Indici stratosferici

QBO: Quasi Biennal Oscillation e Attività solare

    Si tratta dell'unica oscillazione stratosferica e prevede fasi pressochè biennali (24-36 mesi) che si riferiscono alla direzione di provenienza dei venti stratosferici equatoriali. L'indice va considerato sempre in concomitanza con la fase solare

• • • La fase positiva indica venti occidentali (“Westerlies“). 

    • La fase negativa venti orientali (“Easterlies“). 

    La QBO nella sua fase negativa, se unita al minimo solare, può riuscire ad inibire il flusso perturbato zonale delle medie latitudini, rallentando e ondulando il ramo principale della Jet Stream, agevolando di conseguenza l’avvento degli scambi meridiani che vanno a disturbare il vortice polare, costringendolo a scivolare di latitudine, con importanti ondate di freddo dirette verso l’area temperata. 

    Al contrario, nella sua fase positiva, il Jet Stream sarà poco ondulato e sarà più difficile il verificarsi di scambi meridiani importanti. 

Di seguito due link per i dati numerici della QBO costantemente aggiornati:

• • • QBO alla quota di 30 hPa (circa 24 km di altitudine).

    • QBO alla quota di 50 hPa (circa 21 km di altitudine).

Di seguito un grafico riassuntivo che mostra i valori degli ultimi anni relativi a:

• • • Deviazione standard dallo Jet Stream medio alla quota di 200 hPa (circa 12 km di altitudine).

    • Anomalia di temperatura alla quota di 500 hPa (circa 5,6 km di altitudine).

    • Andamento dell'anomalia dei venti zonali alle quote significative. In rosso sono mostrate le anomalie dei venti a 30 hPa (qui i dati numerici), in blu quelle a 50 hPa (qui i dati numerici).

Come detto, la QBO va considerata assieme all'attività solare. In particolare:

• • • Attività solare alta sembrerebbe inibire la QBO.

    • Attività solare bassa al contrario, non influirebbe molto sulla QBO.

NAM: North Annular Mode

    L'indice NAM è in realtà è un ibrido tra indici stratosferici ed indici troposferici. Esso è la rilevazione descrittiva delle differenza tra la pressione atmosferica sulla verticale del Polo Nord e quella delle medie latitudini. Spesso viene associato all'indice AO che, a prima vista, sembrerebbe misurare la stessa differenza di pressione.Tuttavia l'atmosfera non è piatta, bensi tridimensionale, dunque ha uno spessore: 

• • • L'indice AO rileva il delta (differenza) di pressione al livello del mare.

    • L'indice NAM comprende tutte le quote, dal suolo fin entro la stratosfera.

   Quindi, ricapitolando, il NAM viene calcolato come profilo verticale a diverse quote bariche; alla quota di 1000hPa coincide con l'indice troposferico AO (Artic Oscillation) la cui influenza sulla frequenza di perturbazioni (e quindi in ultima analisi su temperatura e precipitazioni) nella zona americane ed eurasiatica è universalmente riconosciuta.

   Nel grafico seguente viene mostrata la correlazione fra le anomalie di geopotenziale alle varie quote ed il valore dell'indice AO (Artic Oscillation):

   Maggiori saranno le anomalie positive di Geopotenziale (colori verso il rosso), tanto più il valore dell'indice NAM sarà negativo e viceversa.     

   Secondo uno studio del 2001 di Baldwin e Dunkerton le soglie NAM precondizionerebbero l'indice AO (e quindi la circolazione atmosferica predominante in Europa) per circa 40 - 60 giorni:

• • • Il superamento della soglia NAM di + 1,5 indica un cooling (raffreddamento stratosferico) molto evidente e in media si avrà un regime di AO+ per circa 40 - 60 giorni (ovvero prevalente flusso zonale per via di un Vortice Polare molto forte con tempo stabile).

    • Il superamento della soglia di - 3 indica un warming (riscaldamento stratosferico) molto evidente ed in media si avrà un regime di AO- per circa 40 - 60 giorni (ovvero facilità di scambi meridiani per via di un Vortice Polare molto debole con tempo spesso perturbato).

Di seguito un altro plot in cui è presente a sinistra del grafico è presente il valore puntuale che l'indice NAM ha assunto negli ultimi 30 giorni. Molto importante notare il fatto che, rispetto al grafico precedente, i colori sono invertiti ma più intuitivi: eventi di warming sono indicati con colori caldi, eventi di cooling sono indicati con colori freddi:

    Ovviamente lo studio di Baldwin e Dunkerton è relativamente giovane (2001) ed è in continua evoluzione. Non è ancora chiaro infatti se un superamento della soglia (in un senso o nell'altro) precondizioni così fortemente l'atmosfera (facendo diventare il NAM la forzante più importante della circolazione) anche in presenza di altri fattori che di per se andrebbero contro il precondizionamento deriva dal superamento della soglia.

Cliccare qui per accedere all'archivio dei grafici NAM riguardanti i mesi invernali per quanto riguarda gli anni dal 1979 all'inverno scorso (il grafico attuale è riportato sopra).

    Di seguito sono riportati due grafici che indicano le temperature sopra il Polo Nord alla quota di 10 hPa, ovvero a circa 31 km di altitudine (primo grafico) e alla quota di 30 hPa, ovvero a circa 24 km di altitudine (secondo grafico). 

    Monitorando questi grafici si riesce a notare di quanto la temperatura misurata (linea nera) si discosta dalla temperatura media del periodo (linea grigia):

• • • Se la temperatura è molto sotto la media si ha un Cooling del Vortice Polare Stratosferico con un conseguente suo approfondimento e Artic Oscillation che tende ad essere positiva (prevalente regime anticiclonico sull'Europa).

    • Se la temperatura è molto sopra la media si ha un Warming del Vortice Polare Stratosferico con un conseguente sua debolezza e Artic Oscillation che tende ad essere negativa (possibilità di avere colate fredde sull'Europa).

  I grafici mostrato di seguito (dati di input Japan Meteorological Agency) indicano la situazione della temperatura nella regione polare alle varie quote. Questo grafico aiuta a rendere evidenti situazione di warming (o cooling) della stratosfera sopra le regioni polari: 

Il grafico seguente mostra (dati di input GFS) il dettaglio delle temperature (e relative anomalie) espresse in gradi Kelvin della zona di atmosfera sopra la regione polare (dai 200 hPa a 1 hPa di quota):

 Il grafico mostrato di seguito indica i venti e i flussi (riguardanti sempre la stratosfera sopra la regione polare). Per quanto riguarda i venti (dati di input Japan Metereological Agency):

• Valori negativi indicano una direzione antizonale dei venti stratosferici, ovvero di direzione Est-Ovest.

• Valori positivi indicano una direzione zonale dei venti stratosferici, ovvero di direzione Ovest-Est.

    Oltre ad indicare l'entità delle intrusioni di calore viene mostrata anche la direzione (ovvero la convergenza verso il polo) di tali intrusioni. Nell'ultima parte del grafico sopra esposto infatti più le frecce sono lunghe e con verso puntato verso destra, maggiore sarà l'intrusività convergente di tali flussi di calore verso il polo.

Il grafico seguente mostra (dati di input GFS) il dettaglio dei venti (e le relative anomalie) alle varie quote: da 1000 hPa a 1 hPa.

    Focalizziamoci ora sulla parte destra del grafico, quella delle anomalie:

• • • Colori "caldi" stanno a significare anomalie positive della componente U dei venti zonali, ovvero significa che la "corda zonale" è maggiormente tesa rispetto alla media. Ciò significa che se queste anomalie sono vicine al livello del suolo (o su tutta la colonna d'aria), sull'Europa potrebbero prevalere condizioni di tempo stabile e mite.

    • Colori "freddi" stanno a significare anomalie negative della componente U dei venti zonali, ovvero significa che la "corda zonale" è nulla, anzi, i venti spireranno in senso antizonale, ovvero da Est a Ovest. Ciò significa che se queste anomalie sono vicine al livello del suolo (o su tutta la colonna d'aria), sull'Europa potrebbero giungere masse d'aria fredda o gelida dai quadranti settentrionali e/o orientali.

Il grafico seguente mostra il dettaglio (dati di input GFS) dei flussi di calore presenti alle varie quote: da 1000 hPa a 1 hPa.

Waves Planetarie

    Per quando riguarda i flussi aiuta a rendere evidenti eventuali intrusioni di calore nella stratosfera polare dovuto in particolare alle 2 onde planetarie maggiori che sono:

• la Wave 1 Pacifica.

• la Wave 2 Atlantica. 

Di seguito il dettaglio dell'ampiezza delle  Wave Planetarie (la 1 Pacifica e la 2 Atlantica) che più possono incidere sulle vicissitudini climatiche europee:

    La Wave 3 che si sviluppa sopra il continente asiatico agisce meno nelle intrusioni di calore verso le regioni polari anche perché dovrebbe svilupparsi nelle medesime zone dell'arcigno e gelido anticiclone termico Russo-Siberiano.   

Analisi dei flussi Eliassen–Palm ECMWF

I flussi Eliassen-Palm (EP) sono un concetto fondamentale nella dinamica atmosferica, utilizzato per descrivere il trasporto di quantità di moto e calore da parte delle onde planetarie (onde di Rossby) nella circolazione generale dell’atmosfera. 

Informazioni principali relative ai grafici sotto riportati.

•  Asse orizzontale: latitudine (da 20°N a Polo Nord).

• Asse verticale: pressione (troposfera in basso, stratosfera in alto).

• Frecce (vettori EP): indicano la direzione e intensità del trasporto di momento e calore da parte delle onde planetarie. In particolare potremmo avere:

  • Frecce grandi e inclinate verso l’alto e il polo (ovvero lunghe e inclinate verso destra): forte propagazione di onde di Rossby dalla troposfera verso la stratosfera; indica che le onde stanno disturbando il vortice polare.

  • Frecce corte o orizzontali: propagazione debole; vortice polare più stabile.

• U-Change (variazione vento zonale): nella parte destra abbiamo la legenda sui colori che fanno da sfondo al grafico:

  • Rosso: variazione positiva del vento zonale, significa che la componente del vento zonale aumenta, e ciò comporta una accelerazione del jet stream. Questa situazione è sintomo di vortice polare Forte.

  • Blu:  variazione negativa del vento zonale, significa che la componente del vento zonale si riduce (o in casi estremi negativizza ovvero si ha un moto anti-zonale), e ciò comporta una decelrazione del jet stream (o in casi estremi una sua inversione). Questa situazione è sintomo di vortice polare Debole.

E tutto questo come si traduce e cosa significa per il tempo atmosferico in Europa?

• Se il vortice è forte si ha una forte circolazione zonale che porta ad un tempo più mite (anche se a volte perturbato).

• Se il vortice polare si indebolisce si ha maggiore probabilità di blocchi anticiclonici e ondate fredde in Europa.

Nel grafico seguente si ricapitola l'andamento dei venti e delle temperature alle quote rispettivamente di: 1 hPa, 5 hPa, 10 hPa e 30 hPa. La parte nera delle linee è la previsione disponibile attualmente per i giorni a venire, la parte colorata sono invece valori effettivamente riscontrati fino alla giornata di ieri.

Monitoraggio riscaldamenti stratosferici dell'emisfero nord alla quota di 10 hPa (GFS)