ondate di calore

Ondate di calore estreme per i cambiamenti di circolazione atmosferica estiva

Scienza
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Nella giornata mondiale dell’ambiente, che si celebra il 5 giugno, dopo la Conferenza di Stoccolma di 50 anni fa, oggi trattiamo le ondate di calore.

La maggiore persistenza delle strutture circolatorie è un requisito che può essere cruciale per spiegare molti degli eventi estremi (in particolare le ondate di calore) che sono stati osservati di recente: diversi studi scientifici hanno evidenziato che durante l’estate le condizioni meteorologiche alle medie latitudini (particolarmente nell’Eurasia) sono diventate più persistenti.

Le aree anticicloniche vaste

Quando una vasta area anticiclonica staziona sopra la stessa regione per molti giorni o addirittura per alcune settimane il sole, poco ostacolato dalla scarsa nuvolosità, riscalda a lungo le stesse zone le quali diventano anche progressivamente più secche, riscaldandosi ancora di più. Di solito (si veda la figura 2) ad un’ondulazione anticiclonica stazionaria (H) corrisponde un’ondulazione di tipo ciclonico (L) altrettanto persistente, per cui tipicamente mentre in una regione si hanno giornate soleggiate e temperature altissime, in quella accanto le condizioni climatiche sono opposte, con tempo molto perturbato e fresco. Uno degli esempi più noti di questo tipo di configurazione si è verificato nell’estate del 2010, ricordata per una interminabile ondata di caldo in Russia e per le alluvioni devastanti nel Pakistan.

Figura 2: rappresentazione del legame tra il tempo estremo e le ampie ondulazioni del flusso atmosferico. Cliccando sull’immagine c’è il video che illustra in modo intuitivo il concetto della QRA (Quasi Resonant Amplification) 

La domanda che nasce inevitabilmente è: la maggiore persistenza delle strutture circolatorie estive, è frutto del caso (o meglio: della grande variabilità interna dell’atmosfera, che può manifestarsi anche su lunghe scale temporali) o si tratta invece dell’ennesimo frutto velenoso del riscaldamento globale?

La risposta degli scienziati

Gli scienziati che studiano l’atmosfera naturalmente hanno provato a rispondere alla questione, assai complicata, e hanno prodotto moltissima ricerca. Inizialmente l’attenzione è stata rivolta soprattutto alla stagione invernale, ma la circolazione nella stagione fredda (ci riferiamo ovviamente al nostro emisfero) è intrinsecamente molto diversa da quella estiva.

Durante l’estate, solo per citare la differenza forse più macroscopica, è assente il vortice polare stratosferico che può esercitare un’importante influenza sull’andamento dell’inverno alle medie latitudini tramite l’interazione con il flusso troposferico. In estate, inoltre, la corrente a getto subtropicale è più debole e può formarsi un secondo getto (double jet) alle alte latitudini, associato al forte gradiente termico tra l’Oceano Artico e la vicina terraferma.

Figura 3: rappresentazione schematica dei tre meccanismi dinamici individuati nella circolazione estiva. (fonte: https://www.nature.com/articles/s41467-018-05256-8).

I tre principali cambiamenti nella circolazione estiva

Un articolo pubblicato nel 2018 su Nature Communications ha riassunto i tre principali cambiamenti dinamici nella circolazione estiva che potrebbero essere in atto e accentuarsi in futuro, con particolare attenzione all’Amplificazione Artica e alla conseguente diminuzione della differenza di temperatura tra il nord ed il sud del nostro emisfero. Essi sono (figura 3):

  • l’indebolimento del flusso perturbato (“weakening of storm tracks”),
  • lo spostamento verso nord del getto subtropicale (“poleward shift of subtropical jet”),
  • l’amplificazione dei treni di onde corte quasi stazionarie (“Amplification of quasi-stationary short-wave trains”), un meccanismo che nella letteratura scientifica è noto anche come QRA (Quasi Resonant Amplification).

L’indebolimento del flusso perturbato e della velocità dei venti occidentali sono una conseguenza naturale, diciamo così, della diminuzione del gradiente termico polo-equatore e sono confermati dalle osservazioni. Un ingrediente fondamentale della nascita di quelle che familiarmente chiamiamo “perturbazioni” è infatti l’instabilità baroclina, legata al gradiente termico nord-sud.

Il tema dello spostamento di latitudine delle correnti a getto (in particolare di quella subtropicale) è estremamente complesso e coinvolge anche la troposfera tropicale. La premessa è che accanto all’Amplificazione Artica, che riguarda la bassa troposfera, si osserva anche una sorta di amplificazione tropicale nell’alta troposfera tropicale (che si sta riscaldando di più rispetto a quella polare per effetto del calore latente rilasciato nei moti convettivi), che genera effetti opposti rispetto alla prima. I ricercatori scrivono espressamente di un “tiro alla fune” (tug of war) tra i due meccanismi, laddove l’Amplificazione Artica “spinge” il getto verso sud, mentre quella tropicale lavora in senso contrario. Il risultato, in estrema sintesi, sembra essere che per ora gli spostamenti osservati sono ancora modesti, ma che alla lunga, con il progredire del riscaldamento globale, l’effetto dominante potrà essere quello associato ai cambiamenti nella troposfera tropicale.

Una nuova teoria: l’amplificazione delle onde corte quasi-stazionarie

Il terzo meccanismo proposto, l’amplificazione delle onde corte quasi-stazionarie, ha destato molto interesse in tempi recenti perché la teoria su cui si basa è relativamente nuova.

Questa dinamica, che si è attivata in occasione di molti degli eventi estremi osservati nel ventunesimo secolo,

riguarda le onde planetarie e in particolare l’interazione (risonanza) tra le onde libere (free travelling) e le onde forzate, in presenza di una guida d’onda (waveguide) che impedisce all’energia delle onde libere quasi stazionarie di dissiparsi come avviene normalmente. In questa condizione le onde libere quasi stazionarie con un numero d’onda compreso tra 6 e 8 (vale a dire che si contano 6-8 oscillazioni complete lungo un anello di latitudine) entrano in risonanza con le onde forzate della stessa lunghezza e la loro ampiezza aumenta fortemente. Il ruolo del riscaldamento globale e della conseguente Amplificazione Artica sembra essere quello di creare una configurazione atmosferica di base più favorevole a questo fenomeno, anche attraverso la presenza del “double jet” polare a cui si è fatto cenno.

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