Tipi di circolazione sull'Italia

Tipi di circolazione atmosferica sull’Italia: l’analisi dell’estate 2021

Il numero di giorni con tipi di circolazione atmosferica associati a tempo instabile quest’anno ha superato leggermente il numero di giorni con circolazione prevalentemente anticiclonica, in controtendenza rispetto al trend dal 2005, che vede un progressivo aumento soprattutto di TC11 - Anticiclone Nordafricano e TC6 - Anticiclone delle Azzorre. Ottima performance dei modelli globali con la previsione delle irruzioni di aria fresca atlantica nel Mediterraneo, hot spot dei cambiamenti climatici.

Per studiare la circolazione atmosferica a scala sinottica, le sue anomalie, i suoi mutamenti negli anni e le relative conseguenze ambientali, e per valutare l’abilità dei modelli di previsione meteorologica a riprodurne la variabilità, può essere utile classificare le situazioni atmosferiche in un numero definito di “Tipi di Circolazione” (TC). Come? Con una tecnica che riconosce e classifica le configurazioni della circolazione, dopo una fase di training che prevede l’analisi di  lunghe serie storiche di dati di osservazione dello stato dell’atmosfera.

Noi utilizziamo SOM (Self Organizing Map): un tipo di rete neurale molto efficiente nell’elaborazione di grandi quantità di dati, il cui processo di apprendimento, non supervisionato, assomiglia a quello del cervello umano.

Per l’Europa centro-meridionale e l’Italia abbiamo così identificato dodici TC. La figura 1 mostra la configurazione della pressione al livello del mare associata a ciascuno di essi, in base alla quale è stato assegnato un nome, come riportato nella tabella 1.

Fig. 1 – Configurazione della pressione al livello del mare di ciascun Tipo di Circolazione (TC) identificato da SOM. I dati sono standardizzati. I colori dal verde al rosso rappresentano valori positivi (“alta pressione”), i colori dal bianco al blu i valori negativi (“bassa pressione”). Crediti Meteo Expert – IconaClima

La figura 2 mostra invece la copertura nuvolosa osservata in occasione di ciascun TC, in un giorno qualsiasi dell’anno. Come abbiamo visto nei precedenti report, TC9 – Anticiclone di blocco è il più frequente e persistente: è il principale  responsabile delle situazioni invernali di tempo stabile al Nord, venti orientali, spesso di Bora, gelo e nevicate fino a quote basse sulle regioni del Medio Adriatico e al Sud.

Anche TC1 – Maestrale è un TC “freddo”, associato all’irruzione di aria di origine Nord-Atlantica nel Mediterraneo, spesso sottoforma di venti burrascosi con direttrice nord-ovest – sud-est, il Maestrale appunto, e venti di caduta (Foehn o Favonio), a volte violenti e rafficosi, tra Piemonte e Lombardia.

TC3 – Depressione Padana è coerente con una perturbazione medio-atlantica in scorrimento sull’ l’Europa centrale. È molto frequente nella tarda primavera e in estate, ed è spesso responsabile di eventi convettivi estremi al Nord, specie sulle Alpi e sul Triveneto.

TC8 – Scirocco e TC4 – Depressione Ligure possono essere responsabili, soprattutto in autunno inoltrato, di forte maltempo sulle nostre regioni settentrionali e, TC – 8 Scirocco, può contribuire al fenomeno dell’acqua alta a Venezia.

TC6 – Anticiclone delle Azzorre, TC10 – Anticiclone Afroiberico e TC – 11 Anticiclone Nordafricano sono tutti associati a cielo sereno ovunque, TC11 responsabile delle più intense ondate di calore in tutto il nostro Paese.

Fig. 2 – Copertura nuvolosa osservata in occasione di ciascun Tipo di Circolazione atrmosferica (TC). Crediti Sat24.com/Eumetsat/Met Office.

In occasione delle conferenze annuali della Royal Meteorological Society (www.atmosphericscienceconference.uk/net-zero) e dell’European Meteorological Society (www.ems2021.eu ), quest’anno abbiamo illustrato come l’identificazione dei dodici TC abbia reso possibile misurare quantitativamente l’incremento negli ultimi sedici anni del numero di giorni di presenza invernale di TC11 – Anticiclone Nord-Africano, e il contemporaneo decremento di tipi di circolazione caratterizzati dall’irruzione nel Mediterraneo di aria artica o polare, associati a precipitazioni concentrate soprattutto sulle nostre regioni meridionali e del Medio Adriatico: TC9 – Anticiclone di blocco e TC1 – Maestrale. Secondo studi recenti 1, lo sviluppo di una anomalia anticiclonica sul Mediterraneo durante l’inverno, frutto dell’azione combinata di cambiamenti nella dinamica della circolazione su larga scala nell’alta troposfera e della riduzione del gradiente di temperatura tra terra e mare, è riconosciuto come il fattore chiave del declino, già in atto e previsto dai modelli per i prossimi decenni, delle precipitazioni invernali nell’area Mediterranea al di sotto di 40 gradi di latitudine,  condizione che rende il Mare Nostrum un importante hot spot del cambiamento climatico.

Estate 2021: tipi di circolazione atmosferica osservati

Tab. 1 – Nome dei dodici Tipi di Circolazione (TC) identificati da SOM sul dominio 35°- 52°N, 3°W – 24°E (Europa centro-meridionale) e numero di giorni di presenza di ciascuno dal primo giugno al 31 agosto 2021. Crediti Meteo Expert – IconaClima

La tabella 1 mostra il numero di giorni di presenza di ciascun TC identificato da SOM per l’estate meteorologica 2021. TC1 Maestrale, il protagonista assoluto della freddissima primavera 2021, con quasi due settimane di presenza è risultato il TC più frequente anche nella stagione estiva, grazie ad un episodio di straordinaria persistenza.

TC1 – Maestrale e TC9-Anticiclone di blocco, i grandi assenti della stagione invernale, sono stati i protagonisti delle tre parentesi più fresche dell’estate, nonché le uniche piovose, anche con episodi locali estremi, per il Centrosud: tra il 6 e l’11 giugno, tra il 16 e il 18 luglio e, a chiusura della più intensa ondata di calore della stagione, anche gli ultimi otto giorni del mese di agosto (figura 3), con i quali TC1 – Maestrale ha raggiunto per la terza volta dal 2005 il suo record di persistenza.

Fig. 3 – Sequenza temporale dei tipi di circolazione (TC) osservati nel corso dell’estate 2021. Crediti Meteo Expert – IconaClima

Non sono mancati altri TC associati a tempo perturbato o instabile su ampie zone del dominio europeo analizzato, ma tra di essi hanno prevalso situazioni associate ad afflusso di aria mite da latitudini decisamente più basse, come TC8 – Scirocco, il raro TC7 – Correnti occidentali  e TC4 – Depressione Ligure, quest’ultimo in leggero eccesso rispetto alla media 2005-2020 (figura 4), tutti responsabili di eventi localmente anche molto intensi al Nordovest.

Fig. 4 – Anomalia del numero di giorni di presenza di ciascun Tipo di Circolazione (TC) nella estate 2021 rispetto alle media delle stagioni estive dal 2005 al 2020. Crediti Meteo Expert – IconaClima
Fig. 5 – Linee di tendenza lineare dal 2005 al 2021 del numero di giorni di presenza di alcuni Tipi di Circolazione (TC) nella stagione estiva. Crediti Meteo Expert – IconaClima

La figura 5 ci mostra invece quanto ad un trend positivo di TC4 – Depressione Ligure dal 2005 si contrapponga una più rapida discesa di  TC3 – Depressione Padana, come abbiamo visto associato allo scorrimento di aria fresca atlantica sulle nostre regioni settentrionali e responsabile di fenomeni intensi soprattutto al Nordest: fino a qualche anno fa il vero protagonista dei mesi più caldi, e ora più in declino di TC1 – Maestrale.

In generale, nell’estate del 2021 il numero di giorni con TC associati a tempo relativamente instabile o perturbato su ampie porzioni del dominio esaminato, e almeno in parte anche del territorio italiano (TC1, TC2, TC3, TC4, TC7, TC8), ha superato leggermente il numero di giorni con TC a prevalente matrice anticiclonica e tempo stabile (TC5, TC6, TC9, TC10, TC11, TC12), in controtendenza rispetto al trend dal 2005, che vede comunque un progressivo aumento di questi ultimi, fino alla prevalenza dal 2018 (figura 6).

Fig. 6 – Tendenza lineare dal 2005 al 2021 del numero totale di giorni di presenza dei tipi di circolazione associati a tempo instabile o perturbato su buona parte del dominio esaminato (linea verde: TC1, TC2, TC3, TC4, TC7 e TC8) e dei tipi di circolazione atmosferica associati a prevalente circolazione anticiclonica e tempo stabile (linea blu: TC5, TC6, TC9, TC10, TC11, TC12) nella stagione estiva. Crediti Meteo Expert – IconaClima

Estate 2021: la performance dei modelli globali di previsione meteorologica

Per poter valutare l’abilità di sei modelli globali a prevedere la circolazione atmosferica dei sette giorni successivi, con un opportuno algoritmo abbiamo misurato la distanza tra i dodici TC che la rete neurale ha distribuito nel suo spazio, posizionandoli tanto più vicini fra loro quanto più sono fra loro simili. Per ogni giorno di previsione è così possibile quantificare con una buona approssimazione la “similarità” tra il TC previsto e il TC osservato e quindi effettuare una verifica oggettiva. La tabella 2 riporta l’elenco dei modelli sottoposti a verifica.  MIX è il multi-model ensemble creato da Meteo Expert utilizzando i dati degli altri cinque modelli globali della lista.

Tab. 2 – Modelli globali di previsione meteorologica operativi al Centro Meteo Expert, sottoposti a verifica su base stagionale. MIX è il multi-model ensemble creato da Meteo Expert elaborando i dati di previsione prodotti dagli altri cinque modelli.

La figura 7 riporta l’indice di qualità della previsione del tipo di circolazione da “oggi” (+24 ore di previsione) fino al terzo giorno (+96 ore di previsione) per tutti i modelli globali operativi presso il nostro Centro, e fino al sesto giorno (+168 ore di previsione) solo per alcuni di essi. Diversamente da quanto avviene solitamente, ECMWF  è stato uno dei modelli meno abili, superato vistosamente soprattutto da GFS, GEM e MIX, tranne nel più lungo termine, quando il modello europeo riesce sempre ad esprimere al meglio le sue potenzialità.

Fig. 7 – Qualità complessiva della previsione della circolazione atmosferica per tutti i modelli analizzati e per tutte le validità orarie disponibili (da +24 ore a +168 ore di previsione). L’indice di qualità è attenuto mediante la misura dell’entità delle distanze (“similarita”) tra le configurazioni osservate e quelle previste, ed è espressione di quanto la previsione del modello si allontana dalla condizione di errore massimo possibile. Crediti Meteo Expert – IconaClima

L’abilità del modello globale europeo (ECMWF), di quello americano (GFS) e di quello canadese (GEM) a prevedere i dodici tipi di circolazione atmosferica nel più lungo termine è mostrata nella figura 6, che riporta l’indice di qualità medio per le previsioni dal terzo al sesto giorno di previsione (da +96 a +168 ore). Pare evidente come ECMWF sia risultato più abile con almeno i due terzi dei pattern di circolazione,  soprattutto in occasione di TC7 – Correnti occidentali, TC8 – Scirocco e, soprattutto, TC9 – Anticiclone di blocco, e come tutti i modelli abbiano previsto con accuratezza le  irruzioni di aria fresca atlantica, in particolare proprio le situazioni che hanno visto in azione TC-1 Maestrale (figura 8).

Fig. 8 – Qualità media della previsione di ciascun tipo di circolazione atmosferica per il modello europeo ECMWF (linea rossa), il modello americano GFS (linea blu) e il modello canadese (linea gialla), da +96 a +168 ore di previsione. Crediti Meteo Expert – IconaClima

L’autunno (meteorologico) da poco iniziato porterà sorprese o sarà una stagione “normale”?
TC1 – Maestrale, dopo la sua vivace parentesi primaverile in linea con il trend dal 2005, proseguirà il suo declino? Sarà sostituito da TC3 – Depressione Padana?
TC9 – Anticiclone di blocco tornerà protagonista con le sue preziose piogge al Sud?
A stagione inoltrata, TC8 – Scirocco e TC4 – Depressione Ligure porteranno eventi estremi al Nord  anche quest’anno?

Lo scopriremo con il  prossimo report!

1 A. Tuel and E. A. B. Eltahir, 2020. Why Is the Mediterranean a Climate Change Hot Spot? Journal of Climate, Vol 33, 5829 – 5843

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Laura Bertolani

Laureata in Scienze Naturali, nel 1997 è entrata a far parte del team di meteorologi di Meteo Expert. Fino al 2012, all’attività operativa ha affiancato attività di ricerca, occupandosi dell’analisi della performance dei modelli di previsione. Attualmente si dedica a quest’ultima attività, ampliata implementando un metodo di valutazione dell’abilità dei modelli a prevedere dodici configurazioni della circolazione atmosferica sull’Italia, identificate per mezzo di una rete neurale artificiale.

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