L’Arctic Oscillation index (AO) index è l’indice più importante per difinire lo stato medio della distribuzione del geopotenziale a livello emisferico.
Il suo calcolo è tutt’altro che banale (lo tratteremo in un prossimo spigoloso articolo). In termini semplici l’AO rappresenta un’anomalia del geopotenziale emisferico, che si riscontra partendo da una figura tipica rappresentante l’anomalia multi-annuale del geopotenziale stesso (di seguito proposta).

La sintesi del valore dell’AO è la differenza  che si ottiene proiettando il loading pattern calcolato in un certo momento (chiamiamolo corrente) su quello multi-annuale. Sia chiaro che non stiamo parlando di un ragionamento basato su valori medi, ma di valori derivanti da uno specifico calcolo (che per l’appunto tratteremo in futuro) e per questo si parla di loading pattern.

L’AO acquisisce un significato particolarmente pregnante in inverno, poiché in quel trimestre (ricordiamo che meteorologicamente parlando si tratta di Dicembre, Gennaio e Febbraio – DJF) si possono avere ondate di gelo e neve, ossia quelle meteore che con più alta frequenza possono letteralmente mandare in grave crisi o bloccare le attività umane.
Quando l’AO è molto negativo, le digressioni verso le medie latitudini del freddo, e dunque anche della neve, possono divenire intese e persistenti, causando così gravi disagi. Vice versa, con AO alto, le digressioni del freddo dalle aree polari divengono effimere o assenti.
Il generale inverno è comunque a tutt’oggi “un soggetto” con cui si deve per forza fare i conti e cercare di capirne le mosse è qualcosa di affascinate e, in prospettiva, un’opera di vera e propria difesa attiva delle attività umane.
L’immagine che segue schematizza ciò che è stato appena affermato e, come si può osservare, in estrema sintesi l’AO definisce il grado di zonalità (o se preferite il concetto contrario di meridianità) delle correnti.

L’AO è calcolato, come detto, utilizzando il dato riferito alla distribuzione emisferica del  geopotenziale  alla quota isboarica dei 1000 hPa, partendo dalla latitudine 20° N sino al polo. La formalizzazione dell’AO la si deve a David W. J. Thompson John M. Wallace nel 1998 (seppur anch’essi si basarono su fondamentali concetti derivanti da studi precedenti) e il calcolo dell’indice è ritenuto consistente a partire dal 1948, anno in cui entrò in servizio la rete mondiale di rilevamento dati controllata dal WMO (World Meteorological Organization). Parlando del trimestre invernale, i valori massimi e minimi medi rilevati sul periodo appartengono rispettivamente al 1998/99 con +2.8 e 2009/2010 con -3,2.

In termini più generali (ossia calcolando il medesimo valore su piani isobarici differenti dai 1000 hPa) si parla di NAM (Northern Annular Mode).  Un esempio di rappresentazione del NAM su tutta la colonna strato/troposferica è riportato nelle immagini seguenti (colori caldi NAM negativo e colori freddi NAM positivo). La prima immagine è riferita all’intero anno 2009/2010 e la seconda al 1988/1989 (l’asse Y riporta le quote isobariche a cui è stato calcolato il NAM)

Quindi l’AO definisce il grado di struttura della distribuzione del geopotenziale della bassa troposfera, mentre il NAM lo si calcola, come appena sottolineato, su qualsiasi piano isobarico.
Dalle ricerche compiute da Baldwin e Dunkerton tra il 2000 e il 2003, si è evidenziato il possibile condizionamento della stratosfera sulla toposfera. Ossia quando in stratosfera vengono superare (in positivo ed in negativo) due soglie di riferimento del NAM, la troposfera tende ad assumere un NAM (AO) compatibile con quello stratosferico per un periodo oscillante dai 30 ai 40 giorni. Questi episodi tendono a caratterizzare fortemente la stagione invernale e gli esempi sopra riportati (ovvero gli anni 1988/1989 e 2009/2010) ricadono tra i migliori rappresentanti. Di seguito la sintesi  grafica delle ricerche di Baldwin e Dunkerton.

Tuttavia la meccanica individuata da  Baldwin e Dunkerton non è da considerare stringente nei risultati, poiché ancora rimangono da scoprire ulteriori caratteristiche del sistema.
Difatti vi sono diversi anni in cui la stratosfera e la troposfera mostrarono lunghi periodi con condizioni NAM opposte o molto differenti. In questo caso si parla di disaccoppiamento tra le due entità. Come esempio riportiamo il caso del 1978/1979 e del 1985/1986

Da tutto ciò si capisce come, seguendo il valore del AO (e del NAM), si riesca a definire in modo sintetico e significativo le mosse dell’atmosfera, seppur sia necessaria la modellizzazione della stessa per capire dove, come e quando queste azioni si realizzaranno.
In chiusura, per meglio comprendere quest’ultimo ragionamento, riporto il grafico dell’AO giornaliero del 2009/2010 e la carta a 500 hPa del 20 Dicembre 2009, nella quale si può ben notare come l’azione delle onde abbia fortemente destrutturato (AO da record negativo)  il Vortice Polare.
Nella mappa emisferica sotto riportata la colata gelida colpì l’Europa e L’Italia ma, essendo l’AO un indice emisferico, le discese fredde posso interessare qualsiasi altra zona.