Stratwarming: quando la stratosfera si riscalda improvvisamente di 50°C e porta il gelo in Europa

    Ecco le dinamiche atmosferiche che favoriscono il fenomeno dello "stratwarming", questi massicci e improvvisi riscaldamenti della stratosfera polare che mettono in crisi il vortice polare.

    Questo evento si verifica principalmente durante l'inverno boreale (nell'emisfero settentrionale) e solo in alcuni casi può avere ripercussioni significative sul clima troposferico, influenzando le condizioni meteorologiche a livello globale.
    Questo evento si verifica principalmente durante l'inverno boreale (nell'emisfero settentrionale) e solo in alcuni casi può avere ripercussioni significative sul clima troposferico, influenzando le condizioni meteorologiche a livello globale.

    Lo stratwarming, noto anche come Sudden Stratospheric Warming (SSW), è uno dei fenomeni atmosferici più affascinanti e complessi che interessano la stratosfera, lo strato dell'atmosfera situato tra i 10 e i 50 km di altitudine.

    Questo evento si verifica principalmente durante l'inverno boreale (nell'emisfero settentrionale) e solo in alcuni casi può avere ripercussioni significative sul clima troposferico, influenzando le condizioni meteorologiche a livello globale.

    Cos'è lo stratwarming?

    Lo stratwarming consiste in un repentino aumento delle temperature nella stratosfera polare, che può superare i +40°C o addirittura +50°C in pochi giorni. Questo riscaldamento improvviso non è causato da un afflusso di aria calda da regioni equatoriali o tropicali, ma da dinamiche interne all'atmosfera.

    Quando il vortice polare appare disturbato aumenta la probabilità che l'aria gelida di matrice artica possa invadere le medie latitudini, causando importanti ondate di freddo fra Nord America ed Europa.
    Quando il vortice polare appare disturbato aumenta la probabilità che l'aria gelida di matrice artica possa invadere le medie latitudini, causando importanti ondate di freddo fra Nord America ed Europa.

    Normalmente, durante l'inverno, la stratosfera polare è caratterizzata da temperature estremamente basse, spesso inferiori a -70°C, e da un vortice polare forte e stabile. Il vortice polare è un'area di bassa pressione che ruota in senso antiorario intorno al Polo Nord, con venti zonali (che soffiano da ovest a est) che soffiano oltre i 100 km/h.

    Il ruolo delle onde planetarie

    Tutto parte dalle "onde planetarie", anche conosciute come onde di Rossby. Queste sono oscillazioni su larga scala nell'atmosfera, generate da variazioni nella rotazione terrestre, dalla topografia e dalle differenze termiche tra equatore e poli. Le onde planetarie si propagano dalla troposfera (lo strato atmosferico più basso, dove avviene il nostro tempo quotidiano) verso la stratosfera.

    Spesso, soprattutto quando transitano sopra il Nord America, queste onde interagiscono con grandi catene montuose, come le Montagne Rocciose. L’interazione amplifica le onde, spingendo flussi di calore e momento verso l'alto, nella stratosfera.

    Dobbiamo immaginare queste onde come perturbazioni che rimbalzano contro le montagne, guadagnando energia e dirigendosi verso quote superiori. In condizioni normali, i venti zonali stratosferici sono molto forti e respingono queste onde, mantenendo il vortice polare intatto.

    Tuttavia, se le onde sono particolarmente intense, magari amplificate da variazioni nel getto polare, possono rallentare o addirittura invertire la direzione di questi venti zonali.

    La rottura dell’onda nella stratosfera

    Quando le onde planetarie raggiungono la stratosfera polare, tipicamente tra i 20 e i 50 km di quota, incontrano il vortice polare, che è molto forte e stabile. Qui, le onde crescono in ampiezza fino a diventare instabili. A un certo punto, l'onda diventa così grande da rompersi, in un processo noto come "wave breaking", simile a un'onda oceanica che si infrange sulla costa.

    Da questa rottura si libera una enorme quantità di momento angolare (o quantità di moto) in direzione opposta al flusso medio del vortice. In pratica, le onde trasferiscono momento verso ovest al flusso medio, decelerando di molto i venti zonali da ovest del vortice polare.

    Nel 2018-2019, ad esempio, un major stratwarming ha portato a un'ondata di freddo molto forte in Nord America. Monitorare questi fenomeni è cruciale per le previsioni a lungo termine, utilizzando modelli numerici e dati da satelliti come quelli della NASA o dell'ESA.
    Nel 2018-2019, ad esempio, un major stratwarming ha portato a un'ondata di freddo molto forte in Nord America. Monitorare questi fenomeni è cruciale per le previsioni a lungo termine, utilizzando modelli numerici e dati da satelliti come quelli della NASA o dell'ESA.

    Questa decelerazione crea una convergenza di momento, descritta dal flusso di Eliassen-Palm (Eliassen-Palm flux convergence). Il flusso di Eliassen-Palm è un concetto chiave in dinamica atmosferica poiché rappresenta il trasferimento di energia e momento dalle onde al flusso zonale medio, alterando la circolazione stratosferica.

    Il riscaldamento adiabatico per compressione

    È proprio da questa decelerazione dei venti che deriva il riscaldamento vero e proprio. Con l'indebolimento dei venti zonali, il vortice polare si deforma o si divide, portando a una ridistribuzione delle masse d'aria.

    L'aria presente sopra il Polo inizia a scendere (un processo chiamato subsidenza), e questa discesa comprime l'aria adiabaticamente, ovvero senza scambio di calore con l'ambiente esterno.

    Per capire meglio bisogna pensare a quando spingete lo stantuffo di una siringa. L'aria all'interno si comprime e si riscalda rapidamente a causa della pressione aumentata. Allo stesso modo, l'aria che scende sopra il Polo si comprime adiabaticamente, generando un riscaldamento molto rapido e intenso.

    Gli eventi di tipo di "major" hanno favorito, in passato, importanti ondate di freddo che hanno invaso vaste aree del Nord America e dell'Europa.
    Gli eventi di tipo di "major" hanno favorito, in passato, importanti ondate di freddo che hanno invaso vaste aree del Nord America e dell'Europa.

    È questo il vero meccanismo dello stratwarming. Non arriva aria calda da altrove, ma l'aria già presente si scalda perché scende e si comprime. Questo processo può invertire il gradiente termico nella stratosfera, e può propagarsi verso il basso, in caso di accoppiamento stratosfera troposfera, influenzando il tempo in troposfera, con cambiamenti nei pattern meteorologici lungo le medie latitudini.

    Cosa ci dicono le osservazioni del passato?

    Gli stratwarming non sono eventi rari. Si verificano sostanzialmente ogni inverno, anche se in larga parte si tratta di eventi minor, più rari gli episodi major. Nel 2018-2019, ad esempio, un major stratwarming ha portato a un'ondata di freddo molto forte in Nord America.

    Monitorare questi fenomeni è cruciale per le previsioni a lungo termine, utilizzando modelli numerici e dati da satelliti come quelli della NASA o dell'ESA.

    In sintesi, lo stratwarming è un esempio perfetto di come le interazioni tra troposfera e stratosfera possano alterare drasticamente l'equilibrio atmosferico. Partendo dalle onde planetarie amplificate dalla topografia terrestre, passando per il wave breaking e la convergenza di momento, fino alla compressione adiabatica, questo fenomeno dimostra la complessità del nostro sistema climatico.