atmosfera: il moto obbedisce alla seconda legge di Newton, il calore soddisfa le leggi della termodinamica, e così via. Quando le leggi della fisica sono applicate ad un fluido come l’aria, esse descrivono i processi fisici tipici della meccanica dei fluidi.


La meteorologia è, dunque, la meccanica dei fluidi applicata all’atmosfera. L’atmosfera è però un sistema di fluidi estremamente complesso e tale complessità è dovuta alle innumerevoli interazioni fra molteplici processi fisici, che avvengono in luoghi diversi. Per esempio le differenze di temperatura creano le differenze di pressione che guidano i venti i quali trasportano anche vapore acqueo; quest’ultimo può condensare e rilasciare calore alterando a sua volta le differenze di temperatura.
Ve ne sono tantissimi di questi “circoli viziosi”, chiamati più correttamente “feedbacks” e sfortunatamente introducono comportamenti non lineari, complicando ulteriormente le cose. Ciò rende l’atmosfera un sistema dinamico caotico, cioè un sistema che è sì deterministico (l’evoluzione futura del sistema dipende solamente dalla sua storia passata) ma anche difficilmente prevedibile in quanto è molto sensibile alle condizioni iniziali: un errore anche infinitesimo nella conoscenza dello stato del sistema ad un certo istante, può provocare un grande errore nella previsione, specie a medio e lungo termine (questa situazione è nota come “effetto farfalla”).

Tuttavia è anche grazie a questo comportamento caotico e complesso dell’atmosfera che è anche possibile l’esistenza di fenomeni così affascinanti, suggestivi e la cui descrizione e comprensione rappresenta un vera sfida per l’uomo: temporali, tornado, uragani, fronti, correnti a getto, precipitazioni; tutti fenomeni che più o meno direttamente influenzano la nostra vita: come ci vestiamo, i nostri viaggi, la nostra economia e spesso anche come ci sentiamo.

Conosciamo molte cose del comportamento atmosferico, ma solo una piccola parte di queste conoscenze è descrivibile attraverso la soluzione esatta di opportune equazioni ed infatti molte delle formule matematiche che descrivono i vari fenomeni fisici possono essere risolte solo in modo impreciso in quanto troppo complesse; così, spesso, si ricorre a relazioni empiriche.


Nei vari articoli di questa sezione cercheremo di entrare più in dettaglio su tutto questo, ma prima di farlo vogliamo spendere due parole sul metodo scientifico. Nel 1637 nel suo “Discours de la Méthode”, René Descartes definì i principi base per un corretto approccio al metodo scientifico e precisamente:

1.
Accetta qualcosa come vero solo se sai che è vero
2. Suddividi i problemi difficili in parti più piccole e cerca di risolvere prima ogni parte per risolvere l’intero problema
3. Inizia dalle cose più semplici per arrivare al complesso, cercando le relazioni tra le variabili
4. Non permettere alla gente di giudicarti, lasciarti influenzare o interferire e procedi scrupolosamente per la tua strada.

Tale approccio forma le basi della rinascita scientifica e segna un’importante linea di demarcazione rispetto alle cieche credenze degli antichi filosofi, come Aristotele.

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