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Quando abbiamo studiato i cicloni di media latitudine, abbiamo parlato un po’ della corrente a getto, che è un canale di venti veloci vicino alla cima della troposfera. Ma la corrente a getto di cui abbiamo parlato è in realtà la corrente a getto delle medie latitudini, che influenza regolarmente il tempo alle medie latitudini. La corrente a getto delle medie latitudini non è l’unica corrente a getto della Terra, però!
Nella nostra discussione sugli alti subtropicali, abbiamo ignorato la rotazione terrestre e la forza di Coriolis quando abbiamo discusso il flusso ad alta quota verso il polo nella Cella di Hadley. Poiché il nostro pianeta ruota, l’aria non scorre direttamente verso i poli ad alta quota. Infatti, prende un percorso molto più vorticoso. Mentre l’aria scorre verso il polo nel ramo superiore della Cella di Hadley, alla fine curva verso est (nell’emisfero nord). Il risultato finale è che i pacchetti d’aria nei rami superiori delle Celle di Hadley finiscono per girare intorno alla terra durante i loro alti viaggi dalle regioni equatoriali alle subtropicali. Questa spirale verso il polo culmina nella corrente a getto subtropicale (“STJ”, in breve) vicino ai 30 gradi di latitudine.
La STJ è stata in realtà una delle ultime grandi caratteristiche troposferiche ad essere scoperta dall’osservazione umana diretta. Durante la seconda guerra mondiale, i piloti americani, mentre volavano verso ovest nelle vicinanze del Giappone e di altre isole del Pacifico, riportarono velocità al suolo drammaticamente inferiori a quelle indicate dall’aereo. Volare a velocità molto basse rispetto al suolo poteva significare solo una cosa: un enorme vento contrario! Guardate l’immagine qui sotto, che mostra le velocità medie del vento a lungo termine (in metri al secondo) e le direzioni vicino a 40.000 piedi sopra l’Asia e l’Oceano Pacifico occidentale durante l’inverno meteorologico (dicembre, gennaio e febbraio). Lo stretto nastro di venti veloci vicino alla latitudine 30 gradi segna la posizione media del STJ. Anche se i piloti potevano fare poca strada in alcune delle loro missioni, avevano fatto una scoperta importante!
In effetti, la STJ è più forte sulla regione del Pacifico occidentale, in media, di qualsiasi altro posto nel mondo. Questo è principalmente perché le alture dell’Himalaya e del Tibet interrompono e deviano il flusso d’aria generalmente occidentale nella troposfera superiore. Più a est, i rami d’aria deviati fluiscono di nuovo insieme e accelerano vicino al Giappone. Per riferimento, l’immagine sopra mostra che le velocità medie nell’STJ vicino al Giappone possono superare i 70 metri al secondo (circa 157 miglia all’ora) durante l’inverno meteorologico.
Il meccanismo generale per mantenere l’STJ vicino ai 30 gradi di latitudine, tuttavia, è la tendenza dei pacchetti d’aria a conservare il loro momento angolare nei rami superiori delle cellule di Hadley. Ricordiamo che la conservazione del momento angolare è il concetto che spiega come i pattinatori di figura girano molto più velocemente quando tirano le braccia verso l’interno (diminuendo la loro distanza dall’asse di rotazione). Come i pacchi nei rami superiori delle Celle di Hadley spirano verso l’alto, la loro distanza dall’asse di rotazione della terra diminuisce, risultando in velocità più elevate. In teoria, l’aria che parte da fermo (rispetto alla superficie terrestre) in alto sopra l’equatore raggiungerà la latitudine 30 gradi con una velocità verso est di 134 metri al secondo (circa 260 nodi, o 300 mph) assumendo che conservi perfettamente il suo momento angolare lungo il suo percorso.
Ma, in realtà, la STJ non raggiunge tali velocità. Questo perché i pacchi non conservano completamente il loro momento angolare. Le alte montagne e le torreggianti nubi cumulonembi, per esempio, esercitano una certa resistenza sui pacchi d’aria che si muovono verso il polo nei rami superiori delle Celle di Hadley. Indipendentemente da questi e altri impedimenti alla conservazione del momento angolare, è giusto dire che i pacchetti d’aria tendono a conservare il momento angolare mentre si muovono a spirale verso l’asse di rotazione terrestre, gettando il loro momento angolare “nel miscuglio” che chiamiamo STJ.
Quindi, per la maggior parte, l’STJ è fondamentalmente una conseguenza della conservazione del momento angolare (a differenza del jet stream delle medie latitudini, che deve la sua formazione ai gradienti di temperatura emisferici). Con l’idea di conservazione in mente, aggiungerò che il tasso di rotazione della terra determina in gran parte la posizione media della STJ, perché il tasso di rotazione della terra, in parte, governa la grandezza della forza di Coriolis. Se il tasso di rotazione terrestre aumentasse (rendendo più forte la forza di Coriolis), l’STJ si svilupperebbe più vicino all’equatore. Se la rotazione terrestre rallentasse, la forza di Coriolis sarebbe più debole, e l’STJ si formerebbe più lontano dall’equatore di 30 gradi di latitudine.
Si scopre che l’STJ è più forte in inverno che in estate, nonostante una maggiore estensione verso il polo del ramo superiore della circolazione Hadley dell’emisfero estivo. Questo potrebbe sembrare strano, dato che il principale meccanismo di guida della STJ è la tendenza dei pacchi a conservare il momento angolare (che si tradurrebbe in velocità più elevate quando la STJ è a latitudini più alte). Allora, perché i pacchi d’aria alta che viaggiano più verso il polo in estate non accelerano enormemente mentre spiraleggiano ancora più vicino all’asse di rotazione della terra?
Come si è scoperto, un intenso riscaldamento solare sulle masse terrestri nella regione subtropicale dell’emisfero settentrionale sconvolge il carrello della circolazione di Hadley. In poche parole, in pratica fa molto più caldo a latitudini vicine ai 30 gradi nord (soprattutto sulla terraferma) che sulle regioni equatoriali, invertendo così il tipico gradiente di temperatura nord-sud. Per confermare questa osservazione, guardate le temperature medie a lungo termine sui tropici e subtropici per giugno, luglio e agosto. Dato che il nostro modello prototipo della Cella di Hadley è radicato nell’assunzione che la cintura di massimo riscaldamento si verifica sulle regioni equatoriali, non dovrebbe sorprendere che quando questa cintura si sposta verso il polo subtropicale, il nostro modello della circolazione idealizzata di Hadley si rompe. Come risultato, la forza della STJ subisce un colpo, e la STJ non gioca un ruolo così importante nel modello meteorologico generale durante l’estate.
Per vedere il cambiamento nella forza della STJ tra estate e inverno, confronta i venti medi vicino a 40.000 piedi sul Nord America e gli oceani adiacenti durante l’estate e l’inverno (sopra). Per cominciare, si può vedere una firma di venti veloci sopra gli Stati Uniti centrali e settentrionali. Questa è l’impronta della corrente a getto delle medie latitudini. Per contrassegnare la STJ, ho usato frecce nere spesse in ogni immagine. In estate (immagine a sinistra sopra), ci sono due strisce relativamente deboli di venti associati alla posizione media della STJ estiva. Una si estende dalle Hawaii verso il sud-ovest degli Stati Uniti e l’altra si dirige dall’Oceano Atlantico medio verso l’Africa nord-occidentale. Queste “strisce” di vento impallidiscono in confronto al robusto STJ invernale (immagine a destra sopra).
Durante l’inverno, il robusto STJ può contribuire a grandi tempeste invernali sulle medie latitudini. L’STJ è una caratteristica semipermanente, e ricordiamo che la sua posizione media è in gran parte fissata dal tasso di rotazione della terra. Tuttavia, i cambiamenti locali nella temperatura e nei gradienti di pressione possono far sì che parti dell’STJ si gonfino un po’ di più verso il polo o si abbassino un po’ di più verso sud di tanto in tanto. In generale, il tratto più settentrionale dell’STJ corrisponde all’estensione più meridionale della corrente a getto più nomade delle medie latitudini. Quindi, è sicuro assumere che le due correnti a getto a volte interagiscono, e a volte il palcoscenico può essere impostato per il rapido sviluppo di cicloni di media latitudine, in particolare sulla costa atlantica, dove i contrasti naturali di temperatura terra-mare forniscono terreno favorevole per la riproduzione.
Una tale interazione memorabile ha portato alla tempesta di neve a sorpresa del giorno del Presidente del 1979 per Washington, D.C. e gli stati circostanti del Medio Atlantico e del Sud-Est. In questo caso, l’STJ è stato attirato verso nord nel flusso sud-occidentale davanti a una forte depressione nella corrente a getto delle medie latitudini (a volte indicata come la corrente a getto “polare”, segnata in blu). Questa configurazione ha permesso all’STJ di agire come catalizzatore per la tempesta del Presidents’ Day del 1979. Più a est, sopra l’Oceano Atlantico, l’STJ prende una piega più a est ed eventualmente a sud (fuori dall’immagine a destra) mentre comincia a tornare verso la sua posizione media.
Nella sua scia, la Presidents’ Day Storm ha lasciato neve pesante dalla Georgia alla Pennsylvania, come si vede in questa immagine satellitare visibile dalle 19Z del 19 febbraio. In effetti, molte grandi tempeste invernali alle medie latitudini beneficiano del fatto che l’STJ sia attirato verso nord, come in questo caso. Quindi, mentre le Celle di Hadley controllano regolarmente gli aspetti del tempo tropicale, possono certamente avere un impatto sul tempo alle medie latitudini, anche!
In termini di Celle di Hadley, abbiamo ora coperto il ramo ascendente nell’ITCZ, il ramo superiore (che culmina nell’STJ), e il ramo discendente che forma i massimi subtropicali vicino ai 30 gradi di latitudine. Prossimamente, ci concentreremo sull’ultimo ramo della circolazione – gli alisei: il flusso superficiale che ritorna verso l’ITCZ dalle zone subtropicali. Continuate a leggere!