Didattica Stratosfera & Stratwarming

L'influenza della MJO (Madden-Julian Oscillation) sui riscaldamenti stratosferici

E' ormai ampiamente dimostrato che la variabilità del vortice polare stratosferico invernale può influenzare in maniera marcata sia il tempo in sede troposferica sia le condizioni climatiche generali sull'intero Emisfero boreale.

L'esempio più estremo di variabilità del VPS si verifica quando il vortice polare si "spezza" completamente, i venti zonali divengono via via più deboli e si ha una certa inversione degli stessi, specialmente in presenza di una QBO negativa. Tali eventi sono noti come "improvvisi riscaldamenti stratosferici", o SSW (stratospheric sudden warming) e sono quasi sempre preceduti da una forte attività d'onda che dalla troposfera si riversa verso la stratosfera.

Un SSW può inoltre influenzare i getti nella troposfera e, in particolare, spingere verso la fase negativa il NAM (North Anular Mode) in special modo dopo alcune settimane dall'evento. E' quindi molto importante, in tal senso, comprendere nel maggior modo possibile i fattori che controllano la variabilità del vortice polare su scale temporali intra-stagionali.

Un certo numero di studi hanno suggerito che una certa variabilità del VPS nell'emisfero settentrionale è legata ad una marcata variabilità nella regione del Pacifico settentrionale; in particolare, durante un inverno contaddistinto dalla presenza di El Nino, le altezze di geopotenziale nella troposfera sono più basse nel Pacifico settentrionale e questa situazione, relativamente parlando delle medie latitudini, è collegata ad un vortice polare mediamente più debole. Queste anomalie di geopotenziale nel nord del Pacifico sembra che in un certo qual modo vadano ad interessare anche il meccanismo con cui lo snowcover del mese di Ottobre porti ad un indebolimento del VP, soprattutto nella prima parte dell'Inverno. Un altro aspetto che influisce sull'andamento del vortice polare sono poi anche le anomalie negative della superficie del mare nell'Oceano Pacifico settentrionale.

Recentemente, un nuovo studio, ha dimostrato che la MJO può comportare anomalie termiche anche piuttosto significative nelle regioni artiche. Nello studio emerge inoltre una certa connessione tra la MJO stessa e la stratosfera; in particolare è molto importante osservare che circa 10 giorni dopo che la MJO passa nella fase di riduzione forzata della convezione sopra il Pacifico occidentale (la fase 1) le anomalie calde tendono a "trasferirsi" nella bassa stratosfera polare. Al contrario, il raffreddamento anomalo si verifica nella stratosfera circa 10 giorni dopo che la MJO ha raggiunto la fase 5, contraddistinta da anomalie di segno opposto rispetto alla fase 1. In questo studio quindi si cerca di dimostrare in maniera quanto più dettagliata possibile un collegamento statisticamente significativo tra la MJO e il vortice polare stratosferico e, successivamente, anche con il NAM troposferico, con ritardi superiori ad un mese circa.

Andiamo quindi ad esaminare le fasi di un SSW precedenti alla MJO, prendendo in considerazione tre lassi di tempo prima che si verifichi un riscaldamento stratosferico (25-36 giorni, 13-24 giorni e 1-12 giorni). Le fasi 7 e 8 della MJO sono preferite nei 12 giorni precedenti ad un SSW, tra i 13 e i 24 giorni prima di un SSW sono da preferire le fasi 4, 6 e 7 della MJO, mentre tra 25 e 36 giorni prima di un SSW sono invece le fasi 2 e 3 della MJO da preferire. Il ritardo tra le fasi 3 e 7 è coerente con il periodo di 60-90 giorni di periodicità della MJO stessa. Il punto chiave tuttavia è che il potenziale di prevedibilità si estende nell'arco di un intero mese; se una fase 3 o una fase 2 della MJO sono in atto, la probabilità che un SSW si verifichi in circa 30 giorni è apparentemente più elevata.

Una volta che il vortice polare stratosferico si è indebolito con la persistente fase 3 della MJO, l'anomalia tende successivamente a trasferirsi verso la troposfera. Nella quarta settimana dopo la MJO a fase 3, si registra un rapido indebolimento del vortice polare nella medio-alta stratosfera. Nelle successiva due settimane il "segnale" si propaga ancora più in basso e nel giro di 50 giorni raggiunge la troposfera. Il NAM troposferico rimane negativo per le successive tre settimane. L'anomalia superficiale dell'AO ha quindi mediamente un ritardo di circa 48-50 giorni e corrisponde a circa -0,65. Un segnale simile del NAM stratosferico si registra circa due-tre settimane dopo la fase 7 della MJO, anche se tuttavia è bene precisare che l'anomalia stratosferica non influisce in modo particolarmente significativo il NAM troposferico.

Nei 20 giorni precedenti un SSW, a 500 hPa si registrano anomalie negative nell'area del Pacifico settentrionale, anche se mediamente nelle fasi 3 e 7 della MJO si registra una maggior incisività delle onde verticali verso il Polo. Un'altra correlazione questa che conferma, quindi, l'influenza della MJO sull'andamento del vortice polare stratosferico. Alcuni dei più intensi SSW si sono proprio verificati in base a determinate fasi della MJO, con onde planetarie marcatamente pronunciate soprattutto in sede troposferica, specie nella regione del Pacifico settentrionale. Analogamente, tuttavia, la forza del vortice polare è significativamente modulata da particolari fasi della MJO, così come l'influenza della MJO stessa sul vortice polare è paragonabile a quella associata tra la QBO e El Nino.

La MJO inoltre potrebbe migliorare anche le previsioni intra-stagionali della North Atlantic Oscillation (NAO), anche con tendenze a circa 25-30 giorni; precedenti studi sulla connessione MJO-NAO hanno rivelato tempi di influenza di circa due setitmane, molto probabilmente basandosi sugli effetti della MJO nella propagazione delle onde verso i poli in sede strettamente troposferica. Tuttavia, allo stato attuale, gran parte dei modelli climatici non riesce a simulare una MJO che si avvicini perfettamente alla realtà, pertanto ogni situazione descritta nell'editoriale non è detto che si verifichi con una probabilità del 100%. Se in futuro queste discrepanze modellistiche verranno corrette allora si potrà studiare con ancor più elevata accuratezza questa estrema variabilità e connessione tra la MJO, la NAO e lo stato del vortice polare e del vortice polare stratosferico.

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