Riscaldamenti improvvisi stratosferici (SSWs) sono una caratteristica onnipresente del flusso invernale nell’emisfero settentrionale. Scoperto più di 60 anni fa (Sherhag, 1952) quando le osservazioni radiosonde hanno cominciato a fornire osservazioni di routine ad altitudini superiori a 20 km sopra la superficie della terra, questi eventi prendono il loro nome da un rapido aumento della temperatura di diverse decine di gradi Kelvin in pochi giorni nelle alte latitudini settentrionali. Dalla scoperta iniziale di questo riscaldamento, osservazioni radiosonde di routine e set di dati satellitari sono stati utilizzati per costruire un quadro abbastanza completo della natura dinamica di questi eventi, che sono causati dalla propagazione e l’evoluzione del moto ondoso su scala planetaria nella troposfera e nella stratosfera. Un grande evento SSW in pieno inverno si verifica quando le temperature stratosferiche polari aumentano di almeno 25 gradi Kelvin in una settimana, e il vento zonale zonale-medio o vicino a 10 hPa (a circa 30 km di altitudine) inverte la direzione e diventa a nord est di 60 ° N. Le ricerche hanno portato ad una buona documentazione sulla frequenza e la stagionalità degli improvvisi riscaldamenti: poco più della metà degli inverni dal 1960 hanno sperimentato un evento di riscaldamento in gennaio o in febbraio (ad esempio, Charlton e Polvani, 2007). L’evento ai primi di gennaio 2013 non è così atipico, ma, come tutti questi eventi, ha caratteristiche dinamiche uniche in termini di sviluppo e di interazione con il flusso troposferico.

I recenti progressi nell’analisi GEOS-5 e sistema di previsione presentano una opportunità unica per esaminare l’evento SSW di gennaio 2013 ad un livello di dettaglio che non era possibile solo pochi anni fa. La configurazione del GEOS-5 atmosferica modello di circolazione generale (AGCM) qui utilizzato ha 72 strati che si estendono dalla superficie della terra fino a 0,01 hPa, o circa 80 km di altitudine, nella mesosfera superiore. Radiance osservazioni dai satelliti assimilati nel sistema GEOS-5 prevedono vincoli meteorologici di analisi fino a circa 50 chilometri, vicino alla stratopausa. Inoltre, l’analisi di GEOS e l’assimilazione avviene attualmente eseguito su una griglia orizzontale con punti ogni 0.25 ° in latitudine e 0,3125 ° in longitudine.

Figura 1.

Distribuzione dei EPV a 7 hPa il 24 dicembre 2013, prima del vento si è verificato. Il campo è EPV dal sistema GEOS-5 assimilazione dei dati, e mostra EPV nei potenziali unità di vorticità (PVU, 10 ^-6 K Kg ^-1 m ² s ^-1). L’ombreggiatura indica le regioni di alta EPV, tipica del vortice polare, in bianco, e le regioni a bassa EPV, tipica di masse d’aria tropicali, in tonalità più scure

Figura 2.

Come mostra la Figura 1, ma per il 7 gennaio 2013, che mostra la ripartizione del vortice polare in tre vortici più piccoli.

La figura 1 mostra la mappa di vorticità potenziale di Ertel (EPV), una misura della rotazione del flusso che prende anche la rotazione della Terra e stabilità statica in considerazione, a 7hPa (circa 35 km di altitudine) il 24 dicembre 2012. Le regioni profonde bianco rappresentano un’alta EPV e rappresentano un forte, allungato del vortice polare sull’Europa settentrionale e Asia, con una “coda” di aria convogliata dal vortice principale, che si avvolge intorno alle latitudini settentrionali e circoscritto il palo. Nei giorni successivi, le analisi di GEOS-5 hanno mostrato il vortice di distorsione e di rottura, coincidente con l’aumento delle temperature polari a 10 hPa. Entro 7 Gennaio 2013, il taglio del vortice polare originale dai venti ha generato tre piccoli vortici, interconnessi (Figura 2), che si trova sopra il Canada, nel nord Eurasia e Siberia nordorientale. Il 14 gennaio, il più debole di questi vortici (sopra la Siberia) è scomparso (vedi figura 3). In questo momento, il vortice si trova sopra il Canada era più forte della coppia, ma con bassi valori di EPV rimanente sul polo, la stratosfera alle alte latitudine era ancora su un caldo molto anomalo. Un ulteriore allungamento e tranciatura dei vortici si è poi verificato, ed ha portando ad una situazione con dei vortici polari non ben formati per diversi giorni.

Il 22 gennaio, come visibile in figura 4, il flusso sembrava riorganizzazione, con uno sviluppo di una ampia regione di circolazione ciclonica vicino al polo.

Figura 3.

Come mostra la Figura 1, ma per il 14 gennaio 2013, con un grande vortice si è formano sopra il Canada.

Figura 4.

Come mostra la Figura 1, ma per 22 gennaio 2013, in questa analisi si mostra lo sviluppo di un ampio flusso ciclonico, probabilmente a significare la formazione di un nuovo vortice polare e la fine dell’evento.

L’animazione di questi dell’emisfero settentrionale campi EPV dalle GEOS-5 analisi atmosferiche mostra l’evoluzione di questo importante SSW di gennaio 2013. Il film inizia a metà dicembre 2012 e prosegue attraverso le varie fasi della manifestazione del riscaldamento, fino alla fine di gennaio. L’animazione include un fotogramma, ogni tre ore di assimilazione di GEOS-5. Cominciando a metà dicembre, a bassa aria EPV (colore scuro) può essere visto in arrivo da latitudini più basse e di essere trascinato nel flusso polare, generando una circolazione anticiclonica che interrompe il vortice polare. Evidente l’animazione sono la distorsione vortex prima il riscaldamento e la ripartizione associato al cambiamento di direzione del vento intorno al 6 gennaio, quando l’evento è stato ufficialmente classificato come uno dei principali SSW. Visto anche la successiva natura instabile del flusso nei giorni successivi, che rimasero fortemente disturbati, fino alla fine di gennaio.

Animazione: GEOS-5 analisi della distribuzione delle EPV (in PVU) nell’emisfero settentrionale. Dalle 00Z del 15 dic 2012 alle 21Z del 28 gennaio 2013. Come nelle altre figure EPV qui presentati, le sfumature più chiare rappresentano le regioni ad alta EPV, mentre le tonalità più scure rappresentano le regioni a basso EPV.

http://gmao.gsfc.nasa.gov/researchhighlights/SSW/epv_7mb_20121215_20130128.m4v

Insieme con le quattro analisi quotidiane, due previsioni a cinque giorni, inizializzate a 00Z e 12Z, sono state prodotte utilizzando il GEOS-5 AGCM. La valutazione di queste previsioni nella stratosfera ha rivelato che GEOS-5 era in grado di predire l’insorgenza e l’evoluzione della manifestazione SSW bene, anche catturando i modelli di flusso distorti con una certa precisione fino a quattro-cinque giorni di anticipo. Ad esempio, la previsione di cinque giorni lanciata il 2 gennaio 2013 alle 12Z, ha cominciato a visualizzare il cambiamento sostanziale nel vento e la temperatura nella stratosfera superiore. Tale previsione ha previsto che entro il 7 gennaio, la temperatura nella stratosfera polare a 10hPa, aumentasse di oltre 40 gradi Kelvin, ed i venti alle alte latitudini che avrebbero potuto invertire la direzione. Come si può vedere nella serie temporale in Figura 5, questa previsione è stata verificata, e nella sezione a 10 hPa temperatura a latitudini polari dal GEOS-5 analisi mostra che il modello era in grado di prevedere l’aumento delle temperature stratosferiche polari molto realisticamente . Inoltre, il profilo di previsione a 60 ° N corrisponde esattamente al profilo di analisi nella stratosfera e i venti a 10hP mostrano una buona concordanza tra le previsioni e l’analisi allo stesso tempo (vedere Figura 6) .

Figura 5.

Serie temporale osservata (quadrati rossi) e di previsioni a cinque giorni (quadrati blu) di temperatura, in Kelvin, a 10 hPa nelle latitudini polari. Ogni linea grigia tracciata collega un’analisi (quadrato rosso) alla previsione (quadrato blu) è inizializzato cinque giorni prima.

Figura 6

Sezione della previsione (blu) e le analisi osservazionali (rosso e verde) delle temperature stratosferiche (K, sinistra) e venti zonali (m/s, al centro), e il profilo dei venti zonali (m/s, a destra ) 12Z del 2 Gennaio 2013 (condizioni degli spettacoli di pre-riscaldamento) e i venti e temperature 12Z del 7 gennaio 2013 mostrano che la previsione 12Z del 2 gennaio, con 5 giorni di anticipo ha lavorato molto bene. Si noti la scala logaritmica alla destra.

Coerentemente con SSWs, GEOS-5 meteorologiche anche che il vortice polare potrebbe rompersi, e la previsione di cinque giorni valido 12Z del 7 gennaio predetto che i tre vortici più piccoli visto nelle analisi in quel momento formerebbero. I vortici di previsione formate vicino a dove sono apparsi nelle analisi, ed erano molto simili nella forma a quelli osservati. L’eccezione è il vortice eurasiatico, che, come si vede nella Figura 7, era più allungata in realtà quanto non fosse in previsione di cinque giorni. Nella Figura 8, la previsione di cinque giorni di EPV valido 12Z del 14 gennaio raffigura due vortici, la più grande e più forte delle quali è il Canada. Questa previsione è anche molto simile all’analisi dello stesso tempo, se il vortice più piccolo è più debole nell’analisi, e leggermente ovest della sua posizione previsione. La previsione di cinque giorni valido 12Z del 17 gennaio (vedi Figura 9) mostra che GEOS-5 è stato in grado di prevedere che il flusso stratosferico nei poli era ancora in movimento, come l’aria EPV inferiore può essere visto entrare il flusso e disturbare l’ grande vortice che si era formata sul Canada.

Figura 8.

Come in figura 1, per il 14 gennaio 2013. GEOS-5 analisi a sinistra, e la previsione di cinque giorni a destra.

A causa dei tempi di questo grande evento di riscaldamento all’inizio del gennaio del 2013, vi è ampio spazio per un vortice polare per ristabilire nella regione polare, con un ritorno alle basse temperature si avvicinano al palo. Anche se le previsioni di GEOS-5 di cinque giorni, a partire dal 25 gennaio 2013, ancora prevedono un modello di flusso disturbato alle alte latitudini nella stratosfera, stanno cominciando a mostrare la ricostruzione di un vortice polare ad altitudini più elevate. Un raffreddamento lento insieme con la creazione di un nuovo vortice polare sono caratteristiche tipiche di SSWs a metà inverno.

Figura 9. Come in figura 1, per il 17 gennaio 2013. GEOS-5 analisi a sinistra, e la previsione di cinque giorni a destra.

In sintesi, la risoluzione del quarto grado di GEOS-5, analizzate raffigurano la distorsione e la ripartizione del vortice polare stratosferico, nel gennaio del 2013, ha un grado di dettaglio che non ha precedenti. La precisione delle analisi e l’integrità del sottostante modello GEOS-5 portano ad una previsione di successo di questo evento SW fino a cinque giorni di anticipo, con lo spostamento iniziale del vortice seguito dalla sua ripartizione dinamica in tre vortici più piccoli. Le routine previsionali di GEOS-5 attualmente finiscono a cinque giorni, quindi questo lavoro suggerisce che le estensioni al di fuori di 10 giorni offrirebbero valore per gli studi futuri della stratosfera.

Riferimenti:

Charlton, AJ, e LM Polvani, 2007: Un nuovo sguardo ai Warming improvvisi stratosferici. Parte 1:. Climatologia e modellazione Benchmark J. Clima, 20, 449-469

Fonte : http://gmao.gsfc.nasa.gov/researchhighlights/SSW/

Michele