Prossimo inverno, le valutazioni del gruppo di ricerca sull’OPI

Autore: Guido Guidi
Data di pubblicazione: 20 Novembre 2015
Fonte originale: http://www.climatemonitor.it/?p=39470

Si scaldano i motori. ad appena tre giorni dalla pubblicazione del nostro primo articolo sul prossimo inverno, è il momento di leggere le considerazioni che mi giungono da Alessandro Pizzuti, Riccardo Valente e Andrea Zamboni, del gruppo di ricerca sull’indice OPI. Questo articolo è uscito anche sulle pagine del Centro Meteo Lombardo.

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Analisi del quadro teleconnettivo di partenza

In questi ultimi giorni, come avrete potuto leggere e vedere nelle varie emissioni delle carte dei modelli di calcolo, si sta assistendo ad un moderato approfondimento del vortice polare (si fa spesso riferimento ad una fase del NAM positiva: una fase positiva del NAM – Northern Annular Mode sta ad indicare un vortice polare con geopotenziali più profondi della norma ed una velocità del getto polare superiore alla norma che di fatto impedisce l’attività delle onde planetarie relegando le medio-basse latitudini a lunghe fasi anticicloniche come quella che stiamo vivendo). Tuttavia paventare la possibilità, sulla base di questo unico fattore, che l’inverno o quantomeno una buona parte di esso, possa essere caratterizzata da scarsi scambi meridiani (rare occasioni di essere investiti da ondate fredde) sarebbe, oltre che molto prematuro, anche sbagliato. Noi riteniamo infatti che per poter inquadrare meglio l’evoluzione futura è molto più importante comprendere le reali dinamiche che hanno portato a questo approfondimento del vortice polare che, sopratutto se avviene in questa fase prematura della stagione (siamo solo ad inizio novembre), può portare a risvolti anche diametralmente opposti nel mese/mesi successivi.

Tuttavia a intravedere un inverno europeo più caldo e secco della norma ci sono anche le proiezioni del prestigioso modello europeo ECMWF che vede un inverno contraddistinto da lunghe fasi anticicloniche dove la corrente a getto polare scorrerebbe principalmente a latitudini elevate relegando gran parte del continente europeo a temperature più elevate della norma e precipitazioni più scarse della norma.

Non va però dimenticato che anche le previsioni stagionali fornite dagli enti ufficiali hanno dimostrato di avere una scarsa percentuale di realizzazione, a dimostrazione che siamo ancora ben lontani da una piena comprensione delle dinamiche atmosferiche che possa permetterci di delineare una vera e propria previsione con mesi di distanza (manca oltre un mese solo all’inizio dell’inverno astronomico). Pertanto, in questa sede, senza cercare di fornire certezze ci limiteremo ad affrontare ed analizzare la situazione attuale, cercando inoltre di capire ed inquadrare l’evoluzione futura descrivendo gli scenari meteorologici a livello europeo più probabili che secondo noi potremo attenderci da qui a fine anno.

 

Analisi del mese di Ottobre 2015

Per analizzare ed inquadrare la situazione attuale e cercare di indagare la situazione futura, non possiamo pertanto che partire dall’analisi del mese di Ottobre appena trascorso e dall’analisi di recenti studi, come l’OPI ed il SAI di Cohen, a carattere euristico-statistico, che hanno evidenziato delle importanti similarità tra alcuni fenomeni legati alla circolazione atmosferica del mese di ottobre e l’evoluzione della stessa nel corso del trimestre invernale, con particolare riferimento al valore dell’Oscillazione Artica AO.

Facendo riferimento ai concetti introdotti dall’OPI possiamo vedere come il mese di Ottobre sia stato caratterizzato da un vortice polare disposto con un asse molto inclinato (sud Groenlandia-Giappone) e con un centro di massa (principali nuclei di vorticità) posto sul settore nord-canadese (Fig.1), nonché da un moderato grado di ellitticizzazione (anomalia polare positiva e anomalia negativa alle medie latitudini Fig.2) dovuto all’azione delle due principali onde planetarie (indicate con la curva in rosso) che hanno mostrato un discreto grado di intrusività fino alla latitudini più settentrionali. Inoltre, dalla Fig.3, si può notare come le onde planetarie troposferiche si siano propagate facilmente anche nella media stratosfera (50mb) evidenziando un buon “coupling” tra le varie quote del vortice polare (ovvero una buona malleabilità dell’intera colonna d’aria del vortice polare da parte delle onde planetarie).

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Fig.1 Media dei geopotenziali del mese di Ottobre 2015 alla quota di 500 mb con indicato l’asse del V.P. (linea nera) e centro di massa del vortice (stella)

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Fig.2 Anomalia geopotenziale del mese di Ottobre 2015 alla quota di 500mb con indicato l’asse del V.P. ed evidenziato il moderato grado di ellitticizzazione (anomalia positiva polare e anomalie negative alle medie latitudini) dovuto all’azione delle due principali onde planetarie (indicate con la curva in rosso) che hanno mostrato un discreto grado di intrusività fino alla latitudini più settentrionali.

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Fig.3 Anomalia geopotenziale del mese di Ottobre 2015 alla quota di 50mb con indicate con la curva in rosso la posizione/propagazione delle onde planetarie troposferiche fino alla media stratosfera (si noti l’esatta corrispondenza con la posizione delle medesime alla quota del vortice più bassa, 500mb, ad indicare oltre ad una facile trasmissione d’onda anche la loro stazionarietà)

A questo punto, nell’ottica di abbozzare una prima linea di tendenza stagionale invernale, possiamo già fare già alcune considerazioni. Gli inverni caratterizzati da un vortice polare debole hanno presentato mediamente (ogni anno è caratterizzato oltre che da uno specifico asse del vortice anche da anomalie diverse) tutte e tre queste caratteristiche ovvero:

  1. moderato grado di elliticizzazione (Fig4.);
  2. centro di massa (zone con maggiori vorticità) distante dal settore artico nord siberiano (Fig.5);
  3. una discreta propagazione e stazionarietà delle onde fin alla media stratosfera (Fig.6).

 

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Fig.4 Anomalia geopotenziale a 500 mb dei mesi di ottobre che hanno preceduti inverni in AO negativa con indicato l’asse medio del vortice e la posizione media (curva in rosso) delle principali onde troposferiche.

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Fig.5 Media geopotenziale a 500 mb con indicato l’asse medio ed il centro di massa dei mesi di ottobre che hanno preceduti inverni in AO negativa

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Fig.6 Anomalia geopotenziale a 50 mb dei mesi di ottobre che hanno preceduti inverni in AO negativa con indicato, con le curve in rosso, la posizione/propagazione media delle onde planetarie troposferiche

Le caratteristiche di questo mese di Ottobre evidenziano la possibilità di avere un vortice polare mediamente disturbato per la prossima stagione invernale e quindi un inverno caratterizzato da una moderata attività d’onda planetaria che a più riprese potrebbe coinvolgere le medie latitudini con irruzioni di aria fredda. A supporto di questa analisi c’è anche il predictor di Cohen ( Il SAI – Snow advanced Index), che ha mostrato una correlazione molto elevata tra la velocità di avanzamento della copertura nevosa sulle zone euroasiatiche nel mese di ottobre al di sotto del 60° parallelo e l’Oscillazione Artica media che si registra nel successivo trimestre invernale (DJF AO). Quest’anno si è avuto un discreto tasso di avanzamento che lascerebbe presupporre una AO negativa in accordo all’analisi precedente.

Riguardo il valore dell’indice OPI, che come detto precedentemente si assesterebbe su un valore moderatamente negativo, quest’anno non ci è stato possibile pubblicarlo in quanto stiamo sviluppando e mettendo a punto un nuovo modello di calcolo molto più sofisticato che tuttavia è ancora in fase di studio.

 

Analisi del mese di Novembre 2015

Terminate le analisi e le considerazioni sul mese di ottobre, in ottica invernale, ora passiamo all’analisi di questo scorcio di Novembre. Esso è il mese di transizione tra la stagione autunnale e quella invernale, il mese nel quale il vortice si approfondisce maggiormente per cause radiative (mancanza di radiazione solare sulla zona polare), nonché il mese dove l’impronta circolatoria del mese di ottobre può essere trasmessa o meno alla successiva stagione invernale. A differenza di ottobre il mese di novembre non presenta, o ancora non sono state trovate particolari correlazioni con la successiva stagione invernale, soprattutto a livello troposferico, nell’anomalia geopotenziale o nello schema che assume il vortice in questo mese. Infatti, come detto all’inizio, approfondimenti dello stesso o anche forti anomalie geopotenziali possono portare ad effetti anche diametralmente opposti a livello circolatorio nel mese/mesi successivi. Tuttavia esistono a nostro avviso dei segnali che, indipendentemente dal valore di alcuni indici, come il NAM (che misura solo il grado di approfondimento del vortice ma non ci da’ informazioni sulle caratteristiche del vortice e disposizione delle onde planetarie), possono indirizzarci nell’ipotizzare scenari invernali caratterizzati da un vortice polare forte o meno.

Lo strumento principale che abbiamo nel corso del mese di novembre per comprendere le potenzialità del prossimo inverno, è sia quello di andare ad analizzare quei fattori che favoriscono o meno la propagazione dell’onda planetaria più importante, ovvero dell’onda asiatico-pacifica, che andare a verificare, già in questa prima fase stagionale, le caratteristiche di lunghezza d’onda e stazionarietà della stessa alle quote stratosferiche. Infatti, come ben noto, gli inverni caratterizzati da un vortice polare disturbato hanno presentato, già a fine novembre, una anomala wave 1 (considerato il periodo), ossia particolarmente energetica e discretamente stazionaria che ha prodotto una spiccata ellitticizzazione del VP.

In questa prima metà di novembre, come possiamo vedere dalla Fig. 7 e 8, abbiamo avuto un vortice troposferico caratterizzato da un asse e centro di massa praticamente identici a quelli di ottobre. Una simile configurazione del vortice in questa primissima fase, con un asse particolarmente inclinato, conformemente a quanto sta accadendo, porta ad un raffreddamento ed approfondimento del vortice soprattutto alle quote più alte in quanto il getto polare non va ad impattare veementemente sul continente eurasiatico, sfavorendo quindi la formazione di un’onda pacifica particolarmente energetica che possa allentare il rinforzo delle velocità zonali: in troposfera è normale assistere, come si è assistito, ad una AO particolarmente positiva con l’onda atlantica addossata al continente europeo.

Allo stesso tempo però una simile configurazione, ovvero una scarsa penetrazione del getto sul continente euroasiatico, favorisce la formazione precoce di una delle più importanti figure di disturbo al vortice polare, ovvero l’anticiclone termico russo-siberiano. Come mostrano i modelli di previsione, nei prossimi giorni si assisterà infatti alla formazione di un possente anticiclone termico. L’elevata azione di disturbo provocata da tale figura termodinamica porterebbe alla genesi di una onda pacifica, già a fine novembre, particolarmente energetica e discretamente stazionaria per il periodo, figura che potrebbe apportare un primo serio disturbo al vortice polare (Fig 9).

Come è ben noto inoltre, la posizione in cui l’onda pacifica riesce ad essere stazionaria è fortemente legata ai centri di convenzione sull’oceano Pacifico. Le proiezioni del prestigioso modello cfs2 a questo proposito, vedono per di dicembre uno spostamento e sostanziale rafforzamento dei centri di convenzione verso l’ovest pacifico (settori 7-8-1 della MJO) ovvero in una posizione molto favorevole alla stazionarietà dell’onda pacifica (Fig. 10).

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Fig.7 Media geopotenziale a 500 mb della prima decade del mese di Novembre 2015 con indicato il l’asse del vortice, il centro di massa (posizione maggiore vorticità) e la posizione dell’onda atlantica (curva in rosso)

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Fig.8 Anomalia geopotenziale a 500 mb della prima decade del mese di Novembre 2015 con indicato il l’asse del vortice e la posizione dell’onda atlantica (curva in rosso)

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Fig.9 Previsione di temperatura e geopotenziale del vortice polare alla quota di 10 hpa: Si nota una wave 1 che per la stagione presenta una elevata lunghezza d’onda e discreta stazionarietà con vortice ellitticizzato tipico delle prime fasi stagionali che hanno phanno preceduti inverni in AO negativa

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Fig.10 La proiezione del prestigioso modello cfs2 per dicembre che vede uno spostamento e sostanziale rafforzamento dei centri di convenzione verso l’ovest pacifico (zone 7-8-1 della MJO)

L’energia a disposizione per la prevista forte attività convettiva centro pacifica, e quindi a favore di una wave 1 molto energetica e stazionaria, sarebbe fornita dalle forti anomalie positive delle acque del pacifico equatoriale: stiamo infatti vivendo un episodio di El Niño tra i più forti degli ultimi 30 anni.

Per quanto fin qui analizzato sembrerebbero esserci tutte le premesse per assistere ad un vortice polare invernale moderatamente disturbato.

Segnali in controtendenza per questa ipotesi emergono soprattutto dall’analisi dell’interazione tra attività solare e QBO. In un regime di moderata attività solare e di venti occidentali nella stratosfera equatoriale (QBO+), come quello che si sta progressivamente concretizzando con l’inizio di questa stagione invernale, per ragioni legate alla fotochimica dell’alta atmosfera, risulta essere ostacolata l’attività della BDC (Brewer-Dobson-Circulation) che ricordiamo essere quella cella di circolazione in cui l’aria tropicale muove verso i poli per sostituire l’aria discendente ai poli in seguito alle dinamiche di infrangimento d’onda planetaria (Fig.11).  Pertanto, essendo la capacità delle onde planetarie di indebolire fortemente il vortice polare strettamente legata alla facilità con cui l’aria tropicale riesce a muoversi verso la zona polare, si può ipotizzare, in un siffatto contesto, che la principale onda planetaria (wave 1) quest’anno potrebbe trovare una maggiore difficoltà nel risultare intrusiva e stazionaria. Inoltre una BDC debole, ovvero una maggiore difficoltà dell’aria ad attraversare la tropopausa equatoriale, comporta un indebolimento degli alisei con la migrazione dei principali centri di attività convettiva sul pacifico orientale, cioè in una posizione molto sfavorevole alla stazionarietà dell’onda pacifica.

Tuttavia, in questa fase iniziale della stagione, a livello teleconnettivo viviamo ancora il lascito, soprattutto alle quote medio basse stratosferiche equatoriali, della precedente situazione teleconnettiva (QBO-, che chiaramente incide nel modo esattamente opposto della sua fase positiva sulla BDC) favorendo una maggiore facilità delle onda pacifica di risultare stazionaria e recare disturbi al vortice polare. Questo aspetto inoltre è evidenziato da una disposizione delle anomalie delle acque del pacifico equatoriale che vedrebbe un ulteriore spostamento, come detto in precedenza, delle anomalie e centri di convezione verso il pacifico occidentale. Queste considerazioni depongono per un inizio della stagione invernale, con particolare riferimento al mese di dicembre, che possa essere caratterizzata da un vortice polare disturbato (AO-) con una discreta attività d’onda planetaria capace di apportare irruzioni di aria fredda fin sulle medio-basse latitudini del continente europeo.

Il progressivo concretizzarsi del nuovo quadro teleconnettivo (con particolare riferimento all’affermarsi di una fase pienamente occidentale della QBO fino alle quote più basse della stratosfera equatoriale), e come supportato dalle proiezioni dei principali centri di calcolo, potrebbe tradursi, per gennaio e febbraio, con una ridotta capacità dell’onda planetaria pacifica di risultare stazionaria dovuta sia allo spostamento delle anomalie positive (diminuzione dell’intensità degli alisei) che dei principali centri di convezione sul pacifico orientale. Tale riduzione delle capacità intrusiva delle onde planetarie si tradurrebbe in un rinforzo del vortice polare e una minore dinamicità del tempo soprattutto alle medio-basse latitudini (AO+).

Tuttavia, in virtù della capacità di feedback che la BDC esercita (soprattutto nell’inverno boreale) sulla convezione pacifica, dalle quale essa stessa viene inizialmente influenzata (vedi articoli pubblicati circa due anni fa: “Facciamo un po di chiarezza“, “Facciamo un po di chiarezza 2“), è possibile che, in presenza di una evoluzione stratosferica particolare (come un forte warming a fine dicembre-inizio gennaio), la BDC riesca ad alterare l’evoluzione pacifica attualmente prevista dai centri di calcolo, rallentando lo spostamento verso est dei principali centri di convenzione equatoriale e favorendo cosi il prolungamento delle attuali condizioni favorevoli ad un vortice polare invernale disturbato (AO-).

Per quanto detto, dunque, la possibilità di assistere ad un periodo più prolungato delle condizioni di AO- è legata all’evoluzione stratosferica del mese di dicembre, ovvero al concretizzarsi o meno di un forte warming precoce, ad oggi possibile ma tutt’altro che scontato. In questo caso il segnale dei modelli SAI/OPI risulterebbe più veritiero rispetto alla visione dei principali modelli  globali. In definitiva sarà quanto mai importante monitorare insieme lo sviluppo dell’attività d’onda nelle battute iniziali della stagione invernale. Per questo aspetto vi diamo appuntamento ai prossimi aggiornamenti.

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Fig.11 Schema della BDC (Brewer-Dobson-Circulation) che ricordiamo essere quella cella circolazione in cui l’aria tropicale muove verso i poli per sostituire l’aria discendente ai poli in seguito alle dinamiche di infrangimento d’onda planetaria.

Conclusione

Pertanto, visto il quadro teleconnettivo composto da molti fattori anche in controtendenza tra loro, e soprattutto considerando che siamo ancora distanti anche solo dall’inizio della stagione invernale, non ci getteremo certo in una previsione stagionale ma cercheremo di volta in volta di aggiornarvi sugli scenari più plausibili che in base alle nostre analisi riterremo più probabili. Allo stesso tempo però, l’ipotesi previsionale che formuleremo di seguito e che riteniamo più plausibile per l’inizio della stagione invernale, non solo è basata sull’analisi delle condizioni e sul quadro teleconnettivo attuali, ma anche sulla base del nostro studio (l’OPI) perché crediamo fermamente non solo nella bontà del nuovo modello che stiamo sviluppando, ma soprattutto nell’idea che l’analisi del mese di ottobre possa fornirci importanti informazioni sulla successiva stagione invernale.

Per tutto quanto detto fin’ora ci aspettiamo nelle prossime settimane un progressivo aumento della dinamicità della circolazione atmosferica con sempre più frequenti tentativi, soprattutto da parte dell’onda atlantica, di ergersi progressivamente alle latitudini più settentrionali. Inizialmente, a causa ancora delle elevate velocità zonali si potrebbe assistere ad un quadro circolatorio europeo caratterizzato da fasi nord-atlantiche seguite da rimonte anticicloniche. Nel corso del mese di dicembre, contestualmente alla riduzione delle velocità zonali, grazie come detto alla presenza di una wave 1 discretamente energetica e stazionaria, si potrebbe assistere ad una sempre più spiccata ed energica attività dell’onda atlantica con la possibilità di vedere in più occasioni il continente europeo alle prese con irruzioni di aria artica/artica-continentale.

L’asse del vortice e la posizione delle onde, come mostrato in Fig.12, suggeriscono inoltre la possibilità di interazione tra l’aria artica e flussi umidi occidentali. Come detto precedentemente, inoltre, l’analisi e la possibilità che la prevista attività d’onda per la fine di dicembre possa portare alla genesi di un importante evento stratosferico che potrebbe avere ripercussioni anche sulla seconda parte invernale, la rimandiamo al prossimo aggiornamento.

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Fig.12 Previsione, sulla base del pattern di ottobre (OPI), della posizione delle onde planetarie nella fase di massima attività e l’asse medio del vortice per questa prima fase invernale con particolare riferimento al mese di dicembre.