Circolazione atmosferica sull’Italia: l’analisi della primavera 2021

Come abbiamo visto nei precedenti report, Meteo Expert da diversi anni studia la circolazione atmosferica sull’Italia e sull’Europa centro-meridionale anche mediante l’analisi di dodici “Tipi di Circolazione” (TC) identificati e classificati da una rete neurale artificiale molto efficiente nella gestione di grandi quantità di dati: la SOM (Self Organizing Map) o Mappa di Kohonen.
La figura 1 mostra le configurazioni del Geopotenziale a 500 hPa e della pressione al livello del mare associate a ciascun TC, in base alle quali sono stati assegnati i nomi riportati nella tabella 1.

Fig. 1 – Geopotenziale a 500 hPa e 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 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 bianco al blu i valori negativi (“bassa pressione”).

Tipi di circolazione atmosferica osservati: frequenza, anomalie e trend

In linea con il trend degli ultimi sedici anni, la circolazione atmosferica dell’inverno meteorologico 2020/21 ha visto l’eccezionale assenza di due tipi di circolazione associati all’irruzione di aria artica o polare nel Mediterraneo: TC1 Maestrale e TC9 Anticiclone di blocco.
Uno di essi, TC1 Maestrale, è stato invece il protagonista della circolazione primaverile (Tabella 1 e Figura 2), in particolare dei mesi di marzo ed aprile, con un numero di giorni di presenza mai rilevato dal 2005, e una persistenza molto elevata per questo tipo di circolazione (fino a sette giorni consecutivi, tra il 13 e il 19 aprile), osservata solo altre tre volte negli ultimi quindici anni.

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 marzo al 31 maggio 2021.

TC9 Anticiclone di blocco ha triplicato la sua presenza rispetto all’inverno, con nove giorni di presenza concentrati perlopiù in marzo, ma è risultato comunque molto meno frequente rispetto all’eccezionale primavera 2020 (esattamente un terzo).

Il continuo afflusso di aria fredda proveniente dalle alte latitudini, nei mesi di marzo e aprile non ha lasciato spazio ai tipici TC delle stagioni intermedie, come TC4 Depressione Ligure e TC8 Scirocco , entrambi associati ad abbondanti piogge su gran parte del Centronord dell’Italia e temperature relativamente miti in tutto il Paese. La loro timida presenza si è infatti palesata solo a stagione inoltrata, negli ultimi giorni di aprile, quasi a voler rappresentare una brevissima parentesi primaverile tra un assetto della circolazione atmosferica invernale ed uno, in maggio, già con evidenti caratteristiche estive. Il mese di maggio ha visto infatti la prepotente presenza di TC3 Depressione Padana , il tipo di circolazione più frequente nella stagione calda, foriero di temporali ed eventi estremi soprattutto sulle nostre regioni settentrionali, in particolare sulle Alpi e al Nordest.

Fig. 2 – Sequenza temporale dei tipi di circolazione (TC) nel corso della primavera 2021

Il grafico dell’anomalia del numero di giorni di presenza dei dodici TC (figura 3) evidenzia l’importante contributo dato alla circolazione atmosferica primaverile dal “freddo” TC1 Maestrale, con dodici giorni di presenza in più rispetto alla media dei quindici anni precedenti. E’ evidente anche il lieve eccesso di TC3 Depressione Padana (una settimana in più rispetto alla media stagionale), associato all’afflusso sull’Italia di aria fresca atlantica, e il difetto dei “caldi e umidi” TC12 Depressione Iberica, TC8 Scirocco e TC4 Depressione Ligure, spesso l’uno evoluzione dell’altro e associati allo sviluppo di una depressione sul Mediterraneo occidentale e centrale.

Fig. 3 – Anomalia del numero di giorni di presenza di ciascun tipo di circolazione (TC) nella primavera 2021 rispetto alle media delle stagioni primaverili dal 2005 al 2020.

Come la stagione che l’ha preceduta, la primavera del 2021 ha dunque confermato almeno in parte il trend degli ultimi anni, che per questa stagione vede un progressivo aumento dei tipi di circolazione associati ad irruzioni di aria fredda dalle alte latitudini, in particolare TC1 Maestrale, a spese di tipi di circolazione associati a masse d’aria più calda di origine subtropicale (figura 4).

Come conseguenza, ad inverni tendenzialmente sempre più caldi, sembrano seguire primavere relativamente fresche.

Fig. 4 – Linee di tendenza lineare del numero di giorni di presenza di alcuni tipi di circolazione (TC) nelle stagioni primaverili dal 2005 al 2021.

Tipi di circolazione atmosferica previsti: performance dei modelli globali di previsione meteorologica

Meteo Expert verifica sistematicamente non solo la qualità delle previsioni di temperatura e precipitazione formulate dai modelli operativi, ma anche la loro abilità a prevedere i tipi di circolazione. Ciò è reso possibile da un metodo che permette di misurare la distanza, e quindi la “similarità”, tra i dodici tipi di circolazione posizionati dalla rete neurale all’interno del suo spazio. La tabella 2 riporta l’elenco dei modelli globali sottoposti a tale analisi. 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 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.

L’abilità dei modelli a prevedere la circolazione atmosferica è mostrata nella figura 5, che riporta l’indice di qualità delle previsioni da “oggi” (+24 ore di previsione) fino al terzo giorno (+96 ore di previsione) per tutti i modelli, e fino al sesto giorno (+168 ore di previsione) solo per alcuni di essi. Nel più breve termine, MIX e GEM hanno prodotto previsioni più accurate rispetto agli altri modelli, rasentando la perfezione, unitamente a GFS, nelle prime 24 ore di previsione. Come di consueto, il modello europeo (ECMWF) ha potuto esprimere meglio le sue potenzialità nel più lungo termine, guadagnando il primo posto dal quarto giorno di previsione (+120 ore) in poi.

Fig. 5 – 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 ottenuto 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.

L’abilità del modello globale europeo (ECMWF) e di quello americano (GFS) 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 la maggiore abilità di ECMWF con la previsione di TC9 Anticiclone di blocco , associato a tempo instabile nel Sud dell’Italia e nelle regioni del Medio Adriatico, e di quasi tutti i TC associati a tempo perturbato su vaste porzioni del nostro Paese. Al contrario, GFS ha dimostrato una affidabilità leggermente superiore con la previsione di configurazioni prevalentemente anticicloniche, come TC6 Anticiclone delle Azzorre (presente per un giorno solo, il 20 aprile), TC10 Anticiclone Afroiberico , TC11 Anticiclone Nordafricano e TC12 Depressione Iberica.

Fig. 6 – Qualità media della previsione di ciascun tipo di circolazione per il modello ECMWF (linea rossa) e il modello GFS (linea blu), da +96 a +168 ore di previsione. 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.

L’estate (meteorologica) da poco iniziata porterà sorprese o sarà un’estate “normale”?

TC3 Depressione Padana, con i suoi forti temporali al Nord, continuerà ad essere uno dei protagonisti della circolazione atmosferica, o vedrà proseguire il suo declino? TC6 Anticiclone delle Azzorre riuscirà a prevalere sui roventi anticicloni di matrice africana, o questi ultimi domineranno, portando intense e prolungate ondate di calore sull’Italia? Cosa farà TC9 Anticiclone di blocco, avendo ormai perso la sua tipica caratteristica invernale?

Lo scopriremo con il prossimo report!

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