Didattica Stratosfera & Stratwarming

Stratwarming (parte seconda): Origini del Warming, Tempi dello Sviluppo e delle Ripercussioni Meteorologiche in Troposfera

N.B. - Questo articolo non ha la pretesa di essere un trattato didattico approfondito, ma ha lo scopo di rendere comprensibile anche ai meno esperti in materia, tramite l'illustrazione di alcuni dei suoi principali fattori, l'assai più complesso e articolato fenomeno atmosferico dello Stratwarming (Stratospheric Warming - riscaldamento della Stratosfera).

A tal fine, come base di riferimento per i vari concetti che prenderemo in esame di volta in volta nei singoli articoli, tornerà utile ai lettori avere come guida all'inizio di ognuno di essi il concetto riassuntivo semplificato di Stratwarming.

• Stratwarming: concetto riassuntivo semplificato

Lo Stratwarming (sw - riscaldamento della Stratosfera) o per meglio dire il Sudden Stratospheric Warming (ssw - improvviso riscaldamento della Stratosfera) è un fenomeno atmosferico invernale che si verifica principalmente nell'emisfero boreale (settentrionale) e molto raramente in quello australe (meridionale).

La Stratosfera è la porzione di atmosfera che si trova immediatamente sopra la Troposfera, parte di atmosfera quest'ultima a contatto col suolo terrestre, in cui è presente la vita umana, animale e vegetale.

Il riscaldamento veloce della Stratosfera in inverno, può avere come conseguenza episodi di forti eventi freddi nella sottostante Troposfera. Ma vediamo il perchè.

Occorre sapere che in corrispondenza del Polo Nord terrestre, esiste una zona di Bassa Pressione permanente, caratterizzata da temperature molto basse, denominata Vortice Polare Troposferico (VPT).

Il rispettivo omologo presente in Stratosfera viene detto VPS, ovvero Vortice Polare Stratosferico.

• Stratwarming di tipo Wave1

Nel caso in cui in Stratosfera, si verifichi un forte riscaldamento del Vortice Polare ( per convenzione alla quota di 10 hPa, 31 Km di altezza circa ), la massa di aria fredda che prima lo componeva viene spostata a latitudini più meridionali e sostituita del tutto o in parte dalla nuova massa d'aria più calda appena costituitasi e avente caratteristiche altopressorie.

Di solito questo fenomeno avviene nella parte di Stratofera al di sopra del Pacifico settentrionale ad opera del cosiddetto Anticiclone delle Aleutine e in questo caso lo Startwarming viene denominato Stratwarming di tipo Wave 1 ( wave 1, nome attribuito all'onda altopressoria del Pacifico ).

Esso consiste in uno spostamento o parziale o dell'intera massa d'aria gelida artica costituente il VPS ( Vortice Polare Stratosferico ), fuori dalla propria sede naturale, alla conquista dei territori stratosferici principalmente delNord America orientale, dell'Europa e dell'Asia occidentale e centrale, determinato dalla spinta altopressoria della nuova massa di aria più calda.

Sotto un esempio tramite mappa dei geopotenziali previsti alla quota stratosferica di riferimenteo di 10 hPa per il 30 dicembre 2011, dove si evince come l'anticiclone aleutinico spinga il Vortice Polare sulle regioni sopra menzionate.

• Stratwarming di tipo Wave2

Quando invece ad intervenire in Stratosfera sono i due principali e contrapposi anticicloni stratosferici, ovvero l'Anticiclone delle Aleutine e quello delle Azzorre, costituitisi a seguito di 2 distinti riscaldamenti alla 10 hPa, essi unendosi in un'unica struttura altopressoria, dividono in due distinti lobi la Bassa Pressione che costituisce il VPS ( Vortice Polare Stratosferico ). 

Questo tipo di Stratwarming viene denominato Stratwarming di tipo Wave 2 ( wave 2, nome attribuito all'onda altopressoria dell'Atlantico )

In questo caso i due lobi artici derivanti dalla scissione del VPS, allontanati dalla loro sede naturale, scendono a latitudini stratosferiche inferiori, ad interessare però essenzialmente l'Asia centrale e l'America settentrionale. Difatti l'Europa e quindi anche il bacino del Mediterraneo e l'Italia, in questo caso non vengono interessati da fenomeni di freddo estremo in Troposfera.

E' anche vero che quest'ultimo tipo di Stratwarming ( wave 2 ), mette in condizione il sottostante VPT ( Vortice Polare Terrestre ) di impiegare più tempo a ricompattarsi nella sua sede naturale, protraendo la durata degli episodi freddi alle latitudini temperate dell'emisfero boreale, anche per periodi vicini ai due mesi.

Vediamo fattivamente l'esempio dello Stratwarming di tipo Wave 2 che si verificò tra il 20 e il 27 gennaio 2009 e che non coinvolse con le sue gelide conseguenze il bacino del Mediterraneo, collocandole invece tra Asia centrale e America del nord.

Nella prima immagine animata la rappresentazione di come l'aumento dei geopotenziali alla 10 hPa in zona artica, vada a sostituire la normale zona di Bassa Pressione sull'Artico con una figura di Alta Pressione.

Nella seconda immagine animata l'esempio di come l'aumento delle temperature alla 10 hPa in zona artica, vada a dividere in due il lobo unico di aria gelida artica e a collocarla sotto forma di due lobi gelidi distinti tra Asia centrale e America del Nord.

ATTENZIONE! CLICCARE SULLE IMMAGINI PER VISUALIZZARE L'ANIMAZIONE.

E' bene sapere che in letteratura meteorologica oltre a questi 2 principali tipi di Stratwarming ne esistono altri, con dinamiche evolutive differenti, ma assai meno frequenti.

Come abbiamo visto sin qui, in caso di Stratwarming, nella sede del Vortice Polare Stratosferico non si trovera più una Bassa Pressione fredda, bensì un'Alta Pressione composta da una massa d'aria più calda.

Nell'arco di un periodo variabile dai 7 ai 10 giorni, questo riscaldamento del Vortice Polare Stratosferico si propaga verso il basso, fino a sconfinare nella Troposfera ( livello più basso dell'atmosfera a contatto col suolo terrestre ).

N.B. Se in letteratura siamo abituati a leggere da più parti il termine di 7-10 giorni dalla data del raggiungimento della massima scaldata alla 10 hPa, è vero che da parte di molti esperti della materia, su pubblicazioni, blog, siti e forum, il termine viene prolungato a 15 giorni. Troviamo poi autorevoli pubblicazioni scientifiche universitarie che parlano di inversione dei venti stratosferici a distanza di 10 giorni dall'apice della scaldata che raggiunge il suo massimo nei 10 giorni precedenti ( in totale 20 giorni ) e infine altri insigni esperti come quelli del Metoffice che parlano di alcune settimane di tempo necessarie al compimento dell'evento.

Anche in questa sede atmosferica, al posto del Vortice Polare Troposferico, composto da una zona di Bassa Pressione fredda, si instaurerà una zona di Alta Pressione, composta da unamassa d'aria più calda.

A questo punto l'aria fredda artica, scalzata dalla sua sede di appartenenza naturale, scenderà a latitudini più meridionali, finendo per interessare zone normalmente a clima mite, determinando intense precipitazioni nevose e irruzioni di aria gelida.

Vanno inoltre citate alcune differenze tipologiche di stratwarming.

• Major Warming:

Alla 10 hPa si registra un aumento della temperatura media di almeno 30°C in una settimana, dal parallelo 60 verso nord. Inoltre deve essere presente una circolazione contraria ( non zonale, quindi orientale ).

• Minor Warming:
  

Se in uno qualsiasi e almeno uno dei livelli stratosferici, dalla 70 alla 10 hPa e in una qualsiasi area dell´emisfero, si registra un significativo aumento della temperatura di almeno 25°C in una settimana o meno.

• Canadian Warming:
  

Si verifica frequentemente nella fase iniziale dell´inverno come conseguenza di una intensificazione dell'Alta Pressione stratosferica delle Aleutine, la quale tende a spostarsi verso il Polo Nord. Questo tipo di riscaldamento tuttavia non porta mai al collasso del Vortice Polare Stratosferico.

• Stratalert:
  

Allerta in presenza di un riscaldamento di almeno 25°C ad una qualsiasi quota stratosferica in una settimana.

• Geoalert/Stratwarming:
  

Se si registra un incremento di 30°C settimanale al livello della 10 hPa.

Ecco quindi, spiegato brevemente, come il riscaldamento veloce della Stratosfera, detto stratwarming, può in inverno avere come conseguenza episodi di forti eventi freddi nella Troposfera sottostante.

Qui potete consultare le precedenti parti della didattica:

• Stratwarming (parte prima): Coupling e Forcing Tropo-Stratosferico

E passiamo ora all'argomento specifico di questa seconda parte dedicata al fenomeno dello Stratwarming.

• Stratwarming (parte seconda): Origini del Warming e Tempi di Ripercussione in Bassa Atmosfera

Abbiamo visto nel precedente articolo il concetto di Coupling, quello di Forcing Troposferico e quello di Forcing Stratosferico, mentre in questo analizzeremo le origini del fenomeno dello Stratwarming, che hanno la loro genesi nella bassa atmosfera ( Troposfera ) per poi propagarsi nell'immediato livello superiore ( Stratosfera ), con successivo ritorno alla Troposfera e relativo condizionamento delle vicende meteorologiche emisferiche.

Perché come spiegato nella parte prima i venti e il gradiente termico stratosferico subiscono le brusche inversioni che portano allo Stratwarming?

Trascurando la parte legata alle fasi di minimo e massimo solare che possono influire dall'alto sulla temperatura della Stratosfera, la causa che innesca questo maestoso fenomeno è nella maggior parte dei casi di origine troposferica.

Il fattore di principale forzante atmosferica è rappresentato dalla presenza di importanti e persistenti figure anticicloniche nella Troposfera extra-tropicale ( medie latitudini-alte latitudini ) che costituiscono un forte disturbo alla normale circolazione zonale delle correnti atmosferiche ( flusso delle correnti da ovest verso est).

Il flusso zonale nell'incontrare lo sbarramento costituito da una coriacea e persistente figura di Alta Pressione, tende a meridianizzarsi e cioè è costretto a procedere invece che con direttrice ovest-est, approssimativamente lungo i paralleli, con direttrice sud-nord, approssimativamente lungo i meridiani.

Tale segnale di disturbo si trasmette poi in Stratosfera, grazie all'amplificazione verso l'alto delle Onde di Rossby, onde atmosferiche che si propagano verso l'alto ( espansione verso l'alto delle Onde Planetarie o onde di Rossby ) e che penetrando in Stratosfera determinano quella che viene chiamata una "wave breaking"( o breaking planetary wave - onda di rottura) nella normale circolazione zonale presente anche in Stratosfera.

Perchè la breaking wave provoca il riscaldamento ( warming ) della Stratosfera?

La spiegazione è assai semplice. La stessa denominazione "onda di rottura" ( wave breaking ) fa intendere che la medesima onda va a "rompere" la progressione dei venti stratosferici da ovest verso est, contrapponendo venti di direttrice diversa o contraria. Dallo scontro di due forze cinetiche contrarie viene generato attrito e quindi calore. Calore che per principio fisico si propaga poi alle quote superiori della Stratosfera, per poi ridiscendere successivamente verso il basso a causa del naturale riequilibrio termico.

Inevitabili quindi a questo punto le ripercussioni termico-bariche e di circolazione sul VPS ( Vortice Polare Stratosferico ) elencate nel concetto riassuntivo semplificato di Stratwarming che trovate ad inizio articolo.

In questo inverno 2012-2013, l'importante figura anticiclonica in Troposfera che ha determinato quanto sopra riportato, è rappresentata dall'Anticiclone Russo-Siberiano, il quale già da ottobre ha fatto segnare valori termici inferiori alle medie e valori pressori superiori, come ci ricorda la cronaca recente dell'eccezionale ondata di aria fredda che staziona da ormai oltre un mese sulla Russia con termiche tra le più rigide degli ultimi 80 anni.

Ma vediamo ora, aiutandoci anche con un semplice grafico, i tempi dello sviluppo del fenomeno e delle ripercussioni meteorologiche in Troposfera.

Ecco l'analisi di 18 episodi di Vortice Polare Stratosferico debole ( quindi surriscaldato ) realizzata da Mark Baldwin.

In questa immagine, che presenta le anomalie del NAM ai vari livelli tropo-stratosferici, vediamo rappresentato su un arco temporale di 180 giorni ( dal giorno -90 al giorno 0 al giorno +90 ) e osservando la sottile linea di demarcazione tra Troposfera e Stratosfera ( nell'immagine tra 300 e 100 hPa ), come il primo disturbo ( forzante - forcing troposferico ) sia di origine troposferica ( colore giallo arancio nella parte bassa dell'immagine ), con circa 10 giorni di anticipo rispetto al principale distrurbo stratosferico ( colore rosso nella parte alta dell'immagine ).

L'anomalia stratosferica una volta tornata verso il suolo ( forcing stratosferico ) è poi seguita da circa 60 o anche più giorni con forti anomalie in Troposfera ( colore rosso-arancio nella parte bassa dell'immagine), caratterizzate meteorologicamente dalla prevalenza sul normale flusso zonale ( correnti miti oceaniche da ovest verso est ) di un flusso di tipo meridiano ( all'incirca lungo i meridiani da nord verso sud o da nord-est verso sud-ovest ), che favorisce i temibili e gelidi "moti retrogradi", in grado di traghettare sulle regioni a clima temperato le freddissime correnti di origine artico-continentale dalla Russia-Siberia, o artico-marittima dal Mar Glaciale Artico.

Nel prossimo articolo ci occuperemo di due altri importanti argomenti legati alla dinamica evolutiva dello Stratwarming, ovvero la Brewer-Dobson Circulation ( BDC ) e l'Eliassen Palm Flux ( EP flux ).

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