La maggior parte dei fenomeni meteorologici che sperimentiamo nel quotidiano avvengono nei primi chilometri della nostra atmosfera, in quello strato, il cui spessore va dagli 8 ai 17 km circa a seconda della latitudine, che prende il nome di troposfera (Fig.1).
La troposfera non è tuttavia un compartimento a tenuta stagna. Seppur divisa dallo strato superiore – la stratosfera - da una sorta di cuscinetto – la tropopausa – esiste una continua reciproca influenza tra le dinamiche troposferiche e stratosferiche che può avere effetti determinanti sul tempo che fa. Nel nostro emisfero l’interazione troposfera – stratosfera – troposfera (TST) acquisisce particolare rilevanza durante la stagione invernale quando un improvviso riscaldamento della stratosfera (Sudden Stratospheric Warming – SSW), innescato come vedremo da specifiche condizioni della circolazione troposferica, può avere impatti significativi sul posizionamento del vortice polare e sull’irruzione di aria fredda a latitudini relativamente basse. Durante il periodo invernale la circolazione stratosferica è caratterizzata dalla presenza di un vortice depressionario polare molto intenso con venti che viaggiano da est verso ovest a velocità medie di 150/200 km/h. La temperatura dell’aria a 10 hPa (circa 30.000 metri di altitudine) raggiunge valori al di sotto dei -80°C. A circa 180° di longitudine e 50° di latitudine nord insiste, invece, una debole alta pressione, centrata sulle isole Aleutine, tra Alaska e Siberia.
In troposfera, alle medie latitudini, viaggiano le onde di Rossby, oscillazioni su scala planetaria che si generano a seguito dell’interazione del flusso con grandi catene montuose (come le Montagne Rocciose o la catena dell’Himalaya) e della differenza termica tra mare e terraferma (Fig.2). Tra i 40° e i 60° di latitudine nord scorre il getto polare che nasce dal gradiente di temperatura tra l’aria fredda e densa delle zone polari e l’aria più mite delle medie latitudini (Fig.3). Condizioni imprescindibili per la genesi di un evento di SSW sono l’intensificazione dell’anticiclone delle Aleutine e un contestuale indebolimento del vortice polare. Le possibili evoluzioni di un SSW sono suddivise in quattro gruppi fondamentali:

• Major warming: la circolazione dei venti in stratosfera si indebolisce fino a subire un’inversione del flusso che si propaga fino al 60° di latitudine nord. A seconda del susseguente comportamento del vortice polare, i major warming sono a loro volta suddivisi in due sottocategorie:
  • wave-1: il vortice polare subisce uno spostamento dalla sua sede naturale ma mantiene una struttura unica. Questo comportamento si manifesta quando l’anticiclone delle Aleutine si fonde con un’altra circolazione anticiclonica che avviene anche molto più ad ovest.
  • wave-2: il vortice polare si divide in due circolazioni separate che possono scendere notevolmente di latitudine. In questo caso, la scissione è determinata da una configurazione a tenaglia della circolazione stratosferica con la contestuale intensificazione dell’anticiclone delle Aleutine e di un’alta pressione generatasi ad opposta longitudine. Il wave-2 è in molti casi preceduto da un wave-1.
• Minor warming: si tratta di eventi abbastanza frequenti, di minore intensità rispetto ai major warming, con caratteristiche simili ai wave-1.
• Canadian warming: riscaldamento legato allo spostamento verso ovest dell’anticiclone delle Aleutine che determina un allungamento e spostamento del vortice polare. Si verificano solitamente all’inizio della stagione invernale.
• Final warming: tipici della fine della stagione invernale e legati all’aumento della radiazione solare. In questa fase la stratosfera polare torna ad essere occupata da una circolazione anticiclonica, tale fino alla successiva stagione invernale.

I meccanismi di innesco dei SSW sono stati al centro di ricerche a partire dagli anni ’50. Si tratta di un tema ancora dibattuto in cui più elementi devono essere presi in considerazione. Tra questi l’influenza della East Asian Low (Asiatic low | meteorology | Britannica), dell’indice ENSO (El Niño / Southern Oscillation (ENSO) | National Centers for Environmental Information (NCEI)) e, non ultimo, dell’attività solare. È tuttavia accertato il ruolo che hanno le onde di Rossby che abbiamo prima descritto. Se le onde di Rossby si propagano con sufficiente ampiezza, possono arrivare ad interessare la stratosfera. Il trasferimento di energia dalla troposfera alla stratosfera può a sua volta portare – sotto certe condizioni - all’indebolimento del vortice polare.

E cosa possiamo dire dell’interazione stratosfera – troposfera? I SSW sono uno degli elementi cruciali per il verificarsi delle ondate di gelo anche alle nostre latitudini. Si pensi, ad esempio, al grande freddo dell’inverno 1984-1985. Si trattò, in quel caso, di un major warming wave-2. Tuttavia, perché l’ondata di freddo si associ ad estese nevicate è necessario che si verifichino condizioni aggiuntive. Un’oscillazione artica (AO – Arctic Oscillation - Arctic Oscillation (AO) | National Centers for Environmental Information (NCEI)) e una North Atlantic Oscillation (NAO - North Atlantic Oscillation (NAO) | National Centers for Environmental Information (NCEI)) negative sono ingredienti fondamentali per consentire lo scorrimento del getto a basse latitudini e l’ingresso da ovest di aria umida sul Continente Europeo (Fig.4). Guardando all’inverno in corso, in questi primi giorni di febbraio è possibile osservare un riscaldamento della stratosfera ed un indebolimento del vortice polare. Al momento il modello di previsione globale ECMWF individua un rallentamento consistente del vortice ma non un’inversione del flusso (Fig.5). Non rientreremmo, dunque, in un major warming. Al contempo le carte di previsione della temperatura e del geopotenziale a media stratosfera mostrano un allungamento e spostamento del vortice polare con una debole scissione a fine scadenza (Fig.6). Si tratta, dunque, di una configurazione della circolazione stratosferica da monitorare con attenzione nei prossimi giorni. Solo allora potremo capire quali riflessi la SSW in corso avrà sul prosieguo della stagione invernale. Già ora, tuttavia, ci dà un prezioso spunto per apprezzare la complessità della nostra atmosfera e delle sue dinamiche.