Inverno 2022-2023 tra due estremi: le due facce della stagione invernale in Italia

L’inverno 2022-2023 ha avuto un comportamento che possiamo definire “estremo”: si è trattato di un inverno a due facce, costituito cioè da due periodi ben distinti fra loro, con caratteristiche termodinamiche opposte.

Nel 2022 il protagonista della circolazione atmosferica sull’Italia è stato l’Anticiclone di blocco. Presenza ingombrante soprattutto durante l’inverno e la primavera, fino all’estate questo “Tipo di Circolazione” (TC) ha ampiamente contribuito al grave deficit idrico che ha colpito gran parte del Centro-Nord, per poi passare inaspettatamente il testimone, durante l’autunno, a TC11-Anticiclone Nordafricano, con ben 18 giorni di presenza mai così frequente in questa stagione nell’ultimo ventennio.

Come è stato possibile compiere questa analisi? Con una tecnica di classificazione dei pattern della circolazione atmosferica conosciuta come “Weather Typing”, realizzata con l’impiego di SOM (Self Organizing Map), una rete neurale artificiale. Sfruttando la sua capacità di apprendere, riconoscere e classificare, abbiamo identificato sull’Italia dodici pattern, che possiamo meglio definire “Tipi di Circolazione”, ricostruito e analizzato la loro sequenza giornaliera dalla fine del 2002 e verificato oggettivamente l’abilità di cinque modelli globali di previsione meteorologica a prevederne la variabilità nel breve-medio termine. In questo approfondimento potete trovate qualche dettaglio in più.

La figura 1 mostra la configurazione della pressione a livello del mare e del geopotenziale a 500 hPa dei dodici Tipi di Circolazione identificati da SOM per il dominio geografico in esame, nonché la loro posizione all’interno della mappa creata dalla rete neurale: la proiezione in 2D della distribuzione dei TC creati da SOM nello spazio, posizionandoli, a partire da TC1, 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 da SOM. 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

La figura 1 consente di visualizzare la posizione dei TC nella mappa, ma non le loro effettive distanze, calcolate dalla rete neurale con un apposito algoritmo e per noi utili, come vedremo, per valutare la performance dei modelli di previsione meteorologica.

In base alla caratteristica circolatoria prevalente, a ciascun TC è stato assegnato un nome identificativo.

L’inverno degli ultimi vent’anni: il regno di TC9-Anticiclone di blocco

Presente mediamente in quasi il 20 % dei giorni, TC9-Anticiclone di blocco è stato il tipo di circolazione più frequente nell’ultimo ventennio durante l’inverno (figura 2). Caratterizzato da un forte anticiclone posizionato sull’Europa centrale e allungato fin sui settori settentrionali dell’Italia e della penisola balcanica, questa configurazione è associata all’irruzione dai Balcani di aria artica continentale, che può portare maltempo, con precipitazioni anche nevose fino a bassa quota, sulle nostre regioni del Medio Adriatico e, soprattutto, al Sud. Si tratta del TC più persistente, che vede in quota un vasto promontorio di alta pressione isolare dal flusso occidentale una depressione alle basse latitudini, producendo una condizione di “blocco” che tende a insistere anche per molti giorni consecutivi.

Fig.2 – Frequenza % dei giorni di presenza invernale (inverno meteorologico) di ciascun Tipo di Circolazione (TC) nel ventennio 2003-2022. Crediti Meteo Expert – IconaClima

Altre situazioni invernali relativamente frequenti (più del 10 % dei giorni) riguardano TC11-Anticiclone Nordafricano e TC1-Maestrale, quest’ultimo associato all’irruzione nel Mediterraneo di aria fredda atlantica proveniente dalle alte latitudini e spesso associato a venti di Föhn sul Nord-Ovest dell’Italia.

Più di tutti gli altri TC, nell’ultimo ventennio TC9-Anticiclone di blocco ha mostrato una forte variabilità interannuale (figura 3), con anni caratterizzati da frequenza molto elevata, come nel 2003 (inteso come inverno 2002/03), 2006, 2008, 2012, 2019 e 2022, alternati ad anni con frequenza molto più bassa, con qualche recente caso di quasi totale assenza, come nel 2016 e nel 2021 (solo tre giorni di presenza).

Fig.3 – Numero di giorni di presenza e tendenza lineare di TC9-Anticiclone di blocco (lilla) e TC11-Anticiclone Nordafricano (nero) nelle stagioni invernali dal 2002/03 al 2021/22. Crediti Meteo Expert – IconaClima

I trend più accentuati dell’ultimo ventennio mostrano una decrescita della frequenza dei “freddi“ TC9-Anticiclone di blocco e TC1-Maestrale, e un aumento di alcune configurazioni anticicloniche di matrice africana, come TC11-Anticiclone Nordafricano e TC6-Anticiclone AfroAtlantico, ma si tratta di tendenze statisticamente non significative.

L’inverno 2022/23: una stagione solo apparentemente normale. Il confronto con l’inverno 2021/22

La tabella 1 mostra il numero di giorni di presenza di ciascun Tipo di Circolazione nell’inverno meteorologico (1 dicembre – 28 febbraio) del 2021/22 e in quello del 2022/23. In entrambi i casi TC9-Anticiclone di blocco è risultato il pattern più frequente, ma con una sensibile differenza: nella stagione appena conclusa la sua presenza è risultata di ben 11 giorni inferiore rispetto a quella dell’anno scorso, quando raggiunse una frequenza quasi da record.

In generale, nell’inverno 2022/23, il numero di giorni con tipo di circolazione associato ad afflusso di aria fredda sull’Italia è risultato inferiore rispetto all’inverno 2021/22 di oltre due settimane, considerando solo i TC più “freddi”, come TC9-Anticiclone di blocco, TC1-Maestrale e TC5-Depressione Ionio.

Al contrario, il numero di giorni con TC associati ad afflusso di aria mite sull’Italia è stato più elevato, sia in un contesto anticiclonico di origine africana sia, soprattutto, in associazione a circolazione depressionaria sui settori occidentali del Mediterraneo, come con TC12-Depressione Iberica, TC8-Scirocco e TC4-Depressione Ligure, gli ultimi due i TC potenzialmente più piovosi per l’Italia e, di solito, particolarmente frequenti nelle stagioni intermedie.

Tab. 1 – Numero di giorni di presenza di ciascun Tipo di Circolazione nell’inverno meteorologico 2021/22 (verde) e nella stagione 2022/23 (lilla). Crediti Meteo Expert – IconaClima

La figura 4 mostra le anomalie della frequenza dei dodici TC rispetto alla media stagionale del ventennio 2002/03-2021/22 (per semplicità 2003-2022) ed evidenzia un minor sbilanciamento, in termini di numero di giorni di presenza di ciascun TC, nell’ultima stagione, soprattutto con TC9-Anticiclone di blocco, quest’anno perfettamente nella media. Perfettamente nella media, o solo leggermente in eccesso, anche i due TC “miti e piovosi” TC8-Scirocco e TC4-Depressione Ligure, ed un’anomalia più marcatamente positiva (+5 giorni) per TC11-Anticiclone Nordafricano.

Fig. 4 – Anomalie della frequenza di ciascun Tipo di Circolazione (TC) nell’inverno meteorologico 2021/22 (sinistra) e in quello 2022/23 (destra), rispetto alla media stagionale del ventennio 2003-2022. Crediti Meteo Expert – IconaClima.

Il discreto equilibrio che la figura precedente induce a immaginare per l’inverno 2022/23, in realtà è solo apparente. Anche l’ultimo inverno ha avuto infatti un comportamento che possiamo definire “estremo”, e che la figura 5 svela chiaramente. Si è trattato di un inverno a due facce, costituito cioè da due periodi ben distinti fra loro, con caratteristiche termodinamiche opposte.

La “faccia calda” ha visto per un mese intero, dal 13 dicembre al 14 gennaio, il dominio quasi incontrastato di TC11-Anticiclone Nordafricano, a volte alternato a TC6-Anticiclone AfroAtlantico, di analoga matrice: una interminabile parentesi di tempo stabile in tutto il Paese, inserita tra due più brevi periodi piovosi associati prevalentemente a TC8-Scirocco e TC4-Depressione Ligure.

Fig. 5 – Serie giornaliera dei dodici tipi di circolazione (TC) osservati alle 12 UTC durante l’inverno meteorologico 2022/23 (cerchi lilla) e della temperatura media dell’intero territorio italiano (linea nera tratteggiata), ottenuta elaborando dati grigliati ad alta risoluzione spazio-temporale derivati dai rilievi di diverse reti di stazioni meteorologiche. Crediti Meteo Expert – IconaClima

La “faccia fredda” è subentrata con violenza il 20 gennaio, portata da TC1-Maestrale, che il giorno successivo ha innescato lo sviluppo di un Medicane, o TLC (Tropical Like Cyclone, ciclone simil-tropicale), sul Medio Adriatico, ed è stata alimentata fino al 14 febbraio da TC9-Anticiclone di blocco. Comparso per la prima volta solo il 24 gennaio, TC9 ha immediatamente rivelato le sue potenzialità: con 11 giorni consecutivi di presenza ha esibito una persistenza quasi da record – seconda solo al febbraio del 2008 e allo storico agosto del 2003 – ed il 10 febbraio ha generato un secondo TLC sul Basso Ionio, a ridosso della Sicilia.

ECMWF vs GFS: la performance dei modelli di previsione meteorologica

Quale modello di previsione meteorologica è riuscito a prevedere con maggiore accuratezza l’evoluzione della circolazione atmosferica nel breve e medio termine? Quali configurazioni e situazioni sono state previste meglio, e quali hanno invece messo in difficoltà i modelli?

Per rispondere a queste domande possiamo affidarci alla misura della distanza (e quindi della “similarità”) tra TC nella mappa 2D elaborata dalla rete neurale. 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 6 mostra la qualità giornaliera delle previsioni 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, con solo pochi errori di piccola entità, se escludiamo l’errore molto grave compiuto da GFS nel momento della rapida e movimentata transizione tra la “faccia calda” e la “faccia fredda” dell’inverno.

Fig. 6 – 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). La qualità è attenuta mediante la misura della distanza sulla mappa creata dalla rete neurale SOM 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

Con le previsioni a più lungo termine è invece emersa piuttosto vistosamente la minore accuratezza di GFS, in particolare nel delicato momento dello scambio fra i due opposti scenari, a metà gennaio e, di nuovo, in occasione degli eventi che hanno portato allo sviluppo del TLC a ridosso della Sicilia il 10 febbraio. Le previsioni a medio termine (+168 ore) per la settimana compresa fra il 3 e il 10 di gennaio non sono mai state perfette, né per GFS, né per ECMWF.

La figura 7 conferma la più scarsa performance di GFS nel medio termine in occasione delle configurazioni della circolazione atmosferica coinvolte nel passaggio di testimone tra le due facce dell’inverno (TC7-Correnti occidentali, TC4-Depressione Ligure e TC1-Maestrale) e, soprattutto, nello sviluppo del TLC siciliano (TC9-Anticiclone di blocco).

Fig. 7 – Qualità della previsione dei dodici Tipi di Circolazione, a breve termine (+24 ore, a sinistra) e a medio termine (+168 ore), per ECMWF (rosso) e GFS (blu). Crediti Meteo Expert – IconaClima

La tecnica del “Weather Typing” consente di valutare l’accuratezza della previsione dei diversi pattern della circolazione atmosferica, ma anche di esplorare l’abilità dei modelli a prevedere alcuni parametri meteorologici nelle varie situazioni. Si può così scoprire, ad esempio, che durante lo scorso inverno ECMWF è stato più abile di GFS a prevedere la distribuzione delle precipitazioni sul territorio italiano in occasione di TC4-Depressione Ligure, dopo almeno 60 ore di previsione, e con quantitativi di precipitazione giornaliera superiori a 10 mm. Ma questa è un’altra storia.

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