I due volti dell’estate 2023: tra eventi estremi e caldo anomalo

Supercelle, megagrandine, tornado, le tempeste Olga, Petar e Rea sono alcuni degli ingredienti di questa estate italiana dai due volti, che ha visto il Nord spazzato da numerosi eventi estremi, il Centrosud a lungo schiacciato sotto il rovente scudo dell’Anticiclone Nordafricano.

Come è andata l’estate 2023 dal punto di vista della circolazione atmosferica? Quali sono state le differenze con l’estate del 2022 e quali le anomalie rispetto all’ultimo ventennio? Quale modello ne ha previsto meglio la dinamica? Per studiare questi aspetti, come di consueto abbiamo applicato il metodo del “Weather Typing”, una tecnica di classificazione delle configurazioni della circolazione atmosferica, realizzata sfruttando le capacità di apprendere, riconoscere e classificare di una rete neurale artificiale denominata SOM (Self Organizing Map), o mappa di Kohonen.

La figura 1 mostra la configurazione della pressione a livello del mare e del geopotenziale a 500 hPa dei dodici pattern della circolazione atmosferica, che possiamo chiamare “Tipi di Circolazione“ (TC), identificati dalla rete neurale per il dominio geografico centrato sull’Italia. La distribuzione dei TC all’interno delle due immagini, che possiamo definire “mappe”, non è casuale: è frutto di complesse elaborazioni operate dalla rete neurale che, a partire da TC1, ha posizionato i TC tanto più vicini fra loro quanto più con caratteristiche simili.

Fig. 1 – Configurazioni della pressione al livello del mare (sinistra) e del geopotenziale a 500 hPa (destra) dei dodici Tipi di Circolazione (TC) identificati dalla rete neurale. I dati sono standardizzati. I colori dal verde al viola rappresentano i valori positivi (“alta pressione”), i colori dal bianco al blu i valori negativi (“bassa pressione”). Crediti Meteo Expert – IconaClima

In base alla caratteristica circolatoria prevalente, a ciascuno dei dodici TC abbiamo assegnato un nome identificativo, riportato nel testo e nelle figure che seguiranno.

La stagione estiva nel ventennio 2003-2022

Presente mediamente per 15 giorni, nell’ultimo ventennio TC3-Depressione_Padana è stato il tipo di circolazione più frequente durante l’estate (figura 2). Corrisponde allo scorrimento sull’Europa centrale di aria fresca di origine atlantica che, lambendo le Alpi e scatenando fenomeni temporaleschi anche violenti sul Norditalia, interrompe, almeno su questa parte della Penisola, la calura e il tempo stabile associati ai diversi TC anticiclonici, tra cui TC11-Anticiclone_Nordafricano, il più frequente. Anche TC1-Maestrale e TC2-Depressione_Egeo sono associati all’arrivo sull’Italia di aria di origine atlantica, ma si tratta di masse d’aria provenienti da latitudini più elevate che, seguendo traiettorie più ripide, riescono ad irrompere in profondità nell’area Mediterranea, a volte sottoforma di venti burrascosi e Föhn tra Piemonte e Lombardia.

Fig.2 – Numero medio di giorni di presenza estiva di ciascun Tipo di Circolazione (TC) nel ventennio 2003-2022. Crediti Meteo Expert – IconaClima

Durante l’estate è invece relativamente raro incontrare TC4-Depressione Ligure, il TC più piovoso insieme a TC8-Scirocco, potenzialmente responsabile di forte maltempo ed alluvioni al Nordovest. Tuttavia, la ciclogenesi sul Mar Ligure a cui è associato, nell’ultimo ventennio ha visto un incremento estivo statisticamente significativo (figura 3), al contrario di TC3_Depressione_Padana, in significativo declino.

Fig.3 – Numero di giorni di presenza e tendenza lineare di TC3-Depressione_Padana (lilla) e TC4-Depressione_Liguree (nero) nelle stagioni estive dal 2003 al 2022. Crediti Meteo Expert – IconaClima

L’estate del 2023 e il confronto con il 2022

La tabella 1 mostra il numero di giorni di presenza di ciascun Tipo di Circolazione nell’estate meteorologica (1 giugno – 31 agosto) del 2022 e in quella del 2023. L’anno scorso, il persistente TC9-Anticiclone di blocco, di solito molto frequente nel semestre freddo, è risultato il pattern dominante, sfiorando il record di presenza stagionale del 2018 e 2006, e contribuendo in modo importante ad aggravare il pesante deficit idrico sulle regioni settentrionali. Con 9 giorni in meno di presenza rispetto al 2022, questa estate TC9 è rimasto molto più defilato e prossimo alla sua media stagionale, mentre a dominare la circolazione atmosferica è stato TC11-Anticiclone_Nordafricano, con ben due settimane in più di presenza rispetto all’anno scorso e solo un giorno in meno rispetto al record di frequenza estiva del ventennio 2003-2022, raggiunto nel 2017 con 20 giorni. Di poco inferiore la presenza di TC3-Depressione_Padana, quest’anno molto frequente, in controtendenza rispetto al trend del ventennio, e con ben 10 giorni in più di presenza rispetto all’estate del 2022.

Tab. 1 – Numero di giorni di presenza di ciascun Tipo di Circolazione nell’estate meteorologica 2022 (verde) e nella stagione 2023 (lilla). Crediti Meteo Expert – IconaClima

La figura 4 mostra le anomalie della frequenza dei dodici TC rispetto alla media stagionale del ventennio 2003-2022 ed evidenzia bene la marcata differenza tra l’estate del 2022 e quella da poco conclusa. In particolare, per il 2023 spiccano la notevole anomalia positiva di TC11-Anticiclone_Nordafricano (+9 giorni, pari al 96 % di giorni in più) e l’anomalia negativa di TC1-Maestrale (- 5 giorni, pari al 56 % di giorni in meno). Ben evidente, anche se molto contenuta, l’anomalia positiva di TC3-Depressione_Padana nell’estate del 2023, in netto contrasto con il difetto del 2022: se escludiamo il 2020, per vedere un’anomalia positiva di questo TC bisogna andare indietro nel tempo di quasi dieci anni.

Fig. 4 – Anomalie della frequenza di ciascun Tipo di Circolazione (TC) nell’estate meteorologica 2022 (sinistra) e in quella 2023 (destra), rispetto alla media stagionale del ventennio 2003-2022. Crediti Meteo Expert – IconaClima.

TC3-Depressione_Padana, comparso per la prima volta solo il 30 giugno, è stato il protagonista assoluto dei frequenti episodi di maltempo che si sono abbattuti sul Norditalia nel mese di luglio e nei primi giorni di agosto (figura 5). Tra essi, molti episodi di forte intensità, come i temporali al Nordest accompagnati da grandine di dimensioni eccezionali tra il 18 e il 19 luglio, i fenomeni estremi legati allo sviluppo di supercelle nella settimana nera della Lombardia, in particolare della Brianza e della città di Milano, tra il 20 e il 25 luglio, fino alla tempesta Petar del 4 e 5 agosto, così denominata dal Servizio Meteorologico dell’Aeronautica Militare nell’ambito del progetto europeo “Storm Naming”.

Fig. 5 – Sequenza giornaliera dei dodici tipi di circolazione (TC) osservati alle 12 UTC durante l’estate meteorologica 2023. In rosso sono evidenziati i TC associati alle tempeste Olga, Petar e Rea, così denominate dal Servizio Meteorologico dell’Aeronautica Militare nell’ambito del progetto europeo Storm Naming.

Petar non è stata l’unica tempesta di questa turbolenta estate: l’ha infatti preceduta la tempesta Olga, associata a TC1-Maestrale, che tra il 14 e il 15 giugno ha colpito con violenza il Centrosud dell’Italia, e l’ha seguita, tra il 27 e il 28 di agosto, il ciclone Rea, con minimo sul Mar Ligure (TC4-Depressione_Ligure) ed effetti particolarmente intensi in termini di vento e quantitativi di pioggia soprattutto sui settori occidentali, tra Piemonte, Liguria e Sardegna (figura 6).

Fig.6- 28 agosto 2023: la tempesta Rea. (a) Immagine delle 12 UTC del satellite meteorologico, (b) analisi delle 12 UTC del modello MIX di Meteo Expert: pressione a livello del mare e venti a dieci metri; la lunghezza della freccia situata sotto la mappa corrisponde ad una velocità del vento di 20 m/s, (c) precipitazioni giornaliere derivate dai rilievi della rete di stazioni MeteoNetwork, integrati con stime satellitari GPM (https://www.nasa.gov/mission_pages/GPM/main/index.html). Crediti Meteo Expert – IconaClima

Dopo alcuni timidi tentativi di allungarsi fino alle regioni settentrionali durante il travagliato mese di luglio, nell’intervallo tra Petar e Rea l’Anticiclone Nordafricano è riuscito ad abbracciare tutta la Penisola e a consolidarsi, portando ovunque un lungo periodo di tempo stabile e caldo dominato dalla classica configurazione a “campana” con asse leggermente inclinato sudovest-nordest di TC11-Anticiclone_Nordafricano, mai così persistete (sette giorni consecutivi di presenza) nel ventennio di riferimento, non solo durante l’estate, ma anche nelle altre stagioni.

ECMWF vs GFS: la performance dei modelli di previsione meteorologica

Quale modello di previsione meteorologica è riuscito a prevedere con maggiore accuratezza l’avvicendarsi dei vari pattern della circolazione atmosferica nel breve e medio termine? Per rispondere a questa domanda possiamo affidarci alla misura della distanza (e quindi della “similarità”) tra TC nella mappa elaborata dalla rete neurale: come abbiamo visto, tanto più due TC sono vicini fra loro nella mappa, tanto più sono tra loro simili. Con buona approssimazione è così possibile ottenere la distanza tra TC previsto e TC osservato, ed esprimere il grado di qualità della previsione in termini di scostamento dalla condizione di errore massimo possibile. Avremo dunque una qualità della previsione del 100 % quando il TC previsto e il TC osservato coincidono, quindi la loro distanza sulla mappa di SOM è pari a zero.
La figura 7 mostra la qualità giornaliera della previsione del modello europeo ECMWF e di quello americano GFS, sia per il breve termine (+24 ore di previsione), sia per il più lungo termine disponibile (+168 ore di previsione, una settimana). Nel breve termine la performance dei due modelli globali è stata quasi perfetta, a parte alcuni errori di lieve entità da parte soprattutto di GFS, prevalentemente nella prima metà della stagione.

Fig. 7 – Qualità giornaliera della previsione del Tipo di Circolazione elaborata dal modello europeo ECMWF (rosso) e dal modello americano GFS (blu), nel breve termine (+24 ore di previsione, in alto) e nel più lungo termine disponibile (+168 ore di previsione, in basso). Crediti Meteo Expert – IconaClima

Le previsioni per il medio termine (+168 ore) hanno naturalmente messo a dura prova l’abilità dei modelli, che sono riusciti a produrre per l’estate 2023 previsioni perfette in poco più di un terzo dei giorni: nel 37 % ECMWF, nel 34 % GFS. Quest’ultimo ha però commesso errori più gravi di ECMWF, in particolare il 13 e 14 giugno, i giorni dello sviluppo e dell’impatto sull’Italia della tempesta Olga, ma anche il 7 luglio e intorno alla metà di agosto, in occasione dell’alluvione a Bardonecchia del 13 agosto e degli intensi fenomeni convettivi nella vicina Torino il 16 agosto. In generale, le previsioni di ECMWF sono risultate mediamente più accurate di quelle di GFS sia nel breve termine, sia, soprattutto, dal quarto giorno in poi (figura 8).

Fig. 8 – Qualità complessiva della previsione dei pattern della circolazione atmosferica per il modello ECMWF (rosso) e per il modello GFS (blu), da + 24 ore di previsione a + 168 ore di previsione (una settimana). Crediti Meteo Expert – IconaClima

La tecnica del “Weather Typing” non si esaurisce qui: può essere impiegata per altre innumerevoli applicazioni. Ad esempio, può essere un utile strumento per valutare la capacità dei modelli a prevedere alcuni parametri meteorologici, come la temperatura e la pioggia, in occasione di pattern della circolazione atmosferica diversi, e può essere impiegata per correggere la previsione in funzione del tipo di circolazione, migliorando la performance del modello: alcune delle applicazioni che Meteo Expert ha sviluppato.

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