Circolazione atmosferica sull’Italia: l’analisi dell’inverno 2020/21

Lo studio dei cambiamenti climatici e l’analisi delle relazioni che intercorrono tra la circolazione atmosferica su larga scala e le diverse variabili ambientali trovano spesso come valido ausilio la classificazione delle varie situazioni atmosferiche in un numero definito di “Tipi di Circolazione”.

Come abbiamo visto nei precedenti report, la classificazione dei tipi di circolazione atmosferica, spesso definita “weather typing”, è realizzata mediante l’impiego di lunghe serie storiche di dati grigliati di analisi, cioè simulazioni delle stato dell’atmosfera prodotte da un modello, trattate con tecniche che prevedono una fase di apprendimento e una successiva fase di riconoscimento dei pattern di circolazione.

Una tecnica ampiamente utilizzata è la SOM (Self Organizing Map) o Mappa di Kohonen, un algoritmo che realizza una rete neurale molto efficiente nella gestione di grandi quantità di dati, il cui processo di apprendimento, non supervisionato, simula quello del cervello umano.

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Meteo Expert da diversi anni studia la circolazione atmosferica sull’Europa centro-meridionale anche mediante il “weather typing”, aggiornando la serie storica dei dodici tipi di circolazione giornalieri identificati da SOM a partire dal 2005. Tale attività rende possibile, ad esempio, l’analisi dei trend e delle anomalie della frequenza di occorrenza dei dodici tipi di circolazione, la verifica dell’abilità dei modelli operativi a prevederne la variabilità, lo studio delle correlazioni tra tipi di circolazione e qualità della previsione di alcune variabili meteorologiche, come temperatura e precipitazioni.

La figura 1 mostra la configurazione della pressione al livello del mare associata a ciascun tipo di circolazione (TC), in base alla quale sono stati assegnati i nomi riportati nella tabella 1.

Fig. 1 – Pressione al livello del mare di ciascun Tipo di Circolazione (TC) identificato da SOM. Per semplicità, non sono mostrati anche gli altri campi utilizzati per l’addestramento della rete neurale: geopotenziale a 700 e 500 hPa, temperatura a 850 hPa, umidità specifica a 700 hPa. I dati sono standardizzati. I colori dal verde al rosso rappresentano valori positivi (“alta pressione”), i colori dal grigio al blu i valori negativi (“bassa pressione”).

Vediamo ora i risultati di una parte di questa analisi operativa, con un breve report di quanto rilevato nel corso dell’inverno meteorologico appena concluso, quindi dal primo dicembre 2020 al 28 febbraio 2021.

Tipi di circolazione atmosferica: variabilità, frequenza, anomalie e trend

“Che sorprese ci riserverà l’inverno 2020/2021? TC9 Anticiclone di blocco si rivelerà ancora il protagonista principale, visto che l’inverno è la “sua” stagione? o seguirà il trend degli ultimi anni, lasciando il passo, insieme a TC1 Maestrale, al sempre più presente TC11 Anticiclone Nordafricano?”

Con questi quesiti abbiamo concluso l’analisi della circolazione atmosferica dell’autunno 2020. Ora, con l’aiuto della Tabella 1, che riporta il numero di giorni di presenza invernale dei dodici TC identificati da SOM, possiamo rispondere, e la risposta conferma il trend degli ultimi anni: TC9 Anticiclone di blocco, associato a temperature rigide, tempo instabile al Sud e sulle regioni del Medio Adriatico e cieli limpidi al Nord, è stato il grande protagonista dell’inverno appena concluso, ma non per la sua elevata frequenza, bensì per la sua straordinaria assenza! Al contrario, TC11 Anticiclone Nordafricano, con tempo ovunque mite e stabile, anche se spesso nebbioso, è stato una presenza frequente, unitamente a TC12 Depressione iberica, anch’esso caratterizzato da alta pressione di origine africana sul Mediterraneo, ma in fase di indebolimento sui settori occidentali e sul Nord Italia.

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 dicembre 2020 al 28 febbraio 2021.

Come mostrato dalla figura 2, TC11 Anticiclone Nordafricano e TC12 Depressione Iberica sono stati i protagonisti delle pochissime finestre di bel tempo dei mesi di dicembre e gennaio, e anche del prolungato periodo di tempo soleggiato e particolarmente caldo della seconda metà di febbraio. La tabella 1 e la figura 2 evidenziano anche l’elevata frequenza dei “caldi” TC8 – Scirocco e TC4 Depressione Ligure, insieme responsabili delle condizioni meteorologiche avverse che hanno colpito l’Italia soprattutto nella prima parte di dicembre e, con straordinaria persistenza (TC4 mai così persistente negli ultimi sedici anni), anche di gennaio.

Fig. 2 – Sequenza temporale dei tipi di circolazione (TC) nel corso dell’inverno 2020/21

Non sono mancate le irruzioni di aria più fredda, atlantica, sia da medie latitudini (TC3 Depressione Padana e TC2 Depressione Egeo), sia da alte latitudini (TC1 Maestrale) ma, soprattutto in quest’ultimo caso, gli episodi importanti sono stati solo quattro, l’ultimo l’11 febbraio, subito seguito dalla discesa di aria polare, sfociata nell’Adriatico e dilagata in tutto il Mediterraneo centrale, in questa fase ben rappresentata dalla timida (e quasi unica) comparsa di TC9 Anticiclone di blocco.

Il grafico dell’anomalia del numero di giorni di presenza dei dodici TC nell’inverno 2020/21 (figura 3) non può quindi che evidenziare l’importante latitanza delle irruzioni di aria gelida nordorientale associate a TC9 Anticiclone di blocco, con ben due settimane di presenza in meno rispetto alla media dei sedici anni precedenti e, seppur in forma molto più contenuta, anche delle irruzioni di aria artica, associate prevalentemente a TC1 Maestrale. Al contrario, sono risultate in eccesso molte situazioni caratterizzate dallo scorrimento sul nostro Paese di aria relativamente mite proveniente dai quadranti meridionali, in particolare il perturbato TC4 – Depressione Ligure e le due configurazioni anticicloniche di matrice africana, TC11 Anticiclone Nordafricano e TC12 Depressione Iberica.

Fig. 3 – Anomalia del numero di giorni di presenza di ciascun tipo di circolazione (TC) nell’inverno 2020/21 rispetto alle stagioni invernali dal 2004/05 al 2019/20.

La prima stagione del 2021 va dunque a confermare, e in parte a rafforzare, il trend invernale degli ultimi anni (figura 4), che vede un progressivo passaggio di testimone tra tipi di circolazione legati all’afflusso di aria fredda da alte latitudini, soprattutto di origine continentale, e tipi di circolazione a prevalente componente anticiclonica, associati a masse d’aria calda di origine subtropicale.

Fig. 4 – Linee di tendenza lineare del numero di giorni di presenza di alcuni tipi di circolazione (TC) nelle stagioni invernali dal 2004/05 al 2020/21.

Tipi di circolazione atmosferica: performance dei modelli di previsione meteorologica

L’abilità del modello globale europeo (ECMWF) e di quello americano (GFS) a prevedere i dodici tipi di circolazione atmosferica è mostrata nella figura 5, che riporta l’indice di qualità medio per le previsioni fino al terzo giorno di previsione (da +24 a +72 ore) e dal quarto al settimo giorno di previsione (da +96 a +168 ore). Entrambi i modelli hanno dimostrato grande abilità a prevedere quasi tutte le situazioni, anche nei momenti più critici di notevole variabilità. In particolare, GFS è stato mediamente più affidabile del modello europeo nel breve termine, sfiorando la perfezione in occasione di TC1 Maestrale, TC4 Depressione Ligure, TC11 Anticiclone Nordafricano e TC12 Depressione Iberica. Il modello europeo è stato invece molto più abile a prevedere le più intense irruzioni fredde con diversi giorni di anticipo, cogliendo con tempismo e dinamica perfette l’episodio di metà febbraio, come abbiamo visto il più intenso di tutto l’inverno e praticamente l’unico associato all’irruzione nell’Adriatico di aria gelida continentale proveniente da nordest.

Fig. 5 – Qualità della previsione del tipo di circolazione per il modello ECMWF (linea rossa) e il modello GFS (linea blu), per i primi tre giorni di previsione (grafico a sinistra) e per i successivi quattro giorni (grafico a destra). L’indice di qualità è attenuto mediante la misura dell’entità delle differenze tra le configurazioni osservate e quelle previste, ed è espressione di quanto la previsione del modello si allontana dalla condizione di errore massimo possibile.

Quali sorprese porterà la primavera (meteorologica) da poco iniziata?

Dopo la clamorosa assenza invernale, TC9 Anticiclone di blocco tornerà in scena con prepotenza, dominando la circolazione atmosferica come accaduto l’anno scorso? O lascerà spazio ai perturbati TC4 Depressione Ligure e TC8 Scirocco, tipici delle stagioni intermedie e grandi protagonisti della perturbata primavera 2018?

Quante volte potremo rivedere ancora TC1 Maestrale, sempre più raro in tutte le stagioni, tranne in primavera?

Lo scopriremo con il prossimo report!

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