Nel cuore del bacino del Mediterraneo, l’interazione tra masse d’aria di estrazione polare e una superficie marina dal contenuto termico sempre più elevato alimenta strutture meteorologiche estreme a mesoscala. Tra queste spiccano i Medicane (cicloni simil-tropicali a cuore caldo e simmetria assiale) e i temporali a supercella capaci di generare tornado distruttivi, dalle pianure del Nord alle coste dell’Italia meridionale. Comprendere la fisica intima di questi sistemi idrodinamici complessi è oggi indispensabile per interpretare le traiettorie del clima presente e futuro, superando le approssimazioni sensazionalistiche della rete.
Per fare luce su questi fenomeni abbiamo intervistato il Professor Marcello Miglietta, Dirigente di Ricerca presso l’Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ISAC) e docente incaricato presso l’Università di Padova e l’Università di Innsbruck. Tra i massimi esperti mondiali nella dinamica dei cicloni a caratteristiche tropicali, della convezione profonda e della meteorologia a mesoscala, Miglietta è autore di studi cardine sulla transizione energetica dei sistemi mediterranei e ha contribuito in prima persona alla recente definizione ufficiale di Medicane recepita dall’American Meteorological Society (AMS).
Nel corso del colloquio, Miglietta anticipa un’importante ricerca scientifica in corso su un recente evento al largo di Barcellona (potenzialmente il primo caso documentato di genesi puramente tropicale nel bacino), chiarisce l’anatomia termodinamica che differenzia i tornado estivi padani da quelli autunnali ionici, espone il consenso unanime dei modelli climatici sul futuro dei Medicane e illustra i limiti di frontiera della modellistica numerica sub-chilometrica.
La transizione energetica dei Medicane: dall’instabilità baroclina al cuore caldo asimmetrico e simmetrico. Nel ciclo di vita di un Tropical-Like Cyclone (TLC) mediterraneo, la genesi è quasi invariabilmente innescata da una forzante baroclina alle medie e alte quote (una goccia fredda o un cut-off isolato dalla corrente a getto). Nelle Sue ricerche ha documentato analiticamente la transizione verso strutture a cuore caldo profondo. Qual è l’esatto meccanismo idrodinamico e termodinamico attraverso cui l’energia baroclina cede il passo al forcing diabatico guidato dall’instabilità WISHE (Wind-Induced Surface Heat Exchange), e quali soglie nello spazio delle fasi del ciclone (Cyclone Phase Space di Hart) sanciscono l’avvenuta transizione a vero e proprio Medicane?
“Effettivamente, nel ciclo di vita di un TLC mediterraneo, la genesi è generalmente associata ad una goccia fredda in quota. In realtà, per alcuni cicloni, tipicamente quelli che si verificano in settembre, la temperatura del mare è sufficiente a innescare processi del tutto simili a quelli che determinano lo sviluppo dei cicloni tropicali (meccanismo WISHE, discusso dopo); in questi casi l’aria fredda in quota contribuisce allo sviluppo della convezione ma non è il fattore fondamentale. Lo sviluppo del ciclone Ianos nello Ionio nel settembre 2020 ha mostrato queste caratteristiche: il ciclone si è sviluppato in presenza di una forzante sinottica piuttosto debole, mentre le temperature del Mediterraneo meridionale erano prossime alla soglia di innesco tipica dei cicloni tropicali. Con dei colleghi spagnoli stiamo ora analizzando l’evento che ha interessato la costa vicino a Barcellona a inizio ottobre: il forte sistema convettivo a mesoscala, responsabile di intense piogge, pare aver innescato una circolazione ciclonica, per quanto di breve durata, senza forzante sinottica in quota. Se lo studio confermerà la nostra ipotesi, si tratterà del primo caso di ciclogenesi ‘tropicale’ osservata nel Mediterraneo. Il meccanismo WISHE che caratterizza i cicloni tropicali è basato su un feedback positivo tra flussi di calore sensibile e latente dal mare, convezione e approfondimento del minimo di pressione: i flussi superficiali forniscono l’umidità e determinano le condizioni favorevoli all’innesco della convezione; la convezione riscalda l’atmosfera, approfondendo il minimo di pressione; il minimo di pressione più profondo intensifica il vento che a sua volta intensifica i flussi, e così via. Questo processo è tipico dei tropici; alle medie latitudini, in presenza di shear del vento, è presente un contributo baroclino non solo nella fase di ciclogenesi, ma anche nella fase matura (cioè nella fase a cuore caldo), per quanto la sua importanza nel periodo di massima intensità vari da caso a caso. La transizione a medicane è identificata nel diagramma di Hart dalla presenza di condizioni di simmetria nella struttura, e da un cuore caldo che si estende in tutta la troposfera”.
Il bacino del Mediterraneo come serbatoio energetico: flussi turbolenti e calore latente. Si tende spesso a semplificare il ruolo del mare guardando esclusivamente al valore assoluto della temperatura superficiale (SST). Dal punto di vista della fisica dello strato limite marino (MABL), quanto contano parametri come il gradiente termico verticale aria-mare, l’umidità specifica nei primi metri e lo spessore dello strato rimescolato superficiale (mixed layer depth) nel garantire il continuo rifornimento di calore latente e sensibile all’occhio del ciclone durante il suo percorso, evitando l’intrusione distruttiva di aria secca continentale?
“Innanzitutto, va precisato che per i medicane, al contrario della maggior parte dei cicloni tropicali, la temperatura del mare non deve superare una soglia di innesco. L’’efficienza’ di un ciclone di tipo tropicale dipende dalla differenza tra temperatura superficiale del mare e temperatura della tropopausa. Ai tropici quest’ultima non può variare molto, quindi è necessario che la temperatura superficiale degli oceani superi un valore di soglia (26.5°C) per innescare lo sviluppo di un ciclone tropicale. Alle medie latitudini, la temperatura nell’alta troposfera può invece ridursi notevolmente in presenza di discesa di aria di origine polare; questo implica che si possa raggiungere un’elevata efficienza anche se la temperatura del mare non è elevata. Per quanto riguarda lo spessore dello strato rimescolato superficiale, esso è fondamentale in quanto rappresenta un serbatoio di calore che alimenta i cicloni. Il suo ridotto spessore nel periodo estivo e all’inizio dell’autunno nel Mediterraneo può portare ad un forte e repentino raffreddamento delle temperature superficiali del mare subito dopo il passaggio di un medicane, che agisce in modo da limitare l’approfondimento del minimo barico.
Elevati valori di umidità specifica nello strato limite marino sono fondamentali per incrementare l’instabilità e alimentare la convezione, ma comunque non impediscono l’intrusione di aria secca nella media-bassa troposfera. A differenza della maggior parte dei cicloni tropicali, quasi tutti i medicane sono innescati da una significativa intrusione di aria secca che scende dall’alta troposfera/bassa stratosfera e che limita l’approfondimento ulteriore del ciclone, dal momento che l’aria più secca si mescola con quella più umida indebolendo la convezione”.
Climatologia dei TLC sotto riscaldamento globale: meno frequenti ma più devastanti? Le proiezioni modellistiche ad alta risoluzione indicano cambiamenti complessi per il Mediterraneo. Mentre l’espansione verso nord della cella di Hadley e la maggiore stabilità termodinamica media potrebbero ridurre il numero complessivo di ciclogenesi barocline nel bacino, l’aumento dell’energia termica immagazzinata suggerisce una potenziale intensificazione degli eventi che riescono a svilupparsi. Qual è il quadro di consenso che emerge dalla letteratura scientifica recente: stiamo già riscontrando anomalie statistiche significative negli ultimi decenni o la rarità intrinseca di questi fenomeni impone ancora cautela nell’attribuzione antropica?
“I medicane sono eventi rari, quindi è impossibile trarre delle conclusioni statistiche sulla base dei pochi casi osservati. Pertanto, per capirne il comportamento futuro si analizzano le proiezioni dei modelli climatici. Tutti gli studi sull’argomento (una decina) hanno fornito lo stesso risultato: la frequenza dei medicane dovrebbe leggermente diminuire, ma l’intensità aumentare. Quindi avremo cicloni più intensi, di più lunga durata, con impatti sulle coste più violenti in termini di vento, precipitazioni, inondazioni”.
Fisica delle supercelle e tornadogenesi in Italia: il contrasto tra Pianura Padana e bacini marittimi. L’Italia è una delle aree europee a più alta frequenza di convezione violenta e trombe d’aria. Quali differenze dinamiche e ambientali intercorrono tra le supercelle continentali della Pianura Padana, dove l’innesco convettivo è spesso legato a dryline padane, flussi adriatici e forte shear del vento nei bassi strati, e i tornado o trombe marine generate su Mar Ionio, Basso Tirreno e Canale di Sicilia, dove la componente di elicità (Storm-Relative Helicity) si combina con masse d’aria a elevatissimo CAPE marino?
“I tornado della Pianura Padana e quelli dell’Italia meridionale mostrano caratteristiche completamente differenti. I tornado ‘padani’ sono principalmente estivi, innescati dall’interazione tra aria calda che risale dall’Adriatico verso nord-ovest, aria fredda che scende dalle Alpi a seguito di un fronte o di un sistema convettivo, e aria calda e secca (dryline) che scavalca gli Appennini. Questa configurazione (‘punto triplo’) caratterizza anche i tornado del sud-ovest degli Stati Uniti, ma con scale spazio-temporali completamente differenti. I tornado dello Ionio sono invece principalmente autunnali e sono caratterizzati dal trasporto di aria molto calda e umida nei bassi strati, associata a elevati valori di instabilità e forte shear del vento (e storm-relative helicity) nel primo chilometro di atmosfera, dovuto alla presenza di un intenso low-level jet. Questi tornado sono associati a forti anomalie stagionali. Invece, in quelli padani CAPE e umidità si mantengono su valori costantemente elevati durante l’estate; quindi, si verificano in condizioni relativamente normali per quel periodo dell’anno”.
La frontiera della modellistica numerica: la sfida della convezione esplicita a scala chilometrica. La simulazione numerica di un TLC o di una supercellula isolata richiede modelli ad area limitata (come WRF o MOLOCH) con risoluzione orizzontale sub-chilometrica. Quali sono oggi i limiti fisici più ostici nella parametrizzazione della microfisica delle nubi (discriminazione tra gocce sopraffuse, graupel e grandine) e della turbolenza di strato limite? Quanto è determinante l’assimilazione ad altissima risoluzione dei dati radar e satellitari per evitare che la traiettoria di un vortice a mesoscala venga traslata anche solo di 50-100 chilometri, stravolgendo la localizzazione del landfall?
“L’innesco (o il mancato innesco) della convezione è determinato da differenze di decimi di grado. Purtroppo, le analisi con cui vengono inizializzati i modelli non hanno questo livello di precisione. L’unico approccio possibile è probabilistico, attraverso l’utilizzo di ensemble di simulazioni. Queste possono essere realizzate o perturbando le condizioni iniziali, in modo da rappresentare l’incertezza nelle analisi, o perturbando le parametrizzazioni fisiche, in modo da rappresentare l’incertezza presente nei modelli. Quando si scende al di sotto di 1 km di passo di griglia, si aggiunge un altro problema: le parametrizzazioni della turbolenza e della radiazione tradizionalmente impiegate nei modelli ad area limitata non sono più adeguate. In questo settore, mi aspetto che in futuro l’intelligenza artificiale possa fornire un contributo importante”.
Rigore tassonomico e contrasto al sensazionalismo: cosa è un Medicane e cosa non lo è. Nella comunicazione digitale moderna ogni perturbazione autunnale o minimo depressionario profondo sul Tirreno o sullo Ionio viene ormai etichettato frettolosamente come “Medicane” o “uragano mediterraneo”. Dal punto di vista scientifico, quali criteri oggettivi e inequivocabili definiscono un TLC, e quali principi di deontologia dovrebbero guidare l’informazione meteorologica per evitare di confondere normali tempeste cicloniche extratropicali con autentici eventi tropical-like?
“Questo problema è stato largamente discusso dalla comunità scientifica che studia i cicloni mediterranei. Dopo decenni di dibattiti, siamo riusciti a convergere verso una definizione condivisa di medicane che è stata recentemente pubblicata e riportata nel glossario dell’American Meteorological Society:
“Un ciclone a mesoscala che si sviluppa sul Mar Mediterraneo e presenta caratteristiche analoghe a quelle dei cicloni tropicali: un nucleo caldo che si estende fino alla parte superiore della troposfera, una struttura simile a un ‘occhio’ al centro, circondata da bande nuvolose a spirale attorno a un’area quasi priva di vento, e una circolazione dei venti sulla superficie marina pressoché simmetrica, con intensità massima concentrata entro poche decine di chilometri dal centro. Il ‘medicane’ si forma principalmente grazie a una combinazione di processi baroclini e interazioni tra atmosfera e mare. In alcuni casi, quest’ultimo meccanismo diventa predominante, rendendo lo sviluppo del fenomeno simile a quello degli uragani, tanto da poter raggiungere un’intensità e un potenziale distruttivo paragonabili a questi”.
Il vantaggio di questa definizione è che strumenti di remote sensing consentono di identificare queste caratteristiche in tempo reale e quindi possono consentire di identificare la presenza di un ciclone a cuore caldo operativamente. Il limite di questa definizione è che non è in grado di distinguere tra i vari tipi di cicloni a nucleo centrale caldo; oltre alle transizioni tropicali propriamente dette (cioè cicloni extra-tropicali che acquistano caratteristiche tropicali ad un certo punto del loro ciclo di vita), la definizione include anche le warm seclusion (che rappresentano la fase finale nella vita di un ciclone extratropicale secondo il modello di Shapiro-Keyser) e i cicloni sub-tropicali. In ogni caso, un merito della definizione è quello di aver creato un linguaggio comune, e di aver creato una base da cui partire per caratterizzare meglio in futuro le varie sub-categorie”.
I Punti Chiave dell’Intervista
- Verso il primo caso di ciclogenesi “tropicale” pura: Oltre al caso di Ianos (2020), uno studio in corso con ricercatori spagnoli analizza il sistema convettivo di Barcellona (ottobre): potrebbe rappresentare il primo caso documentato nel bacino di ciclogenesi tropicale sviluppatasi esclusivamente dall’energia marina, senza il supporto di una forzante fredda in quota.
- La soglia di temperatura marina nel Mediterraneo: A differenza dei tropici (dove serve una SST fissa >26.5°C per via della tropopausa calda costante), nel Mediterraneo l’efficienza termodinamica dipende dal gradiente verticale mare-tropopausa. Le discese d’aria fredda polare in quota permettono lo sviluppo di Medicane anche con mari relativamente freddi.
- Il limite dello strato rimescolato (Mixed Layer): L’esiguo spessore dello strato caldo superficiale all’inizio dell’autunno induce un rapido cold wake (raffreddamento indotto dal rimescolamento e dai flussi) dopo il passaggio del ciclone, agendo da freno naturale all’approfondimento del minimo barico.
- TLC e Cambiamento Climatico: L’unanime consenso di circa dieci studi modellistici converge: la frequenza complessiva dei Medicane subirà una lieve flessione, ma gli eventi che riusciranno a strutturarsi risulteranno sensibilmente più intensi, persistenti e distruttivi lungo le coste.
- Tornado: Pianura Padana vs Mar Ionio: I tornado padani sono legati al meccanismo estivo del “punto triplo” (umidità adriatica, outflow alpino e dryline appenninica in condizioni di CAPE stagionalmente normale). I tornado ionici sono autunnali, innescati da forti anomalie termiche marine e da un poderoso Low-Level Jet nel primo chilometro, con picchi estremi di Storm-Relative Helicity.
- La definizione ufficiale dell’AMS: La convergenza della comunità scientifica internazionale ha portato a un canone oggettivo riconosciuto nel glossario dell’American Meteorological Society, consentendo il riconoscimento diagnostico in tempo reale da satellite pur mantenendo aperte le distinzioni fisiche tra transizioni tropicali pure e warm seclusion.
L’intervento del dottor Marcello Miglietta fornisce una sintesi di altissimo rigore teorico e applicato, ridefinendo i contorni della meteorologia dinamica applicata al bacino del Mediterraneo. Lo studio pionieristico sui casi a debole forzante sinottica, da Ianos all’evento spagnolo in fase di analisi, apre scenari scientifici inediti: in presenza di un mare eccezionalmente caldo, il Mediterraneo dimostra di poter sostenere ciclogenesi guidate prevalentemente dal feedback WISHE, avvicinandosi per dinamica alle tempeste dei bacini tropicali aperti.
Allo stesso tempo, la dissezione cinematica e termodinamica dei tornado in Italia smantella ogni narrazione semplicistica: le dinamiche continentali a mesoscala della Val Padana rispondono a regole e forzanti nettamente distinte rispetto ai flussi sciroccali a elevata elicità che alimentano le trombe marine e i tornado ionici. Di fronte a queste sfide fisiche, dove frazioni di grado decidono l’esplosione o meno di una supercella e dove i modelli sub-chilometrici sfidano le leggi della turbolenza, il messaggio della scienza è inequivocabile: l’approccio probabilistico d’insieme e l’integrazione di nuove architetture computazionali rappresentano l’unica via per una previsione del rischio accurata ed eticamente responsabile.
Chi è Marcello Miglietta
Mario Marcello Miglietta è Dirigente di Ricerca presso l’Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ISAC), dove coordina ricerche avanzate sulla dinamica dell’atmosfera e gli eventi idrometeorologici estremi. È docente a contratto di dinamica atmosferica e meteorologia presso l’Università degli Studi di Padova e l’Università di Innsbruck. Tra i massimi esperti a livello internazionale nello studio dei cicloni di tipo tropicale nel Mediterraneo (Medicane), della convezione profonda e delle trombe d’aria, ha all’attivo oltre cento pubblicazioni scientifiche sulle principali riviste internazionali di settore (JAS, QJRMS, MWR) e ha coordinato campagne osservative e gruppi di lavoro internazionali promossi dall’AMS e dall’European Geosciences Union (EGU).
Vuoi ricevere le notifiche sulle nostre notizie più importanti?