Le ondulazioni della tropopausa: anomalie della “vorticità potenziale isoentropica” e “invasioni stratosferiche”

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Nell’articolo dedicato alla “vorticità potenziale isoentropica” (concetto fisico che rappresenta la vorticità potenziale racchiusa dentro due superfici a temperatura potenziale equivalente costante, dette anche superfici isoentropiche) avevamo spiegato come 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 convettivi (moti verticali delle masse d’aria), non è fissa ma dinamica. Ciò vuol dire che 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“.

Schema della vorticità potenziale

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“. 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. Ma le anomalie di “vorticità potenziale isoentropica” interessano anche gli strati più bassi della troposfera. In questo caso tali anomalie sono imputabili a processi diabatici, associati ad irraggiamento e liberazione di calore latente da condensazione. Si è anche dimostrato i massimi di “vorticità potenziale isoentropica” prodotti per condensazione giocano un ruolo fondamentale nei cicloni extratropicali (Joly e Thorpe, 1990). I massimi di “vorticità potenziale isoentropica” legati al raffreddamento radioattivo, riscontrabili nelle aree anticicloniche, sono invece transitori, generandosi nelle ore notturne e scomparendo al primo mattino.