Riassunto analitico
Il vortice polare stratosferico è un forte vento zonale che ruota attorno al Polo Nord tra fine autunno e inizio primavera isolando l'aria fredda polare da quella calda delle medie latitudini, la cui variabilità è controllata principalmente dalla propagazione verticale di onde planetarie provenienti dalla troposfera che rallentano il vento zonale stratosferico. Nella stagione fredda e in particolare in inverno, quando le onde stazionarie sono particolarmente intense, troposfera e stratosfera risultano fortemente accoppiati. In queste condizioni un trasporto rapido e intenso di calore alle regioni polari della stratosfera può causare il dislocamento o la spaccatura del vortice polare stratosferico e si ha un Sudden Stratospheric Warming (SSW). Gli SSW sono associati a cambiamenti nella circolazione troposferica e ad ondate di aria fredda alle medie latitudini su scala continentale. Solitamente si verifica uno spostamento medio della corrente a getto nell'Oceano Atlantico con implicazioni note per temperature e precipitazioni sul continente europeo. I fatti sopraelencati sottolineano l'importanza di rappresentare correttamente la stratosfera quale sorgente di predicibilità troposferica.
Molti passi avanti sono stati fatti nel campo delle previsioni su scala mensile, mentre la capacità previsionale della variabilità stratosferica su scala stagionale è meno documentata e meno esplorata. In questo studio è presentata una analisi della propagazione del segnale troposferico in stratosfera in un ensemble di modelli di previsione stagionale operativi allo stato dell'arte, con attenzione particolare riservata al CMCC Seasonal Prediction System 3 (CMCC-SPS3). La skill di previsione dello stato invernale del vortice polare stratosferico è valutata su previsioni retrospettive (hindcast) inizializzate ad inizio novembre dal 1993 al 2016. Una diagnostica della relazione tra onde planetarie alla tropopoausa e vortice polare stratosferico di recente sviluppo è stata applicata per validare la capacità dei modelli di rappresentare la variabilità osservata. La risposta del vortice stratosferico ai flussi di onde planetarie in tropopausa segue con buona approssimazione quella delle reanalisi, con variazioni dipendenti dal modello considerato. Inoltre si nota che il modello CMCC ha la massima predicibilità dell'anomalia media invernale del vortice polare, nonostante un'importante bias nella descrizione dei venti zonali in stratosfera.
|
Abstract
The stratospheric polar vortex (SPV) is a circulation pattern induced by differential heating of the upper atmosphere resulting from non-uniform radiative insolation. The temperature gradient that arises between the Poles and the Tropics supports a stratospheric wind which, deviated by the Coriolis force, turns into a westerly/easterly jet. During boreal (austral) winter the intensity of the temperature gradient is enhanced due to the poor insolation of the North (South) Pole and the velocity of the stratospheric jet, called in winter `polar night jet', increases, giving rise to a strong westerly SPV that prevents mixing between cold high latitude and warm law latitude temperatures. The main driver of winter stratospheric variability is tropospheric wave forcing, particularly intense in the Northern Hemisphere extratropical troposphere where the zonal asymmetry in the morphology of the surface induces stronger planetary Rossby waves. These can propagate vertically to the stratosphere, depositing easterly momentum in the westerly `polar night jet' and producing a poleward eddy heat flux. Thence, in conjunction with anomalous heating of the cold polar cap, the `polar night jet' weakens and can even become easterly, in which case the event is identified as a major Sudden Stratospheric Warming (SSW).
Under such circumstances the mixing of the cold polar air with the lower latitude warm air produces an anomalous circulation that characterises the stratosphere for several weaks. SSWs have a well-established influence on the whole hemisphere for up to two months. Indeed, they are followed by equatorward shifts of the tropospheric mid latitude westerly jet and by a mean increase of surface temperatures over the winter pole jointly with colder surface temperatures at mid latitudes. Therefore, since a well simulated stratosphere can enhance intraseasonal predictability of the troposphere, it is important to capture the stratospheric variability as well as possible, and particularly the upward wave propagation that forces this variability.
Here, I assess the skill of operational state-of-the-art seasonal models from Copernicus Climate Change Service in representing the troposphere--stratosphere coupling due to upward propagation of planetary Rossby waves. A recently developed diagnostic equation shows that the stratospheric responce to tropospheric waves is model dependent. I notice that the skill of the CMCC model in predicting the mean winter SPV anomaly is much greater with respect to the other models, even though it presents the maximum bias of SPV strength.
|
