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Per la sua posizione interna
ma non troppo lontana da mare il territorio volterrano ricade in una fascia di transizione
tra il clima mediterraneo e quello centroeuropeo, mantenendo comunque i caratteri generali
del primo con mesi autunnali e primaverili piovosi, inverno abbastanza mite
ed estate secca e ventilata. Più in particolare il clima della zona, che può
essere definito esattamente come temperato di tipo sub-litoraneo, si caratterizza per un
periodo di freddo invernale non molto esteso e per unestate piuttosto lunga e calda
con scarsissime precipitazioni. 
Per quanto riguarda il regime termico, a Volterra
solo raramente le temperature minime scendono di vari gradi sotto lo zero e comunque
sempre per periodi brevi (la temperatura media invernale oscilla infatti tra 1 e 10 °C),
mentre i mesi autunnali risultano leggermente più caldi di quelli primaverili (in media
circa 19 °C contro 16 °C) e caratterizzati da unescursione termica che in
settembre-ottobre risulta maggiore che nei mesi primaverili (in quanto la temperatura
subisce un deciso rialzo solo in maggio).
Per la sua posizione elevata e per la sua lontananza da barriere orografiche Volterra si
trova assai esposta allazione dei venti che, per la particolare conformazione del
rilievo, assumono spesso moti rotatori ed irregolari con frequenti variazioni di
direzione, velocità, umidità e temperatura. In generale prevalgono comunque i venti
marittimi in primavera e i continentali in autunno-inverno, mentre piuttosto rari sono i
periodi di calma. Il vento predominante è quello di Nord-Est (Grecale) che si attenua
solo in estate per lasciare spazio allazione dei venti di Sud-Ovest (Libeccio),
Ovest (Ponente) e Nord-Ovest (Maestrale), mentre in primavera spirano frequentmente i
venti di Sud-Ovest (Libeccio) e di Sud-Est (Scirocco).
Per quanto riguarda infine la piovosità, a Volterra essa è più abbondante che nei
dintorni a causa della sua posizione elevata che determina il classico fenomeno delle
piogge orografiche in quanto il rilievo funge da parziale barriera sulla quale
i venti marittimi (allazione dei quali il colle si trova direttamente esposto)
scaricano talora la loro umidità. La stgione più piovosa è senza dubbio lautunno
(soprattutto il periodo novembre-dicembre), ma precipitazioni di rilievo si registrano
anche nel periodo febbraio-marzo e nei mesi primaverili. In autunno le piogge hanno per lo
più carattere temporalesco e violento, mentre in primavera la piovosità appare ripartita
più uniformemente. Lestate è invece decisamente secca (il mese più più asciutto
è luglio), ma a partire dalla metà di agosto si registra sovente una ripresa della
piovosità che aumenta poi in settembre e ottobre per culminare infine in novembre.
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