Il documento fornisce un'analisi dettagliata sulle scie di condensa (contrails) e i fenomeni associati alla formazione delle nuvole, spiegando i processi atmosferici coinvolti, come la condensazione e la sublimazione. Vengono discussi i requisiti per la formazione delle contrails, tra cui temperatura, umidità relativa e le condizioni atmosferiche necessarie. Infine, si descrivono le scie generate dagli aerei e i fattori che ne influenzano la persistenza e la visibilità.

1. Nuoro 9/03/2007 www.sciesardegna.it

2. Chemtrails o Contrails Che cosa sono?

3. Fumi artificiali utilizzati durante le esibizioni acrobatiche

11. Nuoro 10/5/2006 Scie di condensa CONTRAILS Che cosa sono? o

12. Scia Persistente Scia NON Persistente Scia persistente Scia non persistente

13. Il fenomeno della condensazione La struttura dell’atmosfera I vari tipi di nubi Le scie di condensazione Analisi

14. Il ciclo dell’acqua: Solido Liquido Vapore Acqueo Fusione (– Q) Vaporizzazione (– Q) Sublimazione (– Q) Solidificazione (+ Q) Condensazione (+ Q) Brinamento o sublimazione (+ Q) Q = calore latente Il fenomeno della condensazione

15. Passaggio di stato: CONDENSAZIONE Umidità relativa RH=50% Aria satura di vapore RH =100%

16. Ad una data pressione e temperatura , la quantità di vapore acqueo che può essere contenuta in una certa massa d’aria è limitata. Oltre a questa quantità detta satura , tutto l’apporto supplementare di vapore subisce il fenomeno della CONDENSAZIONE .

17. La quantità di vapore contenuta nel box e’ costante L’aria contenuta nel box si comporta come una “spugna” la cui avidità cresce con la temperatura; cioè all’aumentare della temperatura aumenta la quantità saturante. Evaporazione Temperatura

18. La quantità di vapore contenuta nel box e’ costante Si definisce come PUNTO DI RUGIADA (Td) (DEWPOINT TEMPERATURE) la temperatura dell’aria alla quale si verifica la saturazione in condizioni di pressione e di quantità di vapore costanti. Condensazione Temperatura

19. Quantità di vapore acqueo per metro cubo d’aria satura (p=1 atm) 82,23 50 50,67 40 30,08 30 17,15 20 12,74 15 9,36 10 4,83 0 2,28 -10 1,07 -20 gr. di vapore acqueo Temperatura (°C)

20. Punto di rugiada (T d ) T d < 0°C Td > 0°C Sublimazione Condensazione nebbia o rugiada cristalli di ghiaccio: brina

21. L’umidità relativa (relative humidity) L’umidità relativa esprime, attraverso una percentuale, quanto la massa d’aria è lontana dalla saturazione, cioè quanto è lontana dal punto di rugiada . Una massa d’aria umida al 100% non è dunque l’interno di un acquario, ma una massa satura in vapore acqueo, in cui ogni apporto supplementare di vapore provoca la condensazione o la sublimazione. Pertanto essendo funzione della saturazione essa varia con l’inverso della temperatura

22. Saturazione di una massa d’aria numeratore denominatore Aumentando il Vapore acqueo contenuto nella massa d’aria Raffreddando la massa d’aria lasciando invariata la quantità di vapore esistente: si riduce così il vapore max contenibile

23. La struttura dell’atmosfera TROPOSFERA (sfera dei cambiamenti) La troposfera contiene i ¾ dell’aria atmosferica, cioè la quasi totalità del vapore acqueo e delle idrometeore . In tale fascia si manifestano in genere la maggior parte dei voli. TROPOPAUSA E’ l’estremità superiore della Troposfera: varia a seconda delle latitudini e a seconda delle stagioni. La Tropopausa e’ minima in prossimità dei poli d’inverno (7000m) e massima in prossimità dell’equatore d’estate (17000m). Alle latitudini medie e’ di circa 36000 ft (11000 m) sopra il livello medio dei mari . STRATOSFERA e’ una regione secca, con umidità simile a quella del Sahara. Le nubi sono rare Sfera terrestre Stratosfera 11000 m Troposfera 17000 m 7000 m

24. Variazione dei parametri atmosferici con la quota All’aumentare della quota si ha: Riduzione della temperatura Riduzione della pressione Riduzione della densità

25. Modello ICAO Standard Atmosphere Riduzione della temperatura con la quota 8500 m - 40°C

26. Riduzione della pressione con la quota Modello ICAO Standard Atmosphere

27. Riduzione della densità con la quota Umidità relativa (RH %) Riduzione della temperatura Rarefazione del vapore acqueo Dati tratti dal testo:”I visitatori del cielo” autore: Huber Aupetit Umidità relativa quota 18% 16000 m 28% 12000 m 32% 10000 m

28. Sonde meteorologiche ITALIA: 8 Località 2 volte al giorno: ORE 00:00 GMT ORE 12:00 GMT

29. AEROSONDE o SONDE METEOROLOGICHE Pressione Umidità Temperatura Vento Ø=2 m (h=0) Ø=8 m (h=25000-30000 m) 6 79 0.06 4 -52.1 -20.1 5900 490 6 85 0.15 9 -44.5 -19.5 5750 500 5 107 0.31 17 -36.9 -17.9 5443 521 5 110 0.32 18 -36.5 -17.5 5399 524 6 93 0.6 21 -29.1 -11.1 4642 579 6 90 0.29 10 -36.5 -10.5 4511 589 6 81 0.93 29 -23.5 -8.5 4114 620 7 70 0.65 16 -26.7 -4.7 3601 662 7 60 1.76 39 -14.7 -2.7 3160 700 8 54 2.32 50 -10.9 -1.9 2936 720 8 45 1.48 29 -16 0 2654 746 9 40 2.27 43 -10.4 0.7 2462 764 10 34 2.72 51 -8 1 2379 772 11 30 2.97 54 -6.8 1.4 2316 778 10 34 3.41 60 -4.8 2.2 2214 788 3 60 4.08 57 -1.4 6.6 1597 850 1 335 5.78 66 4.6 10.6 896 925 0 0 6.6 70 7 12.2 620 956 1 21 7.34 73 8.9 13.6 394 982 2 35 7.55 72 9.6 14.6 241 1000 3 279 7.06 63 9 16 21 1027 3 270 9.1 80 12.8 16.2 5 1029 knot deg g/kg % C C m hPa SKNT DRCT MIXR RELH DWPT TEMP HGHT PRES

30. Cagliari Elmas 30-11-2006 ORE 13:00

32. Sensibilità degli strumenti raccomandazioni del WMO (World Meteorological Organization): la misurazione della temperatura e della umidità relativa avvengono in forma diretta e con continuità lungo l'ascesa del pallone aerostatico. Temperatura Errore max 1°C Umidità relativa Condensatore con dielettrico spugnoso Errore medio 10% Ciclo d’isteresi (in uscita da una nube )

33. Una nuvola è il risultato di un’atmosfera in condizioni di saturazione-sublimazione: vi sono in sospensione goccioline d’acqua e/o cristalli di ghiaccio. All’interno di una nuvola, in generale, si verificano fenomeni di condensazione , sublimazione , evaporazione , rilascio di calori latenti . Cos’è una Nuvola ? Formazione di una nuvola Requisiti per la formazione di una nuvola: Vapore Acqueo Nuclei di condensazione Raffreddamento

34. Le nuvole non si formano nell’aria secca . Il loro sviluppo richiede un’adeguata quantità di vapore acqueo in modo che con un adeguato raffreddamento si verifichi il cambiamento di stato da vapore acqueo a gocce d’acqua e/o cristalli di ghiaccio. Pertanto le nuvole per formarsi richiedono elevati valori di umidità relativa (RH) e quindi piccole differenze tra la temperatura dell’aria e il punto di rugiada ( piccoli valori del “temperature dewpoint spread”). Vapore Acqueo

35. Per condensare il vapore acqueo sono inoltre necessari dei supporti materiali: erba sulla superficie del suolo polveri in sospensione nell’atmosfera cristalli di sale (provenienti dall’evaporazione dell’acqua del mare). Senza di loro sarebbe molto più difficile che il cambiamento di stato accada. Nuclei di condensazione In aria pura si può verificare il fenomeno della SOVRASSATURAZIONE in cui la quantità di vapore acqueo può superare di molto il limite di saturazione senza che ci sia condensazione. Tale situazione è di equilibrio instabile e basta un po’ di pulviscolo per generare una condensazione massiva. Nel caso di temperature estremamente basse(-40°C) il vapore può trasformarsi direttamente in ghiaccio (fenomeno della SOVRAFFUSIONE ).

36. Se il volume d’aria considerato non ha raggiunto il punto di saturazione, per potersi formare una nuvola è necessario o aggiungere del vapore acqueo o raffreddare ulteriormente l’atmosfera avvicinandosi così alla temperatura di rugiada; in entrambi i casi deve essere raggiunta un’umidità relativa del 100%. Raffreddamento Raffreddamento da contatto Raffreddamento da espansione adiabatico

37. Raffreddamento da espansione Riscaldamento da compressione Processo Adiabatico secco (dry adiabatic process) Una particella che si muove verso l’alto riduce la sua temperatura utilizzando la sua energia interna per espandersi. Viceversa, se la particella si muove verso il basso subisce una compressione e quindi un riscaldamento . Il processo adiabatico secco è un processo termodinamico e segue leggi ben precise: 3°C ogni 1000 feet Una particella di aria che cambia la sua quota deve adeguare la propria pressione con quella dell’ambiente circostante .

38. Sono le scie generate dalla condensazione che si verifica quando l’aria è molto umida , per il raffreddamento adiabatico indotto dalla depressione generata dal dorso delle superfici portanti del velivolo. Queste contrails sono tipicamente sottili e di vita breve . Scie aerodinamiche di questo tipo sono spesso visibili nei vortici di estremità alare, specialmente quando le superfici alari sono sottoposte ad elevati carichi alari (quindi a forti depressioni) durante le fasi di decollo o di atterraggio in condizioni di clima umido . Raffreddamento da Espansione Adiabatica Scie Aerodinamiche (Aerodynamic or wing-tip contrails) - Δ P + Δ P

39. Esempio di scie aerodinamiche in presenza di F14 Tomcat F18 Hornet elevati carichi alari

40. Fase di atterraggio ( max apertura degli ipersostentatori) ELEVATI CARICHI ALARI

41. Le nubi Nelle ZONE TEMPERATE si ha: Quota Aspetto Stratus Stratocumulus Regione Inferiore (o bassa CL) 0-2Km Cumulonimbus Nubi a sviluppo verticale Cumulus Nimbostratus Altostratus Regione Media (CM) 2-5Km Altocumulus Cirrostratus Cirrocumulus Regione superiore (o alta CH) 5-13Km: sono essenzialmente composte da cristalli di ghiaccio Cirrus

42. CIRRI Aspetto bianco fibroso , permeabile alla luce solare . La sottigliezza e la trasparenza sono dovute alla disposizione dei cristalli di ghiaccio .

43. Il motore a getto Andamento della temperatura del fluido in un motore a getto: 500 °C CALORE VAPORE

44. E’ una scia di compensazione (streak of clearing) che si verifica dietro un aereo che vola vicino al top o all’interno di un sottile strato nuvoloso. In questo caso, il calore immesso dai gas combusti miscelandosi, grazie ai vortici di scia (downwash) con l’aria umida presente nello strato nuvoloso crea la dissipazione della nuvola lungo la scia dell’aereo. Le distrails sono meno comuni delle contrails . Dissipation Contrails o Distrail

45. http://asd-www.larc.nasa.gov/GLOBE/resources/presentations/contrails_scool.pdf

48. 29 Gennaio 2007 GOES-12 visible channel imagery (eastern Texas, northern Louisiana, southern Arkansas, and Mississippi)

49. Sono le scie generate dalla condensazione del vapore acqueo contenuto nei gas di scarico dei motori, favorite dalla bassa temperatura dell’aria in quota e dall’emissione di numerosissimi nuclei solidi prodotti dalla combustione. A differenza delle Aerodynamic contrails, queste scie possono essere più consistenti e persistenti se l’aria nella quale esse si formano è estremamente fredda e prossima alla saturazione . Exhaust contrails

50. Se l’atmosfera circostante è lontana dal punto di saturazione , le scie in breve tempo si miscelano con l’ambiente secco circostante: si verifica così l’evaporazione della scia . Pertanto una SCIA PERSISTENTE può formarsi solo in un’atmosfera con alti valori di umidità relativa UMIDITA’ RELATIVA maggiore del 70% Condizione necessaria Per la formazione di una contrails persistente

51. Nuvole artificiali

52. Aspetto bianco fibroso , permeabile alla luce solare; poco dopo il tramonto del sole esse diventano di colore rosa o rosso vivo. Tale scia è paragonabile ad un cirro o ad un cirro cumulo: La sottigliezza e la trasparenza sono dovute alla disposizione dei cristalli di ghiaccio . Sono pertanto interamente costituite da cristalli di ghiaccio Temperatura inferiore a -40 °C Sublimazione Ghiaccio Vapore

53. Vincoli da soddisfare per avere una contrails persistente Umidità relativa maggiore del 70% Temperatura inferiore a – 40°C

54. Secondo la US Air Force , la normale emissione dagli aerei di scie di condensa, o contrails, si forma al di sopra dei 33.000 piedi (10 km) allorché i gas caldi di scarico dei motori condensano temporaneamente in cristalli di ghiaccio e rapidamente svaniscono. Secondo le definizioni tratte da pubblicazioni di enti come l’ EPA o il FAA , una scia di condensazione consiste fondamentalmente di vapore acqueo, immesso nell’atmosfera, dagli scarichi caldi di un motore, in quantità sufficiente a saturare ; una volta a contatto con l’aria fredda d’alta quota, si condensa momentaneamente in cristalli di ghiaccio o goccioline d’acqua. Di norma queste scie si formano soltanto dagli 8.000 metri in su , con temperature inferiori ai -40°C ed umidità relative non inferiori al 70%. Le scie di condensa si dissipano mediamente in una cinquantina di secondi, o al massimo qualche minuto . CONFERMATO dal nostro studio

56. ore 14,44 ore 14,55 ore 14,47 ore 14,45 Aeroporto Cagliari Elmas 7 giugno 2006

57. ore 14,56 ore 15,13 ore 15,13 ore 15,13 Ma non tutti gli aerei che in quel momento stavano sorvolavano l’Aeroporto di Cagliari-Elmas, erano privi di scie.

58. Dati rilevati dalla sonda meteo : Cagliari Elmas 7 Giugno 2006 ore 13:00

59. Cosa c’è di strano? Oristano 13/05/2006 ore 20:06

62. Oristano 13/05/2006 ore 20:06 La sequenza delle foto scattata da Franco Caddeo in data 13/05/2006 nell’Oristanese mette in evidenza due velivoli simili dotati di due propulsori a getto alari che volano all’incirca allo stesso livello di volo . E’ possibile evidenziare che il livello di volo non e’ notevolmente differente in quanto eseguendo altre due foto con uguale rapporto d’ingrandimento (zoom) sui due singoli velivoli le sagome occupano all’incirca gli stessi pixel. La differenza sostanziale consiste nel fatto che uno di essi emette una scia ben definita mentre l’altro non ha scia .

64. 23-10-2005

65. Cagliari Elmas 23 Ottobre 2005 Ore 13:00

66. Analisi del giorno 19/11/2006 13:00

67. Analisi del giorno 19/11/2006 Ore 13:00

68. 19/11/2006 Cagliari Elmas Dati rilevati dall’aerosonda alle ore 13:00

69. Ore 13.00 ZT (LIEE Cagliari ore 12Z 19 Nov 2006) 26 0.41 11 -32.5 -6.5 4145 618 28 0.49 13 -30.4 -6.1 4058 625 25 0.59 15 -28.4 -5.7 3971 632 25 0.63 16 -27.5 -5.5 3935 635 22 0.81 19 -24.5 -4.2 3750 650 22 1.71 31 -15 0 3163 700 17 1.95 28 -12.6 4.4 2606 750 16 2.27 32 -10.5 4.8 2509 759 15 2.77 39 -7.8 5.2 2381 771 9 1.11 14 -18.3 7.8 1875 820 7 0.9 11 -20.6 8.4 1766 831 4 1.74 21 -12.4 8.6 1579 850 4 1.84 22 -11.7 8.6 1560 852 6 2.23 27 -9.2 8.8 1492 859 7 4.18 53 -0.8 8.2 1406 868 11 6.25 79 5.1 8.5 1245 885 11 6.69 84 6.1 8.6 1217 888 10 7.09 82 7.3 10.2 1004 911 9 7.17 78 7.7 11.4 877 925 6 7.35 59 9.2 17.2 219 1000 5 7.98 56 10.8 19.8 5 1026 Kts g/kg % C C m hPa SKNT MIXR RELH DWPT TEMP HGHT PRES SKNT MIXR RELH DWPT TEMP HGHT PRES Kts g/kg % C C m hPa 38 0 1 -89.5 -61.4 14104 141 52 0 2 -87.5 -60.5 13720 150 53 0 2 -85.7 -58.7 13436 157 53 0 3 -83.8 -59.7 13166 164 47 0.01 21 -75.1 -64.1 11940 200 43 0.01 21 -75.7 -64.7 11819 204 42 0.01 21 -74.4 -63.2 11608 211 33 0.02 21 -67.9 -55.9 10550 250 33 0.04 33 -60.9 -51.9 9892 277 33 0.05 27 -58.1 -47.1 9392 299 33 0.05 27 -58.3 -47.3 9370 300 32 0.03 13 -61.9 -44.9 9109 312 24 0.13 19 -47.3 -31.3 7400 400 24 0.13 19 -47.3 -31.3 7382 401 27 0.11 15 -48.7 -30.3 7257 408 25 0.08 9 -51.3 -28.3 7012 422 18 0.06 6 -53.5 -26.6 6809 434 22 0.04 4 -56.2 -24.6 6563 449 22 0.03 2 -59.3 -22.3 6278 467 22 0.03 2 -59 -21.7 6215 471 21 0.03 2 -58.3 -20.6 6089 479 24 0.04 2 -56.7 -17.7 5770 500 14 0.05 2 -53 -12.6 5201 539 17 0.06 2 -52.2 -11.5 5075 548 18 0.06 2 -51.3 -10.3 4938 558

70. 22 Gennaio 2007

71. Nuoro ore 12:38 Nuoro ore 13:13 Nuoro 12:26 Nuoro 12:24

72. 22 Gennaio 2007 ore 15:00

73. 22 Gennaio 2007 ore 13:00

74. H. Appleman (1943) Valutazione della Temperatura di soglia Temperatura Pressione umidità ARIA ESTERNA GAS CALDI Vapore acqueo calore

75. Grafico utilizzato dalla US Air Force Global Weather Center per la previsione sulla formazione delle CONTRAILS CONTRAILS Persistent CONTRAILS http://asd-www.larc.nasa.gov/GLOBE/history.html

77. N.B. Se l’umidità relativa e’ sopra il 60% REL (RH%) DWPT (°C) TEMP(°C) HGHT (m) Press (hPa) 45 -60.1 -53.8 9993 271 48 -59.7 -53.7 9969 272 48 -58.5 -52.5 9827 278 50 -54.5 -48.5 9330 300 50 -53.7 -47.8 9241 304 55 -49 -43.6 8733 328 58 -45.7 -40.7 8376 346 39 -44.8 -35.8 7839 374 36 -44.5 -34.5 7693 382 45 -40.1 -32.1 7370 400 46 -37.5 -29.5 7092 416 315 hPa 310 hPa 9008 m 9114 m

78. 30/11/2006 Cagliari Elmas rilevamento aerosonda Ore 13:00 53%

79. 30/11/2006 Eppure in tale giorno sono evidenti le scie persistenti

80. 30/11/2006 Ore 13:00

81. 30/11/2006 Ore 13:00

82. 30/11/2006 Ore 13:00

83. Nuoro 30/11/2006 Ore 13:44

84. Nuoro Ore 14:57

85. 30/11/2006 Ore 16:00

86. Nuoro Ore 15:56

87. Nuoro Ore 16:00

88. Monte Ortobene Ore 16:36

89. Analisi del 15 Gennaio 2007

90. Ore 7:40 Cagliari: Capitana ore 7:40

91. Ore 9:40 Ore 9:43 Ore 9:45

92. Ore 10:23 Scie persistenti

93. Ore 16:01 Ore 16:04 Ore 16:29 Ore 16:11

94. Ore 16:31 Ore 16:33 Ore 16:46 Ore 16:50

95. Ore 16:57 Ore 16:59

96. Nuoro 15/01/2007 ore 17:00:51

97. Nuoro 15/01/2007 ore 17:01:14

99. 15/01/2007 Ore 15:00

101. N.B. Se l’umidità relativa e’ sopra il 60% 295 hPa 290 hPa 9562 m 9680 m REL (RH%) DWPT (°C) TEMP(°C) HGHT (m) Press (hPa) 34 -66.3 -58.1 11187 229 33 -65.2 -56.6 10894 240 32 -64.5 -55.6 10690 248 32 -64.3 -55.3 10640 250 33 -61.7 -52.7 10266 265 16 -61.3 -45.9 9516 297 15 -61.3 -45.3 9450 300 9 -62.5 -42.5 9122 315 9 -62.2 -42.2 9078 317 10 -58.2 -37.6 8495 345 10 -54.7 -33.7 7994 371

102. 15/01/2007 Cagliari Elmas rilevamento aerosonda Ore 1:00 a.m. RH=18%

104. N.B. Se l’umidità relativa e’ sopra il 60% 300 hPa 295 hPa 9430 m 9550 m REL (RH%) DWPT (°C) TEMP(°C) HGHT (m) Press (hPa) 15 -70.9 -56.9 10905 239 21 -67.5 -55.5 10645 249 21 -67.3 -55.3 10620 250 21 -66.2 -53.9 10440 257 19 -60.1 -46.1 9430 300 19 -59.1 -45.1 9298 306 19 -58.5 -44.5 9211 310 18 -58.5 -43.9 9146 313 12 -58.2 -39.4 8620 338 11 -58.1 -38.2 8480 345

105. 15/01/2007 Cagliari Elmas rilevamento aerosonda Ore 13:00 RH=20%

106. scie di condensazione? Ma allora: siete ancora convinti che siano ………

107. Nuoro 9/03/2007 www.sciesardegna.it