Prima di analizzare la stratosfera, risulta fondamentale capire la suddivisione dell atmosfera terrestre.
L’atmosfera terrestre si suddivide convenzionalmente in diversi strati con comportamento fisico diverso l’uno dall’altro. La suddivisione viene effettuata in base all’andamento della temperatura con la quota. Come mostrato in figura 1, il primo strato partendo dalla superficie e la troposfera, che si estende fino ad un’altezza di 10-18 km dal suolo in base alla latitudine del luogo (lo spessore `e minore ai poli e maggiore all’equatore); in questo strato si concentra circa l’85 % dei gas atmosferici e i 3/4 della massa dell’intera atmosfera. In troposfera la temperatura diminuisce con la quota fino ad un minimo di circa -60 C° alla tropopausa. Questo andamento della temperatura `e dovuto al fatto che in questo strato il meccanismo principale di riscaldamento `e tramite il calore emesso dalla superficie sotto forma di raggi infrarossi. Pertanto, il gradiente di temperatura (∇T) `e minore di zero, rendendo lo strato dinamicamente instabile. La troposfera, infatti, `e lo strato di atmosfera in cui avvengono i fenomeni meteorologici; i moti orizzontali e verticali
dell’aria assicurano il continuo rimescolamento dei gas garantendo la costanza della composizione chimica.. La tropopausa `e quella linea immaginaria di separazione tra la troposfera e la stratosfera dove avviene una repentina inversione del gradiente di temperatura; in stratosfera, infatti, hanno luogo dei meccanismi specifici che portano all’aumento della temperatura con la quota fino ad un massimo di circa -10 – 0 C° alla stratopausa. Per questo motivo in stratosfera i moti verticali sono piuttosto deboli e il rimescolamento dei gas molto lento, portando percio ad una stratificazione stabile, da cui il nome. Oltre la stratopausa, localizzata attorno ai 50 km di altezza, si sviluppa la mesosfera. In questo strato la temperatura riprende a diminuire con la quota fino ad un minimo di -90 C° attorno ai 90 km. Questa diminuzione di temperatura ha luogo a causa del venir meno, a queste quote, dei meccanismi di riscaldamento attivi in stratosfera. Successivamente, nella termosfera, la temperatura riprende ad aumentare, raggiungendo i 1000 C° a 300 km e valori molto più elevati a quote maggiori.
La stratosfera è quella parte di atmosfera che sovrasta lo strato inferiore in cui prendono luogo le vicende meteorologiche, la troposfera, differenziandosi da essa per composizione chimica e caratteristiche fisiche. La superficie di suddivisione tra i due strati, la tropopausa, è quella superficie di altezza variabile tra i circa 8 Km sopra i poli, e i 20 Km sopra l’equatore, in cui si inverte il gradiente termico verticale della troposfera (mediamente pari a – 6.5°/1000m) stabilizzandosi intorno ai -60°. Pertanto in stratosfera la temperatura aumenta leggermente con la quota e la modalità di trasmissione del calore per convezione non può avvenire, eccetto che in casi particolari. Questo aumento è legato a fenomeni chimici come quelli di dissociazione delle molecole di ozono e di ossigeno esposti alla radiazione solare. L’interesse per le analisi delle carte sinottiche stratosferiche risiede nel loro impatto sulle vicende meteorologiche durante l’inverno boreale. In questa stagione infatti l’interazione tra stratosfera e troposfera avviene in entrambe le direzioni e questi eventi influenzano la circolazione emisferica boreale alle più alte latitudini in accordo al Northern Annular Mode (NAM). La sua modalità positiva è associata ad una circolazione prevalentemente zonale alle medio-alte latitudini mentre, all’opposto, una modalità negativa è associata prevalentemente ad una circolazione antitetica alle latitudini artiche (antizonale) con frequenti break della corrente ondulata occidentale ed insorgenza di blocchi alla circolazione zonale. Le superfici isobariche della stratosfera variano dai circa 100 hPa, dello strato sopra la tropopausa, a 1 hPa (circa 50 Km di altezza). Per bassa stratosfera si intende lo strato più vicino a quello in cui avvengono i fenomeni meteorologici, fino alla superficie isobarica di 50hPa. Questa area di maggiore densità opera come un filtro tra i fenomeni che avvengono in alta (1 /5 hPa) o media stratosfera (10/30 hPa) e l’atmosfera a noi più vicina, condizionando spesso l’inverno meteorologico.
Il vortice polare stratosferico è un forte vento zonale che ruota attorno al Polo Nord tra fine autunno e inizio primavera isolando l’aria fredda polare da quella calda delle medie latitudini, la cui variabilità è controllata principalmente dalla propagazione verticale di onde planetarie provenienti dalla troposfera che rallentano il vento zonale stratosferico.
Il vortice polare stratosferico ha raggiunto la sua massima intensità intorno alla metà febbraio . Ora i modelli vedono un progressivo calo della velocità dei venti zonali. Come ben sappiamo, In primavera la grande quantità di ozono e la maggiore incidenza delle radiazioni solari tendono a far scomparire il “buco” sopra l’artico. Dunque a fine periodo vi è un’area con elevate quantità di ozono responsabile del riscaldamento della stratosfera artica che legata ad altri fattori, come la decelerazione zonale dei venti stratosferici, fa sì che si sviluppi un anticiclone stratosferico boreale. All’opposto, la minore incidenza dei raggi solari in autunno inizia a ridurre drasticamente le reazioni chimiche che inducono un riscaldamento della stratosfera boreale. La ripresa autunnale della circolazione zonale unita alla presenza di un’area centrale in raffreddamento segna la nascita del vortice polare stratosferico.
https://acd-ext.gsfc.nasa.gov/Data_services/Current/seasonal_strat/seasonal_strat.html
Il 15-16 febbraio l’indice NAM ha raggiunto il più alto valore da quando viene osservato in maniera sistematica (1958): +3.8. Il precedente record risale a 2 anni fa, +3.7 il 19 febbraio 2020. (fonte lamma)
L’indice NAM (inglese: North Annular Mode) è un indice descrittivo che fa parte delle teleconnessioni atmosferiche. È riferito a tutte le quote troposferiche e stratosferiche, quindi monitora i geopotenziali e conseguentemente anche le condizioni termiche di tutta la colonna d’aria, dal livello del mare all’alta stratosfera. È strettamente correlato all’indice AO (inglese: Artic Oscillation) che è però riferita solo al livello del mare; difatti al livello del mare (quota di 1000 hPa) NAM e AO coincidono. Lo studio dell’indice NAM è finalizzato a valutare la forza del vortice polare, molto importante per le influenze sul clima planetario, in particolare invernale. Esso è una sorta di Arctic Oscillation (AO-Arctic Oscillation ) riferita non solo al livello del mare, ma a tutta la colonna d’aria sovrastante, fino in alta Stratosfera. Alla 1000 hPa il NAM coincide con l’AO. l’indice AO difatti rileva la differenza di pressione al livello del mare, mentre l’indice NAM comprende tutte le quote, dal suolo fin entro la stratosfera. L’indice NAM è un buon mezzo per conoscere pertanto la forza del vortice polare alle quote stratosferiche.L’indice NAM come l’indice AO presenta una “fase positiva” e una “fase negativa”. La fase positiva è caratterizzata da un gradiente positivo ovvero alti geopotenziali alle medie latitudini e bassi alle latitudini polari. Presenza di aria molto fredda in stratosfera. Questo fenomeno è spesso indicato come stratcooling. Il vortice polare stratosferico è quindi particolarmente profondo e attivo, mentre la fase negativa è caratterizzata da gradiente negativo ovvero bassi geopotenziali alle medie latitudini e alti nelle regioni polari. Presenza di aria calda in stratosfera; spesso determinato da riscaldamento stratosferico, ovvero improvvisi surriscaldamenti dell’alta stratosfera anche di 70 °C. Il vortice polare stratosferico è quindi destabilizzato.Qualora in Stratosfera, alla quota isobarica di 10 hPa si raggiunge un valore in scala di -3, si è in presenza di riscaldamento stratosferico e quindi anomalia positiva di geopotenziale a quella quota. In questo caso ha una fortissima destabilizzazione del vortice polare troposferico, che può apportare fenomenologie perturbate gelide anche alle medie latitudini, per un periodo che può protrarsi fino a 60 giorni.
Al contrario qualora in stratosfera, alla quota isobarica di 10 hPa si raggiunga un valore di +1.5 siamo in presenza di forte raffreddamento stratosferico con anomalia negativa di geopotenziale a quella quota. Il vortice polare stratosferico appare particolarmente forte e compatto per un periodo che si può protrarre fino a 60 giorni.
Il superamento della soglia del NAM ha sicuramente ripercussioni sulla stabilità e sulla compattezza del vortice polare stratosferico.
Dalle osservazioni si determina poi il grado di coupling, ovvero l’accoppiamento tra il vortice polare stratosferico e quello troposferico. Nel caso di coupling forte si hanno ripercussioni sull’indice AO e quindi, nel caso di indice AO positivo:
- si ha un vortice polare particolarmente attivo che spinge le correnti occidentali in modo particolarmente forte; queste risultano tese, poco ondulate e ciò limita gli scambi di calore tra le alte e le basse latitudini. Il freddo viene concentrato alle alte latitudini e in particolare sull’Europa dominano le miti correnti atlantiche occidentali.
nel caso di indice AO negativo:
- Il vortice polare si scinde in due (“bilobazione” del vortice polare) o anche tre parti (“trilobazione” del vortice polare). Detto fenomeno è conosciuto col nome di splitting del vortice polare. Si nota una migrazione verso sud delle parti del vortice polare, conseguenza anche di una risalita a nord dell’anticiclone fin sulle isole Aleutine (in gergo meteorologico fenomeno detto Wave1) sull’oceano Pacifico e dell’anticiclone delle Azzorre (in gergo meteorologico Wave2) in oceano Atlantico.
Il graduale indebolimento del vortice polare stratosferico andrà a favorire maggior dinamicità atmosferica e un possibile generale abbassamento delle temperature sulla penisola nei prossimi giorni anche se in un contesto caratterizzato da poche o scarse precipitazioni .
Questo cambiamento sarà dettato dalla minore incidenza del vortice polare che come detto sopra andrà gradualmente perdendo di forza favorendo in tal modo maggiori scambi meridiani e una maggiore propensione delle strutture anticicloniche di erigersi in direzione delle alte latitudini .Una ripresa degli scambi meridiani significa che l’atmosfera non sarà più costretta a giocare lungo i binari della zonalità, cioè di una circolazione occidentale dei venti d’alta quota, bensì da una dinamica plasmata da maggiori scambi meridiani.
