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Didattica

Ormai siamo a 4-5 giorni dall’evento e quindi in un range temporale in cui si possono formulare delle previsioni attendibili… stiamo parlando dell’ondata fredda prevista per domenica 25 febbraio che assumerà probabilmente un carattere eccezionale e forse storico per buona parte dell’Europa. Dalla lontana Siberia verranno mosse verso ovest ingenti masse d’aria fredda continentale che si sposteranno oltre gli urali fino al cuore dell’Europa, compiendo un movimento antizonale (da est verso ovest). È come se per un periodo il motore dell’atmosfera ingranasse la retro generando alle latitudini medie dell’emisfero boreale un’ampia ed estesa circolazione da est verso ovest.

 

Si tratta infatti d’aria fredda, stratificata e pesante che si genera in Siberia e che tende a stabilirsi in quell’area o al limite traborda nell’Oceano Pacifico, spinta dei venti zonali da ovest verso est. In questo articolo non vogliamo formulate una previsione ma dare una descrizione semplice del meccanismo per cui queste masse, tendenzialmente pigre, nei prossimi giorni si sposteranno verso il continente europeo compiendo un lunghissimo tragitto.

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Carta sinottica di previsione per domenica 25 febbraio 2018 (pressione al suolo e altezze geopotenziali a 500hPa)

 

VORTICE POLARE STRATOSFERICO E TROPOSFERICO

La letteratura scientifica (Polvani L at Al.) suddivide il vortice polare in stratosferico e troposferico. Sebbene la colonna d’aria sia unica la tropopausa segna il confine tra varie circolazioni globali lungo i meridiani. In troposfera i moti verticali dell’aria sono paragonabili a quelli orizzontali e la circolazione si suddivide in tre celle: Hadley, Ferrel e Polare. Il motore di questa circolazione è la convezione equatoriale e il raffreddamento polare. La cella di Ferrel è in realtà virtuale e non rappresenta altro che l’ondulazione della circolazione zonale atmosferica che genera cicloni extratropicali e alte pressioni.

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Schema di circolazione troposferica lungo i meridiani

 

In stratosfera la configurazione è invece monocellulare attraverso la circolazione di Brewer-Dobson (BD). Il movimento dell’aria è praticamente solo orizzontale in quanto i moti verticali che alimentano la cella BD sono trascurabili. Questa circolazione è infatti alimentata dall’ingresso di aria troposferica nella stratosfera grazie alla convezione equatoriale che riesce a spingere dell’aria oltre la tropopausa. L’aria rientra poi in troposfera alle latitudini polari grazie al raffreddamento della notte polare. In realtà ci sono degli scambi d’aria anche attraverso la cella di Ferrel che, con le relative onde di Rossby, increspa la superficie della tropopausa generando delle onde che emettono aria dalla troposfera e che catturano aria stratosferica. In particolare, le onde più imponenti vengono chiamate onde planetarie che si estendono per migliaia di chilometri e che si elevano fino ai piani più alti della stratosfera. La stratosfera non ha quindi dei moti turbolenti e, come evidenzia il nome, è costituita da strati d'aria omogenei che tendono a mantenere le caratteristiche termodinamiche senza mescolarsi. Quando questi strati vengono deformati tendono a scaldarsi per l'attrito provocato dalla compressione.

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Schema di circolazione stratosferica lungo i meridiani

 

Un aspetto non trascurabile è che il vortice polare stratosferico (VPS) esiste solo nella stagione invernale mentre quello troposferico è presente in ogni periodo dell’anno. Il VPS è un vero e proprio vortice simile a quello che si crea quando si toglie il tappo alla vasca da bagno, mentre il vortice polare troposferico (VPT) non è altro che quel perimetro che racchiude la cella polare e che è in genere caratterizzato da molteplici centri depressionari isolati.

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Vortice polare stratsferico e troposferico

 

EVENTI STRATOSFERICI ESTREMI

In genere durante la stagione invernale VPS e VPT trovano un equilibrio che li rende in un certo senso indipendenti. Tuttavia, ci sono situazioni in cui il VPS va incontro ad eventi estremi che poi si ripercuotono sulla troposfera (ESE extreme stratospheric event).

Ci sono due tipi di eventi stratosferici estremi: ESE di tipo cold e di tipo warm.

Nel primo caso (ESE cold) grazie ad una troposfera favorevole (ad esempio con onde planetarie divergenti) il vortice polare stratosferico accelera le velocità zonali, riduce i geopotenziali e si raffredda. Nel secondo caso (ESE warm) a causa di un’attività d’onda planetaria particolarmente vivace ed incisiva il VPS riduce le velocità zonali, aumenta i geopotenziali e si riscalda. Il riscaldamento in questo caso è dovuto alla piega e compressione che assumono i vari strati della stratosfera. In ogni caso c’è da dire che è sempre l’assetto precedente della troposfera che permette la realizzazione di un ESE.

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Dinamica di generazione di un evento stratisferico estremo e lag temporale

Le caratteristiche di un evento stratosferico estremo sono quelle di trasmettere della vorticità ciclonica (ESE cold) o anticiclonica (ESE warm) dalla stratosfera alla troposfera con un condizionamento che dura in genere 45-60 giorni. In un ESE cold registreremo tendenzialmente un’accelerazione dei moti zonali alle medie latitudini con gli anticicloni che tenderanno a disporsi lungo i paralleli, mentre in un ESE warm gli anticicloni tenderanno a disporsi lungo i meridiani fino ad occupare la sede polare.

INVERNO 2017-18

L’inverno 2017-18 è stato caratterizzato da due eventi stratosferici estremi. Alla fine di dicembre c’è stato un ESE cold che ha condizionato la troposfera per tutto il mese di gennaio e buona parte di febbraio. Siamo stati infatti caratterizzati da una circolazione zonale particolarmente attiva con venti da NW sostenuti che hanno generato numerose situazioni di burrasca nell’Europa occidentale.

In questi giorni si è verificato uno dei più forti ESE warm da quando si studia la stratosfera (anni 50) che ha comportato la completa distruzione del vortice polare e la sua sostituzione con un anticiclone stratosferico. La dirompenza di questo evento è probabilmente frutto del precedente ESE cold cha ha dato energia cinetica all’evento warm. In questi momenti e nei prossimi giorni si verificherà quindi il trasferimento di vorticità anticiclonica dalla stratosfera alla troposfera generando un forte e persistente anticiclone polare che sarà il motore principale di spostamento delle masse d’aria siberiana in direzione dell’Europa.

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Anomalie dei venti zonali alle varie altezze dell'atmosfera

 

Eventi di questo genere sono rari e non sempre portano il gelo in Europa ma questo è candidato a rimanere negli annali meteorologici.

Retrogressioni di aria siberiana possono avvenire occasionalmente anche senza l'aiuto della stratosfera e grazie a particolari disposizioni della corrente a getto. Tuttavia, si tratta di irruzioni temporanee che movimentano modeste quantità d'aria fredda. L'irruzione che colpirà tra pochi giorni l'Europa trasferirà verso il continente europea una ingente quantità d'aria siberiana e sarà caratterizzata da una prolungata persistenza. Queste due condizioni, che renderanno per alcune aree dell'Europa l'evento di portata storica, richiedono sempre un importante contributo stratosferico.