20
Febbraio 2002
LO STRATWARMING. UN FENOMENO ANCORA POCO CONOSCIUTO
Stefano Nava - Società Meteorologica Italiana
Con l'importante contributo di Angelo Bertozzi - MeteoRomagna, www.meteoromagna.com
Un po’ di storia
Fu il meteorologo tedesco Richard Scherhag a denominare per la prima volta il riscaldamento stratosferico osservato nell’emisfero Nord nell’inverno 1951/1952
Stratosphärenerwärmung (in inglese stratwarming) in un articolo scritto nel 1952 per il Deutscher Wetterdienst (il servizio meteorologico tedesco) dal titolo “Die explosionsartige Stratosphärenerwärmung des Spätwinters 1951/52” (L’esplosivo stratwarming dell’inverno 1951/52).
Negli anni successivi gli studi si concentrarono ad opera dello stesso Scherhag e dei suoi collaboratori sulle relazioni tra le variazioni di temperature osservate nei diversi livelli stratosferici e la pressione. Nel 1961 durante il convegno di Arosa in Svizzera fu presentata la relazione di Scherhag e collaboratori (fra cui la giovane ricercatrice Prof. Dr.
Karin Labitzke, attuale capo dello Stratospheric Research Group di Berlino,la maggiore autorità a livello mondiale per gli studi sulla stratosfera) dal titolo
“The yearly changes of stratospheric circulation” ( I cambiamenti annuali della circolazione stratosferica).
Risale agli anni ’60 la scoperta della QBO (Quasi Biennial Oscillation) a latitudini tropicali: fenomeno per il quale è possibile osservare un’inversione dei venti stratosferici che anziché spirare da ovest verso est come avviene in condizioni normali soffiano in senso inverso.
Nel 1965 si iniziano ad intravedere le prime relazioni tra stratosfera e troposfera ad opera della stessa Karin Labitzke che pubblica sul Journal of Applied Meteorolgy il fondamentale articolo “On the mutual relation between stratosphere and troposphere during periods of stratospheric sudden warmings in winter” (Sulle mutue relazioni fra la stratosfera e la troposfera durante gli improvvisi riscaldamenti stratosferici invernali ).
Nello stesso anno il fenomeno è osservato anche nell’emisfero sud.
Nel 1968 si iniziano a formulare le prime ipotesi sulle cause degli improvvisi riscaldamenti della stratosfera e dei suoi legami con l’attività solare. In questi stessi anni le esplorazioni dei satelliti (Nimbus 2 poi 4 e 5) forniscono dati più precisi sulla temperatura della stratosfera ai diversi livelli. Attualmente le misure vengono effettuate dai satelliti americani della serie
NOAA.
Gli anni ‘70 vedono una maggiore precisione nella misura del campo termico e della pressione ai livelli stratosferici grazie all’impiego dei satelliti e la scoperta della relazione tra grandi eruzioni vulcaniche e riscaldamento della stratosfera.
Nel 1977 è osservato uno dei maggiori stratwarming del secolo.
Gli anni ‘80 vedono una ripresa ed intensificazione degli studi riguardanti la correlazione attività solare/riscaldamento stratosferico ad opera di
Karin Labitzke e collaboratori dello Stratospheric Research Group di Berlino.
Nel 1984/85,nell’86/87 sono osservati i maggiori stratwarming degli ultimi 35 anni.
Alla fine degli anni ‘80 la QBO è correlata al ciclo undecennale delle macchie solari.
Risale al 1992 la prima ipotesi che anche alcune ondate di calore sarebbero collegate alla
QBO.
Alla fine degli anni ’90 iniziano le ipotesi su una correlazione tra stratwarming,QBO e SAO (South Atlantic Oscillation) tuttora in corso di studio. A tempi recenti infine risalgono le prime ipotesi di correlazione tra El Niño e lo
stratwarming. Una parte degli studi durante gli anni ‘90 ed anche attualmente si è rivolta ai meccanismi di diffusione,trasporto e distruzione dell’ozono stratosferico in relazione alla recente scoperta dell’assottigliamento dello strato di ozono antartico.
Attualmente sono usati anche modelli tridimensionali per simulare la circolazione della stratosfera ai diversi livelli (GCM). Lo Stratospheric Research Group della Libera Università di Berlino è impegnato anche in diverse campagne di ricerca internazionale.
Gli studi sulla stratosfera è bene ricordarlo sono compiuti attualmente anche da ricercatori americani (del NOAA), inglesi (dell’Università di Reading) e francesi.
Che cos’è lo stratwarming?
La stratosfera è lo strato atmosferico compreso tra 11 e 50 km circa d’altitudine ed è una regione che si trova oltre la quota alla quale avvengono i fenomeni che sono all'origine del tempo atmosferico o in altre parole la troposfera (da 0 a circa 10-12 km), il cui limite superiore è individuabile nella tropopausa. Tuttavia è bene tenere presente che i due livelli non sono per niente scollegati o
non comunicanti e che invece interagiscono tra loro in varie circostanze.
Nell'emisfero nord la normale circolazione stratosferica invernale (ad esempio a 10 hPa, corrispondenti ad una quota di circa 28-30 km) è contrassegnata da un importante vortice ciclonico freddo posto in corrispondenza delle zone polari e con valori termici dell'ordine di –80 °C. Tale vortice è generalmente ellittico, poiché viene in genere contratto da un vicino anticiclone periferico individuabile nell'anticiclone delle Aleutine (il cui nome deriva dalla zona geografica sopra la quale si viene a dividere). Durante la stagione invernale la temperatura stratosferica alle latitudini polari può subire repentini ed intensi incrementi (anche fino a 70°C d’aumento in pochi giorni) per cause ed effetti di varia natura ed alcuni dei quali ancora in corso di studio. Conseguentemente al verificarsi di questo riscaldamento si origina una frattura dinamica del vortice ciclonico stratosferico a latitudini polari, il quale si scinde in due sistemi depressionari separati ed in mezzo ai quali si insinua un potente anticiclone originato dal riscaldamento. In molti casi (non tutti è bene rilevarlo) l'aumento termico si diffonde verso il basso (troposfera), con tempi di diffusione che variano da 10 a 20 giorni a seconda dell'intensità del riscaldamento ed dal momento della sua massima intensità stratosferica. A questo punto l'incremento termico diffusosi a quote troposferiche genera di per sé l'innesco di anticiclogenesi molto marcata, sempre in corrispondenza di latitudini polari; in pratica la cella anticiclonica stratosferica originata dal riscaldamento si può ritrovare con simili caratteristiche 10-20 giorni dopo a livelli troposferici polari. La presenza di potenti anticicloni polari troposferici induce a spostare verso sud il vortice polare freddo invernale che,inoltre, è alimentato da continue discese di aria artica pilotate dal massimo anticiclonico, approfondendolo a più riprese e dando origine ad intense colate artiche in quota che andranno ad interessare aree geografiche poste a latitudini piuttosto basse rispetto alla norma; in quelle zone si assisterà ad un periodo più o meno prolungato contraddistinto da forti ondate di freddo che normalmente si esplicano in 2-3 affondi molto intensi (Gennaio 1985). Tali aree possono corrispondere agli Stati Uniti centrorientali od al continente euroasiatico.
Quando si ha un’anomalia (stratalert)? (dalla pagina dei Criteria Alert del Stratospheric Research Group di Berlino)
L’entità del riscaldamento della stratosfera dipende dall’aumento della temperatura, dall’estensione verticale dello stesso, dalla sua estensione areale e dagli effetti sulla circolazione emisferica (o perfino globale).
Nonostante il lungo periodo da cui è studiato questo fenomeno, non è ancora possibile definire con precisione le caratteristiche che determinano questi improvvisi riscaldamenti della stratosfera durante l’inverno.
Tuttavia sono state proposte le seguenti definizioni:
- Un riscaldamento stratosferico è denominato minore se un significativo aumento della temperatura è osservato (ad esempio 25° C in un periodo di una settimana o meno) in ogni livello stratosferico (da 70 a 10 hPa, cioè dalla bassa all’alta stratosfera) ed in ogni area dell’emisfero.
- Un riscaldamento stratosferico è detto maggiore se a 10 hPa o al di sopra la temperatura media aumenta nell’area inclusa a nord del 60° parallelo e ad esso è associata una circolazione inversa (le correnti si dispongono da W a E). Il riscaldamento deve avvenire in una settimana o meno.
- Un altro tipo di riscaldamento stratosferico molto simile agli altri due precedentemente citati è denominato
“Canadese”,poiché trae origine dalle pulsazioni dell’anticiclone delle Aleutine con l’inversione del gradiente di temperatura al di sopra dei 60° gradi di latitudine Nord.
Si definisce stratalert il riscaldamento stratosferico che subisce un incremento superiore ai 25° C in un periodo di una settimana su ogni piano stratosferico (da 70 a 10 hPa).
Si definisce Geoalert/Stratwarming il riscaldamento stratosferico in cui si ha un incremento della temperatura di 30° C in una settimana o meno al livello di 10 hPa oppure di 40° C su un piano isobarico sovrastante i 10 hPa.
L’inverno 2001-2002.
Quello che è interessante notare è che tali incrementi improvvisi di temperatura sono stati osservati (ma non sempre e questo è bene sottolinearlo) con le più grandi ondate di gelo o neve che hanno investito l’Europa o l’America del Nord.
E’ quanto è successo nel gennaio 1963,gennaio 1968,dicembre 1984,gennaio e febbraio 1987,febbraio 1991, dicembre 1992. Tutte queste anomalie positive nella temperatura della stratosfera hanno visto due massimi principali: uno sull’Europa settentrionale ed un altro tra Canada e Groenlandia a 10 hPa. Quando il massimo avviene soltanto sull’Europa settentrionale si registra (non sempre!) un’intensa ondata di freddo e gelo solo sugli Stati Uniti orientali (Gennaio 1977). Altre volte invece è possibile avere ondate di gelo anche senza stratwarming, ma con una forte anomalia di segno opposto (Febbraio 1956).
Nel dicembre del 2001 è stata invece rilevata una forte anomalia positiva a 10 hPa (alta stratosfera) come è possibile osservare nella seguente figura:
Anomalia della temperatura a 10 hPa sull’emisfero Nord
nel mese di dicembre 2001.E’ possibile osservare una forte anomalia positiva (colore rosso) tra l’Europa settentrionale ed il Polo Nord.
(Fonte NOAA-CDC)
Tale anomalia però non si ritrova negli altri livelli stratosferici (media e bassa stratosfera-50 e 70 hPa) dove è possibile invece osservare un’anomalia di segno opposto.
Quello che preme sottolineare qui è che l’inverno che stiamo vivendo è un inverno eccezionale che sicuramente andrà accuratamente studiato ed analizzato dal punto di vista climatologico.
E’ inoltre interessante notare che nell’inverno dell’anno scorso (inverno piovoso e mite) il riscaldamento stratosferico si è avuto a tutti i livelli.
La figura seguente mostra l’andamento a 70 hPa (bassa stratosfera) della temperatura della stratosfera in diversi punti della Terra a latitudini polari.
Andamento della temperatura stratosferica in diversi punti della Terra a latitudini polari
(dell’inverno 2001/2002. (Fonte NOAA)
Per chi volesse seguire l’andamento della temperatura della stratosfera giorno per giorno si rimanda ai seguenti links:
Bibliografia essenziale
Nulla esiste in italiano riguardo allo stratwarming. La maggior parte delle pubblicazioni è in inglese o tedesco.
Si segnalano qui di seguito le letture fondamentali per chi volesse approfondire
l’argomento.
Barnston, A. G., and R. E. Livezey, 1987: Classification, seasonality and persistence of low-frequency atmospheric circulation patterns. Mon. Wea. Rev., 115, 1083-1126.
Barnston, A. G., R. E. Livezey, and M. S. Halpert 1991: Modulation of Southern Oscillation- Northern Hemisphere mid-winter climate relationships by the QBO. J. Climate, 4, 203-217.
Labitzke-Loon H. Van- “The Stratosphere-Phenomena, History and Relevance”-Springer Ed.
Per chi fosse interessato il libro può essere richiesto all’indirizzo Internet: www.springer.de
Numerose pubblicazioni per la comprensione del fenomeno possono anche essere reperite all’indirizzo Internet dello Stratospheric Research Group di Berlino (vedi più sotto) ciccando sulla voce Staff.
Altre risorse
La maggior parte delle informazioni riguardo allo stratwarming si possono trovare in Internet. Qui di seguito è presentata una breve rassegna dei principali siti che trattano dell’argomento.
Primo fra tutti va segnalato il sito del Gruppo di Ricerca della Stratosfera della Libera Università di Berlino
da cui provengono anche la maggior parte delle informazioni contenute nel presente articolo.
Il sito del NOAA/CPC dà utili ed interessanti aggiornamenti sulla temperatura nei diversi livelli della stratosfera e sui valori del geopotenziale sia attuali che previsti.
Altre informazioni sulla stratosfera dell’artico e sulla sua evoluzione in tempo reale si possono trovare
sul sito dell'Istituto
di Fisica dell'Atmosfera del DLR .
Interessanti articoli sullo stratwarming si possono trovare al sito dello
SPARC (Stratospheric Process And Their Role in the Climate) un progetto di ricerca dell’OMM (Organizzazione Meteorologica
Mondiale)
Per chi vuole approfondire le relazioni fra la QBO (Quasi Biennial Oscillation) non può perdere
questa
relazione sul sito dell’Accademia Bulgara delle Scienze che si è occupata di correlare il ciclo delle macchie solari con l’oscillazione quasi biennale dei venti stratosferici.
Per ulteriori notizie sulla QBO si rimanda a questo
articolo molto completo e chiaro redatto dai ricercatori dell’università di Reading
Ecco un interessante articolo
che spiega come gli stratwarming seguano le più grosse ed imponenti eruzioni vulcaniche.
Per chi volesse studiare i fenomeni del passato è utile consultare questa
pagina del NOAA CDC
|
