Comprendere i meccanismi che regolano le grandi irruzioni di aria gelida alle medie latitudini è da sempre uno dei santi graal della meteorologia dinamica. Per decenni si è ritenuto che il meteo invernale sull’Europa fosse guidato quasi esclusivamente dalla variabilità interna o dai segnali oceanici tropicali. Tuttavia, le ricerche condotte negli ultimi vent’anni hanno dimostrato l’esistenza di un canale di comunicazione diretto tra le regioni polari, la copertura nevosa autunnale della Siberia e la stabilità del Vortice Polare in stratosfera.
Tra i principali scienziati al mondo ad aver teorizzato e dimostrato questo legame spicca il Dr. Judah Cohen, Direttore delle Previsioni Stagionali presso la AER (Atmospheric and Environmental Research), un’azienda di Verisk, e ricercatore affiliato al prestigioso MIT (Massachusetts Institute of Technology).
I suoi studi sull’avanzamento della copertura nevosa eurasiatica in autunno e sull’impatto del declino dei ghiacci artici nei mari di Barents-Kara hanno rivoluzionato la comprensione dei Riscaldamenti Stratosferici Improvvisi (SSW) e della fase negativa dell’Oscillazione del Nord Atlantico (NAO-). In questa intervista esclusiva per MeteoWeb, il Dr. Cohen ci illustra nel dettaglio la fisica del “ponte neve-stratosfera“, analizza il paradosso del freddo estremo in un pianeta sempre più caldo e indica le nuove frontiere della prevedibilità stagionale per l’Europa. Di seguito, il testo integrale delle domande e delle risposte.
Dr. Cohen, le sue ricerche hanno evidenziato il legame tra l’avanzamento della copertura nevosa autunnale in Eurasia e il successivo comportamento del Vortice Polare in inverno. Può illustrarci il meccanismo fisico alla base di questo processo e il suo stato attuale nelle previsioni stagionali?
“La neve fresca ha la riflettività (albedo) più alta tra tutte le superfici naturali: mentre la maggior parte dei terreni riflette circa il 20% della radiazione solare incidente, la neve fresca ne riflette tra il 70% e l’80%. Di conseguenza, in presenza di neve viene assorbita molta meno energia al suolo, innescando un forte raffreddamento superficiale. In autunno, l’avanzamento della neve in Eurasia – e in particolare in Siberia – porta alla formazione dell’Alta Pressione Siberiana. Se l’estensione del manto nevoso è rapida, l’anticiclone siberiano diventa più forte e freddo. Poiché l’alta pressione è espansiva per natura, la cupola d’aria gelida inizia a spingersi oltre la Siberia durante l’inverno: bloccata a sud da barriere topografiche come l’Altopiano del Tibet, si espande verso ovest verso l’Europa o verso nord oltre il Polo Nord verso il Nord America. Amo usare l’analogia secondo cui la Siberia è il “frigorifero” dell’Emisfero Settentrionale, dove le masse d’aria vengono prima congelate e poi esportate altrove. Questa è la spiegazione semplice, ma la realtà atmosferica è ancora più affascinante. Nell’atmosfera esistono grandi strutture d’onda naturali generate dalla topografia e dal contrasto termico tra oceani e continenti: le Onde Planetarie o di Rossby. In autunno, il continente eurasiatico si raffredda molto più velocemente dei vicini oceani Atlantico e Pacifico. Questa alternanza di fasce calde e fredde crea un’onda atmosferica con pressioni più basse (altezze geopotenziali minori) sul continente freddo e pressioni più alte sugli oceani più caldi. Se in autunno la neve si diffonde rapidamente in Eurasia, questo contrasto termico viene amplificato, rendendo le Onde di Rossby nella troposfera molto più energetiche. Quando queste onde si amplificano, parte della loro energia “scappa” verticalmente verso l’alto ed entra in stratosfera, dove risiede il Vortice Polare. Il Vortice Polare è una vasta struttura di bassa pressione con intensi venti che ruotano da ovest verso est attorno al Polo Nord, trattenendo l’aria gelida all’interno del Circolo Polare Artico. Se l’energia trasferita dalla troposfera alla stratosfera è sufficientemente intensa – specialmente se all’estensione della neve si unisce un minimo storico dei ghiacci artici nei mari di Barents e Kara – il Vortice Polare inizia a vacillare e a deformarsi, come una trottola disturbata durante la rotazione. Nelle forme più lievi, il vortice si allunga (stretching), favorendo ondate di gelo in Est Asia e negli USA orientali. Quando il disturbo è prolungato e violento, l’aria calda invade il Polo Nord innescando un Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW): il flusso dei venti si inverte da est verso ovest (major warming) e il vortice può persino spaccarsi in due lobi (split). Circa due settimane dopo, questo stravolgimento si riflette in troposfera con l’aumento di blocchi anticiclonici al Polo, una forte meandrizzazione del getto e un’elevata probabilità di severe ondate di gelo e nevicate sull’Europa”.
Il concetto di Amplificazione Artica e il suo impatto sul meteo delle medie latitudini rimane un campo di aperto dibattito scientifico. Qual è la sua visione sulla connessione tra il rapido riscaldamento dell’Artico, la riduzione dei ghiacci marini e la frequenza di pattern della Corrente a Getto altamente ondulati sull’Europa?
“Premetto che si tratta di un argomento ancora dibattuto, ma ritengo fortemente che l’Amplificazione Artica (AA) stia contribuendo a disturbi più frequenti del Vortice Polare. Un Vortice Polare disturbato è, per definizione, molto più ondulato rispetto a quando è stabile e circolare. Poiché il Vortice Polare e la Corrente a Getto sono accoppiati, quando il primo diventa ondulato, il getto troposferico tende a seguirne la traiettoria. Per spiegare come l’Amplificazione Artica porti a un getto più ondulato, uso lo slogan immobiliare: “posizione, posizione, posizione“. La configurazione ideale per innescare un disturbo del Vortice Polare richiede un’alta pressione (promontorio) sull’Asia nord-occidentale e una bassa pressione (cavo) sull’Asia nord-orientale. L’Amplificazione Artica si è manifestata in Eurasia con la perdita di ghiaccio marino concentrata nei mari di Barents e Kara (Asia nord-occidentale) e con un aumento delle nevicate in Siberia (Asia nord-orientale). La scomparsa dei ghiacci rilascia il calore dell’oceano in atmosfera, scaldando l’Asia nord-occidentale e favorendo la formazione di alte pressioni; al contempo, la maggiore copertura nevosa raffredda la Siberia per effetto albedo, accentuando le basse pressioni a est. Questo dipolo (alta pressione a ovest / bassa pressione a est) si verifica oggi con maggiore frequenza, innescando più spesso eventi di stretching o di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW) del Vortice Polare, cui seguono pattern della Corrente a Getto decisamente più ondulati”.
Quando si verifica un Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW), la risposta troposferica in Europa si manifesta spesso come uno spostamento verso una fase negativa dell’Oscillazione del Nord Atlantico (NAO-). Tuttavia, non tutti gli SSW impattano il suolo allo stesso modo. Cosa determina se un disturbo stratosferico riesce a propagarsi con successo verso il basso?
“Il modo esatto in cui gli impatti di un SSW si traducano in una NAO negativa non è ancora del tutto compreso. È un settore di ricerca che mi affascina molto e su cui sto attualmente scrivendo un nuovo lavoro scientifico. Per fornire una spiegazione molto semplificata: quando si verifica un Riscaldamento Stratosferico Improvviso, l’aria calda invade le alte latitudini sia in stratosfera sia in troposfera. Se quell’aria calda rimane intrappolata in una sorta di “bolla” atmosferica, si parla di blocco atmosferico. Spesso, a seguito di un SSW, questa bolla di aria calda o blocco troposferico va a posizionarsi vicino alla Groenlandia: questo assetto è il sinonimo perfetto di una fase negativa della NAO, la configurazione che apre la strada alle masse d’aria artiche verso l’Europa e il Mediterraneo”.
L’opinione pubblica fatica spesso a comprendere il paradosso di severe ondate di gelo invernale all’interno di un pianeta in fase di riscaldamento globale. Come spiega ai non addetti ai lavori la fisica delle colate gelide innescate dai disturbi del Vortice Polare?
“Credo che la risposta dettagliata che ho fornito alla domanda sull’Amplificazione Artica spieghi esattamente questo meccanismo. Il riscaldamento globale e l’Amplificazione Artica non eliminano il freddo, ma alterano le dinamiche della circolazione: accentuando le ondulazioni della Corrente a Getto e destabilizzando il Vortice Polare, l’aria gelida che normalmente rimarrebbe confinata al Polo Nord viene “spinta” e travasata verso sud, verso le medie latitudini (inclusi l’Europa e il Nord America), generando episodi di gelo severo ed estremo anche in un contesto globale più caldo”.
I modelli dinamici di previsione stagionale hanno fatto grandi progressi, ma catturare l’accoppiamento tra stratosfera e troposfera rimane complesso. Dove vede i maggiori limiti nelle attuali prestazioni dei modelli sub-stagionali e stagionali (S2S)?
“Sono fermamente convinto che i modelli dinamici fatichino ancora molto nel simulare correttamente l’accoppiamento bidirezionale tra stratosfera e troposfera: sia il modo in cui la troposfera influenza il Vortice Polare, sia il modo in cui il Vortice Polare influenza a sua volta la troposfera e la Corrente a Getto. Poiché ritengo che il comportamento del Vortice Polare sia la chiave di volta per determinare il meteo invernale nell’Emisfero Settentrionale, i modelli continueranno ad avere difficoltà nelle previsioni invernali a lungo termine finché non miglioreremo questo aspetto. Risolvere i limiti nella simulazione dell’interazione stratosfera-troposfera rappresenta il passo più importante per compiere un vero salto di qualità nelle previsioni S2S per l’inverno”.
Guardando all’evoluzione futura del clima invernale, quale considera la frontiera di ricerca più cruciale per migliorare la prevedibilità dell’inverno nel settore euro-atlantico?
“L’Europa potrebbe essere la regione “più facile” per elaborare previsioni invernali generali, semplicemente perché sta vivendo un trend di riscaldamento molto più accentuato rispetto agli Stati Uniti o all’Est Asia: prevedere un inverno caldo per l’Europa si rivela corretto la maggior parte delle volte. Tuttavia, gli inverni freddi continueranno a verificarsi e si manifesteranno molto probabilmente durante le stagioni caratterizzate da eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW) seguiti da lunghi periodi di NAO negativa. Pertanto, a mio parere, la frontiera di ricerca più cruciale per affinare la prevedibilità invernale nel settore euro-atlantico è migliorare la nostra capacità di prevedere la fase esatta e la risposta della NAO a seguito di un SSW“.
Le chiavi della stagione invernale secondo Judah Cohen
- Il frigorifero siberiano: l’avanzamento autunnale della neve in Siberia raffredda l’atmosfera per effetto dell’albedo, rafforza l’Anticiclone Siberiano e alimenta onde atmosferiche che si propagano fino alla stratosfera.
- Il ruolo dell’Amplificazione Artica: la riduzione dei ghiacci nei mari di Barents e Kara e l’aumento della copertura nevosa eurasiatica creano un dipolo termico che destabilizza con maggiore frequenza il Vortice Polare.
- Il blocco groenlandese (NAO-): quando un SSW riesce a propagarsi verso il basso, favorisce la formazione di un blocco anticiclonico sulla Groenlandia, devia la Corrente a Getto verso sud e aumenta il rischio di irruzioni fredde sull’Europa.
- La sfida dei modelli S2S: il principale obiettivo della meteorologia stagionale è migliorare la simulazione dell’accoppiamento tra stratosfera e troposfera, elemento decisivo per aumentare l’affidabilità delle previsioni invernali.
Il futuro delle previsioni invernali
Le spiegazioni del Dr. Judah Cohen offrono una chiave di lettura illuminante per superare uno dei più grandi paradossi percepiti dal pubblico: la coesistenza tra riscaldamento globale e grandi colate di gelo alle medie latitudini. L’Artico, la Siberia, l’albedo della neve e la fusione dei ghiacci marini interagiscono continuamente con la stratosfera, dimostrando che l’aumento delle temperature globali non elimina l’inverno, ma ne modifica profondamente i meccanismi di circolazione atmosferica.
In un contesto caratterizzato da inverni mediamente più miti sull’Europa, comprendere la fisica che governa i crolli del Vortice Polare, i Riscaldamenti Stratosferici Improvvisi (SSW) e la formazione dei blocchi groenlandesi (NAO-) rappresenta una delle sfide più importanti della meteorologia moderna. Solo perfezionando la simulazione di questo dialogo tra stratosfera e troposfera sarà possibile sviluppare modelli di nuova generazione capaci di prevedere con maggiore accuratezza quando e dove potranno verificarsi le future ondate di gelo.
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