In questo nomogramma di Herloffson, anche detto Skew-T plot, l'area a destra della linea di stato delimitata dalla TAP rappresenta il CAPE.
L'Energia potenziale convettiva disponibile (nella dicitura ingleseConvective Available Potential Energy, CAPE) è un indice che misura l'energia totale di galleggiamento acquisita dalla massa d'aria finché, durante l'ascesa nella colonna d'aria, resta più calda dell'ambiente circostante. Si misura sotto forma di lavoro svolto dalla spinta di galleggiamento e perciò si esprime in joule per chilogrammo (J/kg) di aria . In altre parole, quantifica l’energia che ogni chilogrammo di aria riceve durante la convezione. Il CAPE è direttamente correlato alla velocità massima potenziale delle correnti ascensionali di un temporale (la formula è ) quindi maggiore è il suo valore, più intense sono le correnti ascensionali. Per questo motivo, in meteorologia è uno degli indici termodinamici più importanti nella previsione dei temporali.
CAPE nell'analisi meteorologica
Rappresentazione e calcolo del CAPE
Diagramma di stato Skew-T dove si possono visualizzare le adiabatiche secche (curve inclinate a sinistra) e le umide (meno inclinate). La linea nera a destra è la curva di stato
Spesso, per visualizzare la stabilità della colonna d'aria si usa un nomogramma di Herloffson, detto anche Skew-T plot, che raccoglie i dati dei radiosondaggi su temperatura, punto di rugiada, vento e così via, che vengono rielaborati dai computer dei centri meteorologici che producono un grafico caratteristico chiamato diagramma aerologico; lo Skew-T plot è il più utilizzato .
Se la massa d'aria di partenza è secca, salendo di quota si raffredda di circa 10°C per ogni km di quota seguendo le curve dell'adiabatica secca presenti nel diagramma, mentre se la massa d'aria di partenza è satura di vapore acqueo, se viene sollevata si raffredda seguendo la curva dell'adiabatica umida, di circa 4-6°C al chilometro. Nella realtà, in condizioni temporalesche, una massa d'aria non è mai satura a bassa quota. Durante la sua ascesa, seguirà quindi una curva mista: la curva dell'aria secca fino alla saturazione, in seguito la curva dell'aria satura fino alla tropopausa . Se in quota l'ambiente circostante al pacchetto d'aria in salita è più fredda, allora vi è una instabilità condizionale. Il livello al di sopra del quale l'aria in quota è più fredda della corrispondente temperatura della TAP (Theoretical Air Parcel, linea di una particella d'aria teorica ), è noto come LFC, (Level of Free Convection, livello di convezione libera).
Il CAPE viene misurato in J/kg, joules per kilogrammo d’aria; un qualsiasi valore maggiore di 0J/kg è indicatore di instabilità e di possibili temporali. Il CAPE viene calcolato facendo l'integrale la spinta ascendente che una particella d'aria riceve nella salita dal LFC al livello di equilibrio (EL) alla tropopausa. Questa è la formula:
dove g è l'accelerazione gravitazionale (9,8m/s²); Tparcel è la temperatura della particella d'aria in salita, indicata sulla TAP; Tenv è la temperatura dell'ambiente circostante, indicata sulla curva di stato e z è la quota.
CAPE "magro" e CAPE "grasso"
Nell'analisi meteorologica va inoltre considerata la distribuzione verticale del CAPE: l'area del CAPE nello Skew-T ln-p può essere "magra" o "grassa".
A volte si hanno valori bassi di cape (inferiori ai 1000J/kg), ma concentrati nei primi 3km a partire dal suolo. Se a questa condizione si associa un wind shear elevato nei bassi strati possono svilupparsi minisupercelle con la convezione che spesso si rivela esplosiva e ritardata (tardo pomeriggio): nel CAPE grasso l'area del CAPE è più larga nella parte bassa del diagramma. È una condizione che si verifica spesso al passaggio di cicloni tropicali sulla terraferma, circostanza nella quale non è raro trovere minisupercelle anche tornadiche. Un CAPE contenuto in un'area alta e stretta dello Skew-T plot è meno instabile di una situazione con lo stesso CAPE ma concentrato verso il basso: il CAPE magro in genere non supporta convezione di tipo esplosivo in quanto questa si innesca già nelle prime ore del pomeriggio. Nel caso di sollevamento forzato (come nel caso del transito di fronti), però, la convezione può divenire profonda e prolungata nel tempo fino a quando il fronte non è passato.
CAPE nella hail region
Skew-T plot con rappresentazione del CAPE (area colorata). L'area celeste rappresenta il CAPE nella "hail region", cioè tra le isoterme -10°C e -30°C. La linea rossa è la curva di stato, la linea verde è la TAP, la linea blu è il punto di rugiada.
Il CAPE nella "hail region" è un parametro che considera l'energia convettiva potenziale disponibile nello strato atmosferico compreso tra le isoterme di -10°C e -30°C, vale a dire l'area nella quale in genere è particolarmente abbondante l'acqua sopraffusa, ovvero goccioline liquide in ambiente a temperature negative, particolarmente importanti nel processo di crescita della grandine. Se vi è un'elevata predisposizione alla convezione in quella particolare regione con intensi moti verticali, le precipitazioni potranno essere facilmente caratterizzate da grandine grazie alla maggior efficienza di accrezione, specie qualora gli strati immediatamente superiori siano caratterizzati da aria secca. Valori superiori a 500J/kg sono generalmente accreditati come elevati in merito alla possibilità di grandine.
Indice DCAPE
L'indice DCAPE (Downdraft Convective Available Potential Energy) quantifica l'incremento di energia cinetica che risulta dal raffreddamento evaporativo nella corrente discendente del temporale, perciò valori elevati di tale indice (oltre i 1200J/kg) denotano un alto rischio di intensi downdraft e di violente raffiche al suolo (downburst).
↑In realtà, questa è una formula semplificata che non tiene conto di importanti variabili; perciò V spesso sovrastima la reale velocità verticale di un fattore 2
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