Implicazioni dei Regimi Meteorologici dell’Atlantico Nord-Europeo sugli Impatti Superficiali degli Eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso

Lo studio intitolato “The role of North Atlantic–European weather regimes in the surface impact of sudden stratospheric warming events” di Daniela I. V. Domeisen, Christian M. Grams e Lukas Papritz indaga come i cosiddetti “weather regimes” – configurazioni ricorrenti su larga scala della circolazione atmosferica – possano modulare l’impatto superficiale degli Stratospheric Sudden Warming (SSW) nell’area Nord Atlantica ed europea. In questo contesto, gli SSW sono eventi di riscaldamento repentino della stratosfera polare che possono influenzare in maniera significativa la circolazione troposferica, con ripercussioni anche su temperature e precipitazioni a livello del suolo.

Innanzitutto, gli autori definiscono chiaramente i concetti di base. Una “weather regime” è una configurazione di circolazione atmosferica relativamente stabile e duratura, che si ripresenta con una certa frequenza e può persistere per diversi giorni o addirittura settimane. In Europa e nell’area del Nord Atlantico, alcuni esempi ben noti di regimi ricorrenti comprendono il cosiddetto regime di blocco atlantico (Atlantico “blocking”), il regime NAO (North Atlantic Oscillation) negativo e positivo, e altre configurazioni che influenzano il flusso zonale e la posizione dei sistemi di alta e bassa pressione. Questi regimi esercitano un controllo di fondo sui pattern meteorologici, determinando dove e quando si verificano ondate di freddo, di calore, o periodi piovosi e siccitosi.

I Sudden Stratospheric Warming (SSW), e in particolare gli eventi maggiori definiti dal rapido aumento della temperatura (generalmente oltre i 30 K in pochi giorni) e dall’inversione del vento zonale nella stratosfera polare, sono stati oggetto di numerosi studi perché sembrano condizionare in modo sostanziale la circolazione atmosferica su scale temporali che vanno da una a diverse settimane dopo l’evento. Molte ricerche precedenti avevano già evidenziato un’associazione tra SSW e alcuni pattern troposferici come la fase negativa della NAO, spesso collegata a ondate di freddo invernali sull’Europa. Tuttavia, la robustezza di questa relazione e i dettagli su come e perché certi regimi si instaurino dopo gli SSW rimangono questioni complesse.

Nel lavoro di Domeisen, Grams e Papritz, gli autori adottano un approccio basato sull’analisi e la classificazione dei weather regimes, soffermandosi in particolare su come questi regimi possano amplificare o modulare la risposta troposferica agli SSW. Per farlo, combinano informazioni sulla circolazione stratosferica (come la data di insorgenza dell’SSW e l’evoluzione del vortice polare) con dati di rianalisi o di simulazioni numeriche che categorizzano lo stato troposferico in uno dei regimi predefiniti. In sostanza, si cercano correlazioni e relazioni statistiche tra la presenza di un determinato regime di circolazione al suolo e l’insorgenza di un SSW, oltre a valutare se la sequenza dei regimi successivi all’evento stratosferico presenti pattern ripetitivi o caratteristici.

Le loro analisi mettono in luce diversi elementi chiave:

Non tutti gli SSW portano a una risposta troposferica marcata: la variabilità troposferica indipendente e la presenza o assenza di un regime favorevole possono “supportare” o “sopprimere” gli effetti dell’SSW sul clima di superficie.
La tipologia di SSW (ad esempio, un evento di tipo “split” in cui il vortice polare si divide in due sottovortici, o un evento “displacement” in cui il vortice viene semplicemente spostato dal suo centro abituale) sembra associarsi a differenti evoluzioni troposferiche, legate a regimi di blocco o NAO negativa.
Le transizioni tra regimi di circolazione in seguito a un SSW possono fornire segnali utili di predicibilità sub-stagionale: sapere quale regime è probabile che si instauri dopo un evento stratosferico permette di elaborare previsioni di anomalia di temperatura e precipitazione più precise per l’Europa.
Le condizioni iniziali a livello troposferico, in termini di regime dominante prima dell’SSW, possono influenzare la successiva evoluzione: se la troposfera è già predisposta verso un regime di blocco, l’SSW può rafforzare e prolungare tale configurazione, incrementando l’impatto al suolo (ad esempio, con intrusioni di aria fredda). Al contrario, in presenza di un regime che “resiste” a una circolazione più meridiana, l’effetto dell’SSW può risultare attenuato.

Un altro aspetto approfondito nel lavoro riguarda la tempistica delle risposte troposferiche: molto spesso, l’effetto degli SSW non è immediato, ma si manifesta a distanza di alcuni giorni o fino a due settimane dopo l’evento stratosferico. Questa latenza è attribuibile a meccanismi di interazione tra onde planetarie e vortice polare, alla riorganizzazione dei pattern di Rossby al di sotto della stratosfera e alla propagazione verso il basso dell’anomalia di circolazione. Inoltre, la presenza di feedback troposferici, come l’alterazione del flusso zonale vicino alla corrente a getto, può ulteriormente modificare la struttura dei regimi post-SSW.

Dal punto di vista metodologico, lo studio combina approcci di compositing e analisi di clustering dei regimi, utilizzando dataset di rianalisi su lunghe serie temporali. Questo permette di aumentare la robustezza statistica e di distinguere tra risposte “medie” (composite) e risposte “caso-specifiche”. I risultati mostrano che la diversità degli SSW e dei contesti troposferici locali porta a un ampio ventaglio di possibili scenari superficiali, ma che esistono comunque correlazioni significative tra certi tipi di SSW e determinati regimi di circolazione successivi.

In conclusione, il lavoro di Domeisen, Grams e Papritz sottolinea l’importanza di considerare le dinamiche dei weather regimes del Nord Atlantico e dell’Europa per comprendere e prevedere meglio come gli SSW influenzeranno il clima di superficie. Il messaggio principale è che gli effetti degli SSW sul suolo non sono universali, ma dipendono in modo cruciale da quale regime atmosferico è presente o è in procinto di formarsi. Tale prospettiva offre preziose indicazioni per la predicibilità stagionale o sub-stagionale: includere la diagnostica dei regimi nella catena di previsione può migliorare sensibilmente la capacità dei modelli di cogliere le anomalie di temperature, venti e precipitazioni nelle settimane successive a un improvviso riscaldamento stratosferico. Di conseguenza, questa ricerca rappresenta un passo avanti nella comprensione dei meccanismi di interazione stratosfera-troposfera e fornisce un contributo rilevante allo sviluppo di sistemi previsionali in grado di sfruttare le informazioni legate ai “ponti dinamici” tra livelli atmosferici differenti.

Implicazioni dei Regimi Meteorologici dell’Atlantico Nord-Europeo sugli Impatti Superficiali degli Eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso

Autori: Daniela I. V. Domeisen, Christian M. Grams, Lukas Papritz

Affiliazioni:

Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima, ETH Zurigo, Zurigo, Svizzera
Istituto di Meteorologia e Ricerca sul Clima – Dipartimento di Ricerca sulla Troposfera (IMK-TRO), Istituto di Tecnologia di Karlsruhe (KIT), Karlsruhe, Germania

Corrispondenza: Daniela I. V. Domeisen (daniela.domeisen@env.ethz.ch)

Cronologia della pubblicazione:

Ricevuto: 13 dicembre 2019
Inizio discussione: 9 gennaio 2020
Rivisto: 10 luglio 2020
Accettato: 18 luglio 2020
Pubblicato: 11 agosto 2020

Astratto

Gli eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW) esercitano un’influenza notevole e prolungata sulle condizioni meteorologiche della troposfera, influenzando in particolare la regione dell’Atlantico del Nord e dell’Europa (NAE). Nonostante la frequente correlazione tra la forzatura stratosferica e l’Oscillazione dell’Atlantico del Nord (NAO), la risposta della troposfera agli SSW mostra una significativa variabilità. Le dinamiche che governano l’entità, la localizzazione, il tempismo e l’intensità dell’impatto verso il basso sono ancora oggetto di indagine. Il presente studio si propone di analizzare le risposte troposferiche agli eventi SSW nella regione NAE attraverso un insieme dettagliato di sette regimi meteorologici, indagando se il flusso troposferico presente nell’Atlantico del Nord al momento dell’inizio degli SSW possa fungere da predittore dell’impatto subsequenziale a livello inferiore.

Introduzione

Il lavoro si focalizza sull’analisi dei regimi meteorologici prevalenti nell’Atlantico del Nord e le loro interazioni con gli eventi SSW, identificando i regimi di Blocco della Groenlandia (GL) e Depressione Atlantica (AT) come i pattern più rilevanti nel periodo successivo a tali eventi. Il regime GL si caratterizza per un’alta pressione dominante sulla Groenlandia, mentre il regime AT è contraddistinto da una traiettoria delle tempeste che si sposta verso sud-est attraverso l’Atlantico.

Metodologia

L’analisi sfrutta dati osservativi e modelli climatici per esaminare l’evoluzione del flusso troposferico e i cambiamenti nelle configurazioni dei regimi meteorologici attorno all’inizio degli eventi SSW. Si indaga la frequenza e l’intensità delle configurazioni di blocco e delle traiettorie delle tempeste per valutare la loro influenza sulle condizioni climatiche europee.

Risultati

I risultati evidenziano una prevalenza del regime GL, con condizioni di freddo significativo sull’Europa, qualora vi fosse una situazione di blocco sull’Europa occidentale e il Mare del Nord al momento dell’inizio dell’SSW. In contrasto, condizioni più miti in Europa, associate al regime AT, sono più probabili se un regime GL è già in atto all’inizio dell’SSW. Per altri regimi di flusso troposferico presenti durante l’inizio degli SSW, non è stata identificata un’evoluzione dominante del flusso.

Discussione

Sebbene le cause dietro queste associazioni rimangano incerte, i dati suggeriscono che specifici stati troposferici nei giorni attorno all’inizio degli SSW possano servire da indicatori per prevedere l’evoluzione del flusso troposferico successivo. Queste informazioni potrebbero risultare cruciali per migliorare la precisione delle previsioni meteorologiche substagionali.

Conclusione

Il presente studio fornisce nuove prospettive sull’interazione tra gli eventi SSW e i regimi meteorologici nell’Atlantico del Nord, offrendo spunti per future ricerche sulla previsione e la gestione degli impatti climatici associati a tali fenomeni atmosferici straordinari. Le implicazioni di queste scoperte sono di vasta portata, potenzialmente migliorando la nostra capacità di mitigare gli effetti negativi degli eventi SSW sul clima europeo.

1. Introduzione

Gli eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW) rappresentano fenomeni atmosferici di grande impatto, capaci di alterare significativamente la circolazione atmosferica su larga scala nella troposfera e influenzare drasticamente le condizioni meteorologiche di superficie. Storicamente, tali eventi sono stati oggetto di numerose indagini scientifiche volte a comprendere e quantificare la loro influenza diretta e indiretta sul clima terrestre (Baldwin e Dunkerton, 2001). Sebbene gli esperimenti idealizzati abbiano confermato un legame causale diretto dalla stratosfera verso la troposfera dopo gli eventi SSW (Gerber et al., 2009), la quantificazione robusta dell’impatto di tali eventi nei dati osservativi si è rivelata complessa e sfuggente.

Uno degli ostacoli principali alla comprensione piena di questo fenomeno è la limitata frequenza di tali eventi nel record storico, con soli 26 episodi registrati nel periodo di rianalisi dell’era satellitare, dal 1979 al 2019. Questo numero esiguo complica ulteriormente la distinzione dell’impatto specifico degli SSW a causa della significativa variabilità caso per caso nell’impatto troposferico osservato. Inoltre, l’elevata variabilità interna della troposfera stessa può mascherare o confondere l’influenza stratosferica, rendendo arduo prevedere con precisione se, quando e dove si manifesterà un impatto verso il basso degli eventi SSW.

Nonostante queste sfide, è ampiamente riconosciuto che una migliore previsione del tipo e del timing dell’impatto verso il basso degli eventi SSW potrebbe portare benefici significativi a un ampio spettro di utenti, estendendo le capacità di previsione meteorologica e climatologica. Gli eventi SSW influenzano la troposfera attraverso una gamma di meccanismi che includono onde sinottiche e di scala planetaria, che alterano la variabilità troposferica nella regione dell’Atlantico Nord-Europeo (NAE) (Song e Robinson, 2004; Domeisen et al., 2013; Hitchcock e Simpson, 2014; Smith e Scott, 2016).

La variabilità meteorologica nella regione NAE post-SSW è frequentemente descritta in termini della Oscillazione dell’Atlantico Nord (NAO), identificata sia attraverso un indice basato su misurazioni di stazione sia mediante la prima funzione ortogonale empirica (EOF) dell’altezza geopotenziale nel settore dell’Atlantico Nord. In seguito agli eventi SSW, si osserva spesso che la regione NAE manifesta stati più persistenti della fase negativa della NAO e transizioni più frequenti verso la fase NAO−, che è associata a intensificati scambi di masse d’aria meridionali, con conseguenti maggiori irruzioni di aria fredda nel nord Europa e un aumento delle precipitazioni nel sud Europa (Kolstad et al., 2010; Kretschmer et al., 2018b; Papritz e Grams, 2018; Huang e Tian, 2019).

Nonostante gli SSW non siano prevedibili oltre pochi giorni o settimane a causa dell’elevata variabilità intereventi (Taguchi, 2014, 2016; Domeisen et al., 2020b), recenti studi hanno indicato che una prevedibilità probabilistica può essere estesa a scale temporali più lunghe (Scaife et al., 2016), suggerendo potenziali miglioramenti nella previsione a medio e lungo termine per l’Europa post-SSW (Sigmond et al., 2013; Domeisen et al., 2015; Karpechko, 2015; Butler et al., 2016; Scaife et al., 2016; Jia et al., 2017; Beerli et al., 2017; Butler et al., 2019; Domeisen et al., 2020a).La valutazione delle risposte troposferiche a seguito degli eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW) è complessa a causa della variabilità significativa osservata da un evento all’altro. Questa variabilità è ulteriormente complicata dalla presenza di molteplici metriche utilizzate per caratterizzare l’impatto verso il basso, ognuna delle quali definisce diversamente gli eventi SSW e i relativi impatti superficiali evidenti. Tra gli approcci utilizzati per investigare l’occorrenza e la natura dell’impatto verso il basso vi è l’analisi della geometria degli eventi SSW, distinguendo tra eventi di “split” (divisione) e di “displacement” (spostamento). Studi come quelli di Charlton e Polvani (2007) e Mitchell et al. (2013) hanno esplorato queste distinzioni, ma non sono emerse differenze statisticamente significative nella risposta troposferica che potessero essere riconducibili alla geometria delle onde.

La ricerca ha inoltre suggerito che i precursori degli eventi SSW che esercitano un’influenza verso il basso differiscono, in termini di intensità e localizzazione, dagli eventi SSW che non manifestano un tale impatto. Queste differenze sono state osservate particolarmente in relazione alle dinamiche di forzatura sull’Eurasia, come evidenziato in studi recenti (White et al., 2019; Tyrrell et al., 2019; Peings, 2019). L’evoluzione del sistema stratosfera-troposfera successivo agli eventi SSW è stata identificata come un fattore determinante per la presenza e il tipo di risposta verso il basso. In particolare, la persistenza della risposta della stratosfera inferiore dopo un evento SSW è stata collegata alla manifestazione di effetti significativi a livello troposferico (Hitchcock et al., 2013a; Karpechko et al., 2017; Runde et al., 2016; Polichtchouk et al., 2018).

Nel contesto di questa analisi, il presente studio si focalizza sull’indagine di indicatori esclusivamente troposferici per valutare l’impatto verso il basso degli eventi SSW. Tali indicatori includono indici di circolazione su larga scala come l’Oscillazione dell’Atlantico Nord (NAO) e la posizione del getto troposferico, i quali forniscono una misura diretta dell’influenza degli SSW sulla dinamica atmosferica a livello della troposfera (Charlton-Perez et al., 2018; Domeisen, 2019; Garfinkel et al., 2013; Afargan-Gerstman e Domeisen, 2020; Maycock et al., 2020).

In aggiunta a queste dinamiche interne, è essenziale considerare la forzatura remota che può influenzare sia la stratosfera che la troposfera, potenzialmente mascherando o amplificando la risposta verso il basso dalla stratosfera. Connessioni remote tropicali possono influenzare la regione dell’Atlantico Nord-Europeo attraverso percorsi sia troposferici che stratosferici, inclusi fenomeni come l’Oscillazione Quasi-Biennale (QBO), l’Oscillazione di Madden-Julian (MJO) e l’El Niño-Oscillazione Meridionale (ENSO), così come forzature troposferiche extratropicali nel Nord Pacifico, il ghiaccio marino artico e la copertura nevosa in Eurasia. Questi elementi evidenziano la complessità delle interazioni tra la stratosfera e la troposfera e sottolineano che la stratosfera è solo uno dei possibili agenti di forzatura della troposfera.A causa dell’ampia variabilità nell’evoluzione del flusso troposferico dopo gli eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW), la previsione specifica della risposta della troposfera per singoli eventi risulta essere particolarmente complessa. Questa sfida è aggravata non solo dalla natura intrinseca di tali eventi, ma anche dall’influenza di fattori esterni che possono alterare o mascherare la risposta atmosferica. Nonostante si osservi generalmente una tendenza verso le condizioni negative dell’Oscillazione dell’Atlantico Nord (NAO) in senso statistico, la specificità della previsione rimane problematica.

Il presente studio si propone di esplorare se l’analisi dei regimi di flusso troposferico nella regione dell’Atlantico Nord-Europeo (NAE) possa fornire una chiave di lettura per comprendere meglio la variabilità delle risposte agli SSW nel registro osservativo. In particolare, l’analisi si concentra sulla differenza statistica nell’evoluzione del flusso troposferico nella regione NAE in presenza o assenza di un evento SSW, utilizzando un insieme di sette regimi meteorologici definiti per questa area geografica.

I regimi meteorologici, caratterizzati come pattern quasi-stazionari, ricorrenti e persistenti della circolazione extratropicale su larga scala, offrono un framework utile per questa analisi (Michelangeli et al., 1995). Tuttavia, nonostante la presenza di transizioni preferenziali tra questi regimi, la variabilità intrinseca della troposfera è elevata, e l’instaurazione di un regime può verificarsi su tempi molto brevi (Vautard, 1990; Michel e Rivière, 2011). Di conseguenza, la prevedibilità basata sui regimi si manifesta principalmente attraverso la persistenza di questi su periodi di alcuni giorni piuttosto che attraverso sequenze regolari di regime su scale di tempo di diverse settimane.

Studi recenti hanno evidenziato importanti variazioni nella frequenza e nelle probabilità di transizione tra i regimi su scale temporali substagionali di diverse settimane, influenzate da forzature esterne quali lo stato del vortice polare stratosferico (Charlton-Perez et al., 2018; Papritz e Grams, 2018; Beerli e Grams, 2019). Queste scoperte forniscono la motivazione per il presente studio, che mira a determinare se la variabilità nell’evoluzione del flusso troposferico a seguito degli eventi SSW possa essere descritta efficacemente tramite l’analisi dei regimi meteorologici in vigore al momento dell’inizio dell’SSW.

L’approccio adottato mira dunque a chiarire se le dinamiche complesse e multifattoriali che caratterizzano gli eventi SSW possano essere sistematizzate attraverso l’analisi dei regimi meteorologici, fornendo così una base più solida per la previsione meteorologica in scenari di alta incertezza e variabilità.

2 Dati e metodologie

2.1 Fonti dati e criteri di classificazione

L’indagine presente si fonda sui dati della rianalisi ERA-Interim (Dee et al., 2011) coprendo il periodo dal 1979 al 2019. La definizione degli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW) si avvale dei dati medi giornalieri calcolati alla risoluzione nativa della griglia orizzontale di ERA-Interim. Specificamente, le date centrali degli eventi SSW vengono individuate marcando il primo giorno in cui si osservano venti zonali medi orientali a 10 hPa e 60° N nel lasso temporale che va dal 1 dicembre al 31 marzo di ogni anno considerato. Un prerequisito per la validazione di un evento è la presenza di una fase precedente di almeno 20 giorni consecutivi di venti zonali medi occidentali. Qualora un evento soddisfi i criteri sia di un SSW che di un evento di riscaldamento finale, quest’ultimo viene escluso dall’analisi corrente.

Gli eventi di riscaldamento finale sono identificati come il primo giorno dell’anno in cui i venti zonali zonali medi a 10 hPa e 60° N si invertono, senza ritornare a condizioni di venti occidentali per un periodo superiore ai 10 giorni consecutivi. Questo schema di date centrali degli SSW è conforme a quanto riportato nella Tabella 2 di Butler et al. (2017), che elenca le date centrali fino al 2013, applicando lo stesso criterio per gli anni successivi. Le date centrali degli eventi SSW più recenti registrate sono il 12 febbraio 2018 e il 2 gennaio 2019, come riportato nella Tabella 1. Seguendo l’analisi di Karpechko et al. (2017), l’evento del 24 marzo 2010 è stato escluso per prevenire la sovrapposizione con le ripercussioni dell’evento SSW del 9 febbraio 2010, risultando in un totale di 25 eventi SSW nell’arco del periodo 1979–2019.

Parallelamente, la dinamica del flusso troposferico nella regione NAE viene esaminata attraverso l’impiego di sette regimi meteorologici operativi tutto l’anno, come definiti da Grams et al. (2017), basandosi su dati raccolti ogni 6 ore dal 1979 al 2019 e utilizzando una risoluzione orizzontale di 1,0°. Questa analisi si estende oltre la definizione stagionale classica che prevede quattro regimi (Michelangeli et al., 1995; Michel e Rivière, 2011; Ferranti et al., 2015; Charlton-Perez et al., 2018). I modelli medi di questi sette regimi sono derivati tramite un algoritmo di clustering k-means operante nello spazio di fase definito dalle prime sette funzioni ortogonali empiriche (EOF), che spiegano il 76% della varianza totale delle anomalie dell’altezza geopotenziale a 500 hPa filtrate su 10 giorni. In aggiunta, viene utilizzata una proiezione normalizzata (indice del regime meteorologico IWR) come proposto da Michel e Rivière (2011) per ogni regime, al fine di delineare cicli di vita dei regimi meteorologici che siano oggettivi e persistenti e per filtrare i passaggi temporali che non presentano una struttura di regime chiara (categoria “nessun regime”). Un ciclo di vita attivo di un regime è quindi identificato quando l’IWR supera una soglia prestabilita per almeno 5 giorni consecutivi, mostrando un incremento o decremento continuo durante le fasi di insorgenza e decadimento del regime, come dettagliato nei metodi di Grams et al. (2017). Questo permette di attribuire specifici giorni a un regime quando l’IWR risulta essere il massimo tra tutti quelli calcolati, e facilita l’estensione continua dell’attribuzione dei regimi meteorologici ai dati più recenti senza la necessità di ripetere l’analisi delle EOF e il clustering, processo qui applicato agli anni 2016–2019.

Nel presente studio, abbiamo adottato un approccio metodologico per stratificare gli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW) basandoci sulle condizioni di flusso troposferico su larga scala nell’Atlantico del Nord, come descritto dettagliatamente in Tabella 1. Tale metodo implica la selezione del regime meteorologico predominante per ogni evento SSW, individuato durante almeno un intervallo temporale di sei ore entro una finestra temporale estesa di ±5 giorni dal giorno di inizio dell’SSW, precisamente alle 00:00 UTC. La dominanza di un regime è stata determinata confrontando il valore medio dell’Indice di Regime Meteorologico (IWR) in questa finestra temporale con quelli di altri cicli di vita di regimi attivi, identificando così il massimo. Questo approccio è stato validato attraverso un’ispezione manuale dei 25 eventi SSW esaminati, confermando l’efficacia e l’univocità della metodologia impiegata. Per essere considerato dominante, il regime identificato deve aver mantenuto tale status per almeno tre giorni all’interno del decennio focalizzato attorno alla data centrale dell’SSW.

Analizzando la struttura dei regimi, abbiamo identificato che tre dei sette regimi sono caratterizzati da un’anomalia ciclonica nella geopotenziale a 500 hPa, etichettati come “regimi ciclonici”. Questi includono il regime della depressione atlantica (AT), con attività ciclonica che si estende verso l’Europa occidentale; il regime zonale (ZO); e il regime della depressione scandinava (ScTr). Contrapposti a questi, vi sono quattro regimi caratterizzati da un’anomalia positiva della geopotenziale, denominati “regimi bloccati”, che comprendono la cresta atlantica (AR), il blocco europeo (EuBL), il blocco scandinavo (ScBL) e il blocco della Groenlandia (GL).

La frequenza di occorrenza di questi regimi può essere influenzata dall’interazione con l’oscillazione nord-atlantica (NAO), come esplorato in dettaglio da Beerli e Grams (2019) nelle loro figure 2 e 6. I risultati mostrano che mentre il regime ZO e il regime ScTr tendono a proiettarsi sulla fase positiva della NAO (NAO+), il regime di blocco della Groenlandia (GL) mostra una forte correlazione con la fase negativa della NAO (NAO−). Invece, il blocco europeo (EuBL) e la depressione atlantica (AT) non mostrano una correlazione significativa con nessuna delle fasi della NAO. Queste dinamiche sottolineano l’importanza di considerare le interazioni tra i regimi meteorologici e i grandi schemi di circolazione atmosferica al fine di comprendere meglio i meccanismi che regolano la variabilità del clima nella regione dell’Atlantico del Nord.

2.2 Metodologie di Analisi Statistica

In considerazione del fatto che gli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW) si manifestano con una frequenza biennale (Butler et al., 2017), l’analisi successiva, basata sulle condizioni di flusso troposferico, necessita di rigorosi test statistici al fine di identificare risultati significativi chiaramente distinti dalle incertezze del campionamento. Le questioni centrali che si intendono esaminare in questo studio includono l’analisi di come l’evoluzione del flusso troposferico post-SSW differisca da quella in assenza di SSW e in che misura questa differenza sia condizionata dallo stato della troposfera al momento dell’evento SSW. A tale scopo, si procede con l’analisi di sottocampioni rappresentativi di tutti gli SSW registrati.

L’ipotesi nulla presa in considerazione afferma che non esista distinzione nell’evoluzione del flusso post-SSW rispetto a quello osservabile in assenza di SSW. La verifica di questa ipotesi si articola in due fasi principali:

Valutazione della Robustezza dei Campioni: Inizialmente, si effettua una valutazione della robustezza dei campioni attraverso un processo di campionamento Monte Carlo. Tale procedimento prevede il ricampionamento dei dati originali per 100 volte con ripetizioni, selezionando un numero di campioni casuali pari al numero massimo di combinazioni possibili (con ripetizioni) del più piccolo sottoinsieme di eventi SSW considerato nello studio (N = 5 eventi, corrispondenti a 126 combinazioni indipendenti). Questo metodo consente di generare intervalli di confidenza che stimeranno l’incertezza intrinseca di ciascun campione. Data la ridotta dimensione del campione, tali intervalli risultano relativamente ampi.
Calcolo e Confronto di Campioni Casuali: Successivamente, si generano 1000 campioni casuali della stessa dimensione del campione originale, ma relativi a periodi casuali in cui si registra lo stesso regime meteorologico della data centrale senza che si verifichino SSW entro un intervallo di ±60 giorni. Questo permette di ottenere stime delle distribuzioni in assenza di SSW, filtrando eventuali segnali che potrebbero derivare dalla persistenza di un regime o dalle transizioni di regime preferenziali indipendentemente da forzature esterne. La significatività statistica viene valutata confrontando gli intervalli di confidenza e le distribuzioni ottenute dai campioni casuali, verificando la presenza di sovrapposizioni.

Applicando questa metodologia alle anomalie di altezza geopotenziale e temperatura a 2 metri, definiamo le anomalie come robuste se l’ampiezza dell’intervallo di confidenza è inferiore all’ampiezza dell’anomalia stessa. Inoltre, la media del campione è considerata significativa, ad esempio, al livello del 10% se gli intervalli di confidenza si sovrappongono per meno del 10% con la distribuzione Monte Carlo. Un approccio analogo è adottato per valutare la significatività dell’occorrenza sfasata dei regimi meteorologici.

Per quanto riguarda le anomalie di altezza geopotenziale, queste sono calcolate rispetto alla media mobile climatologica di 21 giorni per il periodo 1979-2019. Per eliminare l’influenza del riscaldamento di fondo, particolarmente marcato alle alte latitudini, consideriamo anomalie detrendizzate della temperatura a 2 metri, utilizzando come riferimento una media centrata di 9 anni anziché l’intero periodo di studio. Si osserva che, per gli estremi del periodo di studio, si utilizzano rispettivamente i primi e gli ultimi 9 anni.

3 Analisi dei Regimi Meteorologici in Concomitanza con gli Eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso

In questo studio, abbiamo esaminato la sequenza dei regimi meteorologici dal sessantesimo giorno precedente al sessantesimo giorno successivo a ciascuno dei 26 eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW) avvenuti nel periodo 1979-2019. I dati relativi a questo intervallo temporale sono rappresentati nella Figura 1 e nella Tabella 1. La Figura 1, in particolare, evidenzia il regime persistente dominante, osservando che la presenza di regimi alternati in finestre temporali inferiori ai cinque giorni indica la simultaneità di cicli di vita attivi dei regimi, come dettagliato nella Sezione 2.1. L’analisi preliminare suggerisce una predominanza dei regimi AT (viola) e GL (blu) nelle settimane successive all’evento SSW rispetto a quelle precedenti.

Per approfondire questa osservazione, abbiamo elaborato una media mobile di cinque giorni della frequenza anomala dei regimi meteorologici intorno agli eventi SSW, presentata nella Figura 2. Questo indice è stato scelto per riflettere la durata minima di cinque giorni di un ciclo di vita attivo di un regime. Contrariamente alla procedura di test descritta nella Sezione 2.2, in questo contesto abbiamo analizzato la distribuzione delle frequenze medie dei cinque giorni precedenti selezionando per ogni giorno nel campione originale un giorno casuale entro un intervallo di ±15 giorni dal giorno originale dell’anno, ma proveniente da un inverno differente. Inoltre, il giorno casuale doveva presentare lo stesso regime meteorologico del giorno originale per garantire la coerenza nella dipendenza dal regime. Abbiamo quindi calcolato la media delle frequenze dei regimi meteorologici ritardati per ogni campione casuale, così come per il campione originale, testando la significatività al livello del 10% (evidenziato in grassetto).

Per riferimento, le frequenze assolute dei regimi meteorologici sono mostrate nella Figura A2. Tra questi, GL ed EuBL si distinguono come i regimi più rilevanti intorno all’inizio degli eventi SSW, con una frequenza media di cinque giorni del 19% e del 21%, rispettivamente (Figura A2a). In particolare, la frequenza di EuBL è significativamente aumentata dal quinto giorno precedente fino all’inizio dell’SSW, conformemente alle osservazioni di Woollings et al. (2010) e Nishii et al. (2011). Al contrario, i regimi ciclonici ZO e ScTr, nonché i regimi bloccati AR e ScBL, tendono a essere soppressi durante gli eventi SSW. Questa dinamica è coerente con la forte correlazione dei regimi ZO e ScTr con la fase positiva dell’oscillazione nord-atlantica (NAO+), la quale tende a essere soppressa dopo gli eventi SSW, come documentato da Charlton-Perez et al. (2018).

D’altra parte, il regime AR (giallo, con un picco significativo tra i lag -20 e -10) e il correlato regime ScTr (arancione, significativo attorno al lag -10) risultano più frequenti nel periodo che va dalla prima alla terza settimana prima dell’inizio dell’SSW. La prominente presenza di AR circa quindici giorni prima dell’evento SSW corrisponde al ruolo di precursore dei blocchi sull’Atlantico proposto da Martius et al. (2009). Inoltre, il blocco sull’Ural in Eurasia è stato suggerito come un altro possibile precursore degli eventi SSW (Kolstad e Charlton-Perez, 2011; Peings, 2019; White et al., 2019), proiettando sui regimi EuBL e, in particolare, ScBL, che mostrano significative anomalie positive di occorrenza nelle tre settimane precedenti gli eventi SSW (Figura 2a). Nonostante queste tendenze, i precursori nel Pacifico del Nord, sebbene noti per la loro prevalenza prima degli eventi SSW come indicato da Garfinkel et al. (2012) e Lehtonen e Karpechko (2016), non sono stati identificabili con l’analisi attuale, limitata alla regione NAE. Seguendo l’insorgenza dell’SSW, le frequenze di AT mostrano un incremento significativo, raggiungendo un picco di circa il 20% dopo sette giorni (Figura A2a), corrispondente a un’anomalia di frequenza di circa il 12% per lo stesso intervallo (Figura 2a).

Nel corso della presente analisi, abbiamo esaminato in modo approfondito le dinamiche dei regimi meteorologici che emergono prima e dopo gli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW). Questo studio ha particolarmente focalizzato l’attenzione sui regimi di Groenlandia (GL) e Trincea Atlantica (AT), osservando un incremento delle loro frequenze anomale, che arrivano fino al 15%, nel periodo che va dai 12 ai 40 giorni dopo l’evento SSW per il GL e dai 17 ai 35 giorni per l’AT. Nonostante una frequenza assoluta compresa tra il 20% e il 25% per entrambi i regimi, nessuno dei due si dimostra chiaramente predominante durante questo intervallo temporale, come illustrato nella Figura A2a.

Questi risultati mettono in luce come la presenza dominante di GL e AT dopo gli eventi SSW possa offuscare la comprensione dell’impatto troposferico degli SSW stessi. Infatti, AT e GL inducono condizioni meteorologiche su larga scala marcatamente contrastanti, con AT che è associato a condizioni miti e ventose e GL che è caratterizzato da un clima freddo e calmo, influenzando così estensivamente il clima di vasti territori europei (Beerli e Grams, 2019).

La nostra indagine si estende ulteriormente mediante la suddivisione dei 25 eventi SSW in base al regime meteorologico predominante nei 10 giorni circostanti l’inizio dell’SSW. Abbiamo identificato cinque casi sotto il regime di GL, sette sotto EuBL (Blocco Europeo) e otto casi sotto i regimi ciclonici (ZO, ScTr, AT). Gli altri cinque casi non hanno mostrato un’impronta di regime chiara (due eventi) o erano associati al regime di AR (Alta Pressione Atlantica) durante il loro inizio (tre eventi). A causa della limitata numerosità di questi ultimi casi, non sono stati inclusi nell’analisi dettagliata.

Approfondendo il sottoinsieme GL (illustrato nelle Figure 2b e A2b), è evidente che tutti gli altri regimi vengono soppressi con l’eccezione di AT e EuBL. La frequenza del regime GL cala drasticamente immediatamente dopo l’evento SSW, scendendo al di sotto del 10% circa 20 giorni dopo l’evento, un valore notevolmente inferiore rispetto alla sua media climatologica. Invece, AT e, in misura minore, EuBL, mostrano un aumento significativo della frequenza immediatamente dopo l’SSW, raggiungendo frequenze assolute del 35% e del 20%, rispettivamente, fino a circa 10 giorni dopo l’evento.

Dopo un periodo iniziale in cui non è possibile assegnare un regime definito, AT emerge come il regime dominante a partire da un ritardo di 18 giorni, con frequenze anomale che superano il 40%. Questo regime raggiunge un picco di oltre il 50% di frequenza assoluta circa 23 giorni dopo l’SSW e rimane significativamente potenziato fino a un ritardo di 33 giorni. Infine, dal 25° al 40° giorno dopo l’SSW, il regime EuBL mostra un incremento significativo, toccando il picco del 40% di frequenza assoluta intorno al 30° giorno. Questi risultati forniscono una visione dettagliata della complessità delle dinamiche dei regimi meteorologici associati agli eventi SSW e del loro impatto prolungato sulla configurazione atmosferica sopra l’Europa.

Nell’ambito dello studio dei regimi meteorologici associati agli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW), abbiamo condotto un’analisi dettagliata delle frequenze dei regimi nel contesto specifico del sottoinsieme EuBL. Diversamente da quanto osservato per il regime di Groenlandia (GL), le dinamiche dei regimi meteorologici intorno all’insorgenza degli SSW mostrano pattern distintivi. Inizialmente, si registra un incremento significativo nella frequenza del regime di Alta Pressione Atlantica (AR) immediatamente dopo l’SSW, con picchi di frequenza assoluta del 30% a un ritardo di 10 giorni. Questo periodo è seguito da una prevalenza del regime GL tra i ritardi di 15 e 25 giorni e del regime Trincea Atlantica (AT) tra i ritardi di 21 e 32 giorni, raggiungendo frequenze assolute rispettivamente fino al 45% e al 35%. È particolarmente notevole la predominanza del regime GL, che registra una frequenza di picco superiore al 45% dal ritardo di 33 a 45 giorni.

Per quanto riguarda i regimi ciclonici analizzati durante il tempo dell’SSW, la modulazione delle frequenze dei regimi risulta meno marcata rispetto ai sottoinsiemi EuBL e GL. Tuttavia, i regimi GL (ritardo 5-35 giorni), AR (ritardo 24-31 giorni) e AT (ritardo 25-37 giorni) mostrano un incremento significativo, sebbene le frequenze assolute si mantengano generalmente tra il 20% e il 30%. Questo corrisponde a un aumento delle frequenze di circa il 10%-20% per questi regimi nei periodi considerati. È rilevante notare che, frequentemente, nessun regime singolo prevale dopo un evento SSW con un regime ciclonico al ritardo zero, suggerendo la possibilità di casi senza risposta troposferica evidente post-SSW. Dall’analisi di Karpechko et al. (2017) sugli otto SSW con regimi ciclonici al ritardo zero, sette sono stati esaminati, classificando cinque di questi eventi come privi di impatti significativi sulla troposfera.

Questi risultati si inseriscono in un contesto più ampio di variabilità troposferica significativa seguente agli eventi SSW. L’esame delle frequenze dei regimi ritardati rivela che i regimi AT e GL sono più suscettibili di verificarsi dopo un SSW rispetto ad altri regimi meteorologici e che questa suscettibilità è influenzata dal regime di flusso troposferico presente all’insorgenza dell’SSW. In particolare, la predominanza dei regimi EuBL e GL durante l’insorgenza dell’SSW indica una probabilità significativamente maggiore di una risposta del regime GL (dopo EuBL al ritardo zero) rispetto a quella del regime AT (dopo GL al ritardo zero).

Pertanto, si evidenzia che l’impatto stratosferico sull’evoluzione del flusso troposferico nella regione NAE e quindi sulle condizioni meteorologiche di superficie può essere strettamente correlato alla presenza di specifici regimi troposferici all’inizio dell’SSW. Questi risultati sottolineano l’importanza di comprendere le dinamiche dei regimi meteorologici per prevedere le conseguenze degli eventi SSW sulla variabilità climatica e meteorologica a scale temporali estese.

La figura presentata illustra una matrice temporale dei regimi meteorologici dominanti associati a ciascuno dei 26 eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW) registrati tra il 1979 e il 2019. Ogni riga della matrice corrisponde a un singolo evento SSW, con le date centrali di ciascun evento annotate sul lato sinistro della figura. L’asse orizzontale indica il periodo di tempo esteso da -60 a +60 giorni rispetto alla data centrale di ogni evento SSW, identificata come lag 0, fornendo così una finestra di osservazione temporale per analizzare l’evoluzione dei regimi meteorologici attorno a questi fenomeni stratosferici critici.

I colori distintivi rappresentati nella legenda categorizzano i diversi regimi meteorologici, tra cui: AT (Trincea Atlantica), ZO (Zonale), ScTr (Trincea Scandinava), AR (Cresta Atlantica), EuBL (Blocco Europeo), ScBL (Blocco Scandinavo), GL (Blocco della Groenlandia) e ‘no’ per indicare l’assenza di un regime dominante. Questa varietà di regimi è fondamentale per comprendere la dinamica e l’interazione tra la stratosfera e la troposfera durante e dopo gli eventi SSW.

Le barre colorate trasversali per ciascuna data di evento mostrano il regime dominante per ogni giorno nel periodo di studio, permettendo agli analisti di osservare visivamente le transizioni dei regimi meteorologici prima e dopo il culmine degli eventi SSW. L’analisi di queste transizioni è cruciale per determinare gli impatti a lungo termine degli SSW sulle condizioni meteorologiche e climatiche globali. Un simbolo asterisco (*) accanto a una data indica che quell’evento specifico è stato escluso dalle analisi più dettagliate, come esplicato nella Sezione 2.1 del documento associato.

Questa rappresentazione grafica non solo facilita la comprensione visiva dei pattern di cambio regime legati agli SSW, ma fornisce anche una base empirica per ulteriori ricerche sulle connessioni tra eventi stratosferici e variazioni climatiche a scala regionale e globale, evidenziando l’importanza di integrare tali dinamiche nel modello complessivo di previsione meteorologica e climatologica.

La Figura 2 illustra dettagliatamente la media mobile di cinque giorni della frequenza anomala dei regimi meteorologici in relazione agli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW), con un focus particolare sull’intervallo temporale di ±60 giorni dall’evento centrale, indicato come ritardo 0. Quest’analisi è segmentata in quattro pannelli distinti, ciascuno dei quali esamina le variazioni della frequenza dei regimi in differenti contesti meteorologici associati agli SSW:

(a) Tutti i casi di SSW: Questo pannello aggrega le anomalie di frequenza di tutti i 26 eventi SSW considerati nello studio, abbracciando l’intera gamma di regimi meteorologici analizzati.
(b) Blocco della Groenlandia (5 casi): Qui si focalizza su quegli eventi SSW dove il regime di blocco della Groenlandia (GL) prevaleva al momento centrale dell’evento.
(c) Blocco Europeo (7 casi): Analogo al pannello (b), ma concentrato sugli eventi SSW dominati dal blocco europeo (EuBL) al ritardo 0.
(d) Regimi ciclonici (8 casi): Esamina le anomalie nei casi di SSW dominati dai regimi ciclonici (ZO, AT, e ScTr).

Ogni grafico visualizza l’anomalia della frequenza per vari regimi meteorologici lungo l’asse temporale esteso da -60 a +60 giorni rispetto alla data centrale di ciascun evento SSW. Le frequenze giornaliere sono derivate da dati raccolti ogni sei ore, e le sezioni in grassetto delle linee indicano deviazioni significative dalla distribuzione climatologica normale, evidenziando variazioni statisticamente rilevanti.

È importante notare che le anomalie di frequenza registrate al ritardo 0 nei pannelli (c) e (d) tendono a essere prossime a zero. Questo è dovuto alla metodologia adottata, che prescrive il regime osservato come base per il calcolo della media dai mille campioni di Monte Carlo, eliminando così per costruzione qualsiasi anomalia al giorno dell’evento SSW.

In conclusione, la Figura 2 fornisce una rappresentazione visiva e quantitativa di come i regimi meteorologici subiscano modifiche significative durante e dopo gli eventi SSW, con variazioni che dipendono dal tipo di regime dominante al momento dell’evento. Queste anomalie offrono spunti critici per la comprensione dell’impatto degli SSW sulle dinamiche atmosferiche a scala globale e sono essenziali per approfondire le interazioni tra stratosfera e troposfera.

Analisi Evolutiva dell’Impatto Verticale di Eventi di Riscaldamento Stratosferico Suddeno

Nel presente studio, si indaga la modulazione della connessione dinamica tra stratosfera e troposfera attribuibile a specifici insiemi di Eventi di Riscaldamento Stratosferico Suddeno (ESS). L’analisi si concentra sull’evoluzione temporale delle anomalie dell’altezza geopotenziale, standardizzate e mediate sull’area NAE (Nord Atlantico-Europa), compresa tra i 60° e i 90° di latitudine nord e gli 80° di longitudine ovest ai 40° di longitudine est. La metodologia adottata comporta la composizione di un determinato insieme di eventi ESS per valutare le variazioni temporali.

Un’analisi comparativa, estendendo l’area di studio a tutto l’emisfero, ovvero utilizzando un intervallo di longitudine completo, ha confermato la validità qualitativa dei risultati, sottolineando l’importanza delle anomalie indotte dagli ESS nell’area NAE, come illustrato nella Figura A3 del presente lavoro.

La composizione dei dati relativi a tutti gli eventi ESS, rappresentata graficamente nella Figura 3a, si ispira al modello di rappresentazione detto “dripping paint” introdotto da Baldwin e Dunkerton nel 2001 (loro Figura 2). Le differenze qualitative emerse rispetto allo studio di Baldwin e Dunkerton si attribuiscono principalmente alla variabile di studio (altezza geopotenziale rispetto al modo annulare nord, NAM), al numero di eventi analizzati (25 nel presente studio contro i 18 del precedente) e al periodo di tempo considerato (1979-2019 rispetto al 1958-1999).

L’analisi degli impatti verticali tra 10 e 60 giorni successivi all’inizio degli ESS mostra una robustezza al 25%, ma non al 10%, come illustrato nella Figura A4a. Questo indica una variabilità significativa nell’impatto troposferico degli ESS, nonostante l’ampiezza relativamente bassa delle anomalie. Nonostante questa bassa robustezza, l’anomalia registrata intorno al ritardo di 15 giorni è statisticamente improbabile che sia frutto di un campionamento casuale, come evidenziato dalla minore sovrapposizione del 10% tra le distribuzioni di fiducia e quelle casuali nella Figura 3a. Ciò implica che, nel periodo successivo a un ESS, le anomalie positive dell’altezza geopotenziale sull’area NAE sono significativamente più probabili.

Gli ESS che si verificano durante gli eventi GL (Figura 3b) si caratterizzano per un’immediata e marcata anomalia positiva nella troposfera. Conformemente alla Figura A2b, la presenza di GL o AR prima dell’evento ESS sembra influenzare le anomalie positive dell’altezza geopotenziale troposferica già diversi giorni prima dell’evento stesso. È rilevante osservare che, trascorsi 10 giorni dall’inizio dell’ESS, non si manifestano anomalie significative e robuste, ad eccezione di una leggera anomalia negativa dell’altezza geopotenziale dopo 20 giorni, indicativa di un regime di flusso ciclonico nella regione NAE. Questo è coerente con un incremento significativo della probabilità di occorrenza del regime AT in questo intervallo temporale, come indicato nella Figura A2b.

Per gli eventi EuBL coincidenti con l’inizio degli ESS, si osserva un’importante anomalia positiva nella troposfera al momento dell’ESS, come illustrato nella Figura A4c, nonostante questa non risulti statisticamente significativa (Figura 3c), riflettendo la non diversità rispetto alle anomalie generiche durante EuBL. Tuttavia, anomalie geopotenziali positive significative, robuste e marcate sono evidenti nella troposfera a 15-20 e 30-55 giorni dopo l’evento ESS. Questo risulta conforme alla classificazione di tutti i sette eventi EuBL, come aventi un impatto troposferico secondo Karpechko et al. (2017). Queste anomalie sono coerenti con l’incrementata probabilità che prima AR e poi GL si manifestino nel periodo successivo a un ESS con EuBL, confermando l’importanza di questi casi nel dominare la risposta percepita discendente nell’ambito della risposta canonica agli eventi ESS.

5. Implicazioni dei Sudden Stratospheric Warmings (SSWs) sulle Condizioni Meteorologiche Superficiali

L’impatto dei SSW sulla meteorologia superficiale si manifesta attraverso la modulazione delle sequenze dei regimi meteorologici influenzati dallo stato della troposfera al momento dell’evento. Ogni regime meteorologico porta con sé caratteristiche condizioni climatiche di superficie, e la variazione di queste successioni nel seguito di un SSW può essere determinante per la variabilità osservata negli impatti superficiali. In questa sezione, vengono esaminate le composizioni spaziali delle anomalie di temperatura a 2 metri (T2m’) e dell’altezza geopotenziale a 500 hPa (Z500’) relative ai tre gruppi di eventi SSW precedentemente discussi, nonché una composizione complessiva per tutti gli eventi (illustrate rispettivamente nelle Figure 4a–c e 4d), nei giorni da 0 a 25 successivi all’SSW (con ulteriori dettagli dal giorno 25 al 50 nella Figura A5).

Nelle fasi iniziali degli SSW dominati dal regime di blocco della Groenlandia (GL), si registrano anomalie positive significative di T2m’ sopra la Groenlandia e l’Arcipelago Canadese, mentre anomalie negative caratterizzano la Russia occidentale e la Scandinavia. Questo schema di temperature è coerente con la cresta anomala posizionata sopra la Groenlandia e le basse anomalie di altezza geopotenziale osservate sulla Scandinavia (Fig. 4a). Man mano che si verifica la progressione dei regimi meteorologici, tipicamente verso configurazioni cicloniche dell’Atlantico (AT) o verso il blocco europeo (EuBL), si stabiliscono condizioni climatiche più miti nell’Europa centrale, a partire da un ritardo di circa 20 giorni dall’evento. Tale sviluppo contraddice le aspettative legate alla fase negativa dell’Oscillazione Atlantica del Nord (NAO), che generalmente prevede condizioni più fredde come risposta canonica agli SSW in Europa, secondo quanto riportato in studi precedenti (Butler et al., 2017; Kolstad et al., 2010; Domeisen et al., 2020a).

Per gli SSW che mostrano una predominanza di EuBL al loro inizio, si osservano prevalenti anomalie fredde che coprono l’Europa settentrionale e si estendono su ampie porzioni dell’Europa centrale (Fig. 4b). Queste anomalie raggiungono il loro apice con valori tra −4 e −6 K a ritardi superiori ai 20 giorni, in linea con l’insorgenza del regime GL. È rilevante notare come i valori negativi di T2m’ nella composizione aggregata di tutti gli SSW siano sensibilmente più attenuati (come illustrato nella Fig. 4d). Si nota una marcata retrogressione delle iniziali anomalie positive di Z500’ dall’Atlantico Nord orientale verso la Groenlandia, accompagnata da un’intensificazione delle anomalie negative di Z500’ sull’Atlantico Nord sudorientale, in un intervallo compreso tra i 15 e i 25 giorni. Inoltre, il regime GL è correlato con anomalie termiche positive sulla Groenlandia e sul Canada orientale.

Infine, per gli SSW caratterizzati da regimi ciclonici all’inizio, le anomalie composite di T2m e Z500 risultano più contenute (Fig. 4c). Di conseguenza, la risposta superficiale standard alla temperatura, rappresentata dalla composizione per tutti gli SSW (Fig. 4d), emerge dalla media di anomalie termiche talvolta contrapposte in regioni cruciali per gli SSW associati ai regimi GL, EuBL o ciclonici. Questo evidenzia la complessa interazione tra le dinamiche stratosferiche e troposferiche e il loro impatto sul clima superficiale a seguito di un SSW.

La figura in esame dettaglia le anomalie dell’altezza geopotenziale standardizzate nel settore del Nord Atlantico (60–90°N, 80°W–40°E) associate agli eventi di Sudden Stratospheric Warmings (SSWs). È strutturata in quattro pannelli distinti, ciascuno dei quali illustra l’andamento di tali anomalie in differenti regimi meteorologici prevalenti all’inizio degli eventi SSW.

Nel pannello (a), che include dati relativi a tutti i 25 eventi di SSW analizzati, si osserva una transizione netta da anomalie negative a positive all’aumentare dell’altezza nella stratosfera, evidenziata da colorazioni che passano dal blu al rosso. Questo andamento è indicativo del cambiamento dinamico nell’atmosfera stratosferica e troposferica nei giorni circostanti un evento SSW. Il pannello offre una visione comprensiva dell’impatto degli SSW sulla dinamica verticale dell’atmosfera, permettendo di identificare le differenze strutturali nelle risposte atmosferiche durante questi fenomeni perturbatori.

Il pannello (b) si focalizza sulle anomalie registrate durante i 5 eventi caratterizzati da un regime di blocco della Groenlandia. Si notano prevalentemente anomalie positive sia prima che dopo il picco dell’evento SSW, delineando un pattern di persistenza di riscaldamento anomalo nella regione considerata. Questo specifico pattern di blocco è cruciale per comprendere l’influenza delle configurazioni di alta pressione nella Groenlandia sulle condizioni meteorologiche estreme nel Nord Atlantico.

Nel pannello (c), dedicato agli eventi di blocco europeo (7 eventi in totale), emerge un profilo di anomalie che varia notevolmente sia in termini di altitudine che di cronologia relativa all’evento. Le variazioni registrate nel blocco europeo indicano un impatto significativo di questi specifici configurazioni bariche sul clima dell’Europa durante gli SSW, influenzando la distribuzione delle anomalie di temperatura e pressione nell’atmosfera superiore.

Il pannello (d) presenta le anomalie osservate durante 8 eventi con regimi ciclonici, mostrando una dinamica più complessa e variabile con un evidente alternanza di anomalie positive e negative. Questo schema riflette la natura instabile e dinamica dei regimi ciclonici che possono alterare significativamente la circolazione atmosferica generale e la distribuzione delle masse d’aria a seguito di un SSW.

In tutti i pannelli, la stippling (puntinatura) indica aree dove gli intervalli di confidenza e le distribuzioni casuali presentano meno del 25% di sovrapposizione, mentre l’hatching (tratteggio) evidenzia una sovrapposizione ancora minore, inferiore al 10%. Queste marcature sono fondamentali per sottolineare le regioni dove le anomalie sono statisticamente significative, fornendo una misura di fiducia superiore rispetto alle fluttuazioni casuali, e quindi un’indicazione più precisa della reale deviazione dall’andamento medio tipico.

Questa analisi multistrato offre una comprensione profonda di come vari regimi meteorologici influenzino l’impatto verticale degli SSW, delineando le complesse interazioni tra dinamiche stratosferiche e troposferiche e il loro ruolo nella modulazione del clima a scala globale.

6. Sintesi e Discussione dell’Indagine

Il presente studio si è prefisso l’obiettivo di approfondire e chiarire l’ampia variabilità intercorrente tra singoli casi nella risposta troposferica agli eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW) e le relative ripercussioni a livello della superficie terrestre, nonché di investigare la dipendenza di tali fenomeni dai regimi meteorologici troposferici vigenti al momento dell’insorgenza degli SSW. Per realizzare questo scopo, abbiamo adottato un approccio statistico per analizzare i dati osservativi raccolti nel corso dell’era satellitare, dal 1979 al 2019, come documentati nella rianalisi ERA-Interim. Le conclusioni tratte dallo studio sono le seguenti:

Dinamica Troposferica Post-SSW nella Regione NAE: È emerso che, successivamente a un evento SSW, il flusso troposferico nella regione dell’Europa del Nord Atlantico (NAE) subisce un’evoluzione che sarebbe improbabile in sua assenza. Specificamente, si è osservato che le anomalie positive dell’altezza geopotenziale, associate al blocco della Groenlandia, presentano una probabilità statistica maggiore di verificarsi dopo l’inizio di un SSW rispetto ai periodi senza un SSW. Tale osservazione è in linea con la risposta negativa attesa dell’Oscillazione Nord Atlantica (NAO) alla troposfera in seguito agli SSW, come sostenuto anche da studi precedenti (es. CharltonPerez et al., 2018).
Anomalie Significative Post-Evento: Le notevoli anomalie positive dell’altezza geopotenziale, rilevate nel lasso di tempo compreso tra 10 e 60 giorni dopo gli SSW, sono prevalentemente attribuibili agli SSW che vedono un predominio del blocco europeo (EuBL) al loro inizio. Questi eventi si caratterizzano per una transizione marcata da EuBL a GL (blocco della Groenlandia), che diviene dominante nei periodi di 15-20 e 30-55 giorni post-inizio dell’SSW, mostrando differenze statisticamente significative rispetto alla transizione naturale da EuBL a GL. Questi specifici casi di SSW sono stati identificati nella letteratura scientifica come aventi una risposta troposferica evidente (ad es., Karpechko et al., 2017).
Preferenze dei Regimi di Flusso al Momento dell’Inizio dell’SSW: Relativamente agli eventi di blocco della Groenlandia all’inizio degli SSW, è stata riscontrata una leggera preferenza per i regimi di flusso ciclonico nei giorni 20-30 successivi all’SSW, accompagnata da una risposta superficiale opposta rispetto agli inizi dominati da EuBL. Tali eventi sono quasi esclusivamente correlati a SSW che nella letteratura sono stati classificati come non generanti risposta troposferica.
Risposta agli SSW Durante Regimi Ciclonici: Gli SSW che si manifestano durante i regimi meteorologici ciclonici mostrano una risposta troposferica considerevolmente più debole e meno significativa rispetto agli eventi SSW associati con EuBL, evidenziando solo una leggera propensione verso un aumento della probabilità di GL.

Nel contesto dell’analisi delle dinamiche atmosferiche associate agli eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW), emerge come fondamentale l’indagine delle variazioni delle firme superficiali in relazione ai regimi meteorologici troposferici prevalenti all’insorgenza degli SSW. Le caratteristiche distintive della temperatura a 2 metri dal suolo, particolarmente quelle che riflettono lo stato negativo canonico dell’Oscillazione Nord Atlantica (NAO−), come le condizioni di freddo esteso su vasta parte dell’Europa settentrionale, sono tipicamente osservate nei casi di dominanza del blocco europeo (EuBL). In contrasto, nei casi in cui la Groenlandia (GL) mostra un blocco all’inizio dell’SSW, si registrano temperature generalmente più miti in estese aree dell’Europa.

Queste distinzioni sono cruciali, dato che EuBL e GL si manifestano frequentemente — approssimativamente nel 50% degli eventi SSW — ma conducono a evoluzioni e temperature superficiali associate marcatamente diverse. In particolare, gli eventi SSW più frequenti mostrano una transizione da EuBL o GL all’avvio dell’SSW a GL o AT (tipi di blocco atmosferico) circa 3-4 settimane dopo l’evento, accompagnata da impatti meteorologici contrastanti su larga scala, come illustrato da Beerli e Grams (2019). È rilevante osservare che tali differenze non sono identificabili mediante un insieme limitato a soli quattro regimi meteorologici, suggerendo una complessità intrinseca nella risposta atmosferica agli SSW.

La rilevanza di queste osservazioni si estende significativamente al campo delle previsioni meteorologiche sub-stagionali, dove riconoscere la presenza di un regime di EuBL o GL all’inizio di un SSW può facilitare la previsione degli impatti superficiali discendenti degli SSW, determinando così le eventuali conseguenze climatiche a breve termine. Sebbene la limitata dimensione del campione degli eventi SSW disponibili per l’osservazione restringa la generalizzabilità dei risultati, l’applicazione di test statistici rigorosi per valutare la significatività e la robustezza di questi riscontri suggerisce che la variabilità caso per caso nella risposta troposferica agli SSW può essere efficacemente descritta attraverso i regimi meteorologici del Nord Atlantico (NAE) e può dipendere dal regime specifico presente all’inizio dell’SSW.

I risultati ottenuti confermano che, nonostante la stratosfera non sia l’unica forza che modula lo stato troposferico, in molti eventi di SSW essa è capace di influenzare significativamente il flusso troposferico, sopprimendo alcuni regimi meteorologici e favorendone altri, come evidenziato da Charlton-Perez et al. (2018). Inoltre, dimostriamo che la suscettibilità della troposfera al forzamento stratosferico è condizionata dallo stato troposferico prevalente al momento dell’SSW. Altri fattori che possono modulare la risposta troposferica agli eventi SSW includono la persistenza delle anomalie di temperatura nella stratosfera inferiore e gli effetti a monte nel Pacifico Settentrionale, come discusso in lavori di Hitchcock et al. (2013a), Karpechko et al. (2017), Runde et al. (2016), Polichtchouk et al. (2018), Afargan-Gerstman e Domeisen (2020), e Jiménez-Esteve e Domeisen (2018).

Nonostante l’analisi presentata non abbia potuto escludere completamente le variazioni nel forzamento stratosferico tra diversi eventi SSW a causa della ridotta dimensione del campione, è emerso che differenze nel comportamento stratosferico, come la geometria del vortice o la persistenza del segnale termico nella stratosfera inferiore, possono influenzare il tipo e la durata della risposta troposferica discendente. Queste osservazioni sottolineano la necessità di ulteriori studi per approfondire la comprensione delle dinamiche coinvolte e migliorare le capacità predittive relative agli effetti degli SSW sulla meteorologia a scala regionale e globale.Si prevede un impatto trascurabile dalla geometria del vortice stratosferico, considerando che le differenze nei segnali meteorologici superficiali tra gli eventi di frammentazione e di spostamento del vortice risultano essere marginali, come evidenziato da diversi studi (Charlton e Polvani, 2007; Mitchell et al., 2013; Maycock e Hitchcock, 2015; Seviour et al., 2016; Lehtonen e Karpechko, 2016). Queste minime variazioni sono ulteriormente condizionate dalla limitata dimensione del campione disponibile per l’analisi. Nonostante ciò, la persistenza della risposta nella stratosfera inferiore sembra influenzare la durata e la natura del segnale nella troposfera (Hitchcock et al., 2013a; Karpechko et al., 2017; Runde et al., 2016; Polichtchouk et al., 2018). Tuttavia, non è stata rilevata una correlazione diretta e chiara tra gli eventi stratosferici persistenti e l’evoluzione dei regimi meteorologici troposferici. Specificatamente, circa la metà degli eventi SSW associati con i regimi di EuBL (4 su 7) o GL (2 su 5) presentano una risposta persistente nella stratosfera inferiore, il che sottolinea la ristrettezza del campione analizzato.

Il nostro scopo principale è evidenziare il ruolo attivo della troposfera nella modulazione della risposta agli eventi SSW. I contributi specifici della stratosfera, le condizioni della troposfera sopra l’Atlantico Nord e i fattori preesistenti a monte necessiteranno di essere accuratamente separati e analizzati mediante studi di modellizzazione. Un esame dettagliato mediante modelli potrebbe quantificare i contributi relativi dei vari fattori remoti rispetto all’importanza delle variazioni locali nell’Atlantico Nord, offrendo nuove prospettive sul ruolo complesso dell’interazione stratosfera-troposfera per la meteorologia superficiale.

Al momento, la capacità dei modelli di previsione complessi di rappresentare adeguatamente la diversità delle risposte troposferiche al forzamento stratosferico rimane insufficientemente verificata, specialmente oltre le risposte canoniche e gli studi di caso selezionati. Le analisi preliminari dei modelli di previsione sub-stagionali indicano la presenza di notevoli distorsioni e un ruolo complicato della rappresentazione del legame stratosfera-troposfera, che si prevede difficile da disambiguare. Pertanto, nonostante le piattaforme di previsione sub-stagionale di punta spesso non siano in grado di prevedere, al momento dell’evento SSW, se una risposta superficiale sarà osservabile, i nostri risultati suggeriscono che la presenza o l’assenza – e, in effetti, il tempismo – di un impatto superficiale successivo agli eventi SSW potrebbe talvolta essere prevedibile sulla base del regime meteorologico predominante al momento dell’inizio dell’SSW.

Questo insight potrebbe notevolmente potenziare le capacità di previsione sub-stagionale del tempo invernale troposferico seguente agli eventi SSW in Europa, offrendo così strumenti più efficaci per la gestione dei rischi associati a questi fenomeni meteorologici estremi.

Appendix A

La figura presentata illustra le medie composite delle anomalie dell’altezza geopotenziale a 500 hPa, elaborate attraverso un filtro passa-basso di 10 giorni, e le altezze geopotenziali medie assolute a 500 hPa, delineate da contorni neri a intervalli di 20 gpm. Questi dati sono stati raccolti durante i mesi invernali (DJF: Dicembre, Gennaio, Febbraio) per il periodo dal 1979 al 2015, utilizzando il dataset ERA-Interim. L’analisi è suddivisa in otto pannelli, ciascuno dei quali rappresenta uno dei sette regimi meteorologici identificati, più la media climatologica, con l’intento di evidenziare le variazioni nell’altezza geopotenziale associata a ciascun regime.

**1. (a) Trough Atlantico (13.1%): Questo pannello mostra una configurazione caratterizzata da un’avvallamento marcato sull’Atlantico, con anomalie negative di altezza geopotenziale sulla sua parte orientale e anomalie positive sulla parte occidentale. Questa struttura indica una perturbazione del flusso zonale che potrebbe portare a condizioni meteorologiche instabili sull’Europa occidentale, tipiche di un regime di trough atlantico.

**2. (b) Regime Zonale (13.8%): Raffigura un flusso zonale forte e ben definito che attraversa l’Atlantico da ovest verso est. Le minori variazioni nell’altezza geopotenziale suggeriscono condizioni atmosferiche relativamente stabili e prevedibili, con minori episodi di significativa perturbazione meteorologica.

**3. (c) Trough Scandinavo (11.3%): Mostra un’avvallamento centrato sulla Scandinavia. Le anomalie negative predominanti indicano la presenza di aria più fredda e condizioni potenzialmente perturbate, tipiche dei trough che influenzano questa regione del continente europeo.

**4. (d) Cresta Atlantica (9.7%): Illustra una cresta di alta pressione sull’Atlantico. Le anomalie positive evidenziano un potenziale blocco del flusso perturbato verso l’Europa, risultando in tempo più secco e stabile influenzato da questa configurazione di alta pressione.

**5. (e) Blocco Europeo (10.9%): Questo regime è caratterizzato da una forte anomalia positiva sull’Europa, indicativa di un blocco atmosferico che può causare periodi prolungati di tempo stabile e asciutto su ampie aree del continente, interferendo con i normali pattern di circolazione atlantica.

**6. (f) Blocco Scandinavo (6.5%): Simile al blocco europeo, ma localizzato sulla Scandinavia, questa mappa mostra anche tempo stabile, ma con una possibile propensione verso condizioni più fredde, data la posizione geografica più settentrionale del blocco.

**7. (g) Blocco della Groenlandia (11.7%): Le significative anomalie positive sopra la Groenlandia suggeriscono la formazione di una forte cresta, che potrebbe avere effetti di blocco sull’Atlantico nord e influenzare le condizioni meteorologiche europee, spesso portando a inverni più freddi e secchi in Europa.

**8. (h) Media Climatologica (23.0%): Fornisce un riferimento di lungo termine per le altezze geopotenziali durante i mesi invernali, permettendo di apprezzare le deviazioni dalle medie stagionali rappresentate nei altri pannelli e di valutare l’entità delle anomalie in relazione al clima medio invernale.

Complessivamente, ciascuno dei pannelli offre una visione dettagliata delle strutture prevalenti di alta e bassa pressione durante l’inverno e fornisce spunti cruciali su come queste configurazioni possano influenzare il clima europeo durante la stagione, illustrando l’importanza di comprendere i diversi regimi meteorologici e le loro implicazioni sulle condizioni meteorologiche estreme.

La figura illustrata rappresenta l’analisi della frequenza assoluta media su cinque giorni dei regimi meteorologici, calcolata su base semioraria, e centrata sull’esatto momento dell’inizio degli eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW), identificato come lag 0. L’intervallo di osservazione per questa analisi si estende da 60 giorni prima a 60 giorni dopo l’evento SSW, coprendo un arco temporale complessivo di 121 giorni.

I vari pannelli del grafico, da (a) a (d), segregano i dati in base al regime meteorologico predominante al momento dell’evento SSW:

**1. (a) Tutti i casi (25 casi): Questa sezione del grafico aggrega le frequenze di tutti i 25 eventi SSW considerati nello studio. Ogni linea colorata rappresenta un diverso regime meteorologico, tracciando la sua frequenza relativa attraverso il periodo di studio. Una linea più spessa e nera indica la media climatologica, fornendo un punto di riferimento per valutare le deviazioni delle frequenze osservate.

**2. (b) Blocco della Groenlandia (5 casi): In questo pannello, si osservano i casi in cui il blocco della Groenlandia era il regime dominante al giorno zero. Le linee colorate tracciano la frequenza di vari regimi meteorologici durante e attorno all’evento SSW. Le parti in grassetto delle linee indicano deviazioni dalla norma climatologica che sono statisticamente significative, suggerendo un’influenza notevole del blocco della Groenlandia sui regimi meteorologici durante questi eventi.

**3. (c) Blocco Europeo (7 casi): Analogamente al pannello (b), questo grafico mostra i dati per gli eventi SSW dove il blocco europeo prevaleva. Le fluttuazioni nelle linee colorate denotano variazioni nella frequenza dei regimi meteorologici, con picchi che rappresentano scostamenti significativi dalla media climatologica, indicativi di un impatto del blocco europeo sugli schemi meteorologici predominanti.

**4. (d) Regimi Ciclonici (8 casi): Questo pannello si concentra sugli eventi SSW durante i quali i regimi ciclonici erano prevalenti. Le diverse linee colorate rappresentano la frequenza dei vari regimi meteorologici, con le sezioni in grassetto che evidenziano le anomalie significative rispetto al clima tipico del periodo.

Le legende sui grafici indicano i diversi regimi meteorologici esaminati, che includono Atlantico (AT), Zonale (ZO), Scandinavo Transitorio (ScTr), Atlantico Rilassato (AR), Blocco Europeo (EuBL), Blocco Scandinavo (ScBL), e Blocco della Groenlandia (GL), oltre a categorie non specificate o senza un blocco dominante (no).

Questa analisi fornisce una visualizzazione comprensiva di come vari regimi meteorologici possono essere influenzati da, o possono influenzare, gli eventi SSW, offrendo intuizioni vitali per la previsione e la comprensione delle dinamiche atmosferiche in risposta a tali fenomeni stratosferici significativi. Le deviazioni statisticamente significative da condizioni climatiche normali suggeriscono interazioni complesse tra la stratosfera e la troposfera che possono avere implicazioni rilevanti per le previsioni meteorologiche stagionali e sub-stagionali.

La figura in esame fornisce un’analisi dettagliata della dinamica verticale delle anomalie di pressione associate agli eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW) attraverso diversi regimi meteorologici, coprendo l’intera gamma di longitudine della calotta polare al di sopra dei 60° N. Ogni pannello illustra la variazione delle anomalie di pressione in funzione del tempo (da -60 a +60 giorni rispetto all’evento SSW) e dell’altitudine (da 10 a 1000 hPa), delineando un quadro comprensivo della risposta atmosferica durante questi fenomeni significativi.

**1. (a) Tutti i regimi (25 eventi): Questo pannello aggrega i dati di tutti i 25 eventi di SSW analizzati, mostrando un profilo completo delle anomalie di pressione che si manifestano attraverso tutta la colonna atmosferica durante il periodo considerato. Le zone colorate in rosso indicano anomalie positive di pressione, mentre quelle in blu rappresentano anomalie negative, fornendo una rappresentazione visiva dell’intensità e della distribuzione delle variazioni di pressione.

**2. (b) Blocco della Groenlandia (5 eventi): Si concentra sui casi in cui il regime di blocco della Groenlandia era predominante all’inizio dell’SSW. Le intensità delle anomalie positive di pressione sono rappresentate in toni di rosso, evidenziando come queste anomalie si sviluppino e persistano durante l’evento. L’intensità delle colorazioni suggerisce la forza delle anomalie pressoche dominanti in questo specifico contesto atmosferico.

**3. (c) Blocco Europeo (7 eventi): Analizza gli eventi SSW in cui il blocco europeo era il regime dominante. Similmente al pannello precedente, i toni caldi del rosso indicano predominanza di anomalie positive di pressione, che delineano il profilo e l’evoluzione temporale delle variazioni atmosferiche legate a questo particolare regime.

**4. (d) Regimi Ciclonici (8 eventi): Esplora gli eventi caratterizzati dalla presenza di regimi ciclonici, con una chiara prevalenza di anomalie negative di pressione, indicate attraverso varie tonalità di blu. Questo pannello mostra in modo evidente come le anomalie negative influenzino la colonna atmosferica durante tali eventi, riflettendo la natura e l’intensità delle perturbazioni cicloniche.

In tutti i pannelli, la scala cromatica da blu scuro a rosso scuro quantifica l’intensità delle anomalie di pressione, offrendo un’immediata percezione visiva della loro gravità e distribuzione verticale. I contorni in bianco e grigio chiaro aggiungono un ulteriore livello di dettaglio, indicando gli specifici livelli di pressione atmosferica e arricchendo la comprensione della struttura tridimensionale delle anomalie osservate.

Questa rappresentazione grafica è fondamentale per evidenziare non solo la magnitudine delle anomalie di pressione ma anche la loro estensione verticale e durata nel tempo, fornendo spunti essenziali per la comprensione delle complesse interazioni tra stratosfera e troposfera durante gli eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso. Tali informazioni sono di vitale importanza per gli studi climatologici e meteorologici, particolarmente in relazione alla previsione e alla gestione delle implicazioni atmosferiche derivanti da tali fenomeni estremi.

La figura presentata illustra un’analisi dettagliata delle anomalie dell’altezza geopotenziale standardizzate, riferite al settore polare settentrionale (compreso tra 60° e 90° N di latitudine e tra 80° W e 40° E di longitudine), relative agli eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW). Queste anomalie sono state studiate per differenti strati dell’atmosfera, dall’altitudine di 1000 hPa fino a 10 hPa, e sono rappresentate in relazione ai giorni precedenti e successivi all’evento SSW (da -60 a +60 giorni).

**1. (a) Tutti i regimi (25 eventi): Questo pannello fornisce una visione comprensiva delle anomalie geopotenziali per tutti i 25 eventi SSW studiati, indipendentemente dal regime meteorologico dominante. Mostra le variazioni aggregate delle altezze geopotenziali e serve come riferimento base per valutare l’impatto generale degli SSW sulla struttura verticale dell’atmosfera nella regione specificata.

**2. (b) Blocco della Groenlandia (5 eventi): Questo pannello si focalizza sugli eventi di SSW in cui il blocco della Groenlandia era il regime predominante. Le anomalie positive pronunciate, visualizzate in tonalità di rosso, evidenziano come questo particolare regime meteorologico modifichi significativamente le altezze geopotenziali, mostrando l’effetto potente di tali configurazioni di blocco sulla colonna atmosferica.

**3. (c) Blocco Europeo (7 eventi): Analizza le anomalie durante gli eventi SSW dominati dal blocco europeo. I dati esposti mostrano predominanza di anomalie positive che illustrano l’influenza di questo regime sulle condizioni atmosferiche superiori, alterando significativamente le distribuzioni verticali delle altezze geopotenziali.

**4. (d) Regimi Ciclonici (8 eventi): Esamina gli eventi di SSW associati a regimi ciclonici. Le anomalie negative, rappresentate in blu, riflettono le condizioni tipiche di bassa pressione legate a questi regimi, sottolineando l’impatto degli stessi sulle strutture verticali dell’atmosfera.

La metodologia impiegata per valutare la robustezza di queste anomalie include l’utilizzo di intervalli di confidenza ottenuti risampionando gli eventi SSW 100 volte con ripetizione. Se l’intensità dell’anomalia supera gli intervalli interquartili o il range percentuale dal 10° al 90°, l’anomalia viene rispettivamente evidenziata con puntinatura o tratteggio. Questi dettagli sono essenziali per sottolineare le deviazioni più marcate e statisticamente significative rispetto alla climatologia standard.

Quest’analisi fornisce quindi una panoramica dettagliata e quantitativamente valutata delle implicazioni degli eventi SSW sui vari regimi meteorologici, con un’enfasi particolare sull’impatto di questi fenomeni sulla dinamica verticale dell’atmosfera nelle latitudini polari settentrionali. Tale comprensione è cruciale per approfondire le conoscenze sulle interazioni stratosfera-troposfera e sugli effetti consequenziali sul clima di superficie.

La figura presentata offre una disamina dettagliata delle anomalie della pressione al livello del mare (SLP) per differenti regimi meteorologici durante e dopo gli eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW). Le mappe sono suddivise in quattro categorie principali, ciascuna rappresentante una specifica configurazione meteorologica o un insieme complessivo di tutti i regimi, focalizzandosi sui giorni dal 25 al 50 successivi all’evento SSW. Ogni pannello è ulteriormente diviso in sottopannelli che rappresentano intervalli temporali quinquennali (da Lag 25-30 a Lag 45-50), permettendo di osservare l’evoluzione temporale delle anomalie di pressione.

**1. (a) Blocco della Groenlandia: Questa sezione mostra l’impatto degli eventi SSW in cui prevale il blocco della Groenlandia sulle anomalie della pressione al livello del mare. I colori variano dal blu, indicativo di valori negativi, al rosso, che denota valori positivi, illustrando come il blocco influenzi significativamente la pressione atmosferica nella regione considerata. L’analisi sequenziale attraverso i cinque intervalli temporali mette in evidenza come le anomalie evolvano e persistano nel periodo osservato.

**2. (b) Blocco Europeo: Similmente alla prima, questa sezione analizza gli eventi SSW con predominanza del blocco europeo. I pannelli illustrano le variazioni di pressione al livello del mare negli stessi intervalli di tempo, rivelando l’influenza di questo regime sulle condizioni meteorologiche mediante la distribuzione delle anomalie di pressione.

**3. (c) Regimi Ciclonici: Concentrandosi sugli eventi SSW associati a regimi ciclonici, questa parte della figura espone un modello di anomalie generalmente contrapposto a quelli osservati nei blocchi. Le estese aree colorate di blu indicano una prevalenza di condizioni di bassa pressione, tipiche dei regimi ciclonici.

**4. (d) Tutti i regimi: Questa sezione aggrega le anomalie di pressione al livello del mare per tutti gli eventi SSW, indipendentemente dal regime meteorologico specifico. Offre una visione panoramica dell’impatto complessivo degli SSW sulla pressione al livello del mare nei giorni 25-50 successivi all’evento, attraversando tutti i regimi considerati.

La scala cromatica impiegata, che va dal blu al rosso, è utilizzata per indicare l’intensità delle anomalie, con il blu che rappresenta pressioni più basse e il rosso pressioni più alte. I contorni neri delineano specifici livelli di pressione al livello del mare, mentre le aree tratteggiate o puntinate evidenziano regioni dove le anomalie sono statisticamente significative. Queste marcature suggeriscono modifiche robuste e statisticamente confermate nella pressione atmosferica, correlate a determinati regimi meteorologici. L’analisi è fondamentale per comprendere come vari regimi influenzino la dinamica atmosferica in seguito a un SSW e quali possano essere le implicazioni di tali cambiamenti per le condizioni meteorologiche regionali e globali.

https://doi.org/10.5194/wcd-1-373-2020

DiAlessandro

Astratto

Introduzione

Metodologia

Risultati

Discussione

Conclusione

1. Introduzione

2 Dati e metodologie

2.1 Fonti dati e criteri di classificazione

2.2 Metodologie di Analisi Statistica

3 Analisi dei Regimi Meteorologici in Concomitanza con gli Eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso

Analisi Evolutiva dell’Impatto Verticale di Eventi di Riscaldamento Stratosferico Suddeno

5. Implicazioni dei Sudden Stratospheric Warmings (SSWs) sulle Condizioni Meteorologiche Superficiali

6. Sintesi e Discussione dell’Indagine

Di Alessandro

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