Inverno, da che parte andiamo?

Con questo articolo vorrei esprimere tutti i miei dubbi su una dinamica che in apparenza lascia poco spazio ad interpretazioni (faccio riferimento al superamento della soglia NAM10hPa ad oggi previsto per i primissimi giorni di gennaio) ma che in realtà contrasta fortemente con quanto è in letteratura (vedi Waugh e Polvani).

In estrema sintesi, non essendo questo il momento di fare la trattazione approfondita dei vari testi in letteratura, possiamo dire che il lavoro di Waugh e Polvani circa la connessione delle anomalie dei flussi di calore con il raggiungimento e superamento delle soglie critiche del NAM10hPa, completa e definisce il lavoro precedente di Baldwin e Dunkerton. Ovvero, Waugh e Polvani, chiariscono che gli Eventi Stratosferici Estremi sono sempre preceduti da anomalie dei flussi di calore spiegandone i processi attuativi. Queste anomalie sono state quantificate descrivendo i processi e i tempi necessari perché si portino a compimento. Quindi se è pur vero che nei lavori sopra citati si fa riferimento a delle medie complessive dei vari eventi, non possiamo però non considerare che le medie temporali delle anomalie del flussi di calore devono essere circoscritte, altrimenti viene meno il significato stesso di quel lavoro di ricerca. Da quel testo sappiamo che un Evento Statosferico Estremo è preceduto, come già scritto, da un’anomalia dei flussi di calore che si evidenzia in un periodo di circa 40 giorni. Tale anomalia è la fonte della successiva progressione verso un Evento Stratosferico Estremo nel quale, nel conclamarsi, rileva un valore degli eventi dei flussi di calore calcolati su un intervallo di 40 giorni che raggiunge o supera la soglia di ±5,5 K m/s. Questa soglia è la rappresentazione dello stato dell’arte al raggiungimento dei valori del NAM10hPa di +1,5 o di -3,0.

Ora cominciamo a ragionare sui dati a nostra disposizione. Dal grafico di figura 1, inerente gli eventi dei flussi di calore su 40 giorni, si rileva che al momento del raggiungimento della soglia di +1,5 del NAM10hPa il valore degli Eventi dei Flussi di Calore calcolati su un intervallo di 40 giorni è di circa -2,2 K m/s, neanche a metà strada dal raggiungimento della soglia critica di -5,5 K m/s.

Dunque, detto ciò, cerchiamo di analizzare la situazione del recente passato, in atto e futura compiendo un tentativo di interpretazioni dei dati.

La stratosfera è assimilabile ad un sistema quasi barotropico caratterizzata da elevata stabilità statica e da onde lunghe quasi stazionarie. Questo significa che mediamente le isoipse sono assimilabili alle isocore ovvero, a volume costante, la pressione varia in funzione della temperatura.

Nel nostro caso, a seguito del disturbo riconducibile ad un simil Canadian Warming avviato nella prima metà del mese di dicembre, tutta la struttura del vortice è stata spostata verso la zona Siberiana. I flussi di calore attivati e l’incremento del geopotenziale sul lato Pacifico-Canadese hanno prodotto un sistema più baroclino, motivo per il quale si è attivata una maggiore propensione all’instaurarsi di vorticità più frammentata. D’ora in avanti il riassorbimento del disturbo permetterà al vortice polare di riconquistare posizioni prossime al polo geografico, vedi figura 2, rilassando le isoipse e riacquisendo una struttura quasi barotropica con relativo accentramento della vorticità. In questo caso, la variazione di pressione può essere con buona approssimazione considerata direttamente proporzionale alla variazione di temperatura secondo la seconda legge di Gay-Lussac: p=p 0 (1+αΔt).

Se guardiamo al grafico 3 dei valori di temperatura alla quota isobarica di 10 hPa nella fascia latitudinale tra 60°N e 90°N, notiamo che questa è risultata mediamente sotto media, o per brevi periodi, vicino ai valori medi del periodo: nel grafico per facilitarne la lettura è evidenziato dal cerchio viola e poi dal dettaglio del cerchio giallo in riferimento al momento di riaccentramento del vortice che acquisisce barotropicità. Quindi il forte calo del geopotenziale non è tanto assimilabile ai mancati flussi di calore, che come evidenziato sopra risultano ancora dinamicamente lontani dal limite di soglia negativa e quindi da un approfondimento strutturale del vortice secondo letteratura di  Waugh e Polvani, ma alla conquistata quasi barotropicità. Viste le anomalmente basse temperature in area polare questo determina in maniera improvvisa un vero e proprio crollo del geopotenziale, alla ricerca di un equilibrio con gli stessi bassi valori di temperatura.

In una trasformazione isocora l’energia interna del sistema U dipende dalla temperatura, quindi la variazione repentina del geopotenziale determina una variazione di energia interna ∆U che sarà di valore negativo. Secondo il primo principio della termodinamica possiamo ottenere la variazione di energia interna come somma algebrica del calore e del lavoro scambiati nella trasformazione: ΔU=Q-L. Poiché, come scritto sopra, nelle trasformazioni isocore il volume rimane costante e la variazione di pressione è imputabile alla variazione di temperatura ne consegue che il lavoro L è nullo e la variazione ΔU si riduce al solo scambio di calore Q. Quindi il calore perduto nell’abbattimento del geopotenziale quale energia interna del sistema, deve essere ceduto all’ambiente circostante. Per questo motivo nei prossimi giorni è lecito attendersi una sorta di rimbalzo del geopotenziale e della temperatura e conseguentemente del NAM10hPa.

In un sistema siffatto la brusca caduta di geopotenziale verso l’asse di rotazione determina una accelerazione del flusso  con sviluppo di superfici isobariche di tipo parabolidi di rotazione, motivo per il quale si denota la comparsa di un aumento del geopotenziale alle basse latitudini assimilabile ad una circolazione a due onde che porterà ad un  incremento dell’eccentricità del vortice (vedi corsa GFS del 28/12 dalla T+192 in poi) e ad un innesco dei contenuti riscaldamenti.

Il grafico dell’andamento del NAM10hPa, vedi figura 4, credo fotografi plasticamente quanto appena descritto teoricamente: il valore dell’indice non cresce gradualmente nel tempo secondo una dinamica impressa dai lunghi tempi della troposfera con flussi di calore via via divergenti, ma si impenna improvvisamente in modo strettamente collegato alle dinamiche di accentramento e raffreddamento del vortice stesso.

Quindi alla luce del lavoro di Waugh e Polvani inerente i flussi di calore e all’intera dinamica sopra descritta ritengo che il superamento del valore di soglia del NAM10hPa previsto ad oggi per il prossimo 2 gennaio non possa rientrare nella casistica di un ESE cold ma sia dovuto alla contingenza delle basse temperature alle alte latitudini (60N90N), tant’è che l’indice SEI (che seppur come più volte scritto è in una fase sperimentale), si distacca dalla curva del NAM10hPa rimanendo ben al di sotto del valore di soglia (sempre +1,5), dinamica tra l’altro già ipotizzata qualche giorno fa, a testimoniare il mancato accoppiamento stratosfera-troposfera e la mancata dinamica di condizionamento da ESE cold.

Ad oggi i principali modelli deterministici, GFS e ECMWF, percorrono nel medio lungo termine strade diverse (analisi della corsa delle 00z del 28 dicembre) e qui di seguito sono riportate le mappe a partire dalle T+00 alle T+144 (tale differenza è presente da diverse corse). Per il GFS l’approfondimento del vortice stratosferico è più influenzante rispetto alla quasi assenza per ECMWF. D’altro canto anche i flussi di calore a 100hPa sono previsti in ripresa, vedi figura 5, anche se al momento in maniera più modesta rispetto a quanto era nelle attese. I dubbi dovrebbero comunque esserci anche sul GFS, tanto è vero che se notate nel grafico 6, inerente il geopotenziale alla quota isobarica di 10hPa e compreso tra le latitudini 60°N90°N, c’è l’allargamento delle curve proprio a seguito del 2 gennaio quando il vortice stratosferico si approfondirà raggiungendo la famosa soglia di +1,5.

Poiché non ho verità in tasca, anche se per le ragioni qui espresse ritengo essere un po’ più plausibile lo scenario previsto dal modello ECMWF, consiglio di attendere ancora qualche giorno forse fino alla data del reale raggiungimento e/o lieve superamento del valore di soglia del NAM10hPa così da lasciare inquadrare meglio ai deterministici la reale situazione. Viene da sè che il futuro successivo dipenderà per gran parte da come verrà sciolta la prognosi.

Con l’occasione auguro a tutti un felice anno nuovo.

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23 Comments

  1. Buongiorno mi piacerebbe sapere come tutti in che direzione…stiamo andando…rispetto agli ultimi inverni vedo un cauto ottimismo in rete..ma a livello pratico..il nulla…aspettiamo metà gennaio x capire quello che ci aspetterà…speriamo in qualcosa di buono…un saluto cordiale..

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  2. Buon giorno Sig. Tosti, alla luce degli ultimi aggiornamenti, nonostante una strato in continuo raffreddamento con velocità zonali che rimangono su valori decisamente superiori alle medie, il lungo non vede ad oggi, propendere per una direzione opposta, ovvero verso il SSW paventato nel suo outlook, che doveva materializzarsi grosso modo verso il 10 di gennaio. Anzi, sembra che ci sarà una terza pulsazione verso la II decade con nuovo aumento delle velocità zonali a 10 hpa. Segnali dal basso pochi, la strada intrapresa sembra quella per un nord atlantico. Ad oggi non si vede uno sblocco della situazione in troposfera, questo non significa che dal 15 in poi o dal 20 non ci sarà, ma i giorni passano e anche questo inverno, sembra prendere la direzione degli ultimi 5 (tolto gennaio 2017 ovvio). A questo punto, se così fosse, potremmo essere di fronte ad un netto cambio di passo almeno a livello europeo, perchè dopo gli ottimi inverni 2010-11-12 (europa) non abbiamo più visto nulla degno di tale nome. E nel passato, non troviamo una serie così lunga, nonostante a cavallo degli anni ’40 e ’50 del secolo scorso ci siano stati una serie di inverni diciamo “mosci”, ma non a questi livelli. Grazie ancora e buon lavoro.

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    • Ciao Fulvio, causa vari impegni finalmente posso risponderti. Un po’ a rate sto ultimando di scrivere un altro articolo che penso possa almeno in parte rispondere ai tuoi quesiti. Comunque posso anticiparti che contrariamente a quanto pensi cominciano ad emergere indicazioni proprio verso un SSW. Nell’articolo troverai anche i motivi perché ho ritenuto la realizzazione di questo evento possibile per la metà di gennaio mentre ad oggi sembra potersi profilare (la cautela e d’ultra obbligo) tra la fine di gennaio e i primi di febbraio. La troposfera è molto più dinamica delle stagioni passate e ci trovo delle somiglianze che sono un po’ più delle brutte copie piuttosto che nette similitudini, considerando il fatto che stiamo vivendo una stagione di transizione tra un regime atmosferico da PDO positiva (ultimi anni) verso un regime da PDO negativa. In allegato troverai due immagini abbastanza eloquenti la prima la differenza di altezza della 500hPa tra un periodo a regime PDO negativa con un periodo a PDO positiva e la seconda la stessa variazione ma nell’ultimo anno a dimostrare che è in atto un progressivo cambio di regime atmosferico che porterà anche al cambio di segno dell’indice PDO (non viceversa). Nella ricerca “Il Clima del futuro? La chiave è nel passato” troverai una sorta di spartiacque che è stata ipotizzata per il 2019-2020 quando, sempre attraverso la ricerca, si indica un cambio più sostanziale di massa atmosferica con relativo mutamento del regime atmosferico.
      CarloCT

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  3. Salve,
    sono un meteo appassionato, che consulta il vostro blog pur non avendo le necessarie competenze per poterne discutere nel merito. Fatta questa doverosa specifica, “noto da profano” da circa due giorni, nei run e singoli spaghi sul long dei vari modelli deterministici, alcune dissonanze (consentitemi il termine) riguardo un condizionamento per superamento soglia da Ese Cold. Tra questi, un forte disclocamento corrente a getto zona states, accentuate anomalie positive nei geopotenziali (500hpa) dislocate sul circolo polare, una repentina rotazione del “vortice” sui “piani alti”. Sembrerebbe una situazione potenzialmente esplosiva, e non un ricompattamento, vi sono dei nessi o una parte, riconducibili allo studio da voi pubblicato sull’outlook invernale ? Vi sono alcune analogie con il 2012 ? Un “caloroso”..saluto

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    • Ciao Andrea, da quello che scrivi non mi sembra che tu non abbia le necessarie competenze. Infatti la tua osservazione è molto pertinente e come scritto a Fulvio troverai anche tu qualche risposta in più nel nuovo articolo. Ti anticipo che a mio avviso il problema è nella struttura stessa del vortice che pur posizionando in parte, e sottolineo in parte, l’asse di rotazione con il polo geografico il suo approfondimento non ha prodotto gli effetti da ESE cold e quindi non classificabile quanto tale (vedi la specifica ripetuta nei vari articoli di simil Candian Warming). Analizzando le quote isobariche tra 10 e 500hPa (vedi immagine animata che allego) si nota che il massimo approfondimento è spostato e decentrato verso il lato siberiano centro-orientale tra i 10 e i 70 hPa per poi sparire nei piani inferiori. La sequenza di immagini ti dimostra che il vortice non sta girando con una struttura omogenea a tutte le quote ma evidenzia una “mutazione genetica” scendendo di quota a causa delle continue forzanti troposferiche che sono prevalenti (vedi ad esempio la presenza di un buon segnale nelle fasi Madden 2 e prevista 3) e quindi il segnale troposferico non è in fase con il segnale stratosferico in presenza di anomali approfondimenti come sta avvenendo in questi giorni. Questa dinamica è ben evidenziata dall’indice SEI che seppur in fase sperimentale sta mostrando tutta la sua efficacia. Infatti avrai notato che i valori SEI e NAM si avvicinano nelle fasi a NAM negativo e si allontanano nelle fasi a NAM positivo. In questo contesto la trasmissione di vorticità potenziale dalle quote superiori a quelli inferiori non funziona motivo per il quale la troposfera non riceve alcun impulso da tipico evento T-S-T, in questo caso da ESE cold.
      CarloCT

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    • Purtroppo l’animazione nelle risposte ai commenti vedo che non funziona.
      CarloCT

  4. Un ringraziam a tutti..volevo chiedere ad alessandro foiano , che ci dovremmo attendere x lui x gennaio febbraio vede un MMW in prospettiva ? Ad ora la mjo in fase 3 porterebbe a nao positiva e nn si vedono tracce nei forecast di un pattern simil 80/81 specie su aree orientali del paese un augurio Io

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    • Ciao Mirco, vedere o non vedere in prospettiva spazio per un MMW cambia poco per capire quale tipo di tempo avremo tra gennaio e febbraio in Italia. La mjo è solo una descrizione dei forecast dei modelli. La fase 3 per gennaio è la fase descritta col determinismo dagli attuali modelli.
      Il pattern di Dicembre nel 1980 ha dato come conseguenza una NAO positiva (+0,63)
      https://www.esrl.noaa.gov/psd/data/correlation/nao.data
      Qui sotto per esempio allego le anomalie dei geopotenziali a 500 hPa per dicembre 1980:

      Immagine allegata

    • Puntualizzo che la mjo attualmente è in fase 2 per gennaio in cui si nota una magnitudo in aumento. Le successive descrizioni della MJO non le darei per certe come ad esempio la fase 3.
      Qui sotto metto le anomalie dei geopotenziali a 500 hPa in Europa di dicembre 2017 che rispecchia grossomodo il pattern di dicembre 1980:

      Immagine allegata

  5. Sig. Guidi visto che si tratta di studio e di materia ai più assolutamente indigesta mi consigli un testo magari sul web che mi aiuti nell’approccio a questi argomenti.
    Grazie e Buon 2018

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  6. Buon giorno.Voglio porre una domanda da meteoamatore dilettante a Carlo Colarieti.In termini di percentuale per Gennaio e Febbraio 2018 quante possibilità ci sono che possano verificarsi eventi di ondate di freddo intense quindi con nevicate a quote basse collinari nel mediterraneo centrale?

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  7. Grazie per la risposta.

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  8. non so perché, ma considero gfs + affidabile di ecmwf.
    soprattutto nei run 5-10 gg

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    • Giampi , gli skill score del GFS sono costantemente inferiori a quelli di ECMWF, è cosa nota. Va bene che sono metriche alquanto oscure, però sono condivise…
      gg

  9. Andiamo dalla parte di termiche con anomalie negative dalle nostre parti:

    Immagine allegata

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  10. Molto eloquente e chiarificatore.. o almeno in parte, e per via della mancanza degli abbattimenti dei flussi previsti in ambito di SC con ESE Cold per NAM sforato..
    Direi anche per l’evidente scostamento nei 2 principali GM per via di aggiornamenti Strato discordanti a livello di GPT, con valori in Dam del tutto diversi..
    Oltretutto la continua stazionarietà d’onda pacifica ne impedisce una giusta e lineare accentramento del VPS a tutte le quote isobariche e dunque mantiene un certo grado di ellitticizzazione per compressione delle isoipse.
    Il rilassamento della tensione zonale Stratosferica, è una forte risposta ad un lungo mantenimento dello stato da Simil CW esasperato e reiterato, con appunto la forte stazionarietà della sola Wave Mather.

    La Troposfera nel frattempo ha continuato il suo andamento da Pattern acquisito in Dicembre, con evidente destrutturazione ad Onde Corte, ma con tipologia di un alto Waves Number sempre costante e in antitesi rispetto allo stato del VPS con Decoupling reiterato e pregresso.

    Da ciò, i flussi di calore hanno mantenuto sempre un lieve stato di attivazione e propagazione, per via della Wave 1 esasperata.. e nonostante il Cooling Stratosferico, sembra che non siano in grado di cedere e quindi eviterebbero l’abbattimento totale, con l’azzeramento previsto nei casi dell’ESE Cold classico.

    Direi che la Troposfera, quest’anno sta iniziando a beneficiare della prevista accoppiata degli indici predittivi QBO/Attività Solare.. e la Strato non detta più le leggi degli ultimi anni passati.

    Ottimo lavoro fin qui.. anche se non andasse in porto la fase dell’SSW che secondo le mie ipotesi potrebbero solo slittare verso fine mese.

    Grazie per il nuovo aggiornamento.

    Cordiali Saluti.

    Luca

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  11. Buongiorno signor Tosti,le volevo chiedere se al Nord Ovest secondo lei,vedremo delle irruzioni di aria artico marittima.

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    • Oh, questa la capisco e mi associo alla domanda :-). L’intervento precedente invece per quanto mi riguarda poteva anche finire con una bella terapia tapioca, e avrei capito uguale (cioè zero ;-)).

    • Sono d’accordo con te Alessandro2 stessa impressione.
      Chiarissimo però l’articolo, anche se il titolo poteva essere diverso. Infatti la domanda di Paolo credo nasca dal titolo e a cui si possa tranquillamente rispondere che “Sì ci saranno possibilità di vederne altre di irruzioni di aria artica marittima”, ma domanda che risulta poco in tema con l’analisi globale fatta nell’articolo e che si fanno in questo blog in genere.

    • Ottimo punto Alessandro. Questo genere di dettaglio, oltre che assimilabile al super enalotto, non è negli scopi di questo TD e delle nostre analisi in genere.
      gg

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