Scienza che studia l'atmosfera terrestre e i suoi fenomeni dinamici e termodinamici basandosi prevalentemente sull'osservazione. Benché il termine m. sia stato coniato da Aristotele, il quale scrisse anche il primo trattato relativo a questa scienza, vere e proprie ricerche in questo campo non furono condotte fino ai secc. XV-XVI, quando N. Cusano e L. da Vinci giunsero a determinare l'umidità dell'aria. A partire dal XVII sec. le ricerche di m. progredirono più velocemente grazie all'invenzione del termometro (1612) e del barometro (1644). Nel 1654 L. Antinori curò l'installazione di stazioni meteorologiche in diverse città italiane ed estere, allo scopo di effettuare osservazioni meteorologiche sistematiche contemporaneamente in diversi luoghi. Nel Settecento e nella prima metà dell'Ottocento si ebbe un notevole sviluppo strumentale relativo alla m., con l'invenzione dell'igrometro a condensazione, dello psicometro, del piroeliometro e l'introduzione delle varie scale termometriche e della scala Beaufort. Solo dopo la metà del XIX sec. ebbe inizio lo studio della m. in funzione delle previsioni del tempo. Il primo servizio meteorologico venne organizzato in Francia da U.-J.-J. Le Verrier, su incarico di Napoleone III, poi in Inghilterra da Fitzroy, quindi in Olanda e in quasi tutti gli altri Stati, ma i risultati ottenuti furono inizialmente piuttosto scarsi. Fu solo con l'avvento su grande scala dell'aviazione civile, cioè dopo la prima guerra mondiale, che alle ricerche di m. fu dato un notevole impulso. Dopo la seconda guerra mondiale l'interesse dei meteorologi si indirizzò anche verso gli strati più alti dell'atmosfera terrestre (troposfera e stratosfera) alla ricerca dei possibili influssi che la situazione dinamica e fisica di quelle regioni può avere sulla bassa atmosfera. Oggi la m. è stata divisa in varie sezioni, a seconda dell'applicazione specifica che può avere. ║ M. dinamica: studia le cause e le conseguenze delle trasformazioni che avvengono nell'atmosfera, applicando all'atmosfera le leggi della dinamica e della termodinamica; si occupa inoltre dei movimenti che si verificano naturalmente nell'atmosfera, sia quelli verticali (moti convettivi), che quelli orizzontali (venti). La m. dinamica rappresenta quindi la principale base scientifica della previsione del tempo e della climatologia. ║ M. sinottica: studia l'evoluzione dei fenomeni atmosferici per mezzo di osservazioni registrate simultaneamente in numerose stazioni. Attraverso i rilievi condotti da tutte le stazioni in ore prestabilite è possibile ottenere un quadro generale dei processi in atto, della loro distribuzione ed evoluzione e quindi studiarli in funzione delle previsioni del tempo. Per accordo internazionale, i dati osservati al suolo o in quota nelle cosiddette ore sinottiche si riportano su apposite carte del tempo, mentre le sezioni verticali e i diagrammi di sondaggio si esprimono con simboli internazionali secondo regole fisse. Questi dati vengono poi analizzati e valutati onde ricavarne una rappresentazione il più possibile approssimata dello strato atmosferico, come era all'ora dell'osservazione, da cui dedurre quelli che saranno gli strati atmosferici futuri e gli sviluppi dei fenomeni meteorici. ║ M. aeronautica: si occupa degli effetti delle perturbazioni atmosferiche sull'uso dei mezzi aerei, dei razzi, dei missili e dei proiettili. Il compito di questi studi è quello di fornire agli aeronaviganti le previsioni relative alle condizioni di visibilità, alle intensità dei venti, e riguardanti tutte le condizioni fisiche e atmosferiche che un pilota può incontrare sia sulla superficie terrestre che in quota. Oltre alla visibilità meteorologica e a quella della pista, i piloti d'aereo devono tener presente gli effetti favorevoli o contrari della direzione del vento rispetto alla rotta seguita e in particolare gli effetti delle correnti a getto, che cingono il globo alle latitudini medie e subtropicali e al di sotto delle quali si sviluppano le grandi perturbazioni. Inoltre, per l'aviazione, la tropopausa, cioè lo stato di transizione fra troposfera e stratosfera, ha notevole importanza in quanto essa ha frequenti legami con alcune forme di turbolenza nell'aria e con il cambiamento della temperatura. ║ M. agraria: studia la previsione dei fenomeni atmosferici e le loro caratteristiche in funzione delle ripercussioni che possono avere sull'agricoltura. La m. agraria fornisce quindi le norme relative agli adattamenti dei differenti tipi e varietà di piante in relazione alle loro esigenze e alle caratteristiche naturali dell'ambiente. Vengono prese in considerazione le variazioni di pressione e di umidità, la natura e l'andamento delle precipitazioni, l'evaporazione dell'acqua caduta al suolo, la temperatura giornaliera, le caratteristiche atmosferiche, cioè ogni fenomeno meteorico riguardante l'atmosfera che possa in qualche modo influenzare la produzione e le attività agricole. ║ M. marittima: studia la m. applicata alle operazioni in mare. Ne fanno parte le previsioni del moto ondoso, l'andatura e la velocità dei venti, il giusto impiego del radar e del sonar nel mare, le previsioni degli uragani e dei cicloni e la conseguente scelta di quelle rotte che rendono i viaggi per mare più rapidi e sicuri. ║ M. statistica: descrive statisticamente il comportamento climatico di una regione, evidenziando i valori medi, quelli normali, le frequenze, le variazioni e le distribuzioni degli avvenimenti meteorologici in quella zona. ║ Principali elementi indicativi dell'evoluzione meteorologica: per la formulazione delle previsioni del tempo è necessario monitorare ad intervalli costanti l'evoluzione della struttura atmosferica e in particolare dei valori di determinati parametri dell'atmosfera quali la temperatura, la pressione e l'umidità dell'aria, la direzione e l'intensità dei venti, ecc. Per atmosfera si intende l'involucro gassoso che avvolge il globo terrestre; l'altezza dell'atmosfera non è ben conosciuta, ma il limite entro cui si manifestano molti fenomeni fisici non supera i 250-300 km. L'aria che costituisce l'atmosfera è un miscuglio di gas in cui predominano l'azoto e l'ossigeno; vi si trovano inoltre l'argo, l'idrogeno e i cosiddetti gas rari. L'aria più vicina alla superficie terrestre contiene inoltre sostanze estranee come anidride carbonica, vapore acqueo e pulviscolo atmosferico. L'atmosfera si distingue in tre zone, la troposfera (la zona più bassa che si eleva fino a 11-12 km di altezza), la stratosfera (la zona che si eleva fino a circa 80 km) e la ionosfera (dagli 80 ai 500 km). Al di sopra della ionosfera vi è infine lo strato di Appleton che riflette le onde corte che riescono ad attraversare lo strato precedente. La temperatura atmosferica è dovuta al Sole; l'aria si riscalda non tanto per l'azione diretta dei raggi solari, quanto per il calore che la Terra, raffreddandosi, rimanda per irradiazione. La temperatura atmosferica varia per diversi fattori, come l'altitudine, la latitudine, la varia durata del giorno e della notte, le correnti marine e i venti, l'umidità e la vegetazione. La pressione atmosferica è dovuta all'aria che, come tutti i gas, pesa e quindi esercita una pressione sulla superficie terrestre. La pressione atmosferica varia per diversi fenomeni come l'altitudine, la temperatura e l'umidità. L'umidità atmosferica è la quantità di vapore acqueo contenuto nell'atmosfera per evaporazione delle acque terrestri o oceaniche, per la traspirazione delle piante e per altre cause minori. Quando l'aria satura di vapore acqueo subisce un raffreddamento, il vapore si condensa in forma di minutissime goccioline che divengono visibili sotto forma di nebbia: ciò succede quando la condensazione avviene negli strati più bassi dell'atmosfera. Infatti se la condensazione avviene negli strati più alti dell'atmosfera abbiamo la formazione di nuvole. Quando la condensazione, per un abbassamento della temperatura, è così intensa che le gocce non riescono più a sostenersi nell'aria e precipitano sulla superficie terrestre, assistiamo al fenomeno della pioggia. Essa si forma per l'innalzarsi di masse d'aria umida e calda che, giunte in alto, si raffreddano. La neve si crea quando la condensazione in quota avviene al di sotto degli 0 °C; la grandine, quando la condensazione avviene per un brusco raffreddamento dell'aria; la rugiada, quando la condensazione avviene sulla superficie terrestre per il notevole raffreddamento notturno, la brina quando la condensazione avviene sulla superficie terrestre al di sotto degli 0 °C. I venti sono spostamenti di masse d'aria dai punti di maggior pressione a quelli di minor pressione, o dai punti più freddi a quelli più caldi. Nei venti si distingue la direzione (indicata dal punto dell'orizzonte da cui spira il vento), la velocità (indicata dallo spazio percorso in un dato tempo) e l'intensità (indicata dalla pressione che il vento esercita su una superficie colpita normalmente). ║ Previsioni meteorologiche: si basano sullo studio fisico delle masse d'aria e delle discontinuità fra masse d'aria diverse, condotto in seguito alla raccolta di dati meteorologici. Queste informazioni vengono elaborate, contemporaneamente e ad ore fisse, in tutte le stazioni distribuite nel mondo; le informazioni vengono quindi inviate ai rispettivi Centri nazionali e da qui al Centro europeo per le previsioni a medio termine situato a Reading, in Gran Bretagna. I dati necessari consistono in misurazioni strumentali di temperatura, pressione, tendenza barometrica, punto di rugiada, umidità relativa, quantità di precipitazioni, velocità e direzione dei venti, e in osservazioni non strumentali di fenomeni quali la nuvolosità, il tipo di nubi, il tipo di precipitazioni. La raccolta di informazioni può essere condotta attraverso stazioni al suolo, mediante palloni-sonda lanciati fino a un'altezza di 20.000 m o anche con razzi-sonda che possono raggiungere i 65-70 km. Dagli anni Sessanta vengono utilizzati anche i satelliti artificiali che possono essere collocati in un'orbita polare (il Tiros N, a 830 km di altezza) oppure in orbita geostazionaria, cioè equatoriale (il Meteosat, a 36.000 km di altezza). L'utilità dei satelliti è quella di poter fornire informazioni anche relative a zone della Terra, desertiche od oceaniche, su cui scarseggiano stazioni, oltre che permettere un'osservazione generale dei fenomeni utile per comprendere meglio l'evoluzione del tempo e del clima. Prima dell'avvento dei satelliti e della tecnologia informatica i dati raccolti al suolo e in quota venivano riportati su carte geografiche e quindi analizzati dal meteorologo. Fondamentale a questo scopo era la costruzione delle isobare che evidenziano le zone cicloniche (bassa pressione caratterizzata da moti convettivi ascendenti) e le zone anticicloniche (alta pressione caratterizzata da moti discendenti). Dalla rappresentazione delle isobare si poteva dedurre anche la distribuzione dei venti in quanto essi tendono a spostarsi parallelamente alle isobare. Per l'analisi del tempo si procedeva quindi studiando le proprietà fisiche delle masse d'aria e degli eventuali fronti con particolare attenzione alle condizioni di stabilità o di instabilità deducibili dal tipo di nubi (cumuli = instabilità; nubi stratificate = stabilità) e dalla distribuzione in quota della temperatura e dell'umidità. Dal confronto tra la posizione assunta dalle masse d'aria e quella che esse avevano nella carta precedente, il meteorologo poteva già trarre delle deduzioni sulla loro evoluzione e sul loro spostamento; l'analisi della distribuzione dei venti permetteva inoltre di avanzare ipotesi sul futuro spostamento delle masse d'aria e sull'eventuale formazione o dissoluzione di un fronte. Il passo successivo consisteva nel prevedere eventuali variazioni nelle proprietà fisiche delle masse d'aria a causa del passaggio su regioni con caratteristiche fisiche più o meno diverse da quelle delle regioni di origine (V. MASSA) e quindi la tendenza della massa d'aria alla stabilità o all'instabilità con conseguenti formazioni nuvolose e possibili precipitazioni. L'avvento dei calcolatori elettronici ha reso il processo di previsione del tempo completamente automatizzato per cui, a partire dai dati osservati, attraverso simulazioni e modelli matematici si riproducono i processi fisici atmosferici che sono all'origine dei fenomeni meteorologici e si giunge a disporre dei valori che le grandezze atmosferiche assumeranno nel periodo di validità della previsione. Utilizzando poi programmi detti di post-elaborazione, i valori ottenuti vengono associati alla struttura atmosferica prevista per ottenere la previsione del tempo vera e propria. La durata della previsione è in funzione dell'estensione dell'area geografica di osservazione. Un rilevamento locale è sufficiente per una previsione di poche ore, mentre per una previsione di 12 ore su una zona relativamente vasta (per esempio l'intera Italia) è necessario osservare il tempo e misurare temperatura, pressione, umidità e venti fino a 20-30 km di quota e sull'intera area europea. Per previsioni di due-quattro giorni l'area da esaminare è l'intero emisfero boreale; per durate superiori (sette-dieci giorni) le osservazioni devono estendersi all'intera troposfera terrestre, compresi gli oceani e le calotte polari. Il limite delle previsioni a lunga scadenza è che le soluzioni delle equazioni della dinamica dell'atmosfera dipendono fortemente dalle condizioni iniziali, per cui un errore anche minimo dei rilievi di partenza viene amplificato esponenzialmente nel tempo.
Grafico: le precipitazioni annue in Italia

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