Il NASCENTE Vortice Polare 2020/21 ed il futuro inverno

[mat69]

Buonasera a tutti, scusate l'intrusione per la questione più didattica che altro che vi pongo, ma ho visto un pezzo della diretta facebook del vostro CTS in cui parlavate dell'outlook per dicembre. Uno di loro, matteo, ha cercato di spiegare in soldoni le carte dei momentum flux che si trovano in giro. Nella diretta è stato detto che i valori positivi indicano un deposito di momento antizonale e quelli negativi invece indicano un rinforzo della zonalità. Ma non dovrebbe essere il contrario? Vi spiego cosa non mi torna:
Dal ciclo di Lorenz (o Lorentz, non me lo ricorderò mai) dell'energia, si vede che il flusso di momento u'v' è un termine sorgente nell'equazione dell'evoluzione temporale dell'energia cinetica della componente eddy del flusso medio, quando negativo. Nello stesso contesto, è un termine che sottrae energia nel tempo alla cinetica zonale. In sostanza quando u'v' è negativo, l'energia della circolazione zonale si trasferisce a quella eddy, e dunque andando ad accrescere onde di rossby. In sostanza come risultato l'esatto contrario di quanto è stato detto. Possibile che ricordo male qualche segno nelle equazioni? O che ho visto un conto sbagliato... Nella diretta è stata data una spiegazione fenomenologica del trasporto di momento, ma senza fare riferimento al ciclo di lorenz non mi sembra immediato capire il ruolo di u'v'. In realtà non conosco neanche il vostro bagaglio culturale di base, quindi magari avete appreso certe cose in un modo diverso dal mio. Alla fine però si sta parlando della stessa cosa e l'interpretazione di tale quantità deve tornare in un modo o nell'altro. Spero vi possa interessare la mia questione

Molto interessante.
Cerco di semplificare o di rendere più chiaro il concetto che ho espresso per vedere se, partendo da approcci diversi, arriviamo alle medesime conclusioni.
All'interno di una circolazione di masse d'aria che si muovono con zonalità positiva (ovvero da ovest verso est nel NH), il flusso può venire perturbato da onde (energia/calore) in grado di invertire il senso di moto o di sottrarre ad esso energia.

download.jpg

Questo avviene anche tridimensionalmente ovvero con trasporto non solo orizzontale ma anche verticale superando talvolta la barriera termica imposta dalla tropopausa ove riescono ad insinuarsi sotto forma di calore e di trasporto di momento (eddy) le sole onde di Rossby che presentino determinate caratteristiche di velocità e di ampiezza.

ecmwfzm_uv2_f168.png

La cromografia verticale del momentum flux (uv) mette in evidenza i flussi ( color mattone) che forzano ovvero si oppongono alle velocità zonali rispetto quelli che le assecondano incrementandole (color azzurro).
In questa carta viene evidenziato un trasporto di momento verticale connotato vorticità negativa che crea attrito rispetto le velocità zonali (vorticità positiva) presenti nei vari piani isentropici (che invece portano vorticità positiva).
Questo trasporto che si rivela tuttavia parzialmente divergente rispetto al polo (infatti viene bloccato prima di 70°N in alta stratosfera e poi a latitudini inferiori scendendo di altezza) crea una parziale compressione di massa che sollecita da parte del nucleo del vps una risposta di segno contrario e che quindi asseconda moto zonale verso il basso.
Il trasporto di calore e di momento rimane possibile fino a quando non avvenga il deposito del momento di segno opposto (quindi negativo rispetto al flusso zonale).

La "rottura o chiusura dell'onda" planetaria, se avviene , determina l'interruzione dei flussi per avvenuto deposito di momento cioè quando le correnti zonali ( o con zonalità positiva) sono state sostituite da quelle antizonali (o con zonalità negativa).

L'interposizione, nell'ambito della colonna del vortice polare, di uno strato antizonale a livello polare ovvero laddove i venti soffino da est verso ovest, determina l'interruzione del flusso di calore verso l'alto.

Verifica se ti tornano i segni adesso... magari partivamo da presupposti diversi.

ps. ti aggiungo la carta di trasporto dei flussi di calore che, come potrai vedere, è assolutamente coerente rispetto a quella del trasporto di momento:

ecmwfzm_vt2_f168.png

[ghiaccio96]

Molto interessante.
Cerco di semplificare o di rendere più chiaro il concetto che ho espresso per vedere se, partendo da approcci diversi, arriviamo alle medesime conclusioni.
All'interno di una circolazione di masse d'aria che si muovono con zonalitÃ* positiva (ovvero da ovest verso est nel NH), il flusso può venire perturbato da onde (energia/calore) in grado di invertire il senso di moto o di sottrarre ad esso energia.

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Questo avviene anche tridimensionalmente ovvero con trasporto non solo orizzontale ma anche verticale superando talvolta la barriera termica imposta dalla tropopausa ove riescono ad insinuarsi sotto forma di calore e di trasporto di momento (eddy) le sole onde di Rossby che presentino determinate caratteristiche di velocitÃ* e di ampiezza.

ecmwfzm_uv2_f168.png

La cromografia verticale del momentum flux (uv) mette in evidenza i flussi ( color mattone) che forzano ovvero si oppongono alle velocitÃ* zonali rispetto quelli che le assecondano incrementandole (color azzurro).
In questa carta viene evidenziato un trasporto di momento verticale connotato vorticitÃ* negativa che crea attrito rispetto le velocitÃ* zonali (vorticitÃ* positiva) presenti nei vari piani isentropici (che invece portano vorticitÃ* positiva).
Questo trasporto che si rivela tuttavia parzialmente divergente rispetto al polo (infatti viene bloccato prima di 70°N in alta stratosfera e poi a latitudini inferiori scendendo di altezza) crea una parziale compressione di massa che sollecita da parte del nucleo del vps una risposta di segno contrario e che quindi asseconda moto zonale verso il basso.
Il trasporto di calore e di momento rimane possibile fino a quando non avvenga il deposito del momento di segno opposto (quindi negativo rispetto al flusso zonale).

La "rottura o chiusura dell'onda" planetaria, se avviene , determina l'interruzione dei flussi per avvenuto deposito di momento cioè quando le correnti zonali ( o con zonalitÃ* positiva) sono state sostituite da quelle antizonali (o con zonalitÃ* negativa).

L'interposizione, nell'ambito della colonna del vortice polare, di uno strato antizonale a livello polare ovvero laddove i venti soffino da est verso ovest, determina l'interruzione del flusso di calore verso l'alto.

Verifica se ti tornano i segni adesso... magari partivamo da presupposti diversi.

ps. ti aggiungo la carta di trasporto dei flussi di calore che, come potrai vedere, è assolutamente coerente rispetto a quella del trasporto di momento:

ecmwfzm_vt2_f168.png

Ho trovato l'equazione dell'evoluzione temporale dell'energia cinetica zonale
Cattura.PNG
L'interpretazione è questa: se in una certa zona il vento zonale sta aumentando con la latitudine e i flussi di momento sono positivi, allora questi stanno dando energia e quindi velocitÃ* al vento zonale. Se i flussi sono positivi in una zona con vento zonale che diminuisce all'aumentare della latitudine, allora i flussi stanno togliendo energia alla zonalitÃ* e mi torna la tua spiegazione, dove ci stanno i flussi positivi si instaura una circolazione che si oppone al flusso zonale. Se il vento zonale aumenta con la latitudine, i flussi positivi cedono energia alla zonalitÃ* accelerandola. Mi servirebbe avere sotto mano una carta del vento medio zonale e dei flussi di momento in sezione verticale al variare della latitudine che prima prendevo da questo link http://www.centrometeo.com/modelli-n...le-temperatura ma non sono più disponibili, dove le posso trovare? Ti torna questo con quello che sai te al riguardo?

[Copernicus64]

Ho trovato l'equazione dell'evoluzione temporale dell'energia cinetica zonale
Cattura.PNG
L'interpretazione è questa: se in una certa zona il vento zonale sta aumentando con la latitudine e i flussi di momento sono positivi, allora questi stanno dando energia e quindi velocitÃ* al vento zonale. Se i flussi sono positivi in una zona con vento zonale che diminuisce all'aumentare della latitudine, allora i flussi stanno togliendo energia alla zonalitÃ* e mi torna la tua spiegazione, dove ci stanno i flussi positivi si instaura una circolazione che si oppone al flusso zonale. Se il vento zonale aumenta con la latitudine, i flussi positivi cedono energia alla zonalitÃ* accelerandola. Mi servirebbe avere sotto mano una carta del vento medio zonale e dei flussi di momento in sezione verticale al variare della latitudine che prima prendevo da questo link http://www.centrometeo.com/modelli-n...le-temperatura ma non sono più disponibili, dove le posso trovare? Ti torna questo con quello che sai te al riguardo?

Molto interessante ghiaccio96!

Questa equazione se è corretta la tua interpretazione, spiega molto dell'instabilità delle previsioni dei GM per l'evoluzione invernale, dato che in questo contesto basta veramente poco in situazioni "in bilico" per spostare l'equilibrio da una situazione a zonalità + a una a zonalità - e viceversa...potresti, tu o Matteo, descriverci tutti i termini dell'equazione in modo da assimilarne meglio il senso? grazie!

[ghiaccio96]

Molto interessante ghiaccio96!

Questa equazione se è corretta la tua interpretazione, spiega molto dell'instabilitÃ* delle previsioni dei GM per l'evoluzione invernale, dato che in questo contesto basta veramente poco in situazioni "in bilico" per spostare l'equilibrio da una situazione a zonalitÃ* + a una a zonalitÃ* - e viceversa...potresti, tu o Matteo, descriverci tutti i termini dell'equazione in modo da assimilarne meglio il senso? grazie!

Questa è solo una delel 4 equazioni del cosiddetto "ciclo di lorenz" o ciclo dell'energia in atmosfera.
Qual è la sostanza di questa equazione? prendi le equazioni del moto dell'approssimazione quasi geostrofica e ne fai il prodotto scalare con la velocitÃ* per cercare le equazioni per l'energia (dopo una marea di conti (che è facile sbagliare e infatti spero che sia giusta quella relazione finale). Le equazioni del moto sono una versione "quasi geostrofica" delle navier-stokes. Nelle navier-stokes per l'atmosfera compaiono termini dissipativi, gradienti di pressione e coriolis. Alle scale a cui vogliamo studiare il moto, della dissipazione non ci importa nulla, o meglio, più che non ci importa alle grandi scale, e quindi quando si studiano fenomeni legati alla circolazione atmosferica su scala continentale, la disspazione non c'è e l'energia si conserva. Suona strano che l'atmosfera conservi l'energia, però in turbolenza se conosci la cascata di kolmogorov avviene la stessa cosa, il fluido non dissipa alle grandi scale ma alle piccole. Il termine non lineare dell'equazione di navier stokes da un particolare comportamento ai fluidi, i vortici delle grandi scale vengono rotti dal termine non lineare. Non dissipati, solo frantumati, in vortici sempre più piccoli. Il termine non lineare conserva l'energia di per se. Il processo di frantumazione dei vortici porta a renderli sempre più piccoli fino al punto in cui l'attrito comincia a farsi sentire e vengono dissolti.
Perchè questa premessa? perchè quando cerchi le equazioni che ti descrivono le equazioni per l'evoluzione temporale dell'energia in atmosfera per capire la circolazione generale dell'atmosfera, il termine dissipativo è trascurabile. Coriolis non fa lavoro sul sitema, quindi anche coriolis non è importante. Anche i gradienti di pressione non giocano un ruolo significativo. In sostanza il ciclo di lorenz ti dice come il termine non lineare opera scambi di energia tra quella zonale e quella "eddy". Nello studio di questo problema, carta e penna, scomponi il vento delle equazioni in una componente media zonale più una "eddy". Alla fine ottieni 4 equazioni, due per la zonale (una per la potenziale e una per la cinetica), due per la "eddy". L'equazione che ho messo sopra è solo la cinetica zonale. Perchè mi focalizzo su questa? Mi focalizzo su quella cinetica perchè l'energia cinetica è strettamente legata alla velocitÃ* del vento. è immediata la corrispondenza tra aumento dell'energia cinetica e aumento della velocitÃ* del vento. Come puoi vedere la cinetica associata al vento zonale ha due sorgenti/pozzi: il primo termine è il prodotto tra un flusso di momento delle componenti eddy e la variazione del vento zonale con la latitudine, la cui possibile interpretazione l'ho descritta prima. Il secondo termine con la velocitÃ* verticale rappresenta un termine di scambio di energia tra la potenziale zonale e la cinetica zonale, nella eq. per la potenziale zonale infatti è presente lo stesso termine di segno opposto. Siccome qua si parla del ruolo dei flussi di momento, stiamo focalizzando l'attenzione sul ruolo del primo termine. Siccome a queste scale il termine non lineare conserva l'energia, l'equazione per la cinetica eddy presenta gli stessi termini della cinetica zonale ma cambiati di segno, in modo tale che se sommi le due equazioni la loro somma è nulla . Quindi basta l'equazione per la cinetica zonale che ho messo sopra per capire i trasferimenti di energia dalla circolazione zonale alla eddy.
La circolazione zonale viene detta anche simmetrica. eddy è la non simmetrica ossia tutte le deviazioni che vi possono essere dalla corrente zonale, come dai semplici promontori alternati a saccature alle più grandi onde planetarie. Naturalmente se guardi una carta meteociel vedi la somma delle due, infatti nell'equazione sopra se vedi ci sono delle parentesi quadre, indicano la media del vento su tutta la circonferenza terrestre di una data latitudine. Spero di essere stato sufficientemente chiaro

[Biondino]

Questa è solo una delel 4 equazioni del cosiddetto "ciclo di lorenz" o ciclo dell'energia in atmosfera.
Qual è la sostanza di questa equazione? prendi le equazioni del moto dell'approssimazione quasi geostrofica e ne fai il prodotto scalare con la velocitÃ* per cercare le equazioni per l'energia (dopo una marea di conti (che è facile sbagliare e infatti spero che sia giusta quella relazione finale). Le equazioni del moto sono una versione "quasi geostrofica" delle navier-stokes. Nelle navier-stokes per l'atmosfera compaiono termini dissipativi, gradienti di pressione e coriolis. Alle scale a cui vogliamo studiare il moto, della dissipazione non ci importa nulla, o meglio, più che non ci importa alle grandi scale, e quindi quando si studiano fenomeni legati alla circolazione atmosferica su scala continentale, la disspazione non c'è e l'energia si conserva. Suona strano che l'atmosfera conservi l'energia, però in turbolenza se conosci la cascata di kolmogorov avviene la stessa cosa, il fluido non dissipa alle grandi scale ma alle piccole. Il termine non lineare dell'equazione di navier stokes da un particolare comportamento ai fluidi, i vortici delle grandi scale vengono rotti dal termine non lineare. Non dissipati, solo frantumati, in vortici sempre più piccoli. Il termine non lineare conserva l'energia di per se. Il processo di frantumazione dei vortici porta a renderli sempre più piccoli fino al punto in cui l'attrito comincia a farsi sentire e vengono dissolti.
Perchè questa premessa? perchè quando cerchi le equazioni che ti descrivono le equazioni per l'evoluzione temporale dell'energia in atmosfera per capire la circolazione generale dell'atmosfera, il termine dissipativo è trascurabile. Coriolis non fa lavoro sul sitema, quindi anche coriolis non è importante. Anche i gradienti di pressione non giocano un ruolo significativo. In sostanza il ciclo di lorenz ti dice come il termine non lineare opera scambi di energia tra quella zonale e quella "eddy". Nello studio di questo problema, carta e penna, scomponi il vento delle equazioni in una componente media zonale più una "eddy". Alla fine ottieni 4 equazioni, due per la zonale (una per la potenziale e una per la cinetica), due per la "eddy". L'equazione che ho messo sopra è solo la cinetica zonale. Perchè mi focalizzo su questa? Mi focalizzo su quella cinetica perchè l'energia cinetica è strettamente legata alla velocitÃ* del vento. è immediata la corrispondenza tra aumento dell'energia cinetica e aumento della velocitÃ* del vento. Come puoi vedere la cinetica associata al vento zonale ha due sorgenti/pozzi: il primo termine è il prodotto tra un flusso di momento delle componenti eddy e la variazione del vento zonale con la latitudine, la cui possibile interpretazione l'ho descritta prima. Il secondo termine con la velocitÃ* verticale rappresenta un termine di scambio di energia tra la potenziale zonale e la cinetica zonale, nella eq. per la potenziale zonale infatti è presente lo stesso termine di segno opposto. Siccome qua si parla del ruolo dei flussi di momento, stiamo focalizzando l'attenzione sul ruolo del primo termine. Siccome a queste scale il termine non lineare conserva l'energia, l'equazione per la cinetica eddy presenta gli stessi termini della cinetica zonale ma cambiati di segno, in modo tale che se sommi le due equazioni la loro somma è nulla . Quindi basta l'equazione per la cinetica zonale che ho messo sopra per capire i trasferimenti di energia dalla circolazione zonale alla eddy.
La circolazione zonale viene detta anche simmetrica. eddy è la non simmetrica ossia tutte le deviazioni che vi possono essere dalla corrente zonale, come dai semplici promontori alternati a saccature alle più grandi onde planetarie. Naturalmente se guardi una carta meteociel vedi la somma delle due, infatti nell'equazione sopra se vedi ci sono delle parentesi quadre, indicano la media del vento su tutta la circonferenza terrestre di una data latitudine. Spero di essere stato sufficientemente chiaro

X me e' chiarissimo... ... Sto imparando molto in questa stanza, ma tu vieni da Marte, sei un extraterrestre, vai alla dimostrazione empirica di un evento e x chi studia fisica magari e' la norma, x chi come me e' alla soglia dei 50 e non risolve una equazione di 1° grado da 35 anni e' incomprensibile. Complimenti, qualsiasi cosa tu abbia scritto, anche per il tempo impiegato,anche se mi hai fatto sentire piccolo piccolo, adesso che iniziavo a capire la differenza tra vettori divergenti e convergenti, heat flux e eddy flux.... Na mazzata nei ********,altro che, me ne torno a sciolinare che e' piu facile

[burian br]

X me e' chiarissimo... ... Sto imparando molto in questa stanza, ma tu vieni da Marte, sei un extraterrestre, vai alla dimostrazione empirica di un evento e x chi studia fisica magari e' la norma, x chi come me e' alla soglia dei 50 e non risolve una equazione di 1° grado da 35 anni e' incomprensibile. Complimenti, qualsiasi cosa tu abbia scritto, anche per il tempo impiegato,anche se mi hai fatto sentire piccolo piccolo, adesso che iniziavo a capire la differenza tra vettori divergenti e convergenti, heat flux e eddy flux.... Na mazzata nei ********,altro che, me ne torno a sciolinare che e' piu facile

Tranquillo, anche per chi si è diplomato al liceo scientifico ed era un asso in matematica come me sono difficili da capire

Servirebbe qualche lezione di fisica, oltre che qualche ripasso (almeno) di matematica, perchè sono tutti concetti che derivano dalle leggi basilari della termodinamica e sono tutte derivazioni di quelle.

[SnowBurian]

Tranquillo, anche per chi si è diplomato al liceo scientifico ed era un asso in matematica come me sono difficili da capire

Servirebbe qualche lezione di fisica, oltre che qualche ripasso (almeno) di matematica, perchè sono tutti concetti che derivano dalle leggi basilari della termodinamica e sono tutte derivazioni di quelle.

Idem, considerando anche che nel mio liceo la matematica era praticamente inesistente.

[Calibre]

Molto interessante ghiaccio96!

Questa equazione se è corretta la tua interpretazione, spiega molto dell'instabilità delle previsioni dei GM per l'evoluzione invernale, dato che in questo contesto basta veramente poco in situazioni "in bilico" per spostare l'equilibrio da una situazione a zonalità + a una a zonalità - e viceversa...potresti, tu o Matteo, descriverci tutti i termini dell'equazione in modo da assimilarne meglio il senso? grazie!

Scusate se intervengo, magari @ghiaccio96 dopo può integrare/chiarire se vuole:



dE_kz/dt ---> variazione dell'energia cinetica zonale nel tempo
[U_ExU_Ey] ---> prodotto fra componenti longitudinali e latitudinali (ossia sud-nord e ovest-est) dell'energia cinetica risultanti in apporto alla velocità del vento orizzontale, o zonale. La x fa accelerare (o decelerare) in direzione ovest-est, la y in direzione sud-nord. La notazione parentesi quadra dovrebbe indicare una media su variabile continua, ma non so se spaziale o temporale. Tenderei a pensare alla prima, interpretandola come media su un cerchio di latitudine chiuso
∂U_gx/∂y ---> variazione del vento zonale dovuto alla {questa mi sfugge: g indica l'accelerazione di gravità, che però non ha componente x essendo un vettore puntante verso il centro della Terra. Ha solo componente z: forse è un refuso, o magari non ho capito cosa intende ghiaccio} al variare della latitudine, movimento sud-nord
g ---> come detto, acc. di gravità
θ₀ ---> temperatura potenziale a livello del mare Potential temperature - Wikipedia
w ---> velocità del vento verticale (suolo-quota). [] media del valore sulla verticale
θ ---> temperatura potenziale a quota arbitraria. [] " " " " "
<> ---> indica una media temporale delle grandezze fisiche al loro interno

Nel caso abbia sbagliato delle interpretazioni o difettato di spiegare qualcosa invito ghiaccio o chi vuole a rispondermi

[Copernicus64]

Scusate se intervengo, magari @ghiaccio96 dopo può integrare/chiarire se vuole:

Immagine


dE_kz/dt ---> variazione dell'energia cinetica zonale nel tempo
[U_ExU_Ey] ---> prodotto fra componenti longitudinali e latitudinali (ossia sud-nord e ovest-est) dell'energia cinetica risultanti in apporto alla velocità del vento orizzontale, o zonale. La x fa accelerare (o decelerare) in direzione ovest-est, la y in direzione sud-nord. La notazione parentesi quadra dovrebbe indicare una media su variabile continua, ma non so se spaziale o temporale. Tenderei a pensare alla prima, interpretandola come media su un cerchio di latitudine chiuso
∂U_gx/∂y ---> variazione del vento zonale dovuto alla {questa mi sfugge: g indica l'accelerazione di gravità, che però non ha componente x essendo un vettore puntante verso il centro della Terra. Ha solo componente z: forse è un refuso, o magari non ho capito cosa intende ghiaccio} al variare della latitudine, movimento sud-nord
g ---> come detto, acc. di gravità
θ₀ ---> temperatura potenziale a livello del mare Potential temperature - Wikipedia
w ---> velocità del vento verticale (suolo-quota). [] media del valore sulla verticale
θ ---> temperatura potenziale a quota arbitraria. [] " " " " "
<> ---> indica una media temporale delle grandezze fisiche al loro interno

Nel caso abbia sbagliato delle interpretazioni o difettato di spiegare qualcosa invito ghiaccio o chi vuole a rispondermi

Grazie calibre! Intendevo proprio quello, una descrizione puntuale di tutte l variabili dell'equazione, altrimenti per i non esperti diventa veramente difficile se non impossibile seguire i discorsi di ghiaccio96!

Quindi diciamo che UEx e UEy sono le componenti vettoriali della velocità, quello che non capisco perchè solo zonale, dal momento che sembrerebbe che già con la scomposizione dei 2 vettori hai una componente meridiana e una zonale...ma probabilmente mi sfugge qualcosa

[Calibre]

Grazie calibre! Intendevo proprio quello, una descrizione puntuale di tutte l variabili dell'equazione, altrimenti per i non esperti diventa veramente difficile se non impossibile seguire i discorsi di ghiaccio96!

Quindi diciamo che UEx e UEy sono le componenti vettoriali della velocità, quello che non capisco perchè solo zonale, dal momento che sembrerebbe che già con la scomposizione dei 2 vettori hai una componente meridiana e una zonale...ma probabilmente mi sfugge qualcosa

È un dubbio che è venuto anche a me, ma se non ricordo male è dovuto al fatto che U viene interpretato come la componente planaria, in sezione xy, della circolazione del vento che come sappiamo ha ondulazioni che lo fanno fluire non solo in direzione ovest-est ma anche in direzione sud-nord. Da qui le due componenti che vediamo tradotte su carta come meandri del jet stream