Testo di  Dorotea Iovino and Enrico Scoccimarro Centro Euro-Mediterraneo sui Cambiamenti Climatici (Fondazione CMCC), Bologna, Italy

Uragani e tifoni sono l’espressione più intensa dei cicloni tropicali e sono tra le principali calamità naturali conosciute dal genere umano. Le ingenti conseguenze socio-economiche che questi fenomeni procurano nei paesi e nelle aree colpite dai cicloni tropicali rendono sempre più importante la nostra capacità di comprenderne meglio la natura e le interazioni con il sistema climatico.

Gli effetti distruttivi dei cicloni sono principalmente causati da tre fattori: vento forte, tempeste marine, e precipitazioni intense. Questi eventi indotti dai cicloni tropicali provocano ogni anno danni nell’ordine di miliardi di dollari e migliaia di vittime.

I cicloni tropicali sono sistemi convettivi organizzati che si sviluppano sopra le acque calde degli oceani in area tropicale, e si identificano in  una zona di bassa pressione associata a una intensa circolazione ciclonica dei venti in superficie. Raccolgono energia dall’oceano attraverso il flusso di evaporazione e poi dalla relativa condensazione dell’acqua nelle masse d’aria ascensionali vicino al loro centro. Questa energia rilasciata nella troposfera dà origine al famoso “cuore caldo”, causando così venti straordinariamente forti alla superficie. La forza di questi venti produce danni alle regioni costiere con raffiche particolarmente violente, precipitazioni molto intense e impetuose mareggiate.

Si capisce così come importante il ruolo dell’oceano nel determinare l’attività di un ciclone tropicale sulla componente atmosferica del sistema climatico.

La regione Nord Atlantica è caratterizzata dal maggior numero di informazioni riguardanti gli uragani. Grazie ai rilevamenti realizzati via mare quando ancora non era disponibile la tecnologia satellitare, è oggi disponibile un archivio ufficiale che fornisce informazioni e dati su uragani risalenti fino al 1851. Nonostante non si riscontrino trend significativi nelle attività dei cicloni tropicali osservati nel bacino atlantico nel corso del XIX secolo, trend significativi sul numero dei cicloni che si sono manifestati e sulla loro intensità si possono rilevare negli ultimi decenni. Gli uragani sono classificati (scala dei venti Saffir-Simpson) su una scala che va dalla categoria 1 (almeno 118 km/h) alla categoria 5 (oltre i 250 km/h).

IRMA, uragano straordinario per dimensioni e intensità con venti che hanno raggiunto una velocità di 295 km/h, è uno dei più violenti che si siano mai registrati nella regione atlantica, tanto che ha mantenuto la categoria 5 per più di due giorni.

IRMA è sfrecciato su Cuba e le Bahamas nel pomeriggio di venerdì 8 settembre, dopo aver lasciato una scia di devastazioni nella regione Caraibica, mentre Miami e il sud della Florida si preparano con molta preoccupazione ad affrontarla domenica 10 settembre, quando si prevede l’uragano dovrebbe aver raggiunto la categoria 4 dovrebbe portare con se’ mareggiate e inondazioni per le successive 48 ore.

La struttura termica e dinamica degli oceani è influenzata dagli stress dei venti superficiali attraverso due feedback principali del sistema atmosfera-oceano.

Il primo feed-back (positivo) è condotto dal calore latente associato all’incremento del tasso di evaporazione. Questo feed-back porta a un potenziamento dell’energia disponibile per far sì che il ciclone tropicale si sviluppi, ed è responsabile del meccanismo di auto alimentazione che sta alla base del processo.

Il secondo feedback (negativo) è dovuto alla risalita dell’acqua fredda, indotta dal maggiore stress dei venti sulla superficie degli oceani, e dal conseguente raffreddamento delle acque superficiali. Questo raffreddamento porta a un indebolimento dell’intensità del ciclone, dovuta a sua volta alla riduzione del flusso di calore nell’atmosfera. Questo effetto di raffreddamento è una funzione delle condizioni iniziali dei mari, dell’intensità del ciclone, della sua velocità e della grandezza. Cicloni lenti tendono a produrre un più pronunciato effetto di raffreddamento sull’oceano rispetto a cicloni più veloci. Inoltre, dopo il passaggio della tempesta, la temperatura della superficie del mare torna ai valori climatologici nel giro di poche settimane, sottraendo così calore aggiuntivo alla componente atmosferica. L’effetto di raffreddamento appena descritto ha un ruolo molto importante nel determinare l’intensità di un ciclone tropicale, e così, una rappresentazione realistica di questo effetto sull’oceano è fondamentale per prevedere l’intensità del ciclone prima del suo approdo sulla terraferma.

Il CMCC global ocean forecasting system, GOFS16, basato sul modello oceanico NEMO alla risoluzione di 1/16° e uno schema 3DVar per l’assimilazione dei dati, ci permette di quantificare il raffreddamento indotto da IRMA sull’oceano, suggerendo l’entità potenziale dell’indebolimento dell’uragano prima che raggiunga le coste della Florida. Secondo le previsioni oceaniche della NOAA, IRMA dovrebbe raggiungere il sud della Florida la mattina presto di domenica 10 settembre. Come mostra la figura, il raffreddamento della superficie marina, previsto dal modello del CMCC, per quelle ore è di circa di 2°C al largo della delle coste orientali della Florida, inferiore rispetto al valore previsto per KATIA (circa 3°C) l’uragano che si sta sviluppando in questi giorni nel Golfo del Messico.

La diversità delle anomalie di temperatura può essere spiegata dalla minore velocità di traslazione di KATIA rispetto a IRMA. Dall’altra parte, la profondità dello strato oceanico mescolato (mixed layer) sotto l’uragano risulta simile tra i due fenomeni.

In base ai dati ottenuti con il sistema di previsioni oceaniche globali del CMCC, possiamo aspettarci un ruolo parziale ma non fondamentale del raffreddamento oceanico nel ridurre l’intensità di IRMA prima che tocchi le coste statunitensi (informazioni che sono confermate alle proiezioni del NCEP Operational HWRF Forecast – http://www.emc.ncep.noaa.gov).

Infatti, nonostante il raffreddamento sia considerevole, a causa dell’alta velocità di transazione di IRMA, si stima che la regione interessata dal raffreddamento non influenzerà in maniera rilevante l’intensità di IRMA. Un maggiore effetto di indebolimento dovuto al raffreddamento della superficie marina è invece atteso per l’uragano KATIA.

Figura. Temperatura giornaliera alla superficie del mare (per domenica 10 settembre) prevista dal sistema di previsioni oceaniche globali del CMCC (previsione realizzata giovedì 7 settembre). I cerchi indicano la posizione di IRMA (percorso previsto). Anche la posizione di KATIA è indicata.

Riferimenti

• Iovino, D., Masina, S., Storto, A., Cipollone, A., and Stepanov, V. N.: A 1/16° eddying simulation of the global NEMO sea-ice–ocean system, Geosci. Model Dev., 9, 2665-2684, https://doi.org/10.5194/gmd-9-2665-2016, 2016.
• Scoccimarro E. et al.: Effects of Tropical Cyclones on Ocean Heat Transport in a High-Resolution Coupled General Circulation Model. J. Climate, 24, 4368–4384. 2011.
• Scoccimarro, E., S. Gualdi, G. Villarini, G. Vecchi, M. Zhao, K. Walsh, and A. Navarra: Intense precipitation events associated with landfalling tropical cyclones in response to a warmer climate and increased CO2. J. Climate, 27, 4642-4654. 2014.
• Scoccimarro E., P.G. Fogli. K. Reed, S. Gualdi, S.Masina, A. Navarra: Tropical cyclone interaction with the ocean: the role of high frequency (sub-daily) coupled processes. Journal of Climate , doi: 10.1175/JCLI-D-16-0292.1. 2017.
• Storto, A., S. Masina, and A. Navarra (2015) Evaluation of the CMCC eddy-permitting global ocean physical reanalysis system (C-GLORS, 1982–2012) and its assimilation components. Q.J.R. Meteorological Society, doi:10.1002/qj.2673