Le ondulazione troposferiche, il concetto di “vorticità potenziale isoentropica” e la teoria delle ciclogenesi secondo l’IPV-thinking

La “vorticità potenziale” indica il rapporto che intercorre tra la vorticità e lo spessore del vortice. Questo elemento ha una grande importanza nella meteorologia dinamica perché si mantiene costante in assenza di attriti, conseguentemente alla conservazione del momento angolare. La sua applicazione, inoltre, ci aiuta ad analizzare tutti i fenomeni in cui è implicata la produzione di vorticità, come le onde planetarie di “Rossby” o le ciclogenesi, per instabilità “baroclina”. La “vorticità potenziale isoentropica” è un concetto fisico che rappresenta la vorticità potenziale racchiusa dentro due superfici a temperatura potenziale equivalente costante, dette anche superfici isoentropiche. La vorticità, in questo caso, è detta potenziale perchè rimane costante. Ogni qual volta che abbiamo un allungamento in verticale della colonna d’aria, con un distanziamento delle due superfici isoentropiche, aumenta la vorticità relativa e diminuisce la stabilità statica. In pratica tende a svilupparsi una rotazione ciclonica. Avviene il contrario se invece si inverte il processo appena enunciato. Ma la vorticità potenziale è molto utile per conoscere i processi dinamici che si sviluppano in tutta la troposfera, con risentimenti fino alla parte più bassa della stratosfera.

In particolare indica le aree dove le massime velocità della “Jet Stream”, associate ai “Jet Streak”, porranno le basi per l’innesco della futura ciclogenesi. Da qui si possono determinare le zone dove si avranno i maggiori contrasti termodinamici, per ciclogenesi e frontogenesi, che saranno investite dalle fasi di maltempo. Bisogna tenere presente che la tropopausa (ossia quella fetta di atmosfera, alta più di 12-13 km a seconda della latitudine, entro cui si possono estendere i moti atmosferici verticali) non è fissa ma dinamica, cioè si alza e si abbassa in continuazione, a seconda che vi passi aria fredda di origine polare (che abbassa la troposfera) o calda sub-tropicale (che innalza la troposfera). Le ondulazioni della tropopausa causano due differenti tipi di anomalie che possono essere positive o negative. Parliamo di anomalie positive quando “aria stratosferica” invade la parte più alta della troposfera, determinando le cosiddette “invasioni stratosferiche“ nella tropopausa, che possono finire all‘interno del ramo principale della “corrente a getto“. Le anomalie negative si verificano solo quando è l’aria troposferica che si alza fino al limite della stratosfera, provocando le “invasioni di aria troposferica“.

Nel primo caso lo spessore della troposfera subisce un abbassamento legato ad una circolazione ciclonica (ciclogenesi), più o meno profonda, che determina condizioni di spiccata instabilità “baroclina”, con la stabilità statica che diminuisce nella parte inferiore dell’anomalia. Nel secondo caso la troposfera tende a sollevarsi verso il limite della stratosfera per l’azione di una circolazione anticiclonica, con la stabilità statica che invece aumenta sempre più nella parte inferiore dell’anomalia, favorendo un incremento della stabilità atmosferica, partendo dai medi e bassi strati. Prendendo per esempio le nostre latitudini, quando si presenta una anomalia positiva nei valori di “vorticità potenziale isoentropica”, significa che la tropopausa tende ad abbassarsi fino a far intrufolare aria secca stabilmente statica, con alti valori “vorticità potenziale isoentropica” di origine stratosferica nella troposfera sottostante. In questo caso la sovrapposizione di aria secca e vorticosa stratosferica, con alti valori di “vorticità potenziale isoentropica”, sopra le masse d’aria umide come quelle che vanno a confluire in una depressione, genera una veloce destabilizzazione della colonna d’aria per il notevole “gradiente igrometrico verticale”, agevolando la formazione di imponenti sistemi nuvolosi cumuliformi che possono dare la stura a forti piogge e temporali anche intensi. In tali contesti, con scorrimenti di aria stratosferica molto secca nell’alta troposfera, si possono originare delle fasi di forte maltempo che possono dare luogo anche ad insidiosi sistemi temporaleschi autori generanti, capaci di scaricare in poche ore precipitazioni di carattere torrenziale.

La teoria delle ciclogenesi secondo l’IPV-thinking, la più esaudiente per i vortici mediterranei

Secondo la teoria “baroclina” a due livelli una saccatura in quota che si muove sopra una preesistenza zona “baroclina” nei bassi strati può implicare lo sviluppo di una ciclogenesi che tenderà a strutturarsi alle varie quote. Questo tipo di sviluppo può essere inteso anche secondo l’”IPV-thinking“. L’effetto di innesco (“triggering”) della circolazione depressionaria avviene sempre ad opera di una ondulazione della tropopausa. Supponiamo che una anomalia positiva della “vorticità potenziale isoentropica”, generata dal passaggio di una ondulazione della tropopausa, sia trasportata e sovrapposta ad una zona frontale nei bassi strati. L’anomalia positiva della “vorticità potenziale isoentropica”, in questo caso, indurrà la formazione della circolazione ciclonica, generandone una deformazione ad onda termica nei bassi strati. Conseguentemente a questa prima azione di “forcing” l’avvezione calda ad est del minimo barico determinerà una anomalia di temperatura potenziale positiva, mentre ad ovest del minimo l’avvezione fredda determinerà una anomalia di temperatura potenziale negativa. Lungo la linea di demarcazione tra le due avvezioni nei bassi strati si genererà una intensificazione della circolazione depressionaria che andrà quindi ad interagire in quota con l’anomalia positiva di vorticità potenziale. Quest’ultima, a sua volta, raggiungerà più facilmente la circolazione “baroclina” nei bassi strati, forzandola per una seconda volta. L’effetto sinergico della circolazione a due livelli determinerà una mutua amplificazione che si estenderà a tutta la colonna d’aria ed evolverà in una ciclogenesi strutturata nei medi e bassi strati. La teoria appena descritta (“thinking“), sul processo di ciclogenesi associato alle anomalie positive della “vorticità potenziale isoentropica” che interagiscono sopra aree frontali e “barocline”, vale per quasi tutte le circolazioni depressionarie che si innestano sul bacino del Mediterraneo. L’”IPV-thinking” non è una teoria alternativa a quella, meglio denominata come “quasi-geostrofica”, ma può risultare molto più semplice e vantaggiosa nei casi in cui la seconda risulti difficoltosa nelle trattazioni analitiche. Nel peggioramento delle prossime ore, che vede l’affondo di una saccatura di natura oceanica fino al cuore del Mediterraneo centrale, assisteremo proprio all’innesco di una ciclogenesi, secondo il modello dell’”IPV-thinking“, che insisterà per più giorni a ridosso delle nostre regioni più meridionali, ove si attendono fitte precipitazioni che potranno assumere carattere di rovescio o temporale, specie sui tirrenici.