Torniamo a parlare di stratosfera: SFW + qualche pensiero estivo

[Wolf359]

Salve a tutti! Visto che si sente molto parlare di "Final Warming" ho pensato di proporre un approfondimento sul tema in seguito ad alcune mie recenti letture. Colgo l'occasione per buttar giu' anche qualche idea stratosferica (in senso stretto, vedremo se anche in senso lato!) sulla prossima estate.
Gli Stratospheric Final Warming (SFW) consistono in una repentina inversione dei venti zonali stratosferici partendo dalle quote piu' alte fino alla bassa stratosfera (non oltre i 100 hPa) accelerando in questo modo la transizione annuale dal vortice polare stratosferico (VPS) ad un regime anticiclonico (sempre E SOLO in stratosfera) sopra il polo. La propagazione verso il basso da 10 hPa a 50 hPa avviene in una settimana/10 giorni.

Nel dettaglio, qual'e' la differenza tra gli SFW e gli SSW (o MMW)? Diciamo che l'unico punto che hanno in comune e' l'aumento delle temperature stratosferiche polari e l'indebolimento (e/o inversione) delle westerlies delle alte latitudini, per il resto le differenze sono le seguenti:
tempo--> gli SSW si presentano nel medio-tardo inverno in media ogni 2 anni circa (0,6 all'anno); gli SFW si presentano in primavera OGNI anno;
effetti--> durante gli SSW i venti zonali si invertono ma poi ritornano occidentali; con gli SFW i venti zonali vengono "definitivamente" sostituiti dalle easterlies;
meccanismo--> gli SSW sono causati dalla propagazione delle onde planetarie; negli SFW gioca un ruolo anche l'aumento della radiazione solare.
Inoltre i pattern circolatori associati agli SFW sono strutturalemente distinti da quelli degli SSW (connessi al NAM) essendo i primi shiftati verso nord rispetto ai secondi.
Gli SFW presentano una grande variabilita' per quel che concerne il momento del loro arrivo durante la primavera; per stabilire una data precisa del passaggio alla circolazione estiva Black et al. (uno dei maggiori esperti di SFW) hanno adottato questo criterio [2006]: e' il momento in cui la media mobile su 5 giorni del vento zonale medio a 70N e 50 hPa diventa negativa e non risale oltre i 5 m/s fino all'autunno successivo.

Seguendo questo metodo ho utilizzato l'archivio NCEP/NCAR dal 1948 per ottenere queste date (una piccola parte di queste sono leggermente/molto diverse da quelle calcolate da Black et al., perche' il loro studio ha utilizzato l'archivio ERA40 1958-99) e le ho graficate: (in ordinata il giorno dell'anno, la retta nera identifica il giorno medio calcolato sull'intero campione di anni ovvero 19 aprile; per il periodo 58-99 la media e' 16 aprile mentre Black et al. hanno ottenuto 14-15 aprile, quindi direi che ci siamo)

Ayarzaguena et al. [2007] hanno studiato l'impatto troposferico (GPT a 500 hPa di aprile) degli SFW precoci e tardivi ottendendo questo risultato:

ovvero in ambedue i casi una struttura di "tripolo" consistente in GPT+ (-) alle alte latitudini e sulle Azzorre e GPT- (+) alle medie latitudini in Atlantico negli anni di SFW precoce (tardivo); il plot degli anni "tardivi" presenta pero' un nord-est shift della struttura. nel primo (secondo) caso abbiamo un surplus (deficit) di precipitazioni sull'Europa centro-occidentale (in part. sud Francia e NW italiano) e un deficit (surplus) sui Balcani e in Algeria e questo a causa di un sud shift dello storm track attraverso l'Europa. Non e' ancora ben chiaro da cosa dipenda l'anticipo/ritardo dell'avvio della circolazione estiva, alcuni ipotizzano che dipenda dalle condizioni del flusso stratosferico precedente e dalle variazioni della propagazione delle planetary waves troposferiche (Waugh et al. 1999) ma quel che sembra ormai certo e' che la QBO non ha in questo nessun ruolo. Notare infine dal grafico come non ci sia un trend significativo al rialzo/ribasso della data degli SFW.

A livello del suolo la differenza tra i giorni successivi e quelli precedenti un SFW e' rappresentata da questa mappa che mostra come dopo 10 giorni sull'Artico gli stravolgimenti stratosferici si propaghino verso il basso (sebbene secondo meccanismi non del tutto spiegati) provocando una forte decelerazione delle westerlies alle alte latitudini.

Un'altra caratteristica chiave degli SFW e' l'occorenza di due distinti periodi di decelrazione del flusso zonale troposferico: il primo 10 giorni prima dell'evento che coincide con il periodo di massima decelerazione stratosferica; il secondo tra 5 e 10 giorni dopo lo SFW in cui il flusso stratosferico in genere tende a "rilassarsi" e seguire le condizioni climatologiche medie e il flusso troposferico presenta la massima ampiezza. Black et al. hanno ipotizzato che i due periodi siano associati rispettivamente alla risposta diretta ed indiretta ai cambiamenti della circolazione della bassa stratosfera.
Andando nel dettaglio dell'evoluzione degli SFW, vediamo l'anomalia dei venti zonali (m/s) 15, 10 e 5 giorni prima e 5 e 10 giorni dopo lo SFW (lag 0):

15 giorni prima sono presenti anomalie + alle alte latitudini stratosferiche e tra le medie e le alte latitudini troposferiche; 5 giorni dopo l'anomalia troposferica si sposta verso nord coprendo tutta l'area a nord di 60N, mentre in stratosfera l'anomalia verso nord e verso il basso. Le westerlies anomale strato e troposferiche si indeboliscono tra i giorni -10 e -5 mentre emergono anomalie orientali alle alte latidudini nella media stratosfera; quest'anomalia si intensifica velocemente e si sposta molto rapidamente veros il basso fin verso la troposfera sostituendo cosi' la precedente anomalia positiva. Il cambiamento piu' drastico quindi si ha tra i giorni -10 e 0 tra 60N e 90N. Dopodiche' c'e' un breve periodo in cui l'anomalia stratosferica si espande e quella troposferica si sposta verso sud; poi mentre si assiste ad un calo dell'anomalia stratosferica, ha luogo un'altra decelerazione delle westerlies alle alte latitudini troposferiche (tra 70N e 80N). Durante l'evoluzione del final warming il jet stream subtropicale si indebolisce e si espande latitudinalmente. La struttura delle anomalie dei venti zonali troposferici si mostra distinta da quella canonica del NAM, perche' i massimi locali del vento zonale sono osservati ben piu' a nord di 55N, l'estremo troposferico latitudinale del NAM (Thompson and Wallace 2000).
Come si vede qui: (vento zonale e anomalia del vento zonale prima, durante e dopo uno SFW):

l'isotachia nulla non scende al di sotto dei 100 hPa
L'AO/NAO rispecchiano l'andamento dell'anomalia dei venti zonali prima descritto: (notare l'impennata degli indici in concomitanza al rinforzo delle westerlies PRIMA dell'evento)


Fatta questa disquisizione, diciamo qualcosa sull'estate ventura rimanendo legati alle dinamiche stratosferiche (ma non solo).

Suddividero' la mia ricerca in cinque parti in cui trattero':

#1 l'impatto interstagionale della NAO invernale sulla circolazione atmosferica della prima parte dell'estate;
#2 l'impatto interstagionale della AO invernale sulla AO di agosto;
#3 gli effetti della QBO (insieme con il ciclo solare e l'ENSO);
#4 l'impatto dell'AAO invernale;
#5 gli effetti della partenza precoce o tardiva della circolazione stratosferica estiva.
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#1 Sono pochi gli studi che finora hanno indagato l'impatto della NAO invernale sulla circolazione estiva nel NH. Uno di questi e' quello di Ogi et al. [2003] dal quale ho estratto questa figura:

si tratta della correlazione mensile del vento zonale medio a 500 hPa con la NAO invernale. Si vede come dopo febbraio la localizzazione del massimo di correlazione tenda a spostarsi verso nord e ad indebolirsi durante la primavera per poi rinforzarsi nuovamente tra maggio e giugno.
Correlazione tra GPT a 500 hPa di MJJ e la NAO di DJF:

si nota una correlazione positiva centrata sull'Irlanda che si traduce in una maggior predisposizione ad alta pressione e quindi maggiori probabilita' di ondate di calore anche intense sull'Europa centro-occidentale (notare il pericoloso calo di GPT al largo del Portogallo) Da un'analisi delle variazioni del vento zonale medio estivo in risposta alla NAO invernale si deduce un aumento (diminuzione) di intensita' delle westerlies alle alte latitudini (70-75N) ed un loro indebolimento (rinforzo) in quelle medie (50-55N) se nell'inverno precedente c'e' stata NAO+ (NAO-) mentre il getto subtropicale situato normalmente intorno a 40N non mostra alcuna correlazione: cio' indica una struttura a doppio getto che e' strettamente connessa con blocking atmosferici (vedi HP sull'UK).
Ma facendo un passettino indietro, chiediamoci: cosa permette alla NAO invernale di essere memorizzata e quindi connessa alla circolazione di maggio-luglio visto che in primavera la NAO non mostra alcuna auto-correlazione significativa?

Secondo Ogi et al. i migliori candidati sono le SST, i ghiacci marini e l'estensione nevosa continentale.

Le due mappe qui sopra mostrano la correlazione tra la NAO invernale, le SST, il ghiaccio marino e la copertura nevosa di primavera (a) ed estate (b); in seguito a NAO+ in inverno si osservano SSTA- nel nord Atlantico e nel Mare del Labrador e SSTA+ nelle zone circostanti, nonche' un deficit di ghiacci artici nel Mar di groenlandia e nel Mare di Barents. Questo pattern delle anomalie e' ben noto essere legato (Rodwell et al. 1999) alla NAO e persiste fino in estate indicando quindi che l'influenza della NAO invernale e' memorizzata negli oceani e nei ghiacci.
Un altro studio (Ojan e Saunders 2003) riporta risultati simili, in piu' considera anche la parte finale dell'estate (LA). Del resto dal grafico prima riportato si vede come in agosto la correlazione, soprattutto a sud di 50N-55N, tenda a risalire. Ecco allora la correlazione tra NAO invernale e GPT a 500 hPa di LA:

Non sono ancora usciti i valori della NAO (CRU) di gen-feb ma dovremmo avere valori positivi.
Sul legame tra circolazione invernale ed estiva ci sarebbe anche un altro studio di Ogi, Yamazaki e Tachibama [2004] che considera stavolta il NAM ma le correlazioni da loro scoperte sembra siano valide quasi esclusivamente durante gli anni di massimo solare e dunque quest'anno e' inutile discuterne (compatibilmente con gli studi di Labitzke sugli effetti del ciclo di Schwabe e della QBO sulle temperature a 30 hPa, a breve uscira' una mia dispensa sull'argomento).

#2 Piu' che con la NAO alcuni studi (ad es. Kryjov et al. 2002; Rigor et al. 2002) mostrano come sia la AO invernale ad avere un legame statisticamente significativo con il pattern circolatorio del mese di agosto: la correlazione tra l'AO di agosto e di J e' oltre 0.4, per D e F oltre 0.3 e con quella invernale media (DJF) e' prossima a 0.5.

non sono chiari i motivi di questa connessione, che, ripeto, e' valida solamente per il mese di agosto. Questa la correlazione tra AO di gennaio e GPT a 500 hPa dell'agosto seguente (che mostrano chiaramente un pattern AO-like):

In questo modo un'AO+ in inverno favorisce alta pressione sull'Europa centrale e di conseguenza temperatura sopra la norma e precipitazioni sotto, segnatamente su Francia, Regno Unito e MittelEuropa. E quest'anno? L'AO del gennaio scorso e' stata positiva, ma non troppo : +0.82. Visto questo valore e vista la correlazione non troppo accentuata, darei un peso medio-basso a questo predictor.

#3 Come gia' discusso, e' in atto la transizione tra QBO- e QBO+ (http://forum.meteonetwork.it/showthread.php?t=76732): l'ultimo dato di febbraio e' -4.7, in netto calo rispetto a gennaio.
Ho plottato singolarmente i mesi estivi che presentano una situazione QBO+, SF-, ENSO- (ho considerato per quest'ultimo il valore invernale perche', come si sa, e' l'ENSO dell'inverno precedente ad influenzare le estati europee attraverso il meccanismo: ENSO --> modifica della circolazione atmosferica tropicale --> impatto sulle SST atlantiche (4-5 mesi dopo) --> impatto sul clima europeo). Il risultato e' stato che mentre per giugno non si presenta una configurazione significativa, in luglio e agosto abbiamo una netta predominanza di situazioni bloccanti sul nord Europa e una conseguente anomalia negativa dei geopotenziali sul bacino del Mediterraneo e sui Balcani; andando a controllare i singoli anni, si vede come solo il 1985 e in parte luglio 2006 (in cui l'anomalia e' shiftata piu' a sud) non rispettino questa regola.
GPT a 500 hPa in luglio e agosto negli anni con QBO+, SF- e ENSO- (invernale):


anomalia di temperatura al suolo (LA):

anomalia di precipitazione (LA):

#4 Ho plottato la differenza tra gli anni (disponibili dal 1979) che hanno avuto un indice AAO (AntArctic Oscillation) invernale positivo e negativo e poi la differenza tra gli anni con AAO maggiore e minore di 0.5 e -0.5; ecco cosa ne e' uscito (LA):


--> Ancora una volta, GPT+ nel nord Europa (se in valore assoluto l'AAO e' maggiore l'anomalia tende a spostarsi verso ovest e a rinforzarsi leggermente) e GPT- sulla nostra Penisola (plottando la mappa delle correlazioni si hanno punte oltre -0.4 sull'Italia)
Per la prima parte dell'estate (MJ) la correlazione e' invertita: AAO+(-) durante l'inverno precedente significa maggiori (minori) probabilita' di ondate di calore sull'Europa centro-occidentale. I picchi piu' alti dell'AAO si ebbero nel 2000 e 2002, e guarda caso luglio 2000 vide una tremenda ondata di freddo a meta' mese (si ebbero temperatura fin quasi a 10 gradi in Pianura Padana! a meta' luglio!) e luglio-agosto 2002 sappiamo tutti quanto furono prolifici in termini di pioggia; all'opposto giugno 2002 vide una forte ondata di caldo (qui si registro' il record assoluto di caldo di sempre: +39.0)). Quest'anno l'AAO di DJF dovrebbe (non e' ancora uscito il dato definitvo di febbr.) risultare anche molto >1, probabilmente il valore invernale medio piu' alto dal 1979 (effetti della Nina???).

#5 Infine, (riprendo un vecchio post di steph) e' stato evidenziato (Ebdon) come l'instaurarsi in anticipo o in ritardo delle easterlies (considerate a 50 hPa alle medio-alte latitudini) abbia degli effetti sul clima europeo della prima parte dell'estate.
Differenza tra gli anni con partenza precoce e con partenza tardiva della circolazione estiva:

Si nota come un avvio anticipato (ritardato) favorisca (sfavorisca) la risalita di ondate di calore sull'Europa centro-meridionale. Mediamente il cambio definitivo dei venti zonali si ha intorno al 10 maggio; ho considerato tardivi o precoci gli anni che hanno avuto il cambio almeno 2 settimane dopo o prima di questa data. In realta' questo predictor ha un punto debole, ovvero che non e' sempre facile determinare univocamente la data del passaggio definitivo alle easterlies.
Vedremo quest'anno quando prendera' avvio la stagione in stratosfera; potrei ipotizzare un avvio precoce vista la possibilita' di SFW anticipato. Ci aggiorneremo.

[federer]

complimenti vivissimi,mi inchino

[roby85]

Incredibile)O/O()O/O()O/O(

[Wolf359]

Grazie
Ecco appunto la dispensa: http://www.meteonetwork.it/comitato/...atto-sul-clima

[Thor]

Cioè ma trunky funky, in sintesi?

[granneve]

Pacevole discquisizioe, un merito all'impegno ( quello più di tutto per scrivere il post ) e anche alla base scientifica....Ma l'intervento è troppo inficiato di similitudini con il passato che molto spesso non fanno il futuro.. Ritengo , almeno io, meno efficaci le conclusioni dell'intervento, che vorrebbero un inizio precoce della fase calda.. Ogni evoluzine ha una storia a se a la dinamica attuale suggerisce, piuttosto, una fase Aprile- Giugno più instable del normale..Con avvio in ritardo delle onde di calore e stagione calda strictu sensu..Complimenti, comunque, per lo spessore dell'impostazione...

[Gravin]

Questo è un post sontuoso.
Questa è meteorologia .
Bravo Nivis

[4ecast]

Pacevole discquisizioe, un merito all'impegno ( quello più di tutto per scrivere il post ) e anche alla base scientifica....Ma l'intervento è troppo inficiato di similitudini con il passato che molto spesso non fanno il futuro.. Ritengo , almeno io, meno efficaci le conclusioni dell'intervento, che vorrebbero un inizio precoce della fase calda.. Ogni evoluzine ha una storia a se a la dinamica attuale suggerisce, piuttosto, una fase Aprile- Giugno più instable del normale..Con avvio in ritardo delle onde di calore e stagione calda strictu sensu..Complimenti, comunque, per lo spessore dell'impostazione...

Mah, Nivis ha giustificato fin troppo le sue argomentazioni. Quali indicazioni invece ti fanno ritenere quanto nel quoting ?

[4ecast]

Pacevole discquisizioe, un merito all'impegno ( quello più di tutto per scrivere il post ) e anche alla base scientifica....Ma l'intervento è troppo inficiato di similitudini con il passato che molto spesso non fanno il futuro.. Ritengo , almeno io, meno efficaci le conclusioni dell'intervento, che vorrebbero un inizio precoce della fase calda.. Ogni evoluzine ha una storia a se a la dinamica attuale suggerisce, piuttosto, una fase Aprile- Giugno più instable del normale..Con avvio in ritardo delle onde di calore e stagione calda strictu sensu..Complimenti, comunque, per lo spessore dell'impostazione...

Mah, Nivis ha giustificato fin troppo le sue argomentazioni. Quali indicazioni invece ti fanno ritenere quanto nel quoting ?

Rileggendo meglio vedo poi che aprile non è stato citato, per cui potrebbe essere benissimo più instabile del normale. Maggio è stato citato solo nel finale e secondo me non siamo niente affatto sicuri che sia early il FW. Quindi credo che le indicazioni si posano riferire alla seconda parte di maggio e giugno e non tutto il trimestre Aprile-Giugno

[Giuseppe snow 87]

Rileggendo meglio vedo poi che aprile non è stato citato, per cui potrebbe essere benissimo più instabile del normale. Maggio è stato citato solo nel finale e secondo me non siamo niente affatto sicuri che sia early il FW. Quindi credo che le indicazioni si posano riferire alla seconda parte di maggio e giugno e non tutto il trimestre Aprile-Giugno

Ciao, visto che sei così bravo che significa in parole povere quello spiegato sopra: Forse estate non troppo infuocata e piogge?