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Il fenomeno dell’indebolimento del vortice polare stratosferico e la sua stretta correlazione con la rottura dell’onda anticiclonica del Nord Atlantico costituiscono una tematica di grande interesse scientifico, particolarmente rilevante nell’ambito della meteorologia e della climatologia. Questo articolo intende esplorare approfonditamente questi fenomeni, con un focus specifico sull’improvviso riscaldamento stratosferico (SSW) avvenuto il 12 febbraio 2018.
L’evento del 2018 e la rottura dell’onda anticiclonica di Rossby
Il riscaldamento stratosferico improvviso (SSW) del 12 febbraio 2018 rappresenta un caso studio significativo, poiché nessun modello a lungo termine era stato in grado di prevederlo con oltre 12 giorni di anticipo. All’inizio di febbraio 2018, tutti i modelli di previsione del database substagionale-stagionale (S2S) hanno improvvisamente cambiato le loro proiezioni, passando da un forte vortice polare stratosferico (SPV) a un’alta probabilità di un importante SSW. Questo cambiamento è stato associato alla traiettoria e all’intensità di un ciclone nell’Atlantico nord-orientale, unitamente a una concomitante rottura dell’onda anticiclonica di Rossby, la quale non era stata adeguatamente prevista.
La rottura dell’onda anticiclonica ha svolto un ruolo cruciale nell’innalzamento dell’altitudine degli Urali, un evento che la letteratura ha identificato come un precursore del SSW del 2018. La traccia del ciclone ha generato un insolitamente forte dipolo di pressione a livello del mare tra la Scandinavia e la Groenlandia, definito come il dipolo SG. Le previsioni che non catturavano l’entità di questo evento presentavano gli errori maggiori nella previsione della forza dell’SPV e non mostravano una maggiore attività delle onde verticali.
Influenza del vortice polare stratosferico sui modelli meteorologici
Il vortice polare stratosferico, una vasta circolazione che si estende da 10 a 50 km sopra il polo, ha un’influenza significativa sui modelli meteorologici quotidiani nella troposfera sottostante per settimane o mesi. Pertanto, comprendere e prevedere il comportamento del vortice polare stratosferico è essenziale per la previsione meteorologica a lungo termine. Nel febbraio 2018, il vortice polare stratosferico dell’emisfero settentrionale ha subito un indebolimento noto come riscaldamento stratosferico improvviso, risultando in condizioni insolitamente fredde in tutta l’Eurasia.
Ruolo della traiettoria del ciclone e della cresta sopra la Scandinavia
L’inizio improvviso delle previsioni di indebolimento del SPV e del SSW nel febbraio 2018 è stato guidato da un’alterazione dell’onda anticiclonica di Rossby, legata alla traiettoria e all’intensità di un ciclone sulla Groenlandia orientale, insieme a una cresta associata sopra la Scandinavia. Abbiamo definito un indice di dipolo SG in MSLP (Mean Sea Level Pressure) per descrivere l’evoluzione di questi fenomeni. La posizione e l’intensità del ciclone sono state eventi rari, con il MSLP medio nel nodo della Groenlandia e il dipolo stesso che superava il 99° percentile dei mesi invernali estesi dal 1979 al 2017.
La presenza di dipoli SG forti nella rianalisi è associata con la rottura delle onde anticicloniche nel settore atlantico, inducendo un’attività di onde verticali anomalamente forte e una rapida tendenza verso un SPV indebolito/NAM stratosferico negativo entro 10 giorni. Questo indica che l’evoluzione nel 2018 non era una caratteristica della specifica configurazione del flusso ma un meccanismo più generale di indebolimento dei vortici presente in altri eventi.
Il ruolo del picco degli Urali
Il dipolo SG e l’evento di rottura dell’onda sono stati fondamentali per amplificare un sistema ad alta pressione sugli Urali, precedentemente descritto come precursore della pressione superficiale del SSW del 2018. I nostri risultati suggeriscono che il picco degli Urali è stato probabilmente una conseguenza dell’evento di rottura dell’onda, piuttosto che un driver primario. La divergenza iniziale nell’evoluzione della forza SPV e l’inizio del maggiore flusso di onde verticali si è verificato intorno al 5 febbraio, precedendo l’amplificazione del massimo degli Urali, seguito l’8 febbraio, indicando ulteriormente che l’altezza degli Urali è stata una risposta secondaria.
Prospettiva dal basso verso l’alto e implicazioni per la prevedibilità
I risultati differiscono dal lavoro precedente perché utilizzano una prospettiva dal basso verso l’alto, valutando la risposta stratosferica agli eventi troposferici. Forniamo un particolare trigger transitorio, che non sarebbe facilmente distinguibile attraverso compositi della media temporale top-down. Questo aiuta a comprendere i meccanismi attraverso i quali il blocco troposferico persistente può produrre improvvisi cambiamenti nella circolazione stratosferica.
Suggeriamo che il dipolo SG debba essere monitorato operativamente come precursore dell’indebolimento dell’SPV. I cambiamenti e l’incertezza nelle sue previsioni possono aiutare a identificare le fonti di incertezza nelle previsioni stratosferiche.
Limiti nella prevedibilità e correlazioni con il modello NAM/NAO
L’intensità del dipolo SG nel 2018 non era stata ben prevista, a causa dell’incertezza sulla traiettoria e sull’intensità di un ciclone atlantico. Questo pone limiti alla capacità dei modelli di previsione di rappresentare pienamente questa fonte di variabilità substagionale. Inoltre, la presenza di forti dipoli SG richiede una traiettoria delle tempeste atlantiche spostata verso i poli, che è associata al modello NAM/NAO positivo. Questo comportamento potrebbe implicare un accoppiamento bidirezionale in cui il vortice guida la propria variabilità, simile a un oscillatore autosufficiente.
Implicazioni dei cambiamenti climatici futuri
Diversi studi hanno indicato uno spostamento verso i poli nella traiettoria delle tempeste del Nord Atlantico durante l’inverno a causa dei futuri cambiamenti climatici. Ciò potrebbe portare ad un aumento della frequenza di forti dipoli SG e quindi a più frequenti eventi di rottura delle onde e all’indebolimento dei vortici stratosferici. Tuttavia, i suddetti errori potrebbero ridurre la capacità dei modelli climatici di rappresentare pienamente questa fonte di variabilità substagionale.
Il fenomeno del riscaldamento stratosferico improvviso: dinamiche e implicazioni climatiche, approfondimento
L’evento di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW) del 12 febbraio 2018 si è distinto nella cronologia meteorologica come un’occasione notevole per i ricercatori e i previsionisti del clima. Dopo un intervallo di cinque anni, il più lungo dal periodo 1989-1998, questo evento ha segnato il ritorno di un fenomeno straordinario, definito dalla significativa inversione dei venti zonali a 10 hPa e 60° N. La portata e la complessità di questo fenomeno meritano un’esplorazione approfondita per comprendere le sue dinamiche e le sue ripercussioni sull’atmosfera terrestre.
La particolarità dell’evento del 2018 risiede nella sua capacità di dividere il vortice polare stratosferico (SPV) in due entità distinte, un fenomeno che ha avuto effetti diretti sulla circolazione atmosferica a livello globale. La scissione dell’SPV ha dato avvio a una catena di eventi atmosferici che hanno portato a condizioni climatiche estreme, in particolare un marcato raffreddamento su vasta scala che ha interessato l’Europa e l’Asia settentrionale. La presenza di un anticiclone sulla Scandinavia ha favorito l’instaurarsi di un flusso freddo orientale, alterando così significativamente le condizioni meteorologiche usuali di queste regioni.
L’analisi di questo SSW non può prescindere dalla considerazione della capacità predittiva dei modelli climatici. L’evento del 2018 è stato il primo a verificarsi dopo l’implementazione del database S2S, un’iniziativa che ha coinvolto undici modelli di previsione internazionali con l’obiettivo di migliorare le capacità di previsione a medio e lungo termine. La finestra di prevedibilità per questo evento si è rivelata inferiore alle due settimane, un limite che solleva interrogativi significativi sulla capacità di anticipare fenomeni di tale portata. La transizione brusca da un SPV forte a uno debole ha messo in luce le sfide intrinseche nella previsione di eventi stratosferici e la necessità di comprendere meglio i meccanismi sottostanti che governano la dinamica atmosferica.
La ricerca si è quindi concentrata sull’analisi dei precursori dell’SSW, esplorando le interazioni tra la troposfera e la stratosfera. Gli studi hanno evidenziato il ruolo cruciale dei blocchi atmosferici e delle anomalie di pressione nel guidare l’attività delle onde atmosferiche e influenzare la stabilità dell’SPV. In particolare, l’analisi del “Ural high” ha svelato una forte correlazione tra la formazione di questo anticiclone e la dinamica dell’SPV, suggerendo un nesso causale tra fenomeni troposferici e stratosferici.
Un’ulteriore dimensione di analisi riguarda la capacità dei modelli di catturare le variazioni nell’attività delle onde atmosferiche e il loro impatto sull’SPV. La variabilità dell’SPV, influenzata da fattori sia stazionari che transitori, rappresenta una sfida significativa per la prevedibilità degli eventi SSW. L’esame dei dati ECMWF e NCEP ha fornito spunti preziosi sulla comprensione dei meccanismi di propagazione delle onde atmosferiche e sulla loro interazione con la dinamica stratosferica.
L’evento SSW del 2018 ha evidenziato l’importanza di un approccio integrato nell’analisi dei fenomeni atmosferici, che consideri sia i precursori troposferici sia le risposte stratosferiche. La dinamica complessa che caratterizza l’interazione tra differenti livelli atmosferici richiede un continuo sviluppo delle capacità predittive e una maggiore comprensione dei processi fisici coinvolti. La capacità di anticipare eventi SSW con maggiore precisione avrà implicazioni significative per le previsioni meteorologiche substagionali, offrendo la possibilità di mitigare gli impatti dei fenomeni climatici estremi su scala globale.
In conclusione, l’SSW del 2018 rappresenta un caso di studio fondamentale per la comunità scientifica, offrendo spunti cruciali per il miglioramento delle tecniche di previsione climatica. L’analisi approfondita di questo evento mette in luce la complessità delle interazioni atmosferiche e sottolinea la necessità di un approccio multidisciplinare nella ricerca meteorologica. La continua esplorazione dei meccanismi sottostanti gli SSW e la loro prevedibilità rimane un campo vitale per avanzare nella nostra comprensione del sistema climatico terrestre e nelle capacità di previsione a lungo termine.
Questo studio offre un contributo significativo alla comprensione dei meccanismi che guidano l’indebolimento del vortice polare stratosferico e le sue implicazioni per la prevedibilità meteorologica a lungo termine. Ringraziamo il Natural Environment Research Council (NERC), il SCENARIO Doctoral Training Partnership, l’Università di Reading, il Centro nazionale per la scienza dell’atmosfera e i revisori anonimi per il loro supporto e suggerimenti utili. Questo lavoro si basa sui dati S2S, un’iniziativa congiunta del World Weather Research Program (WWRP) e del World Climate Research Program (WCRP), e utilizza dati di rianalisi S2S ed ERA-Interim disponibili online.