Quando si parla di Vortice Polare solitamente ci si riferisce al semestre freddo (settembre-Febbraio), poiché quello è l’intervallo di tempo in cui, annualmente, la Troposfera e la Stratosfera tipicamente acquisiscono elementi di coerenza.
Se estendiamo il periodo in esame, quindi ci inoltriamo nel semestre caldo (Marzo-Agosto), parlare di Vortice Polare significa trattare la sola parte troposferica che, per quanto indebolita, continua comunque ad esistere, mentre scompare la parte troposferica.
Per questa ragione si usa descrivere la colonna topo-stratosferica come composta dal Vortice Polare Troposferico (VPT) e dal Vortice Polare Stratosferico (VPS).
Come abbiamo visto nei precedenti articoli (elencati in appendice), l’interazione nel semestre freddo tra la parte troposferica e la parte stratosferica condiziona in modo rilevante l’andamento del clima per noi che viviamo alla base della Troposfera.
Vediamo ora due schemi della struttura atmosferica a partire dal suolo ed andando in quota.
L’immagine 1 mette in evidenza la variazione della pressione atmosferica in relazione alla quota, mentre l’immagine 2 (che si spinge sino alla termosfera, quindi contempla tutta la colonna atmosferica) tratta l’andamento della temperatura al variare della quota e della pressione.

Immagine 1: andamento della pressione e della frazione atmosferica al variare della quota
Immagine 2: andamento della temperatura e della pressione con la quota

Le regioni dell’atmosfera sono suddivise proprio grazie all’andamento della temperatura, ossia si utilizza l’inversione dell’andamento della temperatura per definirle.
Dall’immagine 2 possiamo chiaramente individuare come la Troposfera si spinga mediamente sin verso i 12 Km di quota, mentre la Stratosfera vada mediamente dai 12 ai 50 Km.
Dall’immagine 1 si può notare come la percentuale della massa atmosferica sia concentrata per il 99% tra la Troposfera e la Stratosfera e come la troposfera faccia di gran lunga la parte del leone.
Altra caratteristica della stratosfera, da cui il suo nome, è la “stratificazione”, ossia l’inibizione dei moti convettivi dovuti all’inversione termica in essa presente (si noti l’aumento di temperatura con la quota in figura 2).
Per queste ragioni si comprende come l’attività atmosferica (intesa in termini di fronti) si sviluppi in troposfera e perché i disturbi della Stratosfera siano originati sempre dal basso ossia dalla Troposfera.
Disturbi che, una volta iniettati in Stratosfera, possono alterare in modo consistente lo stato della Stratosfera e riverberarsi poi in Troposfera.

La premessa era necessaria e doverosa, ma lo scopo di questo articolo non è tanto descrivere in senso stretto le caratteristiche generali dell’atmosfera, quanto cercare di mostrarne le caratteristiche evolutive generali durante il semestre freddo. Per fare ciò, di seguito tratteremo questo argomento con una serie di grafici derivati dall’analisi pluriannuale e multilivello (isobarico) della colonna atmosferica.
Dalle immagini precedentemente discusse, si è messo in luce come le regioni dell’atmosfera possono essere descritte al variare della quota anche dall’andamento della pressione; di solito è ciò che si utilizza.
Quindi per la nostra analisi ci siamo avvalsi dell’archivio ERA-Interim ECMWF con passo di griglia di 2.5×2.5 gradi. I parametri in esame sono il vento zonale, il vento meridionale e la temperatura in aree specifiche dell’emisfero.
Prima di presentare i dati è tuttavia necessario un ulteriore piccolo sforzo, ossia capire di cosa si tratta quando si parla di vento zonale e vento meridionale. Per aiutarci osserviamo l’immagine 3

Immagine 3: decomposizione del vettore del vento

Dato un generico vettore del campo del vento, è sempre possibile scomporlo in due vettori. Il primo con direzione verso il polo e il secondo in direzione normale al primo. Il vettore giacente sulla direzione polare è chiamato Vento Meridionale, mentre la componente ad esso normale è detta Vento Zonale.
In soldoni possiamo si può dire che il vento meridionale descrive l’andamento Nord/Sud (o Sud/Nord a seconda del verso), mentre il vento zonale l’andamento Ovest/Est (o Est/Ovest a seconda del verso).
Il tipico andamento del vento zonale è Ovest/Est (zonalità); nei casi in cui si abbia segno negativo si parla di antizonalità. Il Vento Meridionale positivo può essere utilizzato come tracciante dell’attività delle onde anticicloniche e per questo qui è stato utilizzato per descrivere la loro azione.

L’analisi qui proposta si fonda sul calcolo, nell’intervallo di tempo tra Agosto e Maggio a partire dal 1950 e sino al 2017, del valor medio della temperatura in area polare dell’emisfero boreale (oltre i 75° di latitudine Nord), del vento zonale nell’anello emisferico tra i 60° e 65° Nord e del vento meridionale postivo oltre i 50° di latitudine Nord. Ciò ci permette di avere un quadro delle caratteristiche tipiche dello stato dei due vortici.
Di seguito alcuni grafici delle sezioni bariche dell’alta troposfera (300 hPa), della media stratosfera (10 hPa) e dell’alta stratosfera (1hPa).

grafico 4
grafico 5
grafico 6

Una prima osservazione riguarda il vento zonale. Come si può notare dai grafici, in Stratosfera diviene negativo (grafici 5 e 6) nel corso dell’anno, mentre in Troposfera ciò non accade (grafico 4). Questa è la caratteristica che definisce l’esistenza del VPS (rotazione oraria – struttura ciclonica), ossia la zonalità del vento. Nel semestre estivo vige il regime d’antizonalità e per questo la struttura diviene anticiclonica (rotazione antioraria).

Immagine 7

Considerando la quota dei 10 hPa (la media Stratosfera), si nota come il VPS nasca tipicamente sul finire d’Agosto e svanisca verso la metà di Aprile (evento di final warming). E’ bene ricordare che stiamo parlando di un valor medio di lungo periodo, quindi si tratta di valori indicativi che non sono direttamente traducibili in termini di singoli anni. Un’altra osservazione interessante riguarda l’incremento della velocità del vento in relazione al calo progressivo della temperatura. Si può notare (particolarmente bene nel grafico ad 10 hPa)  come in una prima fase sia il vento zinale che la temperatura varino in modo piuttosto regolare, ma poi le cose cambiano. La temperatura tende a stallare o ad aumentare e il vento zonale poco tempo dopo inizia a perdere velocità.
Sia la temperatura che il vento zonale raggiungono i rispettivi picchi nel mese di Dicembre, poi inizia la lenta virata. In altre parole in questo frangente, quindi dalla nascita sin verso Natale, il VPS (ma anche nel VPT) diviene più freddo e più forte (il tracciante della compattezza del VP è proprio l’intensità della zonalità del vento). In modo più formale si parla di “Secche dicembrine”, ma volendo rifarsi alla saggezza contadina, ciò da un senso al proverbio “Fino a Natale, né freddo, né fame, da Natale in avanti tremano anche i muri che sono vuoti”.
La domanda da porsi è perché da Gennaio le cose cambino
L’elemento chiave è di certo l’aumentare dell’irraggiamento solare dopo il solstizio d’inverno, ma non è solo quello.
Il grafico che segue riporta l’andamento dell’anomalia del vento meridionale positivo a 500 hPa (ricordiamo che l’attività d’onda nasce si esprime dalla Troposfera).
Ossia, dato il valore medio giornaliero del vento meridionale (diciamo così per semplificare) oltre i 50° di latitudine Nord, si è calcolato il valor medio di tutto il set di dati per poi sottrarlo ai valori medi giornalieri.

grafico 8

Dal grafico 8 si può notare come l’attività d’onda acquisti progressivamente importanza nel corso del tempo a partire dall’inizio del semestre freddo e come essa raggiunga la sua massima intensità nel periodo compreso tra la metà di Dicembre e la fine di Febbraio.
Quindi, oltre al l’aumentare dell’irraggiamento, è anche necessario considerare il disturbo innescato dalle onde, che di fatto caratterizzano, come già sappiamo, in modo determinante l’andamento stagionale di uno specifico anno.

Si chiude così questa breve carrellata sulle caratteristiche evolutive medie generali dei due VP boreali.
Ma da una risposta nascono spesso nuove domande.
Quindi alla prossima puntata e per questo, come sempre, Stay tuned !

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