Quando pensiamo alla temperatura dell’atmosfera immaginiamo una regola abbastanza semplice: più si sale di quota, più fa freddo.

Nella troposfera questa è effettivamente la situazione più comune, ma non è una regola valida in ogni momento e in ogni luogo. In alcune condizioni può accadere esattamente il contrario: l’aria vicina al suolo diventa più fredda di quella presente qualche decina o qualche centinaio di metri più in alto.

Questo fenomeno prende il nome di inversione termica.

È particolarmente interessante nei territori collinari e vallivi perché può creare differenze di temperatura sorprendenti anche tra località relativamente vicine. Una conca o un fondovalle può trovarsi sotto zero mentre un versante posto più in alto registra temperature positive.

Per capire perché succede dobbiamo partire da ciò che normalmente avviene nell’atmosfera e poi osservare cosa cambia durante una notte favorevole al raffreddamento.

Normalmente la temperatura diminuisce con la quota

La superficie terrestre assorbe energia solare e riscalda gli strati d’aria più vicini al terreno. L’atmosfera, quindi, non viene riscaldata principalmente direttamente dal Sole, ma in larga parte dal basso, attraverso gli scambi di energia con la superficie.

Salendo nella troposfera la temperatura tende generalmente a diminuire. Non significa che esista una diminuzione identica in ogni situazione: il gradiente termico cambia continuamente in funzione della massa d’aria, dell’umidità, della stabilità atmosferica e di molti altri fattori.

La cosa importante è il senso della variazione:

situazione normale → quota maggiore, temperatura generalmente più bassa.

Durante un’inversione questo andamento viene temporaneamente rovesciato.

Che cos’è un’inversione termica?

Parliamo di inversione termica quando, all’interno di uno strato atmosferico, la temperatura aumenta salendo di quota.

Possiamo immaginare una situazione molto semplice:

• fondovalle: 0 °C;
• versante poco più in alto: 3 °C;
• quota ancora superiore: 5 °C.

Non sono valori riferiti a un episodio specifico, ma mostrano bene il concetto. Invece di trovare aria progressivamente più fredda salendo, attraversiamo inizialmente uno strato in cui l’aria diventa più calda.

Quello strato costituisce una vera e propria inversione del normale gradiente termico verticale.

Come nasce l’inversione nelle notti serene

Una delle forme più comuni vicino al suolo è l’inversione da irraggiamento, legata al forte raffreddamento della superficie durante la notte.

Dopo il tramonto il terreno non riceve più energia solare, ma continua a perdere energia emettendo radiazione infrarossa verso l’atmosfera e lo spazio.

La superficie comincia quindi a raffreddarsi.

L’aria direttamente a contatto con il terreno cede calore alla superficie e si raffredda a sua volta. Se il vento è debole, il rimescolamento atmosferico è limitato e questo strato freddo può rimanere confinato vicino al suolo.

Nel frattempo, qualche decina o qualche centinaio di metri più in alto, l’aria può essere meno interessata dal raffreddamento della superficie e mantenere una temperatura maggiore.

Si crea così la situazione necessaria all’inversione:

aria molto fredda in basso e aria relativamente più mite sopra.

Perché cielo sereno e vento debole sono così importanti?

Le inversioni notturne più marcate sono spesso favorite da una combinazione di condizioni meteorologiche ben precise.

Cielo sereno

Le nubi possono limitare il raffreddamento notturno della superficie perché assorbono e riemettono parte della radiazione infrarossa proveniente dal terreno.

Con un cielo sereno questa protezione è molto minore e il suolo può perdere energia più rapidamente.

Vento debole

Un vento sostenuto mescola gli strati atmosferici e tende a distribuire il calore tra aria più bassa e aria superiore.

Quando il vento è molto debole, invece, il rimescolamento diminuisce e l’aria raffreddata vicino al terreno può rimanere separata dagli strati più miti sovrastanti.

Atmosfera stabile

Una situazione stabile limita i movimenti verticali e permette alla stratificazione termica di conservarsi più facilmente durante la notte.

Per questo le inversioni superficiali sono frequentemente associate a notti tranquille, serene e poco ventilate.

L’aria fredda non rimane sempre dove si forma

Nei territori pianeggianti il raffreddamento può creare uno strato freddo abbastanza uniforme vicino alla superficie.

In presenza di colline, pendii e valli accade qualcosa di ancora più interessante.

L’aria fredda è più densa di quella calda e tende a scorrere verso le zone topograficamente più basse. Durante la notte può quindi muoversi lentamente lungo i versanti e accumularsi in conche, depressioni e fondovalle.

Questo processo viene spesso chiamato drenaggio dell’aria fredda.

È come se il rilievo funzionasse da recipiente: l’aria fredda scende dai versanti e tende a raccogliersi nelle zone più basse.

Il “lago” di aria fredda

Quando il drenaggio continua per diverse ore, una valle o una conca può riempirsi di aria fredda creando ciò che, in modo intuitivo, possiamo immaginare come un lago di aria fredda.

Non esiste naturalmente una superficie netta come quella dell’acqua, ma il paragone aiuta a visualizzare il fenomeno.

Sul fondo troviamo l’aria più fredda e densa. Salendo lungo i versanti possiamo uscire progressivamente dallo strato più freddo e incontrare temperature superiori.

È proprio per questo che, durante alcune notti, una località situata più in alto può essere sensibilmente più mite di una località posta più in basso.

L’altitudine, quindi, da sola non basta sempre a stabilire quale luogo sarà più freddo.

Perché il fenomeno è importante in un territorio come l’Irpinia

Un territorio caratterizzato da rilievi, conche, vallate e versanti presenta numerose configurazioni capaci di modificare la distribuzione locale delle temperature.

Anche località relativamente vicine possono avere esposizione, quota, pendenza e posizione topografica differenti.

Durante una notte con forte raffreddamento radiativo queste differenze diventano particolarmente importanti. Un punto esposto su un versante può rimanere ventilato e relativamente mite, mentre una zona più bassa e riparata può accumulare aria fredda.

È uno degli esempi più chiari di microclima locale: la situazione meteorologica generale può essere la stessa, ma il territorio modifica profondamente ciò che avviene nei primi metri dell’atmosfera.

Inversione termica e gelate

Una delle conseguenze più importanti delle inversioni superficiali riguarda le gelate.

Se l’aria fredda si concentra nelle zone più basse, proprio lì possono essere raggiunte le temperature minime della notte.

Può quindi verificarsi una situazione apparentemente paradossale: un fondovalle registra temperature inferiori a 0 °C mentre un versante più elevato rimane sopra lo zero.

Per l’agricoltura questa differenza è tutt’altro che teorica. Due terreni distanti poche centinaia di metri possono essere esposti a un rischio di gelo molto diverso semplicemente a causa della loro posizione rispetto al drenaggio dell’aria fredda.

Inversione termica, brina e rugiada

Il forte raffreddamento delle superfici può anche favorire la formazione di rugiada o brina.

Se una superficie raggiunge il punto di rugiada mentre la temperatura rimane sopra lo zero, il vapore acqueo può condensare formando goccioline.

Quando invece le condizioni termiche sono sufficientemente fredde, possono comparire depositi ghiacciati.

Anche in questo caso il raffreddamento non è necessariamente uniforme: piccoli avvallamenti, terreni riparati e aree dove l’aria fredda ristagna possono raffreddarsi molto più di zone vicine.

E la nebbia?

L’inversione termica può favorire anche la formazione della nebbia, ma è importante non confondere i due fenomeni.

Un’inversione termica non è una nebbia e una nebbia non implica necessariamente la stessa struttura termica in ogni situazione.

Quando però l’aria fredda accumulata negli strati bassi contiene abbastanza umidità, il raffreddamento può portarla verso la saturazione. Il vapore acqueo condensa in minuscole goccioline sospese e la visibilità può diminuire drasticamente.

Una conca può quindi trovarsi immersa nella nebbia mentre le zone poste più in alto rimangono completamente libere e, talvolta, anche più miti.

La nebbia rappresenta quindi una delle possibili conseguenze visibili di una situazione favorevole all’inversione, non la definizione stessa del fenomeno.

Un vero “coperchio” atmosferico

Un’inversione rende l’atmosfera particolarmente stabile.

Immaginiamo una piccola quantità d’aria fredda vicino al suolo che prova a salire. Sopra di essa trova aria più calda e quindi relativamente meno densa rispetto a quella che la circonda.

La spinta verso l’alto viene ostacolata e i movimenti verticali diventano più difficili.

Per questo uno strato di inversione viene spesso descritto come una sorta di coperchio atmosferico.

Il termine è intuitivo: ciò che si trova sotto l’inversione tende a rimanere confinato più facilmente negli strati bassi.

Perché durante un’inversione può peggiorare la qualità dell’aria

La scarsa capacità dell’atmosfera di rimescolare verticalmente l’aria può avere conseguenze anche sulla dispersione degli inquinanti.

In condizioni normali la turbolenza e i movimenti verticali contribuiscono a diluire ciò che viene emesso vicino alla superficie.

Durante una forte inversione, soprattutto se persistente, questa dispersione può diventare meno efficace e le sostanze presenti negli strati inferiori possono accumularsi.

Il fenomeno è particolarmente importante nelle grandi aree urbane e nelle conche fortemente antropizzate, soprattutto quando l’inversione dura per più giorni.

Non tutte le inversioni sono uguali

L’inversione che nasce durante una notte serena è soltanto uno dei modi in cui la temperatura può aumentare con la quota.

Inversione da irraggiamento

È quella descritta finora. Si sviluppa vicino al terreno quando la superficie si raffredda rapidamente, soprattutto durante notti serene e poco ventose.

Inversione nelle valli

È strettamente legata al raffreddamento notturno e al drenaggio dell’aria fredda dai versanti verso le zone più basse. La topografia può renderla particolarmente marcata.

Inversione da subsidenza

Può svilupparsi anche più in alto nell’atmosfera quando aria in discesa viene compressa e riscaldata. È una situazione differente dall’inversione superficiale notturna, anche se il risultato finale presenta ancora uno strato nel quale la temperatura aumenta salendo.

Esistono inoltre inversioni associate al passaggio e alla sovrapposizione di masse d’aria differenti.

Parlare semplicemente di “inversione termica”, quindi, descrive una caratteristica della struttura verticale della temperatura, non necessariamente un’unica causa meteorologica.

Quando termina l’inversione notturna?

Una debole inversione superficiale può durare soltanto poche ore.

Dopo il sorgere del Sole, il terreno ricomincia ad assorbire radiazione solare e si riscalda. A sua volta riscalda l’aria immediatamente sovrastante e iniziano a svilupparsi piccoli moti convettivi.

Il rimescolamento aumenta progressivamente e lo strato freddo vicino al terreno viene eroso.

Con il passare delle ore l’inversione può indebolirsi fino a scomparire completamente.

Per questo, durante alcune mattine serene, possiamo osservare una temperatura che aumenta rapidamente dopo l’alba.

Il vento può distruggerla molto più rapidamente

Non serve necessariamente aspettare il Sole.

Se durante la notte aumenta il vento, la turbolenza può mescolare l’aria fredda degli strati inferiori con quella più mite presente sopra.

L’inversione può quindi indebolirsi rapidamente.

È anche il motivo per cui una previsione di gelata non dipende soltanto dalla temperatura della massa d’aria: nuvolosità, vento, umidità e posizione topografica possono cambiare completamente la minima realmente raggiunta al suolo.

Come possiamo sapere se c’è davvero un’inversione?

Qui esiste una distinzione importante.

Una singola stazione meteorologica misura le condizioni nel proprio punto di installazione, ma non può da sola dimostrare l’esistenza di un’inversione termica.

Per identificarla dobbiamo conoscere come cambia la temperatura con la quota.

Possiamo farlo in diversi modi:

• confrontando contemporaneamente stazioni poste a quote differenti;
• utilizzando sensori distribuiti lungo un versante;
• analizzando profili atmosferici ottenuti con radiosondaggi;
• utilizzando osservazioni e strumenti capaci di ricostruire la struttura verticale dell’atmosfera.

Se una stazione in basso misura, per esempio, una temperatura molto inferiore rispetto a una stazione vicina posta più in alto, e le condizioni meteorologiche sono compatibili, abbiamo un forte indizio della presenza di un’inversione.

Il confronto deve però essere fatto con attenzione: differenze di esposizione, sensori, ventilazione, vegetazione, edifici e caratteristiche del suolo possono influenzare le misure.

Quota e temperatura: una relazione meno semplice di quanto sembri

L’inversione termica ci ricorda una cosa fondamentale della meteorologia: il territorio conta.

Non possiamo sempre prendere la quota di due località e concludere automaticamente che quella più alta sarà più fredda.

In condizioni di forte rimescolamento atmosferico la relazione tra quota e temperatura può essere abbastanza regolare.

Durante una notte calma e serena, invece, la topografia può diventare protagonista.

Una collina esposta, un versante, una conca e un fondovalle possono comportarsi in maniera molto diversa anche sotto lo stesso cielo.

Un fenomeno invisibile che possiamo osservare dai suoi effetti

L’inversione termica non ha un colore e non crea necessariamente un fenomeno visibile.

Possiamo però riconoscerne gli effetti.

Una gelata confinata alle zone più basse, la nebbia raccolta nel fondovalle, differenze insolite tra stazioni a quote differenti o un rapido aumento della temperatura dopo il sorgere del Sole possono raccontare ciò che sta accadendo nei primi strati dell’atmosfera.

È uno dei fenomeni che mostrano meglio quanto il microclima possa cambiare su distanze molto ridotte.

Quando salire significa trovare aria più calda

La frase “più si sale, più fa freddo” rimane una buona descrizione generale della troposfera, ma la meteorologia reale è molto più dinamica.

Durante un’inversione termica l’aria più fredda può rimanere intrappolata vicino al terreno o accumularsi nelle zone più basse, mentre sopra di essa si trova aria più mite.

In una valle possiamo quindi avere gelo, brina o nebbia e trovare, poche centinaia di metri più in alto, un ambiente completamente diverso.

L’inversione termica è proprio questo: per qualche ora la normale distribuzione della temperatura si capovolge e, invece di trovare più freddo salendo, possiamo trovare più caldo.