La tropopausa è lo strato di transizione tra la troposfera, sede dei fenomeni meteorologici, e la stratosfera, caratterizzata da aria relativamente più secca ed elevata stabilità verticale. Tuttavia, questa superficie non è uniforme né statica e può subire deformazioni, innalzamenti o abbassamenti locali.
La tropopausa può essere definita secondo due criteri principali: termico e dinamico. La tropopausa termica così come definita dalla WMO (World Meteorological Organization - Homepage | World Meteorological Organization WMO) è il livello più basso dell’atmosfera in cui il gradiente verticale di temperatura diminuisce fino a 2 °C/km o meno, a condizione che la media del gradiente verticale tra quel livello e tutti i livelli entro 2 km sopra non superi 2 °C/km. La tropopausa dinamica, invece, è definita tramite una superficie di vorticità potenziale costante (per convenzione si sceglie un valore di vorticità potenziale pari a PVU=1,5 o 2), che separa l’aria troposferica da quella stratosferica. Sebbene spesso coincidano, le due definizioni possono divergere, in particolare alle medie e alte latitudini, dove la tropopausa dinamica descrive meglio i processi legati alla circolazione atmosferica e agli scambi troposfera–stratosfera.
La tropopausa dinamica a differenza di quella termica può subire dei notevoli cedimenti che possono raggiungere anche pochi chilometri dal suolo, situazioni note come tropopause foldings. Tali pieghe della tropopausa giocano un ruolo cruciale nella generazione di turbolenza in alta quota, in particolare lungo le correnti a getto (jet stream), nelle zone di forte contrasto termico e in corrispondenza delle zone barocline (la baroclinicità in meteorologia indica una situazione in cui le superfici di pressione costante e quelle di temperatura non sono parallele, è tipico delle medie latitudini, dove esistono forti gradienti orizzontali di temperatura). La baroclinicità fornisce infatti l’energia e la struttura dinamica necessaria allo sviluppo delle onde sinottiche.
La tropopause folding è una conseguenza della forte amplificazione baroclina, in cui la dinamica del getto e la conservazione della vorticità potenziale deformano la tropopausa fino a generare profonde intrusioni di aria stratosferica in troposfera.
Comprendere questo processo è fondamentale per la diagnostica dei fenomeni dinamici in alta quota e per la prevenzione della turbolenza severa, particolarmente rilevante nel settore aeronautico.
Prodotti di previsione per il folding della tropopausa. A sinistra: la mappa della tropopausa dinamica, del vento a 300 hPa e del geopotenziale a 500 hPa, che consente di analizzare l’interazione tra l’alta troposfera e la bassa stratosfera. Nel cerchio nero si evidenzia una zona dove la possibilità che si presenti un tropopause folding è elevata. A destra: La mappa delle Tropopausa – espressa in Livelli di Volo (FL) - consente di visualizzare le quota della Tropopausa.
Il prodotto satellitare del consorzio EUMETSAT NWCSAF, basato sulle osservazioni del satellite Meteosat -12, che stima la probabilità di folding della tropopausa (fonte https://www.nwcsaf.org/). Nell’area cerchiata la probabilità elevata che ci possa essere un evento di Tropopause folding in atto.
Cos'è il folding della tropopausa
Si tratta di un fenomeno dinamico che ha luogo quando aria stratosferica secca e ricca di ozono penetra verso il basso nella troposfera, assumendo la forma di una spirale. Questo processo è spesso associato alla dinamica baroclina delle onde di Rossby, alle correnti a getto e ai sistemi frontali delle medie latitudini e rappresenta uno dei principali processi di Stratosphere–Troposphere Exchange (STE), contribuendo al bilancio chimico e dinamico dell’atmosfera.
Le principali caratteristiche:
Intrusione discendente di aria stratosferica fino a quote troposferiche medie (8–10 km / FL260 – FL330), in alcuni, casi fino a quote anche molto più basse.
Forte gradiente verticale di temperatura potenziale e vento.
Elevata vorticità potenziale (PV) e wind shear verticale marcato.
Riduzione dell’umidità relativa e aumento della concentrazione di ozono e biossido di azoto.
I meccanismi di formazione
Il folding della tropopausa avviene principalmente in prossimità dei jet streak, cioè nelle zone di massima velocità del getto. In particolare, nel settore posteriore destro o anteriore sinistro dell’area di massima velocità del vento, la circolazione ageostrofica induce movimenti discendenti che trascinano aria stratosferica ad alta PV verso il basso piegando e stirando la tropopausa e facendola penetrare nella troposfera. Ma cos’è la PV? L’acronimo identifica la vorticità potenziale, una grandezza che combina rotazione del flusso e stratificazione dell’atmosfera:
dove:
g è l'accelerazione di gravità;
f è il parametro di Coriolis;
p è la pressione;
θ è la temperatura potenziale;
ζθ è la vorticità relativa isoentropica.
In pratica misura quanta vorticità è contenuta in una colonna d’aria tenendo conto di quanto l’aria è stabile o instabile.
La PV in atmosfera quasi ideale, si conserva lungo il moto: per questo è uno strumento chiave per seguire l’evoluzione delle strutture dinamiche. Valori elevati di PV sono tipici dell’aria stratosferica e permettono di identificare tropopausa, intrusioni stratosferiche e sistemi ciclonici.
Quindi durante le fasi di folding:
L’aria stratosferica più densa e secca scende nella troposfera.
Si formano forti gradienti di vento e di temperatura.
La tropopausa, invece di essere una superficie liscia, si piega e talvolta si duplica localmente.
Relazione con la turbolenza
Le intrusioni di aria stratosferica in troposfera sono strettamente connesse alla Clear Air Turbulence (CAT), ovvero la turbolenza in aria chiara, non associata a nubi convettive.
I meccanismi di generazione della turbolenza sono:
Wind shear verticale: la differenza di velocità del vento tra i livelli sovrapposti può superare la soglia di stabilità, generando vortici e onde di gravità instabili.
Instabilità dinamica (instabilità di Kelvin–Helmholtz): quando il gradiente verticale del vento è maggiore di quanto l’atmosfera stabile possa sostenere, si ha rottura delle onde e turbolenza intensa.
Gradiente termico e baroclinicità: i forti contrasti termici vicino alla tropopausa favoriscono la generazione di turbolenza a piccola scala.
Rappresentazione del meccanismo di folding della tropopausa. Immagine realizzata con l’ausilio di strumenti di intelligenza artificiale.
Le zone di CAT più intense si trovano quindi:
Sul lato freddo e a valle dei jet streak.
Nelle aree dove la tropopausa è più bassa o inclinata.
Lungo superfici di vorticità potenziale positiva anomala, tracciabili con strumenti quali i modelli di previsione numerica.
Implicazioni per il volo ad alta quota
Per gli aeromobili di linea o business jet che operano tra 30.000 e 45.000 piedi, la conoscenza di elevate probabilità di occorrenza di questi fenomeni è essenziale nella fase di pianificazione del volo per evitare la turbolenza. Gli indicatori operativi (key parameters) con i quali si può prevedere la turbolenza sono:
Analisi dei campi di PV: valori elevati indicano possibili intrusioni stratosferiche e rischio di turbolenza.
Carte del getto e del wind shear: zone di forte curvatura o accelerazione del flusso sono aree a cui prestare attenzione.
Strumenti di telerilevamento satellitare (mappe di ozono, immagini da satellite del vapore acqueo): aiutano a tracciare intrusioni stratosferiche associate a folding.
Un caso studio: la turbolenza del 12 novembre 2025
Il 12 Novembre 2025, la sala previsioni del Centro Nazionale di Meteorologia e Climatologia Aerospaziale, che ha funzioni di Meteorological Watch Office, ha registrato in poche ore numerosi riporti di volo, ovvero messaggi provenienti da aeromobili noti come AIREP, per turbolenza moderata e severa. In sede previsionale, dall’analisi dei modelli meteorologici non erano state individuate anomalie significative né segnali di possibile formazione di turbolenza. Anche le mappe del tempo significativo emesse dal World Area Forecast Center (WAFC) di Londra (SigWX – AreaEUR) non evidenziavano possibili fenomeni pericolosi per il volo sull’Italia centro-meridionale.
Mappe del tempo significativo tra FL100 e FL450 riferite alle 12 UTC del 12/11/2025. Emissione a cura del WAFC di Londra.
Gli AIREP, invece, riportavano l’occorrenza di turbolenza sull’Italia centro-meridionale tra il livello di volo FL350 e FL380.
Le posizioni dei riporti in volo (AIREP) avvenuti tra FL350 e FL380 il 12/11/202.
Come possiamo vedere dalle immagini da satellite al vapore acqueo l’area dove si sono concentrate le osservazioni AIREP risultava abbastanza secca, identificando una possibile intrusione di aria stratosferica.
12/11/2025 18UTC : Immagine del satellite geostazionario di terza generazione Meteosat-12 nel canale del vapor d’acqua. Nell’area cerchiata si nota la presenza di aria abbastanza secca, indice di una possibile intrusione di aria stratosferica.
Inoltre, anche il modello Copernicus per la concentrazione dell’ozono, sviluppato nell’ambito del Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS), che fornisce analisi e previsioni globali della distribuzione dell’ozono atmosferico, evidenziava alle 18UTC del 12 novembre una possibile più elevata concentrazione di ozono stratosferico nell’area contrassegnata.
La turbolenza osservata e riportata dai velivoli, quindi, ha avuto origine proprio da un evento, sebbene poco evidente e poco predicibile, di intrusione di aria stratosferica.
Conclusioni
Il folding della tropopausa rappresenta una delle principali cause dinamiche di turbolenza in aria chiara in alta quota. La sua comprensione richiede una visione integrata della dinamica delle correnti a getto, dell’instabilità baroclina e della vorticità potenziale. Infatti la baroclinicità fornisce l’energia e la struttura dinamica necessaria allo sviluppo delle onde sinottiche. Il tropopause folding è una conseguenza della forte amplificazione baroclina, in cui la dinamica del getto e la conservazione della vorticità potenziale deformano la tropopausa fino a generare intrusioni stratosferiche profonde.
Per quanto concerne l’impatto sull’attività di volo, riconoscere le situazioni favorevoli a questi fenomeni permette una migliore pianificazione delle rotte, una riduzione del rischio da turbolenza severa e una maggiore sicurezza operativa.
