Il vortice polare stratosferico tornerà ad influenzare il clima dell’Europa nell’inverno 2021/2022

Un nuovo vortice polare stratosferico si è formato sopra il Polo Nord e continuerà a rafforzarsi fino all’inverno 2021/2022. Interagirà con una forte anomalia di correnti da est sopra i tropici. Questa interazione avviene a distanza di pochi anni lìuno dall’altro e in passato ha effettivamente portato inverni più freddi in Europa e negli Stati Uniti
tratto da www.severe-weather.com

Prima di spiegare come il Vortice Polare potrebbe influenzare il nostro clima invernale, impariamo rapidamente cos’è esattamente il Vortice Polare. Cerchiamo di spiegarlo nella maggior parte dei nostri articoli invernali, poiché la conoscenza è essenziale e importante, quindi perché non imparare qualcosa di nuovo molto rapidamente lungo la strada?

MENTRE IL POLO NORD SI RAFFREDDA…

In sostanza, il vortice polare è come un grande ciclone, che si forma quando la stratosfera sopra il Polo Nord inizia a raffreddarsi. L’immagine sotto mostra un esempio del modello di pressione nella bassa stratosfera, con il Vortice Polare che copre le regioni polari e scende alle medie latitudini. Ma cos’è esattamente questa “stratosfera”?

Tutte le nuvole (e il tempo che proviamo sulla nostra pelle) si trovano nello strato più basso dell’atmosfera chiamato troposfera. Raggiunge fino a circa 8 km di altitudine sulle regioni polari e fino a circa 14-16 km sopra i tropici.

Sopra di esso, c’è uno strato molto più ampio chiamato Stratosfera.  È uno strato molto secco, spesso circa 30 km ed è qui che si trova lo strato di ozono. Puoi vedere gli strati dell’atmosfera nell’immagine qui sotto, con la troposfera in basso e la stratosfera con lo strato di ozono sopra di essa.

Quando si sente parlare del vortice polare e della sua influenza, il 90% delle volte si parla della parte stratosferica ad alta quota. Quando il vortice polare stratosferico ruota in alto sopra il nostro tempo meteorologico (anche se fortemente connesso), esso svolge un ruolo importante nello sviluppo dei modelli meteorologici invernali in tutto l’emisfero settentrionale.

Ogni anno, mentre ci dirigiamo verso l’autunno, il polo nord inizia a raffreddarsi, mentre l’atmosfera più a sud è ancora relativamente calda poiché continua a ricevere energia dal sole. Questa differenza di temperatura provoca un calo della pressione atmosferica sulle regioni polari.

Man mano che la temperatura e la pressione scendono al di sopra del polo e la differenza di temperatura verso sud aumenta, una vasta area di bassa pressione (ciclonica) inizierà a intensificarsi in tutto l’emisfero settentrionale. Lo stesso processo avviene nella stratosfera, creando un grande sistema di rotazione in senso antiorario.

L’immagine sotto mostra un tipico esempio di Vortice Polare a circa 46 km di altitudine (livello 1mb) vicino alla parte superiore della stratosfera.

Come si può vedere, il vortice polare è davvero come un grandissimo ciclone, che copre l’intero polo nord fino alle medie latitudini. È fortemente presente a tutti i livelli, ma in forme diverse.

La prossima immagine in basso mostra la temperatura a circa 5 km di altitudine, rivelando la vera forma e le dimensioni del vortice polare più vicino al suolo (colori più freddi). Più ci avviciniamo al suolo, più il vortice polare si deforma, a causa della crescente influenza del terreno e dei numerosi fronti e sistemi meteorologici.

Nell’immagine sopra si può vedere come appare la vera estensione del vortice polare a quote più basse in inverno. Importante fare attenzione alle sue “braccia” che, in questa immagine relativa all’inizio di febbraio 2021, si estendono negli Stati Uniti orientali e occidentali, portando anche aria più fredda nella regione

VORTICE POLARE 2021/2022

Attualmente, la temperatura sta già scendendo nella stratosfera. L’immagine sotto mostra la differenza di temperatura prevista nelle prossime due settimane, nella media stratosfera. Possiamo vedere il raffreddamento su larga scala sulla maggior parte del Polo Nord. 

Guardando le previsioni della temperatura effettiva, possiamo vedere un bel nucleo freddo che inizia a svilupparsi sul Circolo Polare. Questo è il cuore del vortice polare, poiché più fa freddo, più forte può diventare il vortice polare. Questo perché si nutre della differenza di temperatura/pressione tra le regioni polari e meridionali dell’emisfero settentrionale.

Anche la pressione inizia a diminuire rapidamente. L’immagine sotto mostra l’altezza geopotenziale del livello 10mb (~30km di altitudine) e possiamo vedere l’area di bassa pressione più piccola che inizia a svilupparsi sul Circolo Polare Artico. Questa è la base per il vortice polare del prossimo inverno 2021/2022.

Verso la fine di settembre, come mostrato nell’immagine di previsione sottostante, possiamo vedere che il vortice polare dovrebbe essere molto più sviluppato e aumentare rapidamente di dimensioni e influenza. Quando la pressione diminuisce nel vortice polare, questo provoca un aumento della velocità del vento: più diventa forte, più è facile influenzare il nostro tempo in superficie.

Parlando di vento, le previsioni attuali mostrano l’andamento della corrente a getto stratosferica. Questo è anche chiamato Polar Night Jet. L’immagine sotto mostra la corrente a getto stratosferica nell’alta stratosfera a livello di 1 MB (~ 45 km/28 miglia di altitudine)

Guardando la previsione al livello di 10mb (~30km/ di altitudine), possiamo vedere che la corrente a getto stratosferica ha una bella forma ovale ed è già quasi collegata in tutto l’emisfero settentrionale.

La forza della corrente a getto stratosferica a livello di 10 mb viene solitamente utilizzata per determinare la forza del vortice polare e la sua potenziale influenza sul clima in inverno quando è più forte. Le previsioni attuali, se confrontate con la media a lungo termine, mostrano che la forza di fine settembre del vortice polare sarà probabilmente più alta del solito.

Ciò è visibile nell’immagine sottostante che mostra la previsione della corrente a getto stratosferica a 10 mb (~ 30 km), rispetto alla media a lungo termine (linea gialla). Questo potrebbe non significare molto per ora, ma mostra che il vortice polare sta avendo un inizio più energico del solito finora. Grafica di Simon Lee .

Possiamo anche dare un’occhiata al profilo della pressione verticale, per vedere quali sono i cambiamenti previsti nei livelli inferiori. La prima immagine mostra l’analisi per l’11 settembre. Questa immagine mostra fondamentalmente le anomalie di pressione con l’altitudine sulle regioni polari. Attualmente, possiamo vedere un’area di bassa pressione più forte nell’alta stratosfera, che si estende verso il basso, ma niente di grave.

Guardando le previsioni a 10 giorni, possiamo vedere che il collegamento diretto tra l’alta stratosfera e la bassa atmosfera non c’è. Ciò è in parte dovuto ai forti sistemi di pressione nell’emisfero settentrionale.

Guardando al futuro, la connessione sembrerebbe ristabilirsi a fine settembre. Le anomalie di bassa pressione sembrano connettersi dai livelli più alti della stratosfera. Guardando la corrispondente longitudine, possiamo effettivamente trovare l’area di connessione in superficie.

Per questo, utilizzeremo la previsione dell’anomalia di pressione. E’ importante tenere presente che questa è una previsione a 16 giorni e potrebbe anche cambiare completamente, ma serve come buon esempio. Possiamo vedere un sistema di bassa pressione più profondo sull’Oceano Artico, fino a 975 mb. Questo è il principale punto di collegamento del vortice polare stratosferico e dei modelli di pressione superficiale.

Ma il vortice polare è solo una parte della storia complessiva dell’inverno 2021/2022 . Vedremo ora un altro fattore importante che abbiamo menzionato nell’introduzione, l’anomalia del vento forte sopra i tropici. Tale anomalia è chiamata Oscillazione Quasi-biennale, nota anche come “Battito del Cuore dell’Atmosfera”.

Per prima cosa, dobbiamo guardare i venti sull’intero pianeta, dal polo sud al polo nord. Abbiamo prodotto un’immagine unica di seguito, che è abbastanza semplice da leggere. Mostra la previsione dei venti da ovest a est (zonale) su tutta la terra, dal polo sud (-90°), dall’Equatore (0°) al polo nord (90°)

I valori positivi indicano i venti da ovest , mentre i valori negativi indicano i venti da est . Il grafico mostra i venti dalla superficie fino a circa 60-65 km/37-40 mi di altitudine. Abbiamo segnato alcune aree di interesse, che spiccano davvero.

• Rettangolo nero : mostra la corrente a getto stratosferica molto forte sull’emisfero australe. Questo è attualmente associato a un forte vortice polare stratosferico sul Polo Sud. Possiamo vedere la sua connessione fino alla corrente a getto troposferica, che influenza direttamente il tempo.
• Rettangolo viola :qui abbiamo la corrente a getto stratosferica che si sviluppa sull’emisfero settentrionale. Non è così forte come quello al polo sud, ma è nelle sue fasi iniziali e continuerà a rafforzarsi fino alla fine di dicembre 2021.

• Rettangolo blu : questa è la corrente a getto “normale” come la conosciamo, nella troposfera, a circa 8-10 km di altitudine. Possiamo vedere che non è ancora molto forte, poiché sta appena entrando nella sua modalità Autunnale. Possiamo anche vedere che non è ancora completamente connesso con la principale corrente a getto stratosferica.
• Rettangolo rosso : Questa è l’unica area forte di valori negativi (venti da est). È più importante di quanto possa sembrare a prima vista. Questo mostra l’oscillazione quasi biennale (QBO) sopra l’equatore, uno spostamento regolare nella direzione del vento da ovest a est.

VENTI EQUATORIALI E METEO INVERNALE

La Quasi-Biennial Oscillation (QBO short) , è una variazione regolare dei venti alti sopra l’equatore. I forti venti nella stratosfera viaggiano in una fascia intorno al pianeta e ogni 14 mesi circa, questi venti cambiano completamente direzione. Ciò significa che ogni anno circa i venti sopra l’equatore cambiano da ovest a est.

Un’analisi del vento nell’immagine che segue, relativa al livello di 30 mb (~ 24 km), mostra questo flusso di vento da est sopra le regioni tropicali. Attualmente è in valori negativi, il che rivela che i venti da est sono prevalenti. Ciò significa che il QBO è in modalità est .

Possiamo vedere queste fasi ovest ed est in un’immagine abbastanza semplice. Sotto vediamo i venti zonali (WE) nella stratosfera nel tempo sopra l’equatore. È subito evidente che si tratta di un passaggio molto regolare dai venti di ponente (valori positivi) a quelli di levante (valori negativi). 

Questo spostamento dai venti da ovest a est è così regolare, che ha dato alla QBO il soprannome di ” battito cardiaco dell’atmosfera “. Ogni fase scende lentamente nel tempo, dalla stratosfera media di circa 10 mb (~ 30 km) fino alla parte superiore della troposfera di circa 100 mb (~ 17-18 km).

Di seguito abbiamo un grafico speciale, che mostra le anomalie del vento zonale degli ultimi 40 anni a circa 24 km di altitudine, e che ci fa capire come questo cambiamento del vento è davvero, come guardare un battito cardiaco.

Guardando più da vicino gli ultimi 3 anni, possiamo vedere come ogni fase discende nel tempo. Una fase occidentale nel 2019, una debole negativa nel 2020, seguita da una positiva lo scorso inverno e il nuovo negativo in discesa per l’inverno 2021/2022. L’immagine qui sotto è tratta dall’analisi della NASA .
 

Se guardiamo specificamente al solo 2021, c’è una discesa veloce molto evidente dei venti da est, che ha accelerato all’inizio della primavera e ha continuato fino ad oggi. Attualmente mantiene il suo livello, non scende ulteriormente, il che è un evento tipico. Continuerà a scendere durante l’inverno 2021/2022, venendo sostituita da una fase occidentale nel 2022.

Un’analisi della radiosonda di Singapore mostra anche la direzione del vento al di sopra dei tropici, questa rivela i venti da est intorno al livello 10-50mb, confermando che la fase QBO est sarà dominante questo inverno.

Il QBO è una parte importante dello sviluppo meteorologico in inverno, poiché può influenzare la corrente a getto del Nord Atlantico. La velocità dei venti nella corrente a getto atlantica si indebolisce e si rafforza con il cambio di direzione del QBO. La corrente a getto è un’importante caratteristica atmosferica che ci porta il nostro tempo e il rischio di condizioni invernali nell’emisfero settentrionale può variare a seconda della fase del QBO.

• Quando il QBO va verso est, c’è una maggiore possibilità di una debole corrente a getto, improvvisi eventi di riscaldamento stratosferico e inverni più freddi nell’Europa settentrionale e centrale e negli Stati Uniti.
• Quando il QBO è da ovest , aumenta la possibilità di un forte getto, un inverno mite, tempeste invernali e forti piogge.

L’immagine sotto mostra la correlazione tra il QBO e le temperature superficiali nella stagione invernale. Più specificamente, questo mostra il segnale per il QBO orientale che avremo questo inverno. Possiamo vedere una tendenza a temperature più fredde negli Stati Uniti meridionali e orientali e in Europa. Il segnale non è così forte, tuttavia, poiché ci sono molti altri “influencer invernali” là fuori.

C’è più di una ragione per cui la QBO può influenzare il nostro clima invernale. Un aspetto molto importante è ovviamente il Polar Vortex, motivo per cui abbiamo citato QBO in questo articolo in primo luogo. L’immagine sotto mostra la connessione tra il QBO est e il Vortice Polare nel periodo invernale dicembre-gennaio.

Possiamo vedere un segnale per una pressione più alta sulla stratosfera polare, che indica un vortice polare più debole. Questo di solito è associato a eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW). Questi sono eventi meteorologici molto potenti che si verificano in alto nella stratosfera polare, ma di solito si abbattono in basso, influenzando il tempo in tutto l’emisfero settentrionale .

VORTICE POLARE E METEO INVERNALE

Semplificando, un evento di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW) è esattamente ciò che suggerisce il nome. È un improvviso aumento della temperatura nella stratosfera polare durante l’inverno. Il riscaldamento della stratosfera significa che il vortice polare è indebolito e può anche collassare sotto la pressione dell’evento di riscaldamento.

La fonte del riscaldamento di solito proviene dal basso verso l’alto, poiché i modelli meteorologici forti possono effettivamente deviare molta energia verso l’alto nella stratosfera, interrompendone la dinamica.

Un forte vortice polare di solito blocca l’aria fredda nella regione polare, creando inverni più miti per la maggior parte degli Stati Uniti e dell’Europa. Un collasso di un vortice polare è dinamico proprio come sembra, poiché la pressione più elevata si abbatte, spingendo l’ aria fredda fuori dalle regioni polari, negli Stati Uniti e/o in Europa.

Questo crea una reazione a catena, che può interrompere la corrente a getto e crea un’alta pressione sul circolo polare artico, rilasciando l’aria fredda artica in Europa e negli Stati Uniti. Un evento SSW è solitamente innescato da specifici modelli di pressione massiccia nella troposfera, che possono inviare molta energia verso l’alto verticalmente nella stratosfera.

Di seguito abbiamo immagini di esempio dal grande sito di analisi SSW di ESRL/NOAA , che mostra due esempi di inverni con un evento SSW. L’inverno 1984/1985 e l’inverno 2008/2009.

La riga in alto mostra le condizioni stratosferiche, con anomalie di riscaldamento, e un vortice polare diviso in due parti. La riga in basso mostra le anomalie della temperatura superficiale, a seguito di questi eventi, con l’inverno molto freddo del 1985 e un clima più fresco dopo l’evento SSW del 2009.
 

 
Guardando più da vicino l’evento di riscaldamento del 2009, possiamo vedere il riscaldamento stratosferico (colori rossi) mentre è lentamente progredito verso il basso nel tempo. Alla fine si è connesso con la superficie, aumentando la pressione sul Polo Nord e rilasciando l’aria più fredda nell’Europa occidentale e centrale e negli Stati Uniti settentrionali.
 

 
Se combiniamo tutti gli eventi di riscaldamento stratosferico e osserviamo il tempo 0-30 giorni dopo gli eventi di riscaldamento stratosferico, otteniamo un quadro interessante. Di seguito possiamo vedere che la pressione di solito sale al di sopra delle regioni polari e scende sull’Europa e sull’Atlantico occidentale.
 

 
Di seguito abbiamo la temperatura corrispondente 0-30 giorni dopo un evento SSW. La maggior parte degli Stati Uniti tende a essere più fredda del normale, e anche l’ Europa, ad eccezione delle parti sudorientali. Nota: questa è un’immagine media di molti eventi SSW. Ogni singolo evento di riscaldamento stratosferico è diverso e non significa automaticamente un forte andamento invernale.

 
Per vedere un esempio pratico, non guardare oltre lo scorso inverno. Abbiamo assistito a un forte riscaldamento stratosferico quest’anno all’inizio di gennaio, durante un QBO occidentale, e potrebbe essere una piccola sorpresa, poiché il QBO negativo (est) di solito è più favorevole per un tale evento.

Il 5 gennaio 2021 è stata segnata come la data preliminare dell’evento di riscaldamento stratosferico improvviso, poiché i venti attorno al circolo polare si sono invertiti. L’ondata di riscaldamento stratosferico ha strisciato sull’intero Polo Nord nella stratosfera, dividendo efficacemente il nucleo freddo del vortice polare in due parti.

Una parte del vortice polare spezzato si è spostata sul Nord America e una sul settore europeo. A questo punto, questo non ha molto a che fare direttamente con il clima invernale in superficie, poiché si trova a 30 km di altitudine. Ma l’influenza sul tempo meteorologico nei bassi strati è arrivata subito dopo.

La forza del vortice polare è solitamente misurata dalla potenza dei venti che produce. Questo viene fatto misurando le velocità del vento zonale (in movimento da ovest a est) attorno al circolo polare (60°N di latitudine). Possiamo monitorare questo evento di riscaldamento stratosferico osservando la temperatura e la velocità del vento.

Di seguito abbiamo un grafico di analisi del sistema di monitoraggio della NASA, dove si può vedere una progressione molto interessante nella stagione invernale 2020/2021.

All’inizio di dicembre, il vortice polare era a un livello forte, raggiungendo velocità del vento zonale di oltre 40 m/s. Verso la metà del mese, e soprattutto verso la fine di dicembre, il vortice polare ha iniziato a indebolirsi. Possiamo vedere che i venti della zona stratosferica sono diventati negativi all’inizio di gennaio, a causa dell’evento di riscaldamento che ha fatto crollare il vortice polare.

Guardando l’ analisi della temperatura della NASA per la stratosfera polare, possiamo vedere il grande picco di temperatura a livello di 10 mb (30 km). Questo mostra un forte evento di riscaldamento, con temperature che rimangono al di sopra della norma per settimane. Il rapido raffreddamento è iniziato all’inizio di febbraio, quando il vortice polare ha recuperato parte della sua forza.

Quando si cerca di trovare una connessione tra la stratosfera e il nostro clima invernale , è utile avere a portata di mano immagini più specializzate. Soprattutto una che mostra altitudine e tempo meteorologico.

L’immagine sotto mostra un indice di pressione atmosferica. I valori negativi indicano una pressione più bassa (colori blu) e i valori positivi indicano una pressione più alta (colori rossi). Abbiamo un’altitudine dal suolo fino alla cima della stratosfera (~46 km) per il periodo inverno/primavera 2021.

È possibile vedere forti valori positivi nella stratosfera all’inizio di gennaio, associati all’aumento della pressione durante l’evento di riscaldamento stratosferico. L’evento e/o la sua influenza sono diminuiti lentamente nel tempo, raggiungendo i livelli più bassi a metà e fine gennaio. Ciò è proseguito fino a febbraio, influenzando la circolazione meteorologica anche quando il riscaldamento stratosferico era già terminato.

Abbiamo prodotto un’immagine di analisi del periodo invernale gennaio-febbraio 2021, che mostra anomalie di pressione e temperatura. La prima immagine sotto mostra le anomalie di pressione, dove puoi vedere un forte sistema di alta pressione che domina il Polo Nord. Questo sistema dominante ad alta pressione ha avuto origine dall’evento di riscaldamento stratosferico e dal collasso del vortice polare, come abbiamo mostrato nell’immagine sopra.

Un forte sistema ad alta pressione sull’Artico può disturbare pesantemente la circolazione meteorologica e liberare l’aria fredda dalle regioni artiche verso le medie latitudini.

L’immagine sotto mostra le anomalie di temperatura nel periodo gennaio-febbraio 2021. Temperature più calde del normale erano presenti sotto il sistema di alta pressione sulle regioni polari. Ma l’aria fredda dell’Artico è stata spinta pesantemente in Siberia, e anche nel Canada occidentale e negli Stati Uniti centromeridionali.

RIEPILOGO

Ora sappiamo cos’è il vortice polare e cos’è il QBO. Il QBO si trova nella stratosfera sopra l’equatore ed è collegato alla circolazione globale su larga scala. La fase ovest o est del QBO può avere un effetto diverso sul vortice polare e sullo sviluppo di un evento di riscaldamento stratosferico. Nella maggior parte dei casi, la fase orientale del QBO è più favorevole per un migliore andamento invernale negli Stati Uniti e in Europa.

Storicamente, un inverno di La Nina ha circa il 60-75% di possibilità di produrre un evento di riscaldamento stratosferico. Li ha prodotti in passato e anche nell’ultimo inverno.

Di seguito abbiamo le previsioni ENSO di BoM Australia, che mostra la fase La Nina per il tardo autunno e fino all’inverno 2021/2022.

Senza un evento di riscaldamento stratosferico, un inverno a La Nina può essere generalmente più mite in Europa e negli Stati Uniti. Ma combinato con un QBO negativo, può cambiare i modelli meteorologici. Per questo è importante lo stato del vortice polare stratosferico, così come la fase del QBO.

I segnali attuali mostrano il potenziale per un evento di riscaldamento stratosferico a metà inverno, in base ai parametri attuali. Molto dipende dal posizionamento dei massicci sistemi di alta e bassa pressione nel Pacifico settentrionale.

È qui che entrano in gioco anche altri fattori a breve termine, come la variabilità meteorologica settimanale, la convezione tropicale, le anomalie della temperatura dell’oceano, ecc.

Presto daremo una prima occhiata al primo modello di previsione invernale per l’inverno 2021/2022. Analizzeremo ulteriormente lo stato attuale degli oceani e dell’atmosfera, e quali sono gli scenari previsti, sulla base delle ultime previsioni del modello.