Tipi di circolazione atmosferica sull’Italia 2003 e 2022: dopo quasi un ventennio la storia si ripete. Due anni eccezionali a confronto.

La circolazione atmosferica del 2003 e quella del 2022 hanno diversi punti in comune: sono state fino ad ora le più simili dell’ultimo ventennio, soprattutto durante l’inverno e la primavera. Ciò sembra suggerire che l’estate del 2022 abbia raggiunto e superato i record della storica estate del 2003 anche per l’impronta lasciata dalla circolazione atmosferica nel semestre precedente.

Il 2022 è un anno eccezionale, fino ad ora il più siccitoso e caldo della serie storica. Ogni stagione ha portato i suoi record, e i valori estremi dell’estate da poco conclusa hanno più volte richiamato alla memoria la storica estate del 2003.

Come è andata dal punto di vista della circolazione atmosferica?
Per l’analisi e il confronto tra l’estate del 2003 e quella del 2022, e non solo, come di consueto ci siamo affidati a SOM (Self Organizing Map), una rete neurale artificiale in grado di gestire grandi quantità di dati, ampiamente impiegata nell’ambito delle scienze dell’atmosfera. Si tratta di uno strumento capace di riconoscere e classificare le configurazioni della circolazione, dopo una fase di apprendimento che prevede l’analisi di lunghe serie storiche di dati grigliati di osservazione derivati da simulazioni modellistiche.

I dodici tipi di circolazione atmosferica sull’Italia

La figura 1 mostra la configurazione della pressione a livello del mare dei dodici Tipi di Circolazione (TC) identificati da SOM per l’Europa ed il Mediterraneo centrale, in base alla quale sono stati assegnati i nomi riportati nella tabella 1. La distribuzione dei dodici TC all’interno della mappa 2D rispetta la posizione nello spazio a loro assegnata da SOM, posizionandoli, a partire da TC1, tanto più vicini quanto più con caratteristiche simili.

La figura 1 consente di visualizzare la distribuzione dei TC, ma non le loro distanze reali, calcolate dalla rete neurale con un apposito algoritmo e riprodotte graficamente mediante una “distortion surface”.
La figura 2 riporta la copertura nuvolosa associata a ciascun Tipo di Circolazione durante un giorno qualsiasi dell’estate 2022 e permette di familiarizzare più facilmente con i dodici pattern.

TC1–Maestrale e TC2–Depressione Egeo sono i tipi di circolazione più simili fra loro (infatti sono i più vicini nella “distortion surface”), entrambi in grado di innescare venti di Foehn al Nordovest. Insieme a TC3-Depressione Padana, sono associati all’irruzione nel Mediterraneo di aria fresca atlantica proveniente dalle alte (TC1 e TC2) e dalle medie (TC3) latitudini. TC3 è stato per lungo tempo il TC più frequente durante l’estate, rendendosi responsabile di eventi estremi soprattutto al Nordest. Come vedremo, ora le cose sono cambiate.

TC8–Scirocco è potenzialmente il tipo di circolazione più piovoso, insieme al “vicino” TC4-Depressione Ligure, spesso sua naturale evoluzione. In autunno inoltrato, TC8 può essere responsabile di forte maltempo al Centronord e contribuire al fenomeno dell’acqua alta a Venezia.

TC9-Anticiclone di blocco è caratterizzato dalla presenza di un forte e vasto anticiclone con massimo sull’Europa centrale, tra la Germania e la Repubblica Ceca, ma che si estende anche sul nord della penisola balcanica e dell’Italia. Questa configurazione, che in quota vede un promontorio anticiclonico isolare dal flusso occidentale una depressione alle basse latitudini, si configura in una cosiddetta “situazione di blocco” che tende a persistere per più giorni. Tipico del semestre freddo, è associato all’irruzione dai Balcani di aria artica continentale. Porta nubi e precipitazioni sulle regioni del Medio Adriatico e al Sud, mentre nel resto dell’Italia mantiene tempo stabile e cieli limpidi.

TC10-Anticiclone Afroiberico e TC11-Anticiclone Nordafricano sono associati a cielo sereno sull’intero territorio italiano. Di matrice nordafricana, sono i protagonisti delle più intense ondate di calore che d’estate colpiscono tutto il nostro Paese. Sono frequentemente accompagnati da TC6-Anticiclone AfroAtlantico, la cui matrice può essere duplice: spesso si tratta di un anticiclone con radici nelle basse latitudini africane ed esteso fino al sudovest del nostro continente ed al Mediterraneo centro-occidentale, più saltuariamente questa configurazione coincide con le estensioni verso est, quindi anche in direzione del Mediterraneo e dell’Italia, dell’Anticiclone delle Azzorre.

Circolazione atmosferica 2003 e 2022, due anni da record a confronto

La tabella 1 mostra il numero di giorni di presenza di ciascun Tipo di Circolazione (TC) durante l’estate meteorologica (1° giugno – 31 agosto) del 2003 e del 2022. Nell’estate appena conclusa, come nelle due stagioni che l’hanno preceduta, TC9–Anticiclone di blocco è stato il tipo di circolazione più frequente ed ha di nuovo sfiorato il record dell’ultimo ventennio, posizionandosi, con solo un giorno in meno, al secondo posto, dopo l’estate del 2006 e quella del 2018.  Al terzo posto, con 12 giorni di presenza, troviamo invece la stagione estiva del 2003.

Rispetto al 2003, l’estate del 2022 ha visto un maggior numero di casi anche con TC10-Anticiclone AfroIberico e TC5-Depressione Ionio, simili a TC9-Anticiclone di blocco (alta pressione sull’ Europa occidentale e centrale), un numero di casi identico con TC6-Anticiclone AfroAtlantico, un minor numero di giorni con TC11-Anticiclone Nordafricano e TC12-Depressione Iberica (alta pressione sul Mediterraneo centrale).  La più marcata differenza risiede nei TC “perturbati”, in particolare nell’eccesso di TC4-Depressione Ligure e, soprattutto, nel difetto di TC3-Depressione Padana.

In entrambi gli anni, il numero complessivo di giorni con configurazione prevalentemente anticiclonica e tempo stabile su gran parte del nostro Paese è stato particolarmente alto (60 % dei giorni), il più elevato del ventennio, a pari merito con il 2015 e il 2017 (non mostrato).

La figura 3 mostra le anomalie del numero di giorni di presenza di ciascun TC rispetto alla media stagionale del ventennio 2003-2022, ed evidenzia la discreta similarità fra i due anni in termini di frequenza dei TC, con il 2022 più “estremo” del 2003 per il più pronunciato eccesso di TC9-Anticiclone di blocco e difetto di TC3-Depressione Padana, un tempo il TC più frequente durante l’estate.

Il calcolo della correlazione tra le anomalie stagionali del 2003 e le anomalie stagionali di tutti gli anni dal 2004 in poi (non mostrato) ha permesso di evidenziare quanto non solo l’estate, ma anche, e soprattutto, l’inverno e la primavera del 2003 siano stati simili a quelli del 2022 in termini di frequenza dei diversi pattern di circolazione atmosferica (correlazione 0.8 e 0.7, rispettivamente), i più simili dell’ultimo ventennio.  Ciò sembra suggerire che, seppur in un contesto di progressivo riscaldamento, l’estate del 2022 abbia raggiunto e superato i record storici dell’estate 2003 anche in funzione della configurazione della circolazione atmosferica del semestre precedente, che ha portato in entrambi gli anni periodi di prolungata e grave siccità in diversi settori del territorio, soprattutto nel 2022.

A dirigere l’orchestra dei dodici TC è stato TC9-Anticiclone di blocco (vedi figura 4), soprattutto tra la seconda parte dell’inverno e il mese di marzo, quando ha raggiunto livelli molto elevati di persistenza, con record assoluto di ben 17 giorni consecutivi di presenza (con una interruzione di un solo giorno) nel febbraio 2003, quasi eguagliato nella prima metà di agosto in occasione della più intensa e prolungata ondata di calore di quello storico anno.  TC11-Anticiclone Nordafricano, anch’esso eccedente rispetto alla media del ventennio, ha rivestito un ruolo importante durante l’inverno, ma in modo decisamente meno eclatante rispetto a TC9-Anticiclone di blocco, così come TC10-Anticiclone Afroiberico, e nel 2003 anche TC12-Depressione Iberica, durante la primavera.

L’estate 2022

Le prime due ondate di calore dell’estate 2022, all’inizio e alla fine di giugno, hanno visto come protagonista TC12-Depressione Iberica, quindi la presenza dell’anticiclone africano, e dei suoi noti effetti, prevalentemente sul Centrosud dell’Italia. La seconda ondata, più duratura ed intensa della prima, è culminata con la risalita di aria sahariana associata allo sviluppo del caldissimo TC8-Scirocco, seguito negli ultimi quattro giorni del mese da TC4-Depressione Ligure, una configurazione sempre meno insolita in questa parte dell’anno.

Il picco delle tre imponenti ondate successive, all’inizio di luglio, nella seconda metà del mese e nella prima metà di agosto, ha invece coinvolto tutto il Paese, interamente esposto all’influenza di TC6-Anticiclone AfroAtlantico e TC11-Anticiclone Nordafricano. La figura 5 riporta la temperatura media “massima” (alle 15 UTC, cioè alle 17 locali) e le precipitazioni medie giornaliere stratificate per tipo di circolazione e permette quindi di quantificare per ciascuno di essi il contributo a livello nazionale e la distribuzione spaziale delle due variabili meteorologiche.

TC9-Anticiclone di blocco, presente in forma sparsa durante tutta la stagione, e meno incline alla persistenza rispetto al 2003, ha tenuto il Nord e gran parte delle regioni centrali sotto il suo pesante scudo per molti giorni, sbarrando la strada alle perturbazioni atlantiche. Ha però lasciato esposte le regioni del Medio Adriatico e il Sud all’afflusso di aria instabile dai Balcani e al conseguente rischio di fenomeni violenti, come accaduto il 9 agosto a Caserta e nell’Avellinese, e il 12 agosto alle isole Eolie, con gravi conseguenze per Stromboli.  Solo il cedimento dell’anticiclone africano lungo il suo margine più settentrionale ha di tanto in tanto permesso alle perturbazioni atlantiche in transito sull’Europa centrale di lambire il Norditalia, innescando fenomeni convettivi anche estremi sui rilievi e nelle zone limitrofe, come avvenuto in Val di Fassa il 5 agosto.

In ben poche occasioni l’aria fresca atlantica è riuscita ad avanzare più profondamente nell’area mediterranea.  TC3-Depressione Padana ha infatti brillato per la sua scarsa presenza, come già avvenuto più volte negli ultimi anni. Si è invece fatto strada un tipo di circolazione più caldo, TC4-Depressione Ligure, tipico delle stagioni intermedie e potenzialmente in grado di generare forte maltempo al Centronord. Preceduto da TC12-Depressione Iberica e TC8-Scirocco, due diverse fasi dello sviluppo di una saccatura sul Mediterraneo occidentale, e seguito da TC3-Depressione Padana  e TC2-Depressione Egeo, il 18 agosto TC4-Depressione Ligure è stato il fulcro del raro fenomeno convettivo chiamato Derecho: la condizione di maltempo estremo più estesa di tutta l’estate.

Il trend estivo dell’ultimo ventennio di TC3-Depressione Padana e di TC4-Depressione Ligure è significativo ed è illustrato nella figura 6. Dal 2003, TC3-Depressione Padana ha ridotto di quasi 8 giorni la sua presenza, mentre la frequenza di TC4-Depressione Ligure è quasi triplicata.

Estate 2022, la performance dei modelli di previsione meteorologica

La tabella che segue riporta l’elenco dei modelli globali di previsione meteorologica sottoposti a verifica.  MIX è il multi-model ensemble creato da Meteo Expert elaborando i dati degli altri cinque modelli della lista.

Come abbiamo visto nella sezione introduttiva, più i TC sono vicini fra loro nella “distortion surface” creata da SOM, più sono fra loro simili. La figura 7 riporta le distanze (d) giornaliere tra il TC osservato e il TC previsto dal modello europeo e da quello americano nei precedenti sette giorni; sono omesse le distanze = 0, cioè le previsioni corrette, vengono quindi riportati solo gli errori, tanto più gravi, quanto più è elevata la distanza fra TCosservato e TCprevisto. Notiamo quanto gli errori più frequenti siano stati quelli lievi e come gli errori severi, un solo caso per ECMWF il 9 agosto (nubifragi nell’Avellinese), poco di più per GFS nella prima metà della stagione, siano stati commessi solo dal quinto giorno (+ 144 ore) di previsione.

Per valutare oggettivamente l’accuratezza dei sei modelli nel prevedere l’evoluzione della circolazione atmosferica, abbiamo ideato l’indice di qualità riportato nella figura 8, che si basa sempre sul calcolo delle distanze tra TC nella “distortion surface” ed è espressione di quanto la previsione del modello si allontana dalla condizione di errore massimo possibile.  Risulta piuttosto evidente l’ottima performance di MIX, il multi-model ensemble, seguito da ARPEGE e ICON nelle prime 48 ore di previsione. Nel più lungo termine, il modello europeo, dopo il “cedimento” primaverile, è riuscito ad esprimere al meglio le sue potenzialità, superando, come di consueto, il modello americano e quello canadese.

Nel più lungo termine il modello europeo è stato più efficace degli altri due modelli con la previsione di quasi tutti i tipi di circolazione (figura 9), in particolare con quelli associati alle situazioni più dinamiche, come il transito sul Nord Italia di una perturbazione atlantica (TC-Depressione Padana), lo sviluppo di una saccatura sul Mediterraneo occidentale (TC12-Depressione Iberica e TC8-Scirocco), la ciclogenesi sul Mar Ligure (TC4-Depressione Ligure), situazioni in cui questo modello ha già più volte dimostrato una notevole abilità.

L’autunno è la stagione in cui l’Italia è attraversata da numerose perturbazioni. Cosa dobbiamo aspettarci dopo un’estate rovente e tanti mesi di siccità estrema che hanno reso ancor più fragile un territorio già ad alto rischio idrogeologico?

TC4-Depressione Ligure e TC8-Scirocco a stagione inoltrata sono spesso i protagonisti delle condizioni meteorologiche più critiche. Il 2022, come il 2003, vedrà un difetto di TC4-Depressione Ligure? TC9-Anticiclone di blocco continuerà a dominare la circolazione atmosferica? Lo scopriremo con il prossimo report!