IL WINDSHEAR

Tra tutti i fenomeni meteorologici, tali da costituire un rischio per il volo o, addirittura, da renderlo impossibile, quello che più di ogni altro presenta le maggiori insidie è, senza dubbio, il windshear, sia per le difficoltà insite nella sua previsione, sia per le sue caratteristiche di repentinità e sia, infine, per la sua capacità di manifestarsi anche in aria chiara, cioè senza essere associato a nubi o ad altri segni rivelatori. Risulta quindi ovvio che, se il windshear dovrà essere accuratamente evitato da qualsiasi aeromobile di aviazione generale o commerciale, a maggior ragione lo dovrà essere dagli ultraleggeristi, ai quali verrà così richiesto di prestare particolare attenzione non solo a quei fenomeni evidentemente pericolosi (come i temporali), ma anche a tutta una serie di fattori micrometeorologici, in grado, cioè, di generare turbolenze e windshear a livello locale. Le possibilità di conseguenze a dir poco disastrose divengono, infatti, elevate quando le attività vengono condotte in situazioni potenzialmente a rischio, come, ad esempio, nel caso del volo in montagna o, comunque, in prossimità dei rilievi.

Secondo la miglior definizione, il windshear consiste in una variazione nella direzione e/o nell’intensità del vento in una limitata regione di spazio. Dal punto di vista aeronautico si parla di windshear quando questa variazione è tale da spostare un aeromobile dalla traiettoria di volo, o da richiedere un intervento di controllo da parte del pilota. Può presentarsi a tutte le quote, ma quello più significativo per la navigazione aerea è il wind shear nei bassi strati o low level windshear, definito come il windshear che si presenta nei primi 500 m di quota (ca. 1600 ft), lungo il sentiero di avvicinamento o lungo la fase terminale dell’atterraggio o iniziale del decollo. Scendendo nel dettaglio, si identificano poi il windshear verticale, come la variazione nella direzione e/o nell’intensità del vento con l’altezza, quale sarebbe misurata da due o più anemometri posti a differenti altezze su di una torre, ed il windshear orizzontale, come una variazione nella direzione e/o intensità del vento quale sarebbe misurata da due o più anemometri posti alla stessa altezza su più punti di una pista. Esiste poi lo shear del vento verticale, da non confondere con il windshear verticale, definito come la variazione della sola componente verticale del vento.

Windshear e turbolenza possono essere causati dal medesimo fenomeno meteorologico, ma hanno diversa natura; il termine “turbolenza”, in particolare, si riferisce ad una rottura del flusso laminare, con conseguente formazione di vortici, la cui la scala è paragonabile, per dimensioni e velocità, a quella dell’aeromobile. Vi è una differenza tra gli effetti in presenza di windshear o in presenza di turbolenza: quest’ultima viene percepita tramite “scossoni” che possono provocare vibrazioni alla struttura dell’aereo, mentre il windshear provoca perdite o aumenti di portanza, quindi variazioni dal cammino intenzionale.

La misura del windshear viene data dal rapporto tra l’intensità della differenza dei due vettori vento e la distanza, misurandosi così in unità di velocità diviso una distanza. Vengono solitamente usati i [(m/s) / 30 m], o più frequentemente i [kt / 100 ft], unità che corrispondono entrambe alla dimensione dei [s]-1. L’inverso del tempo è l’unità di misura scientificamente più corretta, e quella più comunemente usata negli studi sul windshear, ma non quella più utile ai piloti, perché non traducibile in termini di prestazioni; per questo motivo, si usa in genere lo shear rate, cioè l’intensità del windshear come viene percepita da un aereo sul cammino di atterraggio o di decollo, espressa in termini di accelerazione, misurata in [kt / s].

I fenomeni di windshear possono essere classificati come non transitori o transitori, a seconda delle condizioni meteorologiche che li hanno provocati, essendo il primo associato a fronti, brezze, onde di montagna, flusso di aria intorno agli ostacoli, correnti a getto a bassa quota (low level jet), il secondo alle nubi convettive in genere ed ai temporali in particolare. Quando di tipo non transitorio, il windshear risulta prevedibile con un certo grado di attendibilità, tendendo a persistere sulla medesima area per un periodo di tempo relativamente lungo, dell’ordine delle ore. Se, invece, associato alle nubi convettive, il windshear ha, al contrario, vita media breve, dell’ordine dei minuti, interessa scale di grandezza inferiori, dell’ordine delle decine di metri, e risulta decisamente più intenso; queste caratteristiche lo rendono più difficile da prevedere e, di conseguenza, più pericoloso.

Per quanto attiene al windshear non transitorio, è noto come i fronti costituiscano delle “zone di transizione”, volte a separare masse d’aria a temperatura, e quindi densità, differenti, e come, al loro passaggio, si presenti anche una variazione nella direzione di provenienza del vento, creando così una vera e propria discontinuitàin corrispondenza della superficie frontale. I fronti possono così essere associati sia a windshear verticale che orizzontale, rilevabili sia davanti al fronte caldo che dietro a quello freddo; il fenomeno risulta più intenso nel fronte freddo, perché la superficie frontale è più inclinata, ma nel fronte caldo, più lento, le condizioni di wind shear sono più durature. Le brezze possono, invece, essere causa di windshear orizzontale, quando si sovrappongono ad un vento presente in superficie per motivi “sinottici”, cioè di circolazione generale.

Le onde di montagna possono provocare windshear in prossimità del suolo, perché nei rotori può trovarsi vento contrario a quello prevalente. La cosiddetta turbolenza orografica è dovuta all’andamento vorticoso del vento per effetto dell’incontro con gli ostacoli del terreno (soprattutto rilievi montuosi). Quando il vento deve attraversare una catena di montagne, le linee di flusso si incurvano dapprima verso l’alto e poi, superato il crinale, verso il basso; la presenza della montagna diminuisce la sezione di scorrimento del vento e, per il principio di Bernoulli, affinché la portata sia la medesima dai due lati dell’ostacolo e sulla cresta, ciò si traduce in un aumento della velocità di scorrimento al passaggio del crinale. Nel lato sopravvento, la velocità delle particelle d’aria può essere scomposta in una componente orizzontale (velocità di traslazione) e in una verticale (velocità di ascendenza). Alle spalle della montagna, la componente verticale della velocità è diretta verso il basso (discendenza) ed il conseguente campo costituisce un notevole pericolo per la navigazione area, avendo la capacità di trascinare gli aeromobili con sé. Lo scorrimento dell’aria in prossimità dei rilievi è in genere molto turbolento, a causa delle asperità che i pendii presentano. In caso di forte vento, accade spesso che i filetti d’aria si stacchino dal rilievo dopo il passaggio di un crinale; essi vengono deviati verso l’alto secondo il prolungamento del pendio, poi si incurvano gradualmente verso il basso, come se il pendio ed il suo campo di ascendenze si prolungassero al di là del crinale.

Venendo ai fenomeni di natura transitoria, il windshear nelle celle temporalesche è associato soprattutto alle correnti discendenti che si formano al di sotto del cumulonembo, dette downdraft o downburst, in pratica delle colonne d’aria che scendono dalla nube, espandendosi orizzontalmente in tutte le direzioni quando incontrano il suolo; l’espansione può generare fronti di raffiche che si propagano orizzontalmente in direzioni opposte, provocando windshear. Le downburst sono state classificate, a seconda delle loro dimensioni, in macroburst e microburst. Le prime sono di dimensioni maggiori, i venti radiali si espandono per ca. 4 km, durano al massimo 30 min. e raggiungono velocità del vento di ca. 60 m/s. Sono solitamente generate da una nube la cui temperatura è sostanzialmente inferiore all’atmosfera circostante: la temperatura più bassa induce una relativa alta pressione nella nube, che, di conseguenza, provoca la fuoriuscita d’aria per mantenere l’equilibrio, dando origine alla macroburst. Una microburst è più localizzata, il suo raggio d’azione è inferiore a 4 km, dura al massimo 10 min. e può raggiungere raffiche di 75 m/s. Sono solitamente generate dai temporali nella loro fase di maturazione, quindi contemporaneamente alla pioggia intensa e ai fulmini.

Windshear “temporalesco” può essere pure sperimentato nell’incontro con il cosiddetto gust front, letteralmente “fronte delle raffiche”, che può trovarsi anche 10 o 20 MN sottovento alla cella. Il gust front è dovuto alla discesa di aria fredda dalla cima della cella temporalesca, che si espande al suolo provocando un forte aumento di pressione e una discontinuità nel vento. A volte è segnalato da una striscia di nubi cumuliformi, ma è maggiormente insidioso quando si trova in aria chiara, perché non è facilmente localizzabile e perché si trova a una distanza dalla cella temporalesca tale da far supporre al pilota l’allontanamento dall’area di pericolo.

In termini di prestazioni, uno shear verticale del vento orizzontale si traduce in una diminuzione o aumento del vento di testa o di coda e, di conseguenza, in diminuzione o aumento di portanza, particolarmente pericolosi nelle fasi di atterraggio o di decollo. In particolare una diminuzione del vento in testa o un aumento del vento in coda hanno come conseguenza una riduzione della portanza, che porta a un abbassamento del cammino di decollo o di avvicinamento; un aumento del vento in testa o una diminuzione del vento in coda hanno come conseguenza un aumento di portanza, con innalzamento del cammino di atterraggio o decollo. Le correnti verticali discendenti agiscono invece sull’angolo di incidenza, che la corda alare forma con la direzione del vento relativo. Poiché la portanza dipende anche dall’angolo di incidenza attraverso il coefficiente di portanza, una diminuzione dell’angolo di incidenza si traduce in una diminuzione di portanza, con il risultato di abbassare il cammino dell’aereo. In presenza di downburst gli effetti si sovrappongono: nella fase iniziale l’aereo si trova in una zona dove aumenta il vento in testa, quindi è sottoposto a un iniziale aumento di portanza. Al di sotto della downdraft comincia a farsi sentire l’effetto delle correnti discendenti, che abbassano il cammino di atterraggio, e infine l’aumento del vento di coda rafforza l’effetto della downdraft, provocando eventualmente l’impatto con il suolo.

Come può un ultraleggerista cautelarsi dal windshear durante una normale attività di volo? Il problema principale, come si può facilmente intuire, è costituito dall’obbligo di procedere “a vista” (ovvero sia senza un’adeguata strumentazione di bordo o senza la possibilità di contattare via radio i centri di controllo del traffico aereo), e quindi con la necessità di saper identificare “in tempo reale” quei fenomeni e quelle circostanze facilmente correlabili ad eventi di windshear. La virga, la pioggia che non giunge al suolo, può essere accompagnata da correnti discendenti anche di una certa intensità, mentre le nubi lenticolari (altocumuli) e le nubi di rotore (che si formano nel vortice, all’interno del ramo ascendente) sono in genere associate alle onde di montagna, e quindi a windshear. Polvere sollevata dal vento, forti venti in superficie possono essere indici di windshear, per esempio attorno a ostacoli di grosse dimensioni. Un pennacchio di fumo sparpagliato indica instabilità dell’aria, che può generare windshear a bassa quota; la presenza di nubi temporalesche innesca una serie di processi generalmente accompagnati da windshear; strati di nubi che si muovono in direzioni differenti, trombe d’aria e trombe marine sono anch’essi indicativi di possibile windshear.

Le stazioni meteorologiche aeroportuali, quand’anche non dotate di sistemi direttamente finalizzati all’identificazione del windshear, possono comunque cercare di individuare le situazioni “a rischio” sia tramite l’analisi sinottica sia per mezzo della strumentazione ordinaria, normalmente in loro possesso (sistemi di anemometri, radiosondaggi atmosferici, radar meteorologici tradizionali e riporti forniti da altri piloti). Si deve però tenere presente che i fenomeni meteorologici associabili a windshear non sempre ne sono realmente accompagnati e che, comunque, anche in caso affermativo, ne risulta impossibile una corretta valutazione dell’intensità. Una previsione di windshear di tipo “induttivo” induce così uno stato d’allerta, ma non fornisce ai piloti informazioni utili sulla condotta da tenere.

Quando osservato all’interno di un aeroporto, il windshear può essere segnalato in coda al METAR in una sezione apposita (informazioni supplementari), che riporta la presenza di wind shear nei bassi strati (tra il suolo e 1600ft) lungo il sentiero di decollo o di avvicinamento di una pista interessata dal fenomeno. La forma del codice è:

WS   TKOF   RWYDrDr     e/o     WS   LDG   RWYDrDr

dove DrDr è il designatore di pista; nei METAR italiani, viene utilizzata la dicitura

WS   RWYDrDr     oppure     WS   ALL   RWY


Si ringrazia la collega Dott.ssa Isabella RIVA, meteorologa presso il Centro Assistenza al Volo ENAV di Milano Linate, per la partecipazione alla stesura del presente articolo.
dove i termini in grassetto compaiono all’interno dei bollettini METAR così come riportati nella forma del codice; i termini in caratteri normali DrDr vengono sostituiti dal valore numerico identificativo della pista.

Dott. Marco Tadini
meteorologo

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