Un saluto a voi, popolo di NIA.
Insieme agli amministratori del blog abbiamo deciso di ripubblicare le parti più salienti di questo mio lungo articolo, in attesa dell’uscita delle ultime inedite. Infatti, visto il tempo che è passato dall’ultima pubblicazione e vista la complessità dell’articolo, è stato deciso di comune accordo che sarebbe stato meglio riproporre almeno le parti più significative. Questo per consentirvi di ricordare i concetti appresi e di riprendere il filo logico. Le varie parti verranno pubblicate con una cadenza media di una a settimana.
Inoltre vi comunico già da ora che, ultimata la pubblicazione di tutte le parti di questo pezzo, ne uscirà a ruota uno nuovo in cui verranno ulteriormente approfonditi i meccanismi con cui la bassa attività solare influenza l’andamento delle stagioni invernali (e non solo). In quest’occasione verranno anche trattate alcune tematiche molto sentite (es: differenza tra Nino est-Nino ovest) e si prenderà spunto per fare delle riflessioni in merito al prossimo inverno.
Non mi resta che augurarvi una buona lettura.

Nei precedenti appuntamenti abbiamo imparato che l’intensità del Vortice Polare (VP) sia un elemento fondamentale per le sorti degli inverni alle medio latitudini boreali, Europa in particolare. Infatti, in presenza di un Vortice Polare scarsamente disturbato e di un getto polare poco proteso alle oscillazioni meridiane (getto polare tirato), l’Europa si trova in genere ad essere interessata dalla distensione dell’hp oceanico lungo i paralleli. L’oscillazione del getto polare (sviluppo delle onde di Rossby) determina invece la discesa a latitudini più basse dell’aria fredda di origine polare ed il movimento delle perturbazioni extratropicali, la cui formazione è associata all’azione dello Jet Stream.
Soprattutto per ciò che concerne l’evoluzione meteorologica invernale in Europa, la presenza di un VP debole e lento è un elemento necessario per poter assistere ad eventi di freddo importanti .Questo perché in Europa, alla base sia delle discese fredde da nord sia delle retrogressioni gelide da est, vi è sempre la propagazione di onde di Rossby particolarmente lunghe ed ampie (a differenza della est coast statunitense dove, in virtù della particolare configurazione geografica-orografica, anche una modesta oscillazione del getto è in grado di apportare masse d’aria gelida di estrazione continentale).
A sua volta la propagazione di onde planetarie (onde di Rossby) particolarmente ampie (elevazioni degli hp a latitudini polari) avviene solo in presenza di un Vortice Polare molto disturbato. Nello specifico abbiamo visto che la formazione delle onde stazionarie e retrograde (le più lunghe, ampie e dunque le più energetiche) è strettamente correlata alla maggiore debolezza dei forti venti zonali che spirano nell’ambito del Vortice Polare Stratosferico (VPS). Con la propagazione dell’onda poi, la debolezza in seno al VPS si trasferisce anche alle quote troposferiche, coinvolgendo dunque il Vortice Polare Troposferico. Inoltre detto meccanismo (propagazione dell’onda planetaria), può portare in alcuni a frangenti allo sviluppo di fortissimi e repentini riscaldamenti all’interno dello stesso VPS (stratwarming), i quali possono essere la causa di eventi di freddo epocale alle medie latitudini boreali (in generale gli stratwarming aumentano notevolmente le probabilità di eventi di freddo intenso alle medio-basse latitudini).
Posto dunque che il Vortice Polare Stratosferico (VPS) ricopra un ruolo fondamentale per le sorti degli inverni boreali alle medio-basse latitudini (Europa in primims), nella precedente Parte III abbiamo visto come, l’intensità del VPS stesso, sia governata dall’attività solare per mezzo di una particolare circolazione stratosferica meridiana in grado di connettere direttamente le regioni equatoriali a quelle polari (Brewer Dobson Circulation ). Nello specifico abbiamo visto come, il segnale indotto dalla bassa attività solare, sia in grado di rafforzare ingentemente l’intensità di detta circolazione, portando così ad un incremento delle temperature e della concentrazione di ozono in seno al Vortice Polare Stratosferico (VPS). Tale situazione è in grado di allontanare il VPS dal proprio equilibrio radiativo e di renderlo più lento e disturbato e pertanto soggetto all’azione forzante troposferica associata all’espansione delle onde planetarie. Per mezzo di tale circolazione l’attività solare è in grado dunque di controllare l’intensità del Vortice Polare e di conseguenza l’evoluzione meteo invernale alle medio-basse latitudini boreali.

La presente figura schematizza l’azione della Brewer Dobson Circulation (BDC).

Tuttavia ci eravamo lasciati dicendo che, la bassa attività solare, diviene estremamente efficace nel modulare la BDC e quindi le caratteristiche del Vortice Polare, solo in presenza di alcune condizioni esterne. Infatti, la capacità del sole di modulare l’intensità del VP e dunque le caratteristiche del clima alle medio-basse latitudini boreali, dipende fortemente da due fenomeni: la Quasi Biennal Oscillation (QBO) ed il ciclo ENSO. Riprendiamo ora questo discorso.
Anche se i due fenomeni (QBO ed ENSO), come vedremo più avanti, sono in qualche legati tra loro, procederemo analizzandoli separatamente. In particolare, nella presente Parte IV, ci dedicheremo allo studio della QBO e delle modalità con cui essa riesca ad interagire con il segnale indotto dall’attività solare.

Quasi Biennal Oscillation: Si tratta di un indice che serve per qualificare e quantificare la circolazione zonale stratosferica che caratterizza la stratosfera equatoriale. Infatti al di sopra della fascia equatoriale, nello strato posto tra i 18 e i 30 km di altitudine, la circolazione zonale stratosferica ha una sua periodicità quasi biennele (28-29 mesi circa), con venti orientali (antizonali) per 13 mesi circa, seguiti poi da venti occidentali. Convenzionalmente la QBO negativa (preceduta dal segno meno) indica la circolazione esterly, mentre i valori positivi di QBO rappresentano la circolazione westerly. In entrambi casi il modulo della QBO (valore assoluto) è indice dell’intensità dei venti. Esistono diversi tipi di QBO, a seconda della fascia atmosferica in cui si registrano i venti. I due più importanti valori fanno riferimento alle altezze stratosferiche di 30 hpa (QBO a 30 hpa) e di 50 hpa (QBO a 50 hpa). I venti più intensi, fino a 40-50 m/s, si verificano a quote elevate (intorno ai 20 hpa). I venti, occidentali o orientali che siano, iniziano a manifestarsi in alto (10 hpa) per poi propagarsi gradualmente verso il basso (è per tale ragione che il cambio di segno si registra sempre prima nella QBO a 30 hpa). Dunque sulla stratosfera equatoriale si ha una circolazione variabile di tipo semi-periodico, a differenza di quanto avviene nella stratosfera polare dominata costantemente da una circolazione di tipo zonale (salvo rare eccezioni associate come si è visto agli episodi più violenti di stratwarming).

Venendo a ciò che è di nostro interesse, in seguito all’attività svolta da diversi centri di ricerca, è stata messa in luce la capacità che ha il regime dei venti stratosferici equatoriali (QBO), di alterare l’intensità dell’attività convettiva in sede equatoriale e dunque la velocità di trasporto verso l’alto (stratosfera) dell’aria umida ricca di vapor acqueo. Ad esempio, gli studi condotti dai professori Christopher C. Collimore del “Department of Atmospheric and Oceanic Sciences, University of Wisconsin”, David W. Martin dello “Space Science and Engineering Center, University of Wisconsin” e Duane E. Waliser dell’“Institute for Terrestrial and Planetary Atmospheres, State University of New York” hanno evidenziato come, durante l’inverno boreale, la fase orientale della QBO migliora l’attività convettiva, in particolar modo nelle regioni tipicamente occupate dalla convenzione profonda.
Diversi anni dopo, studi condotti in merito alle relazioni tra clima terrestre ed attività solare, hanno rilevato che la bassa attività solare è in grado di rafforzare enormemente la capacità della QBO orientale (QBO-) di aumentare l’attività convettiva nelle regioni già di per sé occupate dalla convenzione profonda e, soprattutto, di incrementare considerevolmente le quantità di aria umida e ricca di vapor acqueo e di altri traccianti che, attraversando la troposfera, penetrano nella bassa stratosfera equatoriale. Nello specifico è stato dimostrato come, in presenza di scarsa attività solare, i venti stratosferici equatoriali orientali (QBO negativa) siano associati ad un eccezionale (anomalo) innalzamento della tropopausa equatoriale. Tale fenomeno produce un forte aumento delle quantità di vapor acqueo che attraversano la tropopausa equatoriale, portando ad un deciso raffreddamento della stessa. Ciò causa uno straordinario rafforzamento della BDC che, come visto, comporta un indebolimento nonchè un rallentamento del VPS e dunque dell’intera struttura del VP. In questo modo dunque, il segnale trasmesso dall’attività solare si trasferisce dalla stratosfera equatoriale a quella polare. Tra questi studi ricordiamo quelli portati a termine da Baldwin e Dunkerton della “Northwest Research Associates”, da Yuhji Kuroda del “Meteorological Research Institute of Tsukuba (Giappone)”, dai Professori Salby e Callaghan dell’ “University of Colorado, USA” e dai celebri ricercatori Soukharev and Hood.

Lo schema sopra riportato riassume il fenomeno descritto: l’attività solare esaspera il meccanismo che in fase di QBO- negativa porta ad un innalzamento e ad un raffreddamento della tropopausa equatoriale (la linea grigia rappresenta la posizione della tropopausa). Ciò porta ad un eccezionale aumento dell’intensità e della velocità della BDC.

È chiaro dunque che la QBO ricopre un ruolo fondamentale nell’azione modulante svolta dall’attività solare nei confronti del Vortice Polare.
La spiegazione teorica appena fornita può essere inoltre integrata con un indagine puramente statistica: le reanalisi meteo degli inverni passati evidenziano come, il connubio bassa attività solare/QBO negativa, sia sempre in grado di produrre inverni “eccezionali” nell’ambito dell’emisfero nord, Europa in particolare. Saprete benissimo, cari lettori, che le parole “sempre” , “sicuro”, “certo” ecc.. sono rigorosamente bandite dal vocabolario della meteorologia, ma in questo caso possiamo fare un eccezione. Si può infatti asserire che, in presenza di bassa attività solare e QBO negativa, le probabilità che si verifichino eventi meteo considerevoli per via di un il Vortice Polare invernale eccezionalmente disturbato rasentano la certezza matematica (100%).
Per via dell’intensa attività solare che ha contraddistinto gli ultimi decenni, gli inverni che hanno potuto beneficiare dell’ “accoppiata magica” si sono potuti contare sulla punta delle dita. Tuttavia, ogni qual volta essa si sia verificata, gli inverni a scala europea (e non solo) sono risultati estremamente interessanti se non eccezionali. Tra questi ricordiamo gli inverni del 63, 85, 87, 96, 2006, 2009/2010 ed il dicembre 2010. Praticamente, al di fuori del solo inverno del 1975, tutti gli inverni della storia moderna caratterizzati dal connubio bassa attività solare/QBO negativa sono risultati eccezionalmente freddi alle medie latitudini, con particolare riferimento al continente europeo. Nell’ambito di una scienza “eccezionalmente aleatoria” qual’è la meteorologia, è questo un risultato a dir poco sbalorditivo.

La carta mostra l’anomala situazione a livello emisferico registrata nel giorno 16 dicembre 2010. A metà dicembre, ovvero in un periodo dell’anno in cui il VP si presenta solitamente compatto, esso risulta completamente frantumato in diversi lobi. Quest’ultimi possono discendere senza problemi alle medie latitudini, determinando situazioni di gelo estremo in diversi luoghi dell’emisfero nord. In particolare, il lobo presente a nord del Regno Unito nei giorni seguenti si troverà ad investirlo completamente, facendo registrare in queste zone uno degli eventi meteo più estremi di sempre.
Tale carta ritrae perfettamente le incredibili potenzialità dell’accoppiata bassa attività solare/QBO negativa.

Come sopradetto, a causa della forte intensità solare che ha contraddistinto con continuità tutta la seconda metà del XX sec., l’eccezionale accoppiata bassa attività solare/QBO- si è potuta verificare solo in un numero molto limitato di anni. In seguito (nelle ultime due Parti VI e VII) cercheremo di ricostruire le conseguenze climatiche a larga scala che un fortissimo aumento della frequenza di detta accoppiata può avere sull’intero emisfero boreale. Tale situazione si è infatti presentata durante gran parte della Piccola Era Glaciale (PEG).
Nella prossima Parte V ci occuperemo invece delle conseguenze che il ciclo ENSO, in accordo sempre con il segnale indotto dalla bassa attività solare, ha sulle dinamiche invernali dell’emisfero settentrionale.

Riccardo