La fase finale di questa stagione invernale è stata segnata in troposfera dal trasferimento di quanto accaduto nello strato immediatamente superiore – la stratosfera – quando la stagione era in effetti appena iniziata. Un imponente warming stratosferico del quale abbiamo parlato in più di una occasione su queste pagine, in conseguenza del quale abbiamo riscontrato un notevole interesse ed un rinnovato entusiasmo per lo studio, la comprensione e l’interpretazione di questo particolare e relativamente raro evento. Molto spesso nel passato, al verificarsi di questi eventi sono seguite delle significative irruzioni di aria di origine artica nelle medie latitudini dovute a flussi marcatamente meridiani sull’area continentale europea, sul Mediterraneo e quindi anche sull’Italia.
La storia di questi eventi è in effetti piuttosto breve, le prime misurazioni stratosferiche non sono più vecchie di mezzo secolo, infatti i dati disponibili coprono soltanto il periodo che va dal 1958 ai giorni nostri. In questi cinquant’anni sono stati osservati venticinque episodi di SSW (Stratospheric Sudden Warming). Individuare quali fattori ne possano costituire l’origine non è semplice e, sin qui, il livello di comprensione scientifica del fenomeno è ancora piuttosto basso.
Nel tentativo di esperire un indagine con approccio sperimentale, abbiamo provato a rivolgere la nostra attenzione verso fattori di forcing esogeni al sistema Terra , ma non certo al sistema clima nel suo complesso, provando la strada della correlazione dell’attività magnetica solare, espressa in numero di macchie solari SSC (Sun Spot Cycle) con il numero dei SSW. A tale scopo nella fase iniziale è stato necessario filtrare i vari dati attraverso l’uso delle medie mobili per cinque periodi per quanto concerne l’attività solare e per tre periodi per quanto concerne il numero degli SSW. In questo modo sono state soppresse tutte le piccole oscillazioni ed è stato messo in maggiore risalto l’andamento portante delle due variabili esaminate.
La trasposizione grafica delle due matrici di dati ci permette di fare alcune riflessioni, tuttavia, come sottolineato in apertura è doveroso sottolineae che la serie dei dati è decisamente breve per fornire un’immagine completa ed affidabile.
Le curve presenti in questa immagine rappresentano rispettivamente:
- Il segnale dell’attività solare espressa in numero di macchie (giallo)
- Il segnale di SSW rilevati dal 1958 ad oggi (viola)
 
Le curve presenti in questa immagine rappresentano rispettivamente:
- Andamento di tendenza dell’attività solare (rosso)
- Andamento di tendenza dei Stratospheric Sudden Warmings (blu)
- Il segnale dell’attività solare espressa in numero di macchie (giallo)
- Il segnale di SSW rilevati dal 1958 ad oggi (viola)
Le curve presenti in questa immagine rappresentano rispettivamente:
- Il numero medio di SSW nell’intero periodo (celeste)
- Il numero medio di SSW nei periodi compresi dal 1958 al 1984 e dal 1985 al 2009 (verde)
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Dall’analisi dei dati e delle immagini è possibile trarre alcune conclusioni.
E’ visibile una correlazione positiva tra la curva dell’attività solare e del numero di SSW. In particolare si riscontra come tali eventi abbiano una frequenza di occorrenza maggiore attorno ai massimi dell’attività solare. Il picco di SSW è raggiunto con un certo anticipo rispetto al picco dell’attività solare e, analogamente, il picco negativo viene raggiunto qualche tempo prima del minimo solare. La frequenza di SSW si riduce vistosamente a partire dalla fine degli anni ’80.
Dalle matrici di dati è stato inoltre possibile ricavare il valore medio di eventi di SSW sull’intero periodo, una frequenza di occorrenza pari a 0,56 eventi/anno. Escludendo i dati iniziali e finali delle due matrici, perché troppo al contorno dati e quindi maggiormente sensibili ad errori di analisi, abbiamo meglio fissato la nostra attenzione al periodo compreso tra il 1961 e il 2006. Il dato che desta maggiore sorpresa è individuabile sulla netta discontinuità avvenuta dopo il 1984 e che ha praticamente contraddistinto quasi interamente gli anni ’90 e gli anni 2000 ad eccezione del breve periodo compreso tra 1998 e il 2002.
Il livello di comprensione scientifica piuttosto basso e la brevità delle serie di dati disponibili in ordine a questi eventi rendono quanto mai difficoltoso ipotizzare una spiegazione a questa evidente discontinuità . Tuttavia è possibile procedere ad alcune osservazioni.
Dall’analisi dei dati si evince che il picco del numero medio massimo - circa 1,15 eventi/anno – di SSW si realizza lungo la fase crescente dell’attività solare verso i massimi solari e con numero di macchie mediamente pari o inferiore a circa 90-100. Tale numero diminuisce portandosi ad una media di circa 0,85 eventi/anno quando l’attività solare supera le 100-120 macchie. Ovvero, un Sole troppo attivo sembra vada ad inficiare i meccanismi di formazione dei SSW. A questo punto non possiamo trascurare l’ipotesi per la quale i meccanismi sia fotochimici di formazione e distruzione dell’ozono che del suo trasferimento dalle zone tropicali a quelle polari, direttamente connesse alle emissioni ultraviolette, influenzino negativamente o addirittura inibiscano la genesi ed evoluzione degli SSW. Se ne deduce che probabilmente ad una componente intrinseca dell’atmosfera atta alla formazione di forcing troposferici, quali quelli evidenziatisi alla fine del dicembre 2008 e direttamente connessi con l’evoluzione meridiana delle onde planetarie, si modula una componente propria della stratosfera che la rende più o meno predisposta a generare più o meno intensi SSW. Ovviamente questa è una ipotesi che ha bisogno di ulteriori approfondimenti ma che può essere una buona base di partenza per cercare di comprendere questo importante fenomeno.
L’attività solare sembrerebbe quindi modulare in frequenza e in ampiezza i SSW. Infatti guardando le linee di tendenza del numero dei vari eventi e dell’attività solare notiamo proprio come gli eventi di warming stratosferici siano più frequenti e di numero medio maggiore nei periodi in cui l’attività solare presenta un numero di macchie inferiori a 100 e viceversa, minore, quando queste ultime superano tale soglia.
La correlazione tra l’attività solare e le dinamiche stratosferiche è stata del resto investigata autorevolmente in più occasioni. In uno studio portato a termine da alcuni ricercatori dell’Università di Berlino è stata individuata una forte correlazione positiva tra il segnale dell’attività solare e le diverse fasi della Quasi Biennal Oscillation. Con specifico riferimento alla stagione invernale dell’emisfero settentrionale il segnale solare sembra modulare le altezze del geopotenziale e le temperature della stratosfera, ma tale correlazione appare molto più evidente raggruppando le serie di dati nelle due fasi occidentale ed orientale della QBO. E’ noto che la fase occidentale della QBO è normalmente associata con un vortice polare particolarmente solido e stabile, tuttavia sembra che tali solidità e stabilità possano in qualche modo venir meno durante le fasi di massimo solare, mentre esattamente l’opposto sembra accadere nelle fasi di minimo solare (Labitzke, Naujocat, Kunze 2003)1.Â
Queste considerazioni, se da un lato dimostrano quanto possa essere evidente l’influenza dell’attività solare nell’evoluzione delle dinamiche stratosferiche, dall’altro complicano ancora di più il quadro generale. Infatti, con specifico riferimento all’evento di SSW osservato all’inizio di quest’anno va ricordato che la situazione generale appare essere in controfase, ovvero, pur essendo in una fase occidentale della QBO, siamo anche in una fase prolungata di minima attività solare. E’ indubbio che molta strada debba ancora essere percorsa per giungere ad una piena comprensione di questi affascinanti fenomeni.
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Grazie,colonnello Guidi per la sua risposta pronta e sempre esaudiente,mi scuso per l’incompleta presentazione il mio nome è alessio e abito in un piccolissimo centro in provincia di rieti a 400 m. s.l.m. Per inverni di una volta intendo quelli che io fugacemente ricordo,(primissimi anni ottanta),quando nelle fontane candelotti di ghiaccio erano presenti da dicembre inoltrato fino a marzo,spettacolo che la natura purtroppo non ci riserva più (almeno dalle mie parti),segno tangibile che in quest’ultimo ventennio qualcosa è cambiato.Nell’attesa del suo prossimo editoriale le porgo i più cordiali saluti rinnovandole la stima che nutro per lei ,la seguo sempre e per quelli della mia generazionale appassionati di meteorologia lei insieme al mitico Baroni e Bonelli è indubbiamente uno dei più preparati e capaci.
Salve Ale,
che suppongo stia per Alessando o Alessio, benvenuto su CM. Azzardo prima di tutto un’altra supposizione: 74 è l’anno di nascita? Se è così, di quali inverni di una volta parliamo? Perdonami la provocazione, in effetti si dovrebbe sempre fare distinzione tra ciò che noi ricordiamo (in genere quello che ci ha colpito), ciò che altri ricordano (e quindi ha colpito loro) e ciò che è realmente accaduto. A mio modesto parere non si può parlare di inverni di una volta a memoria d’uomo (giovane o meno giovane che sia). E’ più corretto parlare di eventi particolari avvenuti in un contesto che può discostarsi in senso positivo o negativo dalle medie climatiche. Queste cambiano sempre molto poco in effetti.
Non so veramente come si possa immaginare il 2012 come anno del cambiamento, specialmente perchè sulla base di quanto appena detto non è ben chiaro rispetto a cosa le cose dovrebbero cambiare. Ad ogni buon conto, volendo dare ascolto (con le pinze) ai segnali che clima e sole stanno mandando (ammesso che siamo capaci di interpretarli) può darsi che ci aspetti qualche anno con eventi invernali un pò più intensi. Ma allo stesso tempo, sapendo di non sapere, non mi stupirei se accadesse il contrario. Mettere in gioco in un tale contesto addirittura una data precisa appare risibile, per cui direi che l’attendibilità di questa previsione non è nemmeno da discutere. Ripeto, può darsi che qualcosa cambi, e presto scriveremo su questo proprio qui su CM, però finchè non avremo delle basi scientifiche opportune è tutto molto congetturale.
gg
un cordiale saluto al colonnello Guidi, volevo porle una domanda strettamente meteorologica,sono un appassionato dell’inverno e ho molta nostalgia dei così chiamati “inverni di una volta”,ho letto in diversi siti dediti alla meteorologia,(attendibili o meno),e su alcune riviste scientifiche (focus),ove si parla molto del 2012 anno in cui secondo alcuni ci dovrebbe essere un’inversione di tendenza,e un ritorno agli inverni con la i maiuscola.Volevo chiederle cosa ne pensa e soprattutto quanto c’è d’attendibile in tutto ciò.Grazie e cordiali saluti.
Grazie Lorenzo. Non so se ho consultato bene ma forse non cè esplicitamente la risposta alla mia domanda. Probabilmente essendo l’ozono fortemente instabile, ciò comporta che la reazione sia endotermica, quindi con sottrazione di calore. Per cui in teoria la formazione di ozono “raffredda”. Naturalmente più ci sono UV in stratosfera e più i processi di dissociazione dovrebbero riscaldare l’aria da una parte ma dall’altra dovrebbero anche incrementare la formazione di ozono. Quello che raffredda o riscalda dovrebbe essere dunque lo spostamento dell’equilibrio in un verso o nell’altro…
Ecco tutto quello che è bene sapere sul’ozono scritto in maniera semplice semplice:
http://www.campusuniparthenope.it/doceboCms/index.php?mn=docs&op=download&pi=59_346&id=223
Gentile Col Guidi. Ho qualche dubbio riguardo all’effetto dell’ozono sulla temperatura stratosferica. Ho letto da alcune parti che l’ozono riscalda, in altri articoli che l’ozono raffredda. In un certo senso la dissociazione dell’ossigeno dovrebbe produrre calore o sbaglio? La formazione di ozono in se stessa no, anzi più ozono si forma e più eventuali aumenti termici dovuti alle dissociazioni molecolari dovrebbero essere “tamponati”. Ha qualche idea al riguardo?
Ha ragione: effettivamente qui nel post si sta parlando di ‘fattori concomitanti’, non di ‘cause prime’, peraltro già individuate nell’altro post…
@ Steph
Nel prossimo capitolo QBO, Ozono e flusso solare tutti insieme a modulare le SSW. Con buona pace di Lorenzo.
gg
@ Lorenzo
“Al massimo ne modula la frequenza”….sei disarmante.
@ Hackatao
La risposta è sì. Nel 1985 fu uno stratwarming anzi un major warming a generare l’ondata di freddo che portò la neve a Roma il giorno dell’Epifania.
gg
@ Guido Guidi
Vuoi dire che hai capito il mio nick? Che poi è il nome del mio gruppo di artisti new pop… mi fa piacere che qualcuno lo capisca senza spiegarlo. Bene.
Quindi le nevicate abbondanti di quest’anno sono da attribuire a questo evento? Nel ’85 è successo la stessa cosa? ricordo una nevicata favolosa.
Si può trovare una correlazione tra numero di matrimoni e le rondini in cielo visto che statisticamente avvegono di più nel periodo estivo, ma se non c’è meccanismo causa-effetto che li lega la correlazione potrebbe essere ‘spuria’…
Il meccanismo di formazione dei SSW non credo sia una cosa statistica, ma abbastanza deterministica una volta individuate le cause: il fatto che il Sole è al minimo e si è verificato un SSW non gioca certo a favore della teoria…il Sole non sembra dunque essere la causa prima del fenomeno, al massimo ne ‘modula’ la frequenza…
Una nota tecnica. Il 2006 appare senza SSW. E’ senza dubbio un anno con evento SSW. Mi risulta sia dai dati satellitari che dalle reanalisi.
Ottimo lavoro e correlazione assai interessante !
Molto molto interessante, complimenti!
Per caso, ha provato a stratificare ulteriormente gli eventi di SSW raggruppandoli in base al forcing troposferico indotto dall’ENSO?
Ci sono studi statistici interessanti (ancorché, come sempre, incentrati su una serie temporale troppo breve) che associano l’emergenza di SSW, oltre che all’attività solare e alla QBO, pure all’ENSO (per es. quelli di Camp e Tung o di Garfinkel e Hartmann).
Ancora: Karin Labitzke della FU di Berlino, con altri (fra cui Stefan Brönnimann), hanno ricostruito eventi di SSW maggiori (MMW) fino ad inizio anni 40, e i risultati corroborano le ipotesi di partenza (Labitzke et al. 2006).
E infine: la controtendenza di questi ultimi anni (2 SSW in periodo di minimo solare e QBO+, 2007 e 2009, mai prima nei precedenti 67 anni) non potrebbe essere una sorta di “reazione” della stratosfera all’assenza di SSW dei 90, forse da imputare quest’ultima all’effetto del Pinatubo?Fra l’altro il picco negativo di SSW poco prima del minimo solare non potrebbe essere ampiamente influenzato (dal punto di vista statistico) dal deficit di SSW dei 90?
Ho riletto il post iniziale sul SSW e mi sembra che parli chiaro:
E’ molto probabile che siano le ‘onde planetarie’ a produrre i SSW visto che questi si verificano nell’emisfero settentrionale dove le onde planetarie si vericano con maggiore facilità per via delle distribuzione dei continenti e oceani…
Meno chiaro sembra essere invece il meccanismo di causa effetto onde-planetarie e SSW…
Quindi il meccanismo dell’ozono sui SSW sarebbe da scartare perchè questo agisce (credo) su entrambi gli emisferi…
Piuttosto andrebbero chiarite queste fontamtiche ‘onde planetarie’ magari anche con un’immagine…si tratta di ondulazioni del ‘flusso zonale’? Sono le ‘Onde di Rossby’? Fisse o mobili?
Ruolo dei continenti e oceani su tali onde?
Qui solo Guidi può illuminarci…
@ Ackatao
Hai un nick un pò sinistro, spero sia solo per scherzare 🙂
Hai ragione, in questo post siamo scivolati un pò nel tecnico. La risposta alla tua domanda è: niente che non sia già accaduto. La stratosfera polare è stata teatro di un improvviso intenso riscaldamento che ha generato un cambiamento della circolazione che ha avuto i suoi effetti anche in troposfera (cioè sulle nostre teste), generando un bel raffreddamento anche alle medie latitudini. Qui, come già altre volte stiamo cercando di capire come e perchè.
Grazie per il tuo contributo.
gg
No, con ‘arzigogolate’ volevo dire piuttosto ‘strane’:
infatti dal punto di vista fisico, in genere, un fattore o è determinante o non lo è: è strano sapere che l’aumento dell’Attività Solare favorisce i SSW, ma solo fino ad un certo punto (numero di macchie pari a 100)…la trovo bizzarra, con tutto il rispetto…
Oppure più verosimilmente il SSW si verifica quando l’Attività Solare raggiunge un certo livello e poi perde il suo effetto perchè l’SSW si è già verificato…boh…
Quanto all’ozono questo si forma perchè l’UV scinde una molecola di ossigeno O2 in O+O ciascuno dei quali si ricombina con 02 per dare O3 ozono che a sua volta può ri-dissociarsi in O2+O assorbendo ancora UV…può essere che un aumeno dell’UV produca più ozono (o più ozono viene trasportato dai tropici) e il tutto porti ad un riscaldamento statosferico…basterebbe una misurazione diretta dell’ozono durante un SSW…ma è una teoria semplice semplice che sicuramente avranno già testato…
Rileggerò il post sulle ‘onde planetarie’…
Io ci provo ogni tanto a leggervi, ma da profano è difficile. Non riuscite a fare una sintesi con parole semplici o metafore per comprendere questi eventi complessi?
Insomma, per dirla alla Einstein che sta succedendo?
[…] esogeni, in primis il Sole. Studio corredato di numerose considerazioni e grafici, lo trovate qui: Sudden warmings, il Sole al comando? | Climate Monitor __________________ "Quanto monotona sarebbe la faccia della terra senza le montagne" […]
Salve Lorenzo,
benvenuto nel complesso mondo delle dinamiche atmosferiche. Confesso che ci aspettavamo qualche commento, ma il termine “arzigogolate” rappresenta un’interessante ed innovativa chiave di lettura.
L’ozono probabilmente ha il suo ruolo, si tratta di cercare di comprenderlo. Quanto alle onde planetarie come hai giustamente accennato, è scritto nel primo post sugli stratwarming, trovi il link in calce a questo, è il primo dei cinque; nel secondo ci sono inoltre le immagini dello sviluppo della planetary wave che ha innescato l’ultimo episodio di SW.
gg
Dio santo che groviglio di fattori e mezze correlazioni:
secondo me converrebbe puntare prima su un meccanismo plausibile di spiegazione del fenomeno: le correlazioni senza meccanismo infatti potrebbe essere ‘spurie’ tanto più se sono piuttosto ‘arzigogolate’:
in sostanza cos’è che produce il riscaldamento stratosferico? Fisicamente parlando ci deve essere qualche tipo di ‘forcing energetico’(dal basso, dall’alto o in loco) per produrre il riscaldamento stratosferico anche se lì l’aria è molto rarefatta quindi (credo) molto più sensibile a piccoli forcing…
mi viene subito da pensare alla formazione dell’ozono magari per incremento dell’UV solare non il contrario?
Mi risulta invece poco chiara l’influenza delle fantomatiche ‘onde planetarie’…ma non ricordo il vecchio post…