Stratosfera e ripercussioni in troposfera   Leave a comment


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, per la nostra latitudine), 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, ma ne parlerò più avanti.. 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 anticiclo-genesi 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 centro-orientali o al continente euro-asiatico.

Tornando sul discorso dell’origine del riscaldamento stratosferico, si ritiene che sia dovuto essenzialmente dalla propagazione verso l’alto delle onde planetarie o onde di Rossby con ampiezza grande, che arrivano ad interessare la stratosfera. La correlazione tra l’attività delle onde di Rossby e i riscaldamenti stratosferici, spiega anche la quasi totale assenza di questi eventi nell’emisfero australe, infatti le onde di rossby sono generate dalle catene montuose e dalle differenze di temperatura tra mare e terraferma.

Mi sembra opportuno fare un breve inciso sui termini onda di rossby e forza di Coriolis: [Le onde di Rosby sono delle linee ideali tracciate al suolo dalle ondulazioni del getto polare con forma sinusoidale. Sono dovute alla corrente a getto in quota di 300 hPa circa : la corrente a getto è una specie di autostrada dove scorrono venti molto forti da ovest verso est nell’emisfero settentrionale.  L’origine delle onde di Rosby, che sono dinamiche e cambiano continuamente forma nella loro ondulazione, sono dovute principalmente allo scambio termico fra il polo e l’equatore.  Sul ramo ascendente delle onde di Rosby (che vede affluire da Nord aria fredda e da sud quella calda, quindi sede di maggiore contrasto termico) si forma una catena di depressioni che scorrono in seno alle correnti occidentali oceaniche.  Viene coinvolto il ramo ascendente perchè è su questo che si attiva la circolazione antioraria della formazione delle depressioni (forza di Coriolis). Nelle fratture della corrente a getto vi sono le depressioni tipo il vortice islandese.

Forza di Coriolis

Per tutti gli appassionati è un passaggio obbligato: quando la curiosità per i fenomeni atmosferici ci porta a leggere un manuale di meteorologia ecco comparire il nome di questo signore (da leggere alla francese, con l’accento sulla i finale) e la sua forza misteriosa. La forza di Coriolis è necessaria per descrivere i fenomeni fisici in un sistema che ruota, nel nostro caso, la Terra; insieme alla forza centrifuga essa è una di quelle forze (talora chiamate ‘apparenti’) che si originano nei sistemi di riferimento soggetti a rotazione o a variazioni di velocità, come la giostra o l’automobile. Il motivo per cui la forza di Coriolis ci è assai meno familiare della forza centrifuga, che sperimentiamo tutti i giorni, è solo che essa è troppo debole per essere avvertita dal nostro corpo mentre corriamo a andiamo in automobile. Qualitativamente, si può intuire l’origine di questa forza con il seguente esperimento mentale: stiamo osservando dallo spazio un proiettile sparato dal polo Nord verso l’equatore, e immaginiamo di osservare la rotazione terrestre, che sotto di noi avviene in senso antiorario.

Poiché il proiettile non è vincolato alla superficie esso giungerà, per noi senza sorpresa, a destra del bersaglio verso cui era stato lanciato; invece, per chi è rimasto a terra, è come se un filo invisibile avesse a poco a poco curvato la sua traiettoria. Se ripetessimo l’esperimento in maniera simmetrica nell’altro emisfero, guardando dal polo Sud, troveremmo che il colpo ha mancato il bersaglio perché deviato a sinistra. Nella pratica noi descriviamo i fenomeni atmosferici con un sistema di riferimento solidale con il pianeta, non da un punto fisso dello spazio, ed ecco spiegato perché è comodo introdurre la forza di Coriolis, un filo invisibile che modifica il moto dei proiettili, ma anche delle masse d’aria. Si può dimostrare matematicamente che la forza di Coriolis cambia segno nei due emisferi, che la sua intensità è direttamente proporzionale alla velocità dei corpi, ed infine che essa vale zero all’equatore, per diventare massima ai poli.

I moti delle masse d’aria sono profondamente influenzati dalla forza di Coriolis, specie alle medie ed alte latitudini: cicloni e depressioni extra-tropicali esistono perché la forza deviante tende continuamente a bilanciare la forza di gradiente (dovuta alle differenze di pressione): dove la forza deviante è più intensa, vicino ai poli, si formano le depressioni più profonde.

Di più, gran parte della dinamica dell’atmosfera, può essere interpretata come un continuo gioco di equilibrio tra le forze di pressione e la forza di Coriolis: quando questo equilibrio viene meno nascono i moti verticali, quindi le perturbazioni e tutto quello che ne consegue (per questi argomenti vedere i capitoli sul vento geostrofico, sulla forza di gradiente) ]

L’emisfero australe a causa dell’assenza di catene montuose imponenti come quelle settentrionali e per la netta superiorità della superficie marina rispetto a quella terrestre, è molto meno sensibile allo svilupparsi di onde di Rossby con ampiezza molto accentuata, per cui il VP meridionale è molto più isolato e forte ed è quindi quasi inattaccabile dagli episodi di riscaldamento.

Quando comincia un riscaldamento nell’ emisfero boreale? La stratosfera polare invernale dell’emisfero settentrionale è normalmente dominata da due circolazioni principali, il vortice polare e l’anticiclone delle Aleutine. Una fase di intensificazione di questo anticiclone ed il contestuale indebolimento del vortice polare sono sempre alla base degli eventi di SSW (Stratospheric Sudden Warmings) che, in base alla loro evoluzione, possono essere racchiusi in quattro gruppi fondamentali: Major Warmings, Minor Warmings, Canadian Warmings e Final Warmings.

1) Le Major Warmings – Questo gruppo può essere ulteriormente diviso in due sottocategorie, denominate wave-1 e wave-2, rispettivamente nel caso in cui il VP sia spostato dalla sua sede naturale pur mantenendo una struttura unica, oppure sia diviso in due circolazioni separate. Perchè un evento di riscaldamento della stratosfera polare sia classificato come Major Warming, l’inversione della circolazione dei venti deve propagarsi almeno fino al 60° parallelo Nord in una settimana.

-Il riscaldamento di tipo wave-1  può originarsi dalla fusione dell’anticiclone delle Aleutine con un altra circolazione di alta pressione formatasi anche molto più ad ovest (solitamente attorno al meridiano di Greenwich). Questo anticilone viaggia attorno al bordo del VP fino a raggiungere la zona delle Aleutine.  Tra le due circolazioni, la corrente a getto si intensifica e l’aria anticiclonica, entrando nel getto, scende adiabaticamente, ovvero senza scambiare calore con l’ambiente circostante, subendo quindi un intenso riscaldamento. Inizia così una fase di erosione ed indebolimento del VP.

-La categoria wave-2 hanno invece una dinamica differente, infatti all’intensificazione dell’anticiclone delle Aleutine corrisponde una pari intensificazione di un anticiclone sviluppatosi ad opposta longitudine. Ne consegue una chiusura a tenaglia delle due configurazioni di alta ai danni del VP, che viene diviso in due circolazioni fredde distinte che scendono notevolmente di latitudine.

2) Le cosiddette Minor Warmings oltre ad essere abbastanza frequenti, sono comuni anche nell’emisfero meridionale. Questi eventi hanno molte caratteristiche in comune con le SSW di tipo wave-1, ma non hanno effetti di particolare rilievo. Si osserva un aumento della temperatura (ad esempio 25° C in pochi giorni) in ogni livello stratosferico (da 70 a 10 hPa) ed in ogni area dell’emisfero.

3) Le Canadian Warmings, sono tipiche della fase iniziale della stagione invernale. Per cause ancora non del tutto chiare, l’anticiclone delle Aleutine si spinge verso la longitudine 90° ovest, appunto fin sul Canada. Ne deriva lo spostamento ed allungamento del VP finchè, al collasso dell’anticiclone non tornano a stabilirsi condizioni di normalità.

4) A fine inverno si succedono ogni anno quelle che vengono definite Final Warmings con un processo evolutivo simile ad una rapida SSW. In estate, nella bassa stratosfera, resta un residuo del VP che all’arrivo del freddo costituirà la base per la maturazione della circolazione invernale. Infine si definisce strat-alert 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.

Un cordiale saluto

Luca Romaldini

Annunci

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...