Variabilità interannuale e intrastagionale della dinamica stratosferica e del collegamento stratosfera-troposfera durante l’inverno boreale

Variabilità interannuale e intrastagionale della dinamica stratosferica e del collegamento stratosfera-troposfera durante l’inverno boreale

Autori: A.I. Pogoreltsev^a, E.N. Savenkova^b, O.G. Aniskina^a, T.S. Ermakova^a, W. Chen^c, K. Wei^c

a Università Statale Idrometeorologica Russa, Maloohtinsky 98, San Pietroburgo 195196, Russia
b Università Statale di San Pietroburgo, ul. Ulyanovskaya 1, San Pietroburgo 198504, Russia
c Centro per la Ricerca del Sistema Monsonico, Istituto di Fisica dell’Atmosfera, Accademia Cinese delle Scienze, Pechino 100080, Cina

Abstract: I dati di rianalisi dell’Ufficio Meteorologico del Regno Unito sono stati utilizzati per indagare la variabilità interannuale e intrastagionale della dinamica stratosferica e della struttura termica. I risultati ottenuti mostrano che il massimo della variabilità interannuale del flusso zonale medio associato all’oscillazione quasi-biennale (QBO) è osservato all’altitudine di circa 30 km. È dimostrato che esiste un’influenza statisticamente significativa della fase QBO sulla stratosfera extratropicale, l’effetto cosiddetto Holton–Tan. L’analisi dei dati rivela che le condizioni durante la fase di QBO orientale sono più favorevoli allo sviluppo dei riscaldamenti stratosferici improvvisi (SSW). È stata eseguita l’analisi statistica di 15 importanti SSW osservati negli ultimi due decenni. I risultati ottenuti dimostrano che negli ultimi anni i processi interni associati alle interazioni non lineari delle onde planetarie stazionarie (SPW) con il flusso medio hanno giocato un ruolo dominante. È mostrato che il primo potenziamento della SPW1 nella stratosfera superiore avviene a causa di un’amplificazione delle interazioni non lineari tra questa onda e il flusso medio. Questo potenziamento è accompagnato da un successivo aumento del flusso di attività ondulatoria dalla stratosfera alla troposfera con ulteriore redistribuzione dell’attività ondulatoria nel piano orizzontale. Successivamente, si verifica un aumento del flusso ascendente dalla troposfera alla stratosfera in un’altra regione. Il potenziamento secondario dell’attività delle onde planetarie nella stratosfera è accompagnato dal riscaldamento della regione polare e dall’indebolimento, o addirittura dall’inversione, del getto stratosferico. Oltre al risultato ben noto che la rifrazione meridionale delle SPW verso la regione polare nella stratosfera è una delle precondizioni per lo sviluppo di SSW, le interazioni non lineari onda-onda e onda-flusso medio possono giocare un ruolo importante prima e durante gli SSW. È mostrato che la stratosfera superiore può essere considerata come la regione dove viene generata la SPW2 durante gli SSW.

Introduzione

Gli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW) sono processi evidenti, durante i quali la troposfera e la stratosfera dimostrano un accoppiamento dinamico (Holton, 1980; McIntyre, 1982). Secondo le nozioni esistenti (Stan e Straus, 2009), gli eventi SSW possono svilupparsi per due motivi: un aumento del flusso di attività ondulatoria dalla troposfera alla stratosfera (lo scenario classico proposto da Matsuno, 1971), e/o causato dai processi dinamici interni, che, come risultato delle interazioni non lineari delle onde planetarie con il flusso medio alle altezze stratosferiche (Scott e Polvani, 2006; Pogoreltsev, 2007). Sfortunatamente, questi due meccanismi si completano a vicenda ed è difficile stimare il loro contributo relativo. L’interesse nello studio degli eventi SSW è aumentato sostanzialmente negli ultimi anni. Questo aumento è dovuto principalmente ai risultati ottenuti che indicano un’influenza significativa degli SSW sulla formazione delle anomalie meteorologiche nella troposfera (Baldwin e Dunkerton, 2001; Baldwin et al., 2007; Sun e Robinson, 2009; Waugh et al., 2010). È stato scoperto che gli eventi SSW influenzano la dinamica e l’energetica dell’atmosfera superiore (la mesosfera e persino la termosfera) (Siskind et al., 2010; Kurihara et al., 2010; Fuller-Rowell et al., 2010; Funke et al., 2010; Liu et al., 2011; Yuan et al., 2012), ovvero possono influenzare l’accoppiamento con il meteo spaziale e manifestarsi nelle caratteristiche dei disturbi ionosferici (Pedatella e Forbes, 2010; Pancheva e Mukhtarov, 2011). Durante gli ultimi decenni, è stata osservata una crescita dell’ampiezza dell’onda planetaria stazionaria con numero d’onda zonale uno (SPW1) nella stratosfera e, di conseguenza, l’interazione non lineare di questa onda con il flusso medio diventa più forte (Pogoreltsev et al., 2009). Questo porta ad un aumento dell’intensità delle fluttuazioni irregolari, le cosiddette vacillazioni stratosferiche (Holton e Mass, 1976).Nonostante l’interesse crescente nello studio degli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW) e del loro impatto sul meteo, sul clima e sull’atmosfera superiore, inclusa l’ionosfera, la maggior parte degli articoli presenta solo risultati di analisi delle caratteristiche distintive degli SSW osservati negli ultimi anni (Labitzke e Kunze, 2009; Ayarzaguena et al., 2011; Kuttippurath e Nikulin, 2012). Il problema dei possibili meccanismi responsabili della forzatura degli SSW è ampiamente discusso nelle pubblicazioni recenti. Ad esempio, vedere Esler et al. (2006), Albers e Birner (2014) e le relative citazioni. Tuttavia, le questioni riguardanti la fonte e/o la causa degli SSW emergenti sono ancora aperte (Sun et al., 2011). L’analisi dei processi dinamici nella stratosfera basata sui dati dell’Ufficio Metereologico del Regno Unito (per la descrizione vedere Swinbank e O’Neill, 1994) ha dimostrato che, negli ultimi decenni (1992-2012), è avvenuta una rivalutazione del ruolo relativo dei diversi meccanismi responsabili dell’innesco degli eventi SSW. Negli ultimi anni, i processi interni associati alle interazioni non lineari delle onde planetarie con il flusso medio hanno giocato un ruolo predominante. Una mancanza di attenzione ai processi dinamici interni nelle analisi degli eventi SSW è stata inoltre notata nel recente articolo di Labitzke e Kunze (2009). Per indagare le precondizioni, l’origine e lo sviluppo degli eventi SSW, devono essere considerati sia l’accoppiamento dinamico con la troposfera sia le interazioni non lineari onda-flusso medio e onda-onda nella stratosfera superiore. Gli obiettivi principali del presente studio sono i seguenti: investigare la variabilità interannuale e intrastagionale del flusso zonale medio e della temperatura nella stratosfera; considerare le interazioni non lineari onda-onda e onda-flusso medio prima e durante gli SSW; e spiegare i meccanismi fisici responsabili dello sviluppo degli eventi SSW e delle inversioni dei venti associate che si verificano nell’inverno boreale.

La Figura 1 presenta sei pannelli divisi in due colonne che esaminano il flusso medio zonale e la temperatura attraverso variabili climatiche e la loro variabilità interannuale e intrastagionale.

Colonna di sinistra: Flusso medio zonale (m/s)

• Pannello a: Mostra la distribuzione climatica del flusso medio zonale da dicembre a febbraio. Le linee di contorno rappresentano diverse velocità del vento in metri al secondo (m/s). I venti sono più forti vicino ai poli e agli equatori.
• Pannello b: Rappresenta le deviazioni standard della variabilità interannuale del flusso zonale, osservabile negli ultimi 20 anni. Le aree con contorni più densi indicano maggiore variabilità.
• Pannello c: Illustra le deviazioni standard della variabilità intrastagionale del flusso zonale, mostrando le aree di maggiore variabilità stagionale del vento.

Colonna di destra: Temperatura (K)

• Pannello d: Mostra la distribuzione climatica della temperatura da dicembre a febbraio. Le linee di contorno rappresentano le temperature in kelvin (K), con un chiaro gradiente dal polo all’equatore.
• Pannello e: Presenta le deviazioni standard della variabilità interannuale della temperatura, evidenziando le regioni dove la temperatura mostra una maggiore fluttuazione da un anno all’altro.
• Pannello f: Mostra le deviazioni standard della variabilità intrastagionale della temperatura, evidenziando come la temperatura varia significativamente durante la stagione in diverse latitudini.

In generale, questi grafici sono essenziali per comprendere come il flusso medio zonale e la temperatura variano non solo da un luogo all’altro ma anche da una stagione all’altra e da un anno all’altro, offrendo intuizioni vitali sulla dinamica atmosferica e climatica.

2. Dati e Metodi

Per indagare le caratteristiche climatologiche e la variabilità della dinamica stratosferica, sono stati utilizzati i campi assimilati dell’Ufficio Meteorologico del Regno Unito (Swinbank e O’Neill, 1994). Questi dati sono disponibili per gli ultimi decenni, un periodo sufficientemente lungo per rivelare la maggior parte delle caratteristiche climatologiche e della variabilità delle onde planetarie nella stratosfera (Scaife et al., 2000). Questi campi meteorologici sono stati presentati a ogni latitudine e altitudine sotto forma di espansioni in serie di Fourier con un insieme di armoniche zonali con numeri d’onda m=0–4, ovvero come somma di valori medi zonali e delle maggiori onde planetarie. L’analisi dei dati dell’Ufficio Meteorologico del Regno Unito mostra che, negli ultimi decenni, gli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW) sono stati osservati principalmente nella stratosfera superiore (tra i 40 e i 60 km). Pertanto, è conveniente riconsiderare la classificazione adottata basata sul comportamento del flusso zonale e/o della temperatura a 10 hPa (altitudine di circa 30 km) (Labitzke, 1977; Labitzke e Naujokat, 2000; Labitzke et al., 2005; Charlton e Polvani, 2007; Butler et al., 2015). Ad esempio, nel gennaio 2012 non ci fu alcun rovesciamento del vento zonale a 30 km, mentre si verificò un forte rovesciamento e un aumento della temperatura nella regione polare nella stratosfera superiore. Pertanto, il giorno del rovesciamento del vento zonale medio in latitudine media tra i 40 e i 50 km è utilizzato nel presente studio per determinare la data centrale dell’SSW. Per indagare le interazioni non lineari onda-onda e onda-flusso medio, sono stati calcolati i termini dell’equazione del bilancio dell’enstropia potenziale del vortice usando i campi meteorologici compositi. L’attività ondulatoria 3D e i flussi di Eliassen–Palm sono stati considerati per stimare il ruolo del collegamento stratosfera-troposfera nello sviluppo degli eventi SSW.

3. Variabilità della dinamica stratosferica e della struttura termica

Prima di analizzare gli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW), è utile considerare la variabilità interannuale e intrastagionale del flusso medio zonale e della temperatura osservati durante le stagioni invernali del nord (dicembre-febbraio) negli ultimi due decenni. I pannelli superiori della Figura 1 mostrano le distribuzioni del flusso medio zonale (a) e della temperatura (d) nell’emisfero nord, mediati dal 1992 al 2011. I pannelli centrali della Figura 1 dimostrano le deviazioni standard della variabilità interannuale delle medie invernali annuali di questi campi. Si può notare che la principale variabilità interannuale del flusso medio è osservata sopra l’equatore ad un’altitudine di circa 30 km (b), e questa variabilità è causata dalla ben nota oscillazione quasi-biennale (QBO) (Baldwin et al., 2001). Esiste anche una variabilità più debole del flusso medio alle medie latitudini e della temperatura alle alte latitudini nella stratosfera. I pannelli inferiori della Figura 1 mostrano le deviazioni standard della variabilità intrastagionale del flusso medio zonale (c) e della temperatura (f) durante dicembre-febbraio, ottenute utilizzando valori giornalieri e poi mediati su 20 anni (1992–2011). Il massimo dei cambiamenti intrastagionali del vento zonale è situato alle medie latitudini nella stratosfera superiore, e questa variabilità può essere collegata alle interazioni non lineari del flusso medio con le onde planetarie durante i cicli di vacillazione e/o a causa dello sviluppo degli eventi SSW. La variabilità intrastagionale della temperatura si verifica alle latitudini più alte con il massimo osservato nella regione polare a circa 40 km (Figura 1f). Nel calcolo della variabilità intrastagionale presentata in Figura 1, le serie temporali iniziali sono state detrendizzate, ovvero sono stati esclusi i cambiamenti stagionali climatici del vento zonale e della temperatura.Per ulteriori analisi, la fase dell’oscillazione quasi-biennale (QBO) è stata determinata secondo la deviazione del flusso medio zonale equatoriale dai valori medi climatici all’altitudine di circa 30 km (livello di pressione di 10 hPa) anziché al livello di pressione di 40–50 hPa, come fatto nello studio di Holton e Tan (1980). Le differenze positive e negative corrispondono rispettivamente alle fasi occidentali e orientali della QBO (wQBO ed eQBO). Seguendo Pogoreltsev et al. (2014), abbiamo calcolato le distribuzioni medie zonali del vento zonale e della temperatura per le fasi occidentali e orientali della QBO per dicembre-febbraio. Le differenze nel vento medio zonale e nella temperatura tra le fasi occidentali e orientali della QBO sono presentate nella Figura 2. La temperatura stratosferica polare media negli anni con la fase orientale della QBO è più alta, e il vortice polare è più debole.

Per stimare la significatività statistica dell’influenza della QBO sulla stratosfera extratropicale, è stato utilizzato il cosiddetto test t di Welch. Questo metodo confronta i valori medi degli anni con fasi occidentali ed orientali della QBO, considerando le loro deviazioni standard e le dimensioni del campione.

Diversi studi recenti sull’influenza della QBO sulla circolazione extratropicale hanno eseguito analisi statistiche utilizzando questo approccio. I risultati dei calcoli dei livelli statistici sono presentati nella Figura 2 tramite contorni. Questa figura mostra che la significatività statistica delle variazioni del vento zonale nella stratosfera tropicale è molto alta (più del 99%). La significatività statistica delle variazioni del vento zonale nella stratosfera extratropicale è inferiore, tuttavia è circa del 95%. La significatività statistica delle variazioni della temperatura nella stratosfera polare superiore in base alla fase della QBO è superiore al 90%. I risultati ottenuti ci permettono di supporre che, in media, gli eventi SSW durante la fase orientale della QBO siano più intensi e/o la frequenza di questi eventi sia più alta.

4. Analisi statistica degli SSW

Per comprendere le precondizioni e l’evoluzione degli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW), è stato sviluppato un modello statistico basato sui dati dell’Ufficio Meteorologico del Regno Unito. Sono stati selezionati quindici importanti eventi SSW osservati nei mesi di gennaio-febbraio degli anni 1992-2012 (Tabella 1). Ci sono anni in cui avviene il cambio di fase della QBO. Il rovesciamento del vento zonale da occidentale a orientale o viceversa si verifica nella stratosfera inferiore e media. Questi anni sono indicati come we-QBO ed ew-QBO nella Tabella 1.

Per costruire il modello statistico, è stato creato un composito dei campi meteorologici (componenti zonali e meridionali del vento, temperatura e altezza geopotenziale) per questi 15 eventi.

Va notato che la nostra definizione della data centrale degli SSW differisce da quella suggerita dall’OMM, che la definisce come il primo giorno di rovesciamento del vento zonale al livello di pressione di 10 hPa e 60°N (Charlton e Polvani, 2007; Butler et al., 2015). Sebbene a volte la nostra definizione coincida con quella convenzionale (ad esempio, nel febbraio 1999 e 2002), la data centrale dell’SSW nei mesi di gennaio-febbraio 2001 differisce sostanzialmente da quella in Charlton e Polvani (2007). Per comprendere questa differenza, consideriamo il comportamento del vento zonale medio e della temperatura durante l’inverno 2000-2001. Le sezioni trasversali temporali-altitudinali dell’ampiezza degli armonici zonali con m=1 nell’altezza geopotenziale e nel vento zonale medio a 62,5°N, nonché i cambiamenti della temperatura media zonale a 87,5°N da dicembre a marzo, sono presentati nella Figura 3. Infatti, il rovesciamento del vento zonale a 30 km è osservato l’11 febbraio come indicato in Charlton e Polvani (2007) (vedi Tabella 1 in questo articolo). Tuttavia, se si considera il comportamento del vento zonale e della temperatura nella stratosfera superiore, si può notare che il rovesciamento del vento zonale e il riscaldamento della regione polare si sono verificati sostanzialmente prima (di circa due settimane), e a 30 km osserviamo solo gli effetti della propagazione verso il basso di questo evento.Pertanto, concludiamo che la definizione formale della data centrale degli SSW basata sul rovesciamento del vento e/o sui cambiamenti di temperatura a 30 km non è sempre accettabile, e si deve considerare il comportamento di questi campi a quote più elevate. I risultati sulla variabilità intrastagionale del vento medio zonale e della temperatura presentati nella Figura 1 (pannelli c e d) ci permettono di suggerire che il vento zonale deve essere analizzato alle medie latitudini nella stratosfera superiore, e i cambiamenti di temperatura devono essere considerati a circa 40 km di altitudine (anziché 30 km) nella regione polare, come è stato fatto nella Tabella 1.

Le distribuzioni composite dei campi meteorologici per 61 giorni (30 giorni prima e dopo l’evento) sono state calcolate mediando su tutti gli SSW scelti. Le distribuzioni sono state separate nelle componenti medie zonali e negli armonici zonali con m=1–4. Questi risultati sono presentati nelle Figure 4 e 5. La Figura 4 mostra un potenziamento della SPW1 circa 20 giorni prima dell’evento SSW, che non è accompagnato da un riscaldamento della stratosfera polare e da un indebolimento evidente del flusso medio zonale. Il secondo potenziamento dell’armonico zonale con m=1 avviene poco prima dell’evento SSW, ed è accompagnato dal rovesciamento della direzione del vento zonale e da un forte aumento della temperatura (fino a 60 K) nella regione polare a circa 40 km. Durante l’evento SSW, si osserva anche un aumento delle ampiezze degli armonici zonali con m=2 nella stratosfera superiore (Figura 5). Tuttavia, questo aumento non si estende fino alla troposfera.

La Figura 2 mostra le differenze composite nel vento medio zonale (pannello superiore) e nella temperatura (pannello inferiore) tra le fasi occidentali e orientali della QBO (wQBO–eQBO), per i mesi di dicembre a febbraio.

Pannello superiore: Differenze nel vento zonale medio

• Il grafico illustra come il vento zonale medio varia a diverse latitudini e quote durante i periodi wQBO rispetto ai periodi eQBO.
• Le aree colorate indicano l’intensità e la direzione del cambiamento del vento: le tonalità di blu rappresentano una diminuzione o una direzione più occidentale del vento rispetto alla norma, mentre le tonalità di rosso indicano un aumento o una direzione più orientale.
• Le linee con numeri (95, 98, 99) indicano i livelli di significatività statistica superiori al 95%, con aree circoscritte che mostrano dove questi cambiamenti sono statisticamente significativi.

Pannello inferiore: Differenze nella temperatura

• Questo grafico mostra la variazione della temperatura media zonale durante i periodi wQBO rispetto ai periodi eQBO.
• Le aree colorate variano dal verde al marrone, indicando un aumento della temperatura, con il verde che mostra un aumento minore e il marrone un aumento maggiore.
• Similmente al pannello superiore, le linee con numeri (90, 91, 99) rappresentano i livelli di significatività statistica superiori al 90%, evidenziando le regioni in cui le differenze di temperatura sono statisticamente significative.

In sintesi, questi grafici dimostrano come le fasi della QBO influenzino significativamente il vento zonale e la temperatura nella stratosfera, con particolare enfasi sulla variabilità sia in latitudine sia in altitudine, evidenziando le aree con significatività statistica elevata. Questi dati sono fondamentali per comprendere l’impatto della QBO sul clima e su eventi specifici come gli SSW.

La Tabella 1 elenca le date degli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW) maggiori osservati nei mesi di gennaio e febbraio tra il 1992 e il 2012. Ogni riga della tabella rappresenta un anno specifico, indicando la data precisa dell’evento SSW e la fase dell’oscillazione quasi-biennale (QBO) corrispondente in quel momento. La fase QBO può essere occidentale (w-QBO) o orientale (e-QBO), con alcune fasi specificate come transizioni da occidentale a orientale (we-QBO) o da orientale a occidentale (ew-QBO). Queste informazioni sono fondamentali per analizzare il comportamento atmosferico e il contesto delle dinamiche stratosferiche in relazione alle fasi della QBO durante gli eventi SSW.

La Figura 3 presenta tre grafici che illustrano le sezioni trasversali tempo-altitudine di vari parametri atmosferici osservati durante l’inverno 2000-2001.

Pannello Superiore: Amplitude di PW1 in altezza geopotenziale a 62.5°N

• Questo grafico mostra l’ampiezza dell’armonico zonale con m=1 in altezza geopotenziale, a 62.5 gradi di latitudine nord.
• Le linee colorate rappresentano differenti ampiezze misurate in metri.
• Le date sono indicate sull’asse orizzontale, estendendosi da dicembre a marzo.
• Questa rappresentazione aiuta a visualizzare come l’ampiezza di questa onda planetaria cambia nel tempo e in funzione dell’altitudine.

Pannello Centrale: Vento Zonale Medio (m/s) a 62.5°N

• Questo grafico mostra il vento zonale medio nella stessa regione e periodo.
• Le linee rappresentano diverse velocità del vento in metri al secondo.
• I punti colorati e le linee tratteggiate indicano zone di particolare interesse, come i cambiamenti significativi o reversali del vento zonale.
• Questo permette di osservare come il flusso del vento varia nel corso dei mesi invernali e come queste variazioni si distribuiscono con l’altitudine.

Pannello Inferiore: Cambiamento della Temperatura (K) a 87.5°N

• Il grafico inferiore visualizza i cambiamenti della temperatura media zonale a una latitudine ancora più settentrionale.
• Le aree colorate e le linee contornate indicano aumenti o diminuzioni della temperatura, con gradazioni di colore che mostrano l’intensità del cambiamento.
• Anche qui, l’asse orizzontale copre il periodo da dicembre a marzo, e l’asse verticale mostra l’altitudine in scala logaritmica.

In sintesi, questi grafici forniscono una dettagliata visualizzazione temporale e altitudinale di come l’onda planetaria, il vento zonale e la temperatura si comportano durante l’inverno 2000-2001 in specifiche latitudini nell’emisfero nord. Queste informazioni sono cruciali per analizzare le dinamiche atmosferiche complesse associate agli eventi di riscaldamento stratosferico.

La Figura 4 presenta tre grafici sotto forma di plot compositi altezza-tempo ritardato, utilizzando i dati meteorologici dell’Ufficio Meteorologico del Regno Unito. Questi grafici visualizzano le variazioni atmosferiche legate agli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW) in funzione del tempo e dell’altitudine, osservati a specifiche latitudini.

Pannello Superiore: Amplitude di PW1 in altezza geopotenziale a 62.5°N

• Questo grafico mostra l’ampiezza dell’armonico zonale con m=1 in altezza geopotenziale a 62.5°N.
• L’asse orizzontale rappresenta il ritardo temporale rispetto all’evento SSW, con -30 giorni a sinistra, l’evento SSW al centro (0 giorni), e +30 giorni a destra.
• Le linee colorate rappresentano differenti ampiezze, con i contorni numerati che indicano specifici valori di altezza in metri.
• Le variazioni dell’ampiezza possono aiutare a identificare come le onde planetarie influenzano la stratosfera prima e dopo un evento SSW.

Pannello Centrale: Vento Zonale Medio (m/s) a 62.5°N

• Questo pannello illustra il vento zonale medio alla stessa latitudine.
• Le linee mostrano diverse velocità del vento in metri al secondo. Le aree con contorni più spessi o colori diversi possono indicare cambi significativi del vento associati all’SSW.
• Anche qui, l’asse temporale mostra i giorni prima e dopo l’SSW, permettendo di osservare come il vento zonale cambia in risposta all’evento.

Pannello Inferiore: Cambiamento della Temperatura (K) a 87.5°N

• Il grafico inferiore mostra i cambiamenti della temperatura media zonale a 87.5°N.
• Le variazioni di temperatura sono indicate con linee colorate, dove tonalità diverse rappresentano differenti cambiamenti di temperatura.
• Questo grafico è particolarmente utile per vedere come la temperatura nella regione polare risponde prima e dopo un evento SSW, con particolare attenzione agli incrementi o decrementi di temperatura significativi.

In sintesi, la Figura 4 fornisce una visione dettagliata di come specifici parametri meteorologici cambiano in risposta agli eventi SSW, mostrando chiaramente le dinamiche atmosferiche che avvengono nelle settimane che circondano questi fenomeni significativi.

La Figura 5 mostra tre pannelli che rappresentano le ampiezze degli armonici zonali con numeri d’onda m=2, m=3 e m=4 nella geopotenziale altezza a 62.5°N. Questi grafici sono plot compositi altezza-tempo ritardato e forniscono una visione delle variazioni di queste onde planetarie specifiche prima, durante e dopo un evento di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW), utilizzando dati meteorologici dell’Ufficio Meteorologico del Regno Unito.

Pannello Superiore: Amplitude di PW2 in altezza geopotenziale

• Questo pannello visualizza l’ampiezza dell’armonico zonale con m=2.
• L’asse orizzontale mostra il tempo ritardato rispetto al giorno dell’evento SSW, con -30 giorni a sinistra, il giorno dell’evento al centro (0 giorni), e +30 giorni a destra.
• Le linee contornate rappresentano diversi livelli di altezza in metri, mostrando come l’ampiezza di questa onda planetaria varia nel tempo.

Pannello Centrale: Amplitude di PW3 in altezza geopotenziale

• Illustra l’ampiezza dell’armonico zonale con m=3.
• Similarmente al primo pannello, anche qui le ampiezze sono visualizzate lungo un asse di tempo ritardato.
• Le variazioni dell’ampiezza di PW3 possono fornire indicazioni su come interazioni più complesse tra onde planetarie influenzino la struttura atmosferica durante gli eventi SSW.

Pannello Inferiore: Amplitude di PW4 in altezza geopotenziale

• Mostra l’ampiezza dell’armonico zonale con m=4.
• Questo pannello focalizza su un armonico ancora più elevato, indicando come le componenti di scala più piccola del campo di flusso atmosferico reagiscono in relazione a un evento SSW.
• Le ampiezze sono mappate simili agli altri pannelli, con contorni che indicano variazioni specifiche nell’altezza geopotenziale.

In sintesi, la Figura 5 fornisce dati cruciali sul comportamento delle onde planetarie di ordine superiore nella stratosfera. Analizzando queste variazioni, i ricercatori possono approfondire la comprensione delle dinamiche atmosferiche associate agli eventi SSW, particolarmente in termini di come queste onde interagiscono e influenzano la struttura generale dell’atmosfera.

5. Interazioni non lineari onda–onda e onda–flusso medio

Per esaminare gli effetti delle interazioni non lineari, sono stati analizzati i termini che influenzano l’equilibrio dell’enstrofia turbolenta. Questi termini comprendono le perturbazioni della vorticità potenziale quasi-geostrofica e delle componenti dei venti geostrofici, oltre alle perturbazioni delle sorgenti e dei pozzi diabatici e ai contributi subscala all’equazione del momento.

Il primo termine nel lato sinistro indica la transienza dell’onda. I termini successivi rappresentano le interazioni onda–onda, mentre l’ultimo termine a sinistra descrive i cambiamenti dell’enstrofia turbolenta dovuti alle interazioni onda–flusso medio. Il termine sul lato destro riflette i cambiamenti dell’enstrofia turbolenta dovuti al riscaldamento diabatico e ai contributi subscala all’equazione del momento, che includono deposizione di momento da onde di gravità e onde di gravità-inerziali.

Per il bilancio dell’enstrofia turbolenta per l’onda 1, si utilizzano espressioni leggermente diverse da quelle originali, adattandole per illustrare meglio le interazioni tra onda1 e onda2. Questi cambiamenti migliorano la comprensione delle dinamiche delle interazioni tra onde.

Le sezioni trasversali latitudine-altezza mostrano che le interazioni onda–onda non lineari sono più intense alle latitudini medie-alte nella stratosfera. Inoltre, l’interazione onda1–flusso medio mostra due picchi significativi nella stratosfera superiore, mentre l’interazione onda2–flusso medio è più marcata nella troposfera e nella stratosfera inferiore alle alte latitudini.

Prima dell’evento SSW, l’attività dell’onda-2 è influenzata principalmente dalle interazioni onda–onda non lineari, mentre durante l’evento, l’interazione onda–flusso medio diventa dominante, riducendo l’enstrofia potenziale eddica delle onde planetarie. Questo illustra come le dinamiche delle interazioni tra onde siano cruciali per comprendere i cambiamenti nella stratosfera durante eventi significativi come l’SSW.

La Figura 6 illustra sezioni trasversali latitudine-altezza dei contributi all’equilibrio dell’enstrofia per l’onda1, mediate su 10 giorni prima di un evento di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW). Ogni pannello rappresenta un diverso tipo di interazione o effetto:

• Pannello (a) – Transienza dell’Onda 1: Mostra come l’onda 1 varia nel tempo, con aree di maggiore o minore instabilità evidenziate in diverse tonalità.
• Pannello (b) – Interazione Onda 1–Flusso Medio: Rappresenta l’interazione dell’onda con il flusso medio atmosferico, evidenziando zone di intensa interazione attraverso una mappa densa di contorni colorati.
• Pannello (c) – Interazione Onda 1–Onda 2: Illustra le interazioni tra l’onda 1 e l’onda 2, con contorni che indicano aree di forte interazione.
• Pannello (d) – Interazione Onda 2–Onda 3: Mostra le interazioni tra l’onda 2 e l’onda 3, seguendo un approccio simile al pannello (c) per evidenziare le interazioni.

Questi pannelli coprono un’ampia area della stratosfera da 30°N a 70°N in latitudine e da 10 a 60 km in altezza, permettendo di osservare come e dove le onde interagiscono tra loro e con il flusso medio. Queste visualizzazioni sono fondamentali per comprendere l’impatto di tali interazioni sulla dinamica atmosferica soprattutto in prossimità di eventi significativi come l’SSW.

La Figura 7 illustra sezioni trasversali latitudine-altezza dei termini che contribuiscono al bilancio dell’enstrofia per l’onda2, mediate su 10 giorni prima di un evento di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW). Ogni pannello rappresenta un diverso tipo di interazione o effetto riguardante l’onda2:

• Pannello (a) – Transience dell’Onda 2: Mostra come l’onda 2 varia nel tempo, con aree che indicano variazioni dell’enstrofia, evidenziando la dinamica temporale dell’onda nella stratosfera.
• Pannello (b) – Interazione Onda 2–Flusso Medio: Rappresenta l’interazione dell’onda 2 con il flusso medio atmosferico, con un intenso scambio di enstrofia, particolarmente evidente nella parte inferiore della stratosfera.
• Pannello (c) – Interazione Onda 1–Onda 1: Anche se l’etichetta potrebbe essere errata, mostra le interazioni all’interno della stessa onda, indicando aree dove queste auto-interazioni sono più pronunciate.
• Pannello (d) – Interazione Onda 1–Onda 3: Illustra le interazioni tra l’onda 2 e un’altra onda significativa, evidenziando l’influenza reciproca nel loro comportamento nella stratosfera.

Questi grafici coprono un’ampia area della stratosfera, da 30°N a 70°N in latitudine e da 10 km a 55 km in altezza, e sono fondamentali per capire come le onde interagiscono tra loro e con il flusso medio, specialmente in vista di eventi significativi come gli SSW.

La Figura 8 presenta due grafici che illustrano i contributi al bilancio dell’enstrofia per l’onda 1 e l’onda 2 alla quota di 30 km, analizzati in un intervallo di tempo che va da -30 a +30 giorni, con una media presa su una regione di medie latitudini da 57.5 a 72.5°N.

• Linee nere: rappresentano la transience delle onde, mostrando come la variabilità delle onde cambia nel tempo.
• Linee blu: indicano le interazioni tra onda 1–onda 2 e onda 1–onda 1 per l’Onda 1, e interazioni simili per l’Onda 2, rivelando momenti di forte interazione interna ed esterna.
• Linee verdi: illustrano le interazioni tra onda 2–onda 3 e onda 1–onda 3, permettendo di osservare come le onde interagiscono con una terza onda distinta.
• Linee rosse: sono legate alle interazioni onda–flusso medio, evidenziando l’influenza del flusso medio sulla dinamica delle onde.

Dettaglio del grafico (a) – Onda 1 a 30 km:

• La transience (linea nera) e le interazioni intra-onda e inter-onda (linee blu) mostrano variabilità significativa, con picchi che indicano periodi di intensa attività.
• Le interazioni onda–flusso medio (linea rossa) variabili indicano periodi di maggiore o minore influenza del flusso medio.

Dettaglio del grafico (b) – Onda 2 a 30 km:

• Le linee nere mostrano una transience meno estrema rispetto all’Onda 1.
• Le linee blu e verdi rivelano interazioni significative che variano nel tempo.
• Un picco marcato nella linea rossa suggerisce un momento di intensa interazione tra l’onda 2 e il flusso medio.

Questi grafici sono essenziali per comprendere come le onde interagiscono tra loro e con il flusso medio e come queste interazioni si evolvono nel tempo, offrendo insights preziosi sul comportamento delle onde nella stratosfera.

La Figura 9 illustra i contributi al bilancio dell’enstrofia per l’onda 1 e l’onda 2 a un’altezza di 50 km, mostrando le dinamiche delle onde in un intervallo temporale da -30 a +30 giorni. I valori sono mediati su una regione di medie latitudini da 57.5 a 72.5°N.

• Linee nere: rappresentano la transience delle onde, mettendo in luce la loro variabilità temporale a questa quota.
• Linee blu: indicano le interazioni tra onda 1–onda 2 e onda 1–onda 1 per l’onda 1, evidenziando momenti di forte interazione tra le onde.
• Linee verdi: illustrano le interazioni tra onda 2–onda 3 e onda 1–onda 3, mostrando l’interazione delle onde con altre onde significative.
• Linee rosse: sono legate alle interazioni onda–flusso medio, sottolineando come le onde interagiscono con il flusso medio atmosferico.

Dettagli del grafico (a) – Onda 1 a 50 km:

• La transience (linea nera) mostra fluttuazioni significative, indicando una variabilità intensa dell’onda 1 a questa altezza.
• Le interazioni intra-onda e inter-onda (linee blu) mostrano picchi significativi, puntualizzando periodi di accentuata interazione.
• Un picco molto evidente nella linea rossa (interazioni onda–flusso medio) indica un periodo di forte influenzamento del flusso medio sulla dinamica dell’onda.

Dettagli del grafico (b) – Onda 2 a 50 km:

• La variabilità della transience (linea nera) è meno estrema rispetto all’Onda 1.
• Momenti di significativa interazione sono segnalati dalle linee blu e verdi, con picchi che suggeriscono interazioni notevoli.
• Un picco notevole nella linea rossa indica un’intensa interazione dell’onda 2 con il flusso medio.

Questi grafici offrono una visione dettagliata su come le interazioni tra onde e con il flusso medio evolvono nel tempo a una specifica quota, fornendo importanti informazioni sul comportamento delle onde nella stratosfera.

6. Accoppiamento stratosfera-troposfera

Il flusso tridimensionale dell’attività ondulatoria e la sua divergenza sono stati calcolati per stimare l’accoppiamento dinamico tra la stratosfera e la troposfera durante l’inizio e lo sviluppo dell’evento di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW). Il flusso tridimensionale dell’attività ondulatoria descrive la propagazione dei pacchetti d’onda planetari nelle direzioni longitudinale, latitudinale e verticale.

La Figura 10 mostra l’evoluzione del flusso dell’attività ondulatoria sull’emisfero nord prima, durante e dopo l’evento SSW. È evidente che esiste un flusso verso il basso relativamente forte dell’attività ondulatoria dalla stratosfera verso la troposfera sopra l’Atlantico. Per assicurarsi che questo flusso sia in grado di raggiungere le altezze troposferiche, sono state calcolate le sezioni meridionali del flusso dell’attività ondulatoria e la sua divergenza, mediate sul settore longitudinale 80–110 W (sull’Atlantico) nell’intervallo di altitudine 0–20 km. I risultati ottenuti sono presentati nella Figura 11. La figura dimostra che c’è un sostanziale flusso verso il basso dell’attività ondulatoria nella troposfera prima dell’SSW. Questo flusso dell’attività ondulatoria in questo settore longitudinale può spiegare l’influenza più forte degli eventi del vortice polare sulla circolazione troposferica sopra il Nord Atlantico.

Questo flusso raggiunge la troposfera e poi si ridistribuisce nel piano orizzontale. Con un ritardo di circa 5 giorni, il flusso orizzontale è diretto dall’area di massima attività ondulatoria a valle verso l’Europa, dove si osserva la sua convergenza. Pertanto, in questo momento possiamo aspettarci cambiamenti significativi nelle condizioni meteorologiche sull’Europa, inclusa la parte europea della Russia. Le sezioni meridionali del flusso dell’attività ondulatoria e la sua divergenza, mediate sul settore longitudinale 0–30E (sull’Europa) nell’intervallo di altitudine 0–20 km, sono presentate nella Figura 12. Questa figura mostra che durante l’SSW in questa regione osserviamo la divergenza del flusso dell’attività ondulatoria nella troposfera e un aumento di questo flusso dalla troposfera alla stratosfera.La componente verticale del flusso dell’attività ondulatoria a 20 km e la distribuzione della sua componente orizzontale nella troposfera durante lo sviluppo dell’evento SSW sono presentate nella Figura 10c. La figura mostra un notevole potenziamento del flusso dell’attività ondulatoria dalla troposfera verso la stratosfera, e un indebolimento del flusso verso il basso dalla stratosfera verso la troposfera durante l’evento SSW. Contemporaneamente, le componenti orizzontali del flusso dell’attività ondulatoria dall’area a valle in direzione dell’Europa sono amplificate. I nostri risultati indicano che circa 2-3 settimane prima dell’SSW osserviamo un potenziamento del flusso dell’attività ondulatoria dalla stratosfera alla troposfera. Quindi, la ragione principale del potenziamento dell’attività ondulatoria alle altitudini stratosferiche è l’interazione non lineare tra lo SPW1 e il flusso medio durante il ciclo di vacillazione. Lo scenario seguente per lo sviluppo dell’SSW (almeno in termini di media statistica, la media sui 15 eventi) può essere dedotto dalle nostre simulazioni:

1. Il potenziamento dello SPW1 nella stratosfera superiore avviene a causa di un’amplificazione delle interazioni non lineari tra lo SPW1 e il flusso medio. Questo potenziamento è accompagnato da un successivo aumento del flusso dell’attività ondulatoria dalla stratosfera alla troposfera.
2. In seguito, l’attività ondulatoria è trasportata orizzontalmente, e poi si verifica un aumento del flusso ascendente dalla troposfera alla stratosfera in un’altra regione (possono svilupparsi anomalie meteorologiche nella troposfera, principalmente sull’Europa).
3. Il potenziamento secondario dell’attività ondulatoria planetaria nella stratosfera è accompagnato da un aumento della temperatura nella regione polare, e da un indebolimento o addirittura da una inversione del getto stratosferico.

I nostri risultati enfatizzano l’importanza dei processi non lineari nella stratosfera che avvengono prima del potenziamento del flusso dell’attività ondulatoria dalla troposfera. È interessante anche considerare cosa accade dopo l’evento SSW. La Figura 13e mostra la componente verticale del flusso dell’attività ondulatoria a 20 km, e la distribuzione della componente orizzontale dell’attività ondulatoria nella troposfera circa 10 giorni dopo l’inizio dell’SSW. Si nota che c’è un notevole potenziamento netto del flusso dell’attività ondulatoria dalla stratosfera alla troposfera. Anche se il suo massimo è approssimativamente lo stesso durante l’SSW, compaiono aree aggiuntive a valle sopra il Nord America e la catena montuosa degli Urali. La redistribuzione dell’attività ondulatoria nel piano orizzontale nella troposfera può portare al suo potenziamento nelle aree situate ad est della regione in considerazione. Di conseguenza, un tempo meteorologico anomalo può essere osservato non solo in Europa, ma anche in Siberia. Questa situazione può durare per diversi giorni. La distribuzione del flusso orizzontale nella troposfera circa due settimane dopo l’SSW è mostrata nella Figura 10f. È evidente che i processi meteorologici nella troposfera si placano nel tempo, e si verifica un significativo indebolimento della componente verticale del flusso dell’attività ondulatoria.

La Figura 10 illustra le distribuzioni in longitudine e latitudine della componente verticale del flusso dell’attività ondulatoria a 20 km (rappresentata in colorazione sfumata) e il vettore orizzontale a 4 km del flusso dell’attività ondulatoria (rappresentato dalle frecce) a 15 e 10 giorni prima dell’evento SSW (pannelli a e b), durante l’SSW (pannello c), e a 5, 10 e 15 giorni dopo l’evento SSW (pannelli d, e e f rispettivamente).

Analizzando i pannelli:

• Pannello b: Mostra una forte attività ondulatoria, indicata dai colori vivaci e dalle frecce concentrate. Questa rappresenta un’intensa interazione ondulatoria nella troposfera e nella stratosfera bassa proprio prima dell’SSW.
• Pannello c: Durante l’SSW, si osserva un’intensa attività ondulatoria con un forte flusso verticale dalla troposfera alla stratosfera, come indicato dalle frecce che puntano verso l’alto e la colorazione intensa.
• Pannello e: Dopo l’SSW, il flusso di attività ondulatoria si mantiene forte ma inizia a redistribuire, indicando cambiamenti continui nella circolazione atmosferica.

Le frecce mostrano la direzione del flusso dell’attività ondulatoria, mentre l’intensità del colore rappresenta la grandezza della componente verticale di questo flusso. Questa figura è cruciale per comprendere la dinamica dell’evento SSW e i suoi effetti sulla circolazione atmosferica globale, includendo possibili impatti sulle condizioni meteorologiche a seguito delle variazioni di flusso tra la stratosfera e la troposfera.

La Figura 11 mostra le sezioni trasversali in latitudine-altezza del flusso dell’attività ondulatoria (rappresentate dalle frecce) sovrapposte alla sua divergenza (rappresentata con colorazione sfumata) mediate sul settore longitudinale 80-110 W (Artico). Le componenti verticali del flusso sono enfatizzate per renderle visibili. Le distribuzioni sono mostrate a 15, 10 e 5 giorni prima dell’evento SSW (pannelli a, b e c rispettivamente) e durante l’SSW (pannello d).

Analizzando i pannelli:

• Pannello a: 15 giorni prima dell’SSW, si osserva una distribuzione moderata del flusso con aree di divergenza in blu, indicando flussi deboli o inversi.
• Pannello b: 10 giorni prima dell’SSW, l’intensità del flusso e delle aree di divergenza aumenta, specialmente a livelli di altitudine più bassi.
• Pannello c: 5 giorni prima dell’SSW, le aree di forte divergenza e flusso si espandono ulteriormente, mostrando un aumento significativo dell’attività ondulatoria man mano che ci si avvicina all’evento.
• Pannello d: Durante l’SSW, l’attività ondulatoria raggiunge il suo picco con significative aree di convergenza (indicate dai colori rossi e gialli), suggerendo un forte flusso dal basso verso l’alto che può influenzare la dinamica atmosferica e le condizioni meteorologiche sopra l’Artico.

Queste visualizzazioni sono cruciali per comprendere come varia la dinamica del flusso dell’attività ondulatoria e la sua interazione con la struttura atmosferica sia prima che durante un evento significativo come l’SSW, con implicazioni dirette sulle condizioni climatiche e meteorologiche globali.

La Figura 12 mostra le sezioni trasversali in latitudine-altezza del flusso dell’attività ondulatoria (rappresentate dalle frecce) sovrapposte alla sua divergenza (rappresentata con colorazione sfumata) mediate sul settore longitudinale 0-30E, che copre l’Europa. Le componenti verticali del flusso sono enfatizzate per renderle visibili. Le distribuzioni sono mostrate a 15, 10 e 5 giorni prima dell’evento SSW (pannelli a, b e c rispettivamente) e durante l’SSW (pannello d).

Analisi dei pannelli:

• Pannello a: 15 giorni prima dell’SSW, si osserva una divergenza moderata, indicata dai colori blu e verde, che mostra un movimento meno intenso dell’attività ondulatoria nella regione.
• Pannello b: 10 giorni prima dell’SSW, il flusso e la divergenza aumentano leggermente, indicato da una varietà più ampia di colori e frecce più dense.
• Pannello c: 5 giorni prima dell’SSW, l’intensità della divergenza e del flusso cresce notevolmente, con aree in rosa e viola che indicano una forte attività ondulatoria.
• Pannello d: Durante l’SSW, si vede un picco di attività ondulatoria con aree di forte convergenza (colori gialli e arancioni), suggerendo un flusso intenso verso l’alto che può influenzare significativamente la dinamica atmosferica sopra l’Europa.

Questa figura è fondamentale per capire le dinamiche del flusso dell’attività ondulatoria e la sua interazione con la struttura atmosferica in prossimità dell’Europa, sia prima che durante un evento significativo come l’SSW, influenzando direttamente le condizioni climatiche e meteorologiche regionali.

La Figura 13 mostra le sezioni trasversali in latitudine-altezza dei vettori del flusso di Eliassen-Palm (EP flux) (rappresentate dalle frecce) sovrapposte alla divergenza del flusso EP (rappresentata con colorazione sfumata) per SPW1 (onda planetaria di tipo 1). Le componenti verticali del flusso EP sono enfatizzate per renderle visibili. Le distribuzioni sono mostrate a 15, 10 e 5 giorni prima dell’evento SSW (pannelli a, b e c rispettivamente) e durante l’SSW (pannello d).

Analisi dei pannelli:

• Pannello a: 15 giorni prima dell’SSW, si osserva una convergenza moderata del flusso EP (aree viola) e una divergenza significativa (aree rosse), indicando flussi di energia e momento ascendente e discendente, che influenzano la struttura atmosferica.
• Pannello b: 10 giorni prima dell’SSW, l’intensità e l’estensione della convergenza e divergenza del flusso EP aumentano, soprattutto nelle latitudini superiori, riflettendo un’intensificazione delle interazioni dinamiche tra la stratosfera e la troposfera.
• Pannello c: 5 giorni prima dell’SSW, la convergenza e divergenza raggiungono picchi notevoli, preannunciando cambiamenti significativi nelle condizioni meteorologiche e nella circolazione atmosferica.
• Pannello d: Durante l’SSW, si osserva un marcato aumento della convergenza del flusso EP, suggerendo un forte scambio verticale di energia e momento, che è fondamentale per il culmine dell’evento SSW e le sue implicazioni climatiche.

Questa figura è essenziale per comprendere come le dinamiche del flusso EP e le sue interazioni variano nelle fasi che portano all’SSW e durante l’evento stesso, con impatti diretti sulla stabilità atmosferica e i modelli meteorologici globali.

7. Diagnostica del flusso EP per la propagazione delle SPW

Per analizzare la propagazione delle onde planetarie e l’accelerazione del flusso medio diversi giorni prima e durante gli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW), il flusso di Eliassen-Palm (EP) per l’onda1 e l’onda2 è stato calcolato. Le sezioni trasversali in latitudine-altezza dei vettori del flusso EP (frecce) sovrapposte alla divergenza del flusso EP (colorazione sfumata) per SPW1 e SPW2 sono presentate nelle Figure 13 e 14, rispettivamente. Le figure mostrano che poco prima dell’evento SSW, il flusso EP di SPW1 è rifratto verso le alte latitudini nella stratosfera e infine produce una decelerazione sostanziale del flusso medio alle latitudini medie-alte nella stratosfera superiore. Il flusso EP per SPW2 è più debole e il comportamento è diverso (Fig. 14). Nella stratosfera superiore osserviamo una forte divergenza positiva a latitudine media e il flusso EP è diretto da questa regione verso la regione polare e verso il basso, producendo la decelerazione del flusso medio nelle latitudini medie-alte nella stratosfera inferiore (Fig. 14d). Questo risultato indica che durante gli SSW nella stratosfera superiore a latitudine media abbiamo la sorgente di SPW2, che può essere causata dalle interazioni non lineari di questa onda con altre onde e/o con il flusso medio.

8. Conclusioni

Basandoci sui risultati presentati, le seguenti conclusioni possono essere tratte: Analizzando il flusso medio zonale e la temperatura, in particolare la deviazione standard della variabilità interannuale di questi campi che sono stati mediati per gli anni 1992–2011, è possibile fare un’ipotesi ragionevole che la fase QBO debba essere definita considerando la deviazione del flusso medio zonale dai valori climatici all’altitudine di circa 30 km. Il confronto tra il vento zonale e la temperatura sotto le fasi QBO occidentali e orientali fornisce una visione approfondita del comportamento degli SSW. Gli eventi SSW sono più intensi e/o la frequenza di questi eventi è maggiore sotto la fase QBO orientale.

Per comprendere i processi responsabili dell’inizio e dello sviluppo degli SSW, è importante considerare i processi dinamici nella stratosfera molto tempo prima – almeno 2-3 settimane prima dell’inizio degli SSW, o anche più a lungo.

I processi non lineari stratosferici giocano un ruolo importante nel fornire le condizioni favorevoli per l’inizio degli SSW, o probabilmente innescano l’evento stessi.

La rifrazione meridionale delle onde planetarie verso la regione polare è una delle precondizioni per lo sviluppo degli eventi SSW. Tuttavia, le interazioni non lineari onda-onda e onda-flusso medio possono svolgere un ruolo importante prima e durante gli SSW. Questi processi possono portare all’eccitazione di SPW nella stratosfera superiore.

La definizione di SSW raccomandata dalla WMO può essere riesaminata, almeno per quanto riguarda l’altitudine (ad esempio, questi eventi devono essere osservati a circa 40 km e giudicati in base ai cambiamenti di temperatura, e/o anche più in alto per i ribaltamenti del getto zonale).

La Figura 14 mostra le sezioni trasversali in latitudine-altezza dei vettori del flusso EP (Eliassen-Palm) (rappresentate dalle frecce) sovrapposte alla divergenza del flusso EP (rappresentata con colorazione sfumata) per SPW2 (Seconda Onda Planetaria). Le componenti verticali del flusso EP sono state evidenziate per renderle visibili. Le distribuzioni sono mostrate a 15, 10 e 5 giorni prima dell’evento SSW (pannelli a, b e c, rispettivamente) e durante l’SSW (pannello d).

Analisi dei pannelli:

• Pannello a (15 giorni prima dell’SSW): Si osserva una moderata attività del flusso EP con divergenze leggere prevalentemente nelle regioni equatoriali e sub-equatoriali, indicando una dinamica atmosferica meno intensa.
• Pannello b (10 giorni prima dell’SSW): L’attività del flusso EP aumenta leggermente con una convergenza più visibile, specialmente a latitudini medio-alte, suggerendo un incremento delle interazioni dinamiche nella stratosfera.
• Pannello c (5 giorni prima dell’SSW): L’intensità del flusso EP e della sua divergenza aumenta notevolmente, con zone di forte convergenza che indicano un aumento significativo dell’interazione tra le onde e il flusso medio, preparando il contesto per l’SSW.
• Pannello d (durante l’SSW): Si evidenzia una marcata convergenza del flusso EP, specialmente nelle regioni polari e sub-polari, riflettendo un’intensa attività ondulatoria che può influenzare o innescare l’evento SSW attraverso modifiche significative del flusso atmosferico e della temperatura.

Questa figura è essenziale per comprendere la dinamica e le interazioni del flusso EP con la struttura atmosferica in prossimità e durante un evento significativo come l’SSW, illustrando come le onde planetarie e le loro interazioni con il flusso medio possono influenzare i cambiamenti atmosferici su larga scala.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364682615300341