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Occhio dell’uragano di categoria 4 Isabel visto dalla Stazione Spaziale Internazionale il 15 settembre 2003
L’occhio è una regione di tempo prevalentemente calmo che si trova al centro di forti cicloni tropicali. L’occhio di una tempesta è di solito circolare e tipicamente 25-40 miglia (40-65 km) di diametro. È circondato dall’eyewall, dove si verifica il tempo più severo di un ciclone. La pressione barometrica più bassa del ciclone si verifica nell’occhio, e può essere fino al 15% più bassa della pressione atmosferica al di fuori della tempesta.
Definizioni di base
Una vista dall’interno dell’occhio dell’uragano Betsy. In questa fotografia, scattata dagli Hurricane Hunters su un aereo al centro dell’occhio, si vedono le nuvole basse che coprono l’oceano in primo piano, con l’eyewall che incombe a miglia di altezza sullo sfondo.
L’occhio è forse la caratteristica più riconoscibile dei cicloni tropicali. Circondato da un muro verticale di temporali (l’eyewall), l’occhio è un’area approssimativamente circolare al centro della circolazione del ciclone. Nei cicloni tropicali forti, l’occhio è caratterizzato da venti leggeri e cielo sereno, circondato su tutti i lati da una torreggiante e simmetrica parete oculare. Nei cicloni tropicali più deboli, l’occhio è meno ben definito e può essere coperto da un denso overcast centrale, che è un’area di nuvole alte e spesse che si vedono chiaramente sulle immagini satellitari. Le tempeste più deboli o disorganizzate possono anche presentare un’eyewall che non circonda completamente l’occhio, o avere un occhio che presenta forti piogge. In tutte le tempeste, comunque, l’occhio è la posizione della minima pressione barometrica della tempesta: l’area dove la pressione atmosferica a livello del mare è la più bassa.
Struttura
Un tipico ciclone tropicale avrà un occhio di circa 25 miglia (40 km) di diametro, solitamente situato al centro geometrico della tempesta. L’occhio può essere chiaro o con nubi basse a macchie (un occhio chiaro), può essere pieno di nubi a basso e medio livello (un occhio pieno), o può essere oscurato dal denso cielo centrale. C’è, comunque, molto poco vento e pioggia, specialmente vicino al centro. Questo è in netto contrasto con le condizioni nell’eyewall, che contiene i venti più forti della tempesta.
Anche se normalmente è abbastanza simmetrico, gli occhi possono essere oblunghi e irregolari, specialmente nelle tempeste che si indeboliscono. Un grande occhio irregolare è un occhio non circolare che appare frammentato, ed è un indicatore di un ciclone tropicale debole o in fase di indebolimento. Un occhio aperto è un occhio che può essere circolare, ma la parete oculare non circonda completamente l’occhio, indicando anche un ciclone in fase di indebolimento e privo di umidità.
L’uragano Nate, visto in questa foto del 6 settembre 2005, presenta un occhio pieno di nubi.
Mentre le tipiche tempeste mature hanno occhi di qualche decina di miglia di diametro, le tempeste in rapida intensificazione possono sviluppare un occhio estremamente piccolo, chiaro e circolare, chiamato occhio stenopeico. Le tempeste con l’occhio stenopeico sono inclini a grandi fluttuazioni di intensità e forniscono difficoltà e frustrazioni per i meteorologi.
Gli occhi piccoli (meno di 10 nmi di diametro) spesso innescano cicli di sostituzione dell’eyewall, dove una nuova eyewall inizia a formarsi al di fuori dell’eyewall originale. Questo può avvenire ovunque da dieci a poche centinaia di miglia (da quindici a centinaia di chilometri) al di fuori dell’occhio interno. Il risultato è che la tempesta ha due cigli concentrici, o un “occhio nell’occhio”. Nella maggior parte dei casi, l’eyewall esterno si contrae subito dopo la sua formazione, soffocando l’occhio interno e creando un occhio molto più grande, ma stabile. Mentre questo processo tende a indebolire le tempeste nel momento in cui si verifica, la nuova ciminiera può contrarsi abbastanza rapidamente dopo che la vecchia ciminiera si dissipa, causando un nuovo rafforzamento della tempesta e la ripetizione del processo. La contrazione della nuova coltre può innescare un altro ciclo di sostituzione della coltre.
Gli occhi possono variare in dimensioni da 200 miglia (320 km) (tifone Carmen) a sole due miglia (3 km) (uragano Wilma) di diametro. Mentre è molto raro che le tempeste con grandi occhi diventino molto intense, ciò accade, specialmente negli uragani anulari. L’uragano Isabel è stato l’undicesimo uragano atlantico più potente di tutti i tempi, e ha sostenuto un grande occhio largo 40-50 miglia (65-80 km) per un periodo di diversi giorni.
Formazione
I cicloni tropicali si formano tipicamente da grandi aree disorganizzate di tempo disturbato nelle regioni tropicali. Man mano che si formano e si riuniscono più temporali, la tempesta sviluppa bande di pioggia che iniziano a ruotare intorno a un centro comune. Man mano che la tempesta guadagna forza, si forma un anello di convezione più forte a una certa distanza dal centro di rotazione della tempesta in via di sviluppo. Poiché i temporali più forti e le piogge più pesanti segnano le aree con correnti ascensionali più forti, la pressione barometrica in superficie comincia a scendere e l’aria comincia ad accumularsi nei livelli superiori del ciclone. Questo si traduce nella formazione di un anticiclone di livello superiore, o di un’area di alta pressione atmosferica sopra la nuvola centrale densa. Di conseguenza, la maggior parte di quest’aria accumulata scorre verso l’esterno in modo anticiclonico sopra il ciclone tropicale.
Tuttavia, una piccola parte dell’aria accumulata, invece di fluire verso l’esterno, fluisce verso il centro della tempesta. Questo fa sì che la pressione dell’aria aumenti ulteriormente, fino al punto in cui il peso dell’aria contrasta la forza delle correnti ascensionali nel centro della tempesta. L’aria comincia a scendere nel centro della tempesta, creando un’area per lo più priva di pioggia; un occhio appena formato. Gli scienziati non sanno perché un anello di convezione si forma intorno al centro della circolazione invece che sopra di esso, o perché l’anticiclone di livello superiore espelle solo una parte dell’aria in eccesso sopra la tempesta. Esistono centinaia di teorie sull’esatto processo con cui si forma l’occhio: tutto ciò che si sa per certo è che l’occhio è necessario ai cicloni tropicali per raggiungere alte velocità del vento.
Rilevazione
La formazione di un occhio è quasi sempre un indicatore dell’aumento dell’organizzazione e della forza del ciclone tropicale. Per questo motivo, i meteorologi osservano da vicino le tempeste in via di sviluppo alla ricerca di segni di formazione dell’occhio.
Per le tempeste con un occhio chiaro, il rilevamento dell’occhio è semplice come guardare le immagini di un satellite meteorologico. Tuttavia, per le tempeste con un occhio pieno, o un occhio completamente coperto da un denso cielo centrale, devono essere utilizzati altri metodi di rilevamento. Le osservazioni dalle navi e dagli Hurricane Hunters possono individuare visivamente un occhio, cercando un calo della velocità del vento o la mancanza di precipitazioni nel centro della tempesta. Negli Stati Uniti, una rete di stazioni radar NEXRAD Doppler può rilevare gli occhi vicino alla costa. I satelliti meteorologici trasportano anche attrezzature per misurare il vapore acqueo atmosferico e le temperature delle nuvole, che possono essere utilizzate per individuare un occhio in formazione. Inoltre, gli scienziati hanno recentemente scoperto che la quantità di ozono nell’occhio è molto più alta di quella nella parete dell’occhio, a causa dell’aria che affonda dalla stratosfera ricca di ozono.
Fenomeni associati
Cicli di sostituzione dell’occhio
I cicli di sostituzione dell’occhio, chiamati anche cicli concentrici dell’occhio, si verificano naturalmente nei cicloni tropicali intensi, generalmente con venti superiori a 115 mph (185 km/h), o uragani maggiori (cat 3 o superiori). Quando i cicloni tropicali raggiungono questa soglia di intensità, e l’eyewall si contrae o è già sufficientemente piccolo (vedi sopra), alcune delle bande di pioggia esterne possono rafforzarsi e organizzarsi in un anello di temporali – un eyewall esterno – che lentamente si muove verso l’interno e ruba all’eyewall interno la sua necessaria umidità e momento angolare. Poiché i venti più forti si trovano nell’eyewall di un ciclone, il ciclone tropicale di solito si indebolisce durante questa fase, poiché la parete interna viene “soffocata” da quella esterna. Alla fine l’eyewall esterno sostituisce completamente quello interno, e la tempesta può reintensificarsi.
La scoperta di questo processo è stata parzialmente responsabile della fine dell’esperimento di modifica degli uragani del governo americano Project Stormfury. Questo progetto si proponeva di seminare le nuvole al di fuori dell’eyewall, causando la formazione di una nuova eyewall e indebolendo la tempesta. Quando si scoprì che questo era un processo naturale dovuto alla dinamica degli uragani, il progetto fu rapidamente abbandonato.
Quasi ogni uragano intenso subisce almeno uno di questi cicli durante la sua esistenza. L’uragano Allen del 1980 è passato attraverso ripetuti cicli di sostituzione dell’eyewall, oscillando più volte tra la categoria 5 e la categoria 3 della scala Saffir-Simpson. L’uragano Juliette (2001) è stato un raro caso documentato di tripla palpebra.
Fossati
Un fossato in un ciclone tropicale è un anello chiaro al di fuori dell’eyewall, o tra gli eyewall concentrici, caratterizzato da aria che affonda lentamente, poche o nessuna precipitazione, e flusso dominato dalla tensione. Il fossato tra le pareti oculari è solo un esempio di una zona di rapida filamentazione, o una zona nella tempesta in cui la velocità di rotazione dell’aria cambia notevolmente in proporzione alla distanza dal centro della tempesta. Tali regioni dominate dalla deformazione si possono potenzialmente trovare vicino a qualsiasi vortice di forza sufficiente, ma sono più pronunciate nei forti cicloni tropicali.
Mesovortici della parete dell’occhio
I mesovortici dell’eyewall mostrano spesso un comportamento insolito nei cicloni tropicali. Di solito ruotano intorno al centro di bassa pressione, ma a volte rimangono stazionari. È stato anche documentato che i mesovortici dell’eyewall attraversano l’occhio del ciclone. Questi fenomeni sono stati documentati in modo osservativo, sperimentale e teorico.
I mesovortici oculari sono un fattore significativo nella formazione di tornado dopo il landfall dei cicloni tropicali. I mesovortici possono generare una rotazione in singoli temporali (un mesociclone), che porta all’attività tornadica. Al landfall, si genera attrito tra la circolazione del ciclone tropicale e la terra. Questo può permettere ai mesocicloni di scendere in superficie, causando grandi focolai di tornado.
Effetto stadio
L’effetto stadio è un fenomeno occasionalmente osservato nei forti cicloni tropicali. Si tratta di un evento abbastanza comune, in cui le nuvole dell’eyewall curvano verso l’esterno della superficie con l’altezza. Questo dà all’occhio un aspetto simile a una cupola aperta dall’aria, simile a uno stadio sportivo. Un occhio è sempre più grande nella parte superiore della tempesta, e più piccolo nella parte inferiore, perché l’aria che sale nell’eyewall segue isolinee di uguale momento angolare, che si inclinano anch’esse verso l’esterno con l’altezza. Questo fenomeno si riferisce alle caratteristiche dei cicloni tropicali con occhi molto piccoli, dove il fenomeno della pendenza è molto più pronunciato.
Pericoli
Anche se l’occhio è di gran lunga la parte più calma della tempesta, con assenza di vento al centro e cielo tipicamente sereno, sull’oceano è probabilmente la zona più pericolosa. Nell’eyewall, le onde guidate dal vento viaggiano tutte nella stessa direzione. Nel centro dell’occhio, tuttavia, le onde provenienti da tutte le direzioni convergono, creando creste erratiche che possono accumularsi l’una sull’altra, creando onde canaglia. L’altezza massima delle onde degli uragani è sconosciuta, ma una nuova ricerca indica che gli uragani tipici possono avere altezze d’onda che si avvicinano a 100 piedi (33 m). Un errore comune, specialmente in aree dove gli uragani non sono comuni, è che i residenti escano per ispezionare i danni mentre l’occhio passa, pensando che la tempesta sia finita. Vengono poi colti completamente di sorpresa dai venti violenti nell’eyewall opposto. Il National Weather Service sconsiglia vivamente di lasciare il rifugio mentre l’occhio passa sopra.
Altre tempeste
Anche se solo i cicloni tropicali hanno strutture ufficialmente chiamate “occhi”, ci sono altre tempeste che possono mostrare strutture simili agli occhi:
Le minime polari
Le minime polari sono sistemi meteorologici a mesoscala (tipicamente più piccoli di 600 miglia o 1000 km di diametro) che si trovano vicino ai poli. Come i cicloni tropicali, si formano su acque relativamente calde, possono essere caratterizzati da una profonda convezione (temporali) e da venti di forza di burrasca o superiori (> 31 mph, 50 km/h). A differenza delle tempeste di natura tropicale, tuttavia, prosperano a temperature molto più fredde e a latitudini molto più elevate. Sono anche più piccoli e durano meno (pochi durano più di un giorno o giù di lì). Nonostante queste differenze, possono avere una struttura molto simile a quella dei cicloni tropicali, con un occhio chiaro circondato da un eyewall e da bande di pioggia/neve.
Tempeste extratropicali
Le tempeste extratropicali sono aree di bassa pressione che esistono al confine di diverse masse d’aria. Quasi tutte le tempeste che si trovano alle medie latitudini sono di natura extratropicale, compresi i classici nor’easter nordamericani e le tempeste di vento europee. Le più gravi di queste possono avere un chiaro “occhio” nel punto di più bassa pressione barometrica, anche se di solito è circondato da nuvole più basse, non convettive e si trova vicino alla parte posteriore della tempesta.
Tempeste subtropicali
Le tempeste subtropicali sono cicloni che hanno alcune caratteristiche extratropicali e alcune caratteristiche tropicali. Come tali, possono avere un occhio, ma non sono vere tempeste tropicali. Le tempeste subtropicali possono essere molto pericolose, con venti e mari alti, e spesso evolvono in vere tempeste tropicali. Come tale, il National Hurricane Centre ha iniziato a includere le tempeste subtropicali nel loro schema di denominazione nel 2002.
Tornado
I tornado sono tempeste distruttive su piccola scala, che producono i venti più veloci sulla terra. Ci sono due tipi principali: i tornado a vortice singolo, che consistono in una singola colonna d’aria che gira, e i tornado a vortice multiplo, che consistono in piccoli vortici di aspirazione, simili a mini-tornado, che ruotano tutti intorno a un centro comune. Entrambi questi tipi di tornado sono teorizzati per avere centri calmi, indicati da alcuni meteorologi come “occhi”. Queste teorie sono supportate da osservazioni radar doppler e testimonianze oculari.