Ero appena un ragazzo quando ho cominciato ad interessarmi alla meteorologia. Non ricordo molto di quei giorni, salvo il fatto che, da adolescente quale ero, il contesto del corso di cultura aeronautica in meteorologia mi sembrava alquanto strano. Una cosa ricordo bene: “Ragazzi”- disse la persona che ci accolse il primo giorno- “il tempo e la meteorologia sono tutti nella parte più bassa dell’atmosfera, che si chiama troposfera”. Ma è proprio così? Direi di no, dato che se già alla metà del secolo scorso, più di qualcuno aveva cominciato a capire che le cose in effetti stanno diversamente. Nel tempo, molti processi chimici e fisici che riguardano la stratosfera sono stati riconosciuti come determinanti per lo strato sottostante e, quindi, per il tempo atmosferico e per il clima.
Tra questi, i più drammatici, in termini di vero e proprio stravolgimento delle condizioni di partenza, sono delle intense e rapide risalite della temperatura della stratosfera polare, noti nella nomenclatura come Stratospheric Sudden Warmings (SSW). Nei mesi invernali la stratosfera polare di entrambi gli emisferi è occupata da un intenso vortice freddo, il Vortice Polare (VP), che subisce una fase di repentino riscaldamento durante la quale può essere spostato a latitudini molto più basse del normale o separato in due circolazioni minori lontane dal baricentro polare, che finisce per essere occupato da una circolazione anticiclonica. In questo caso, al culmine del riscaldamento, i venti stratosferici cambiano direzione e da occidentali divengono orientali. Le SSW sono abbastanza frequenti, tuttavia gli episodi più intensi e significativi sono piuttosto rari e spesso possono essere assenti dalla scena climatica anche per tre o quattro inverni consecutivi. Durante questi eventi la temperatura nella stratosfera può salire anche di 80°C in pochi giorni e la stratopausa, che la separa dalla mesosfera, può abbassarsi anche di 20km. Con l’unica eccezione di un evento occorso nel settembre del 2002, il VP dell’emisfero meridionale non conosce fasi di rapido riscaldamento intermedie, mentre nella fase finale della stagione fredda, durante la primavera australe, subisce un progressivo indebolimento che si conclude con la transizione stagionale.
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Cerchiamo ora di approfondire la nostra conoscenza di questi eventi. La stratosfera polare invernale dell’emisfero nord è normalmente dominata da due circolazioni principali, il vortice polare, freddo e ben organizzato, ed un anticiclone più debole, ma quasi persistente, posizionato intorno a 180° di longitudine, l’anticiclone delle Aleutine. Una fase di intensificazione di questo anticiclone ed il contestuale indebolimento del vortice polare sono sempre alla base degli eventi di SSW che, in base alla loro evoluzione, possono essere racchiusi in quattro gruppi fondamentali: Major Warmings, Minor Warmings, Canadian Warmings e Final Warmings.
Le Major Warmings – Questo gruppo può essere ulteriormente diviso in due sottocategorie, denominate wave-1 e wave-2, rispettivamente nel caso in cui, come già accennato in precedenza, il VP sia spostato dalla sua sede naturale pur mantenendo una struttura unica, oppure sia diviso in due circolazioni separate. Perchè un evento di riscaldamento della stratosfera polare sia classificato come Major Warming, la World Meteorological Organization (WMO) stabilisce che l’inversione della circolazione dei venti debba propagarsi almeno fino al 60° parallelo Nord. Il riscaldamento di tipo wave-1 Major warming wave 1 Major warming wave 1 in corsopuò originarsi dalla fusione dell’anticiclone delle Aleutine con un’altra circolazione di alta pressione formatasi anche molto più ad ovest (solitamente attorno al meridiano di Greenwich). Questo anticiclone viaggia attorno al bordo del VP fino a raggiungere la zona delle Aleutine e fornisce l’energia per l’intensificazione. Si genera così un forte gradiente nell’area di contatto tra le due circolazioni, da cui scaturisce una accentuazione dell’intensità della corrente a getto. l’aria anticiclonica entrando nel getto scende adiabaticamente, ovvero senza scambiare calore con l’ambiente circostante, per circa due chilometri subendo quindi un intenso riscaldamento. Inizia così una fase di erosione ed indebolimento del VP che perde aria ad elevato contenuto di energia potenziale catturata dalla circolazione anticiclonica. I processi che appartengono alla categoria wave-2 hanno invece una dinamica differente. E’ infatti necessario che all’intensificazione dell’anticiclone delle Aleutine corrisponda una pari intensificazione di un anticiclone (non permamente) sviluppatosi ad opposta longitudine. Ne consegue una chiusura a tenaglia delle due configurazioni di alta ai danni del VP, che viene diviso in due circolazioni fredde distinte che scendono notevolmente di latitudine. In molti casi una SSW di tipo wave-1 precede il verificarsi di una wave-2, per cui il vortice polare, già spostato dalla sua posizione, quando finisce per essere diviso in due può scendere ancora di più verso meridione. Questo però accelera la fine dell’evento di riscaldamento, perchè l’aria anticiclonica perde velocemente calore verso l’alto per effetto del raffreddamento radiativo (l’inverno è comunque la notte polare) e la circolazione torna rapidamente alla normalità.
Le cosiddette Minor Warmings oltre ad essere abbastanza frequenti, sono comuni anche nell’emisfero meridionale, seppur in forma molto più attenuata, come del resto sono decisamente attenuati tutti i parametri di riferimento che caratterizzano il VP settentrionale. Questi eventi hanno molte caratteristiche in comune con le SSW di tipo wave-1, ma non hanno effetti di particolare rilievo, benchè forniscano una valida testimonianza della accentuata variabilità e debolezza della struttura termica della stratosfera polare nel nostro emisfero.
Le Canadian Warmings, sono tipiche della fase iniziale della stagione invernale. Per cause ancora non del tutto chiare, l’anticiclone delle Aleutine si spinge verso la longitudine 90° ovest, appunto fin sul Canada. Ne deriva lo spostamento ed allungamento del VP finchè, al collasso dell’anticiclone non tornano a stabilirsi condizioni di normalità. Le immagini cche documentano la fase di riscaldamento in corso in questi giorni si riferiscono ad un evento di questo tipo, ma il cammino dell’anticiclone non si è arrestato sul Canada, così come non si è fermata la sua intensificazione, consentendo lo sviluppo di una SSW di tipo wave-1.
Infine, quando l’inverno volge al termine (e così la notte polare), si succedono ogni anno quelle che vengono definite Final Warmings con un processo evolutivo più simile ad una rapida SSW che non ad un progressivo riscaldamento dovuto al ritorno di una maggiore quantità di radiazione solare. In definitiva gli eventi di riscaldamento della stratosfera polare sono sempre rapidi ed improvvisi, anche quando riguardano la transizione stagionale. Anche nell’estate boreale tuttavia, nella bassa stratosfera resta un residuo del VP che all’arrivo del freddo costituirà la base per la maturazione della circolazione invernale.
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Con riferimento alle correlazioni con le dinamiche troposferiche, è stato spesso osservato che un deciso approfondimento della circolazione depressionaria a carattere permanente che orbita attorno a 140° di longitudine -la East Asian Low-, può essere causa di una intensificazione dell’anticiclone delle Aleutine che, a sua volta, ha un ruolo determinante nell’occorrenza delle SSW. Non sempre però il comportamento anomalo delle onde troposferiche conduce ad uno di questi eventi, tuttavia, specialmente per le wave-1, l’ampiezza delle onde planetarie è sempre molto accentuata, pur persistendo un elevato grado di indeterminatezza nell’accertare la catena degli eventi.
Per quel che riguarda le wave-2 il processo di innesco appare più chiaro. L’insorgere di un secondo anticiclone longitudinamente opposto a quello delle Aleutine è necessario perchè il VP sia stretto nella morsa dell’alta pressione. Tale processo arriva fino alla troposfera dove alla East Asian Low si oppone la nascita di un’altra depressione sul Nord America, favorendo l’affermarsi di una tipica configurazione di blocco troposferico causa di intensi flussi meridiani. Ne consegue che le situazioni di blocco appaiono essere una conseguenza e non una causa delle SSW.
Uno dei principali motivi di incertezza nella comprensione di questi eventi, sembra essere la grande variabilità interannuale del comportamento della stratosfera polare. Una variabilità attribuibile a tre fattori determinanti: (1) l’accentuata variabilità della struttura della circolazione troposferica, con particolare riferimento all’ENSO (El Niño Southern Oscillation); (2) la variabilità della stratosfera tropicale, con particolare riferimento alla QBO (Quasi Biennal Oscillation); (3) la variabilità delle forzanti esterne, quali il ciclo solare undecennale.
Le SSW dunque provocano quello che a tutti gli effetti può essere definito uno sconvolgimento delle dinamiche della circolazione stratosferica ed essendo causa di intensi movimenti meridiani di masse d’aria nella troposfera, possono essere anche origine di un forte rimescolamento chimico della media atmosfera, portando, ad esempio, aria povera di ozono dalle latitudini polari a quelle meridionali.
E’ necessario infine segnalare anche gli effetti di feedback che le SSW possono avere sulla circolazione nei bassi strati e quindi sul tempo locale. Gli intensi blocchi pressori ed i conseguenti accentuati flussi meridiani di masse d’aria innescati dalla discesa di aria fredda, secca e con elevata vorticità potenziale verso latitudini più basse, sono stati causa di fasi di tempo gelido negli inverni europei, tra i quali si ricorda soprattutto quello del 1984-85, anni che ancora detengono il record delle precipitazioni nevose sul territorio della penisola.
Autore: Guido Guidi per www.climatemonitor.it
L’articolo completo sul Stratospheric Sudden Warming si può leggere al seguente link:
https://www.climatemonitor.it/?p=44
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