“Turbolenza in arrivo, allacciate le cinture”. Ma ora gli scienziati hanno una spiegazione

Il libro che trema tra le mani, le valigie che tintinnano negli scomparti, il carrello del caffè che sobbalza nel corridoio. È la turbolenza aerea, incubo di ogni passeggero. Un fenomeno che oggi è in continuo incremento, soprattutto a causa del cambiamento climatico che altera la stabilità dell’atmosfera. In pratica, a mano a mano che lo strato atmosferico più basso (troposfera) si riscalda, la differenza di temperatura tra strati d’aria contigui diventa più marcata, rendendo quest’ultima più soggetta a movimenti bruschi. Inoltre, le correnti ad alta quota diventano più vigorose, favorendo la formazione di vortici improvvisi.

Una tendenza, questa, confermata da uno studio pubblicato nel 2023 su Geophysical Research Letters e condotto dai ricercatori dell’Università di Reading, nel Regno Unito: l’analisi ha evidenziato, sulla base di dati meteorologici raccolti nei decenni precedenti, che la turbolenza intensa sul Nord Atlantico, con aria limpida, è aumentata del 55% tra il 1979 e il 2020.

Il nuovo studio statunitense

Da tempo l’instabilità dei voli rappresenta un problema irrisolto per gli scienziati. Uno dei motivi è che il vortice si basa su tante componenti in movimento, come temperatura, pressione, vento, umidità, che possono cambiare molto rapidamente.

A raccogliere la sfida è stato Bjorn Birnir, direttore del Center for Complex and Nonlinear Science dell'Università della California, negli Stati Uniti, che, in collaborazione con Luiza Angheluta-Bauer, fisica teorica dell'Università di Oslo, in Norvegia, si è messo al lavoro per cercare di spiegare il fenomeno.

L’unione di due modelli

Finora la turbolenza era stata studiata con due approcci separati. Il primo consiste nell’osservare una singola particella d’aria in movimento, come se fosse una foglia che scorre lungo un fiume: ciò permette di cogliere i dettagli. Il secondo si concentra, invece, sul flusso dell’aria attorno a un punto fisso, come fosse acqua che passa attorno a una roccia: ciò consente di osservare il quadro generale. Per intenderci, è un po’ come cambiare lente a un microscopio: una mette a fuoco i particolari, l’altra restituisce la visione d’insieme. Entrambe le prospettive sono corrette, ma prese singolarmente non riescono a spiegare in modo esaustivo il fenomeno. Dopo anni di ricerche, Birnir e Angheluta-Bauer sono riusciti a unire, grazie a nuovi calcoli matematici e a strumenti statistici, questi due metodi, creando un modello più completo, di recente descritto sulle pagine di Physical Review Research.

Un aiuto per piloti e ingegneri

Dal punto di vista pratico, una descrizione dettagliata può anzitutto consentire ai piloti di adottare misure preventive, come riduzione della potenza del motore, piccole variazioni di quota per intercettare correnti più costanti, deviazioni di rotta per aggirare l’area di instabilità, uso tempestivo delle cinture di sicurezza per proteggere i passeggeri. In sostanza, significa poter scegliere le strategie più opportune prima di essere colpiti dalle correnti.

Ma la nuova impostazione può anche aiutare la progettazione degli aerei. “Grazie a simulazioni più realistiche, gli ingegneri aerospaziali possono realizzare superfici alari e fusoliera che reagiscono meglio alle variazioni atmosferiche”, chiarisce Birnir. “Per esempio, scegliendo profili che minimizzino la formazione di vortici improvvisi; distribuendo meglio l’energia delle correnti turbolente; introducendo soluzioni che attenuino le instabilità prima che possano essere percepite dai viaggiatori”.