La variabile absvprs del modello GFS.
La sigla absvprs sta per absolute vorticity at pressure levels, ovvero la vorticità assoluta a livelli di pressione. È uno dei parametri più importanti in meteorologia dinamica per comprendere l'evoluzione del tempo su scala sinottica (quella di depressioni e anticicloni).
Procediamo un passo alla volta per capire bene il suo significato e la sua utilità.
Significato: cosa è la vorticità assoluta?
Per capire la vorticità assoluta, dobbiamo prima definire due componenti più semplici: la vorticità relativa e la vorticità planetaria.
1. Vorticità relativa (ζr)
Immagina l'aria che scorre nell'atmosfera. La vorticità relativa è semplicemente la misura della rotazione locale di una particella d'aria rispetto alla superficie terrestre. Questa rotazione può essere generata in due modi:
- Curvatura del flusso: quando il vento segue una traiettoria curva, come all'interno di un ciclone (bassa pressione) o di un anticiclone (alta pressione).
- Shear del vento (wind shear): quando la velocità del vento cambia su una certa distanza. Immagina un bastoncino galleggiante in un fiume dove l'acqua scorre più veloce da un lato che dall'altro: il bastoncino inizierà a ruotare.
Nell'emisfero nord:
- Una rotazione in senso antiorario (ciclone) ha vorticità positiva.
- Una rotazione in senso orario (anticiclone) ha vorticità negativa.
2. Vorticità planetaria (f)
Questa è la vorticità impartita a qualsiasi oggetto (inclusa l'aria) semplicemente dalla rotazione della Terra stessa. È legata all'effetto di Coriolis.
- È massima ai poli.
- È nulla all'equatore.
- Nell'emisfero nord è sempre positiva.
3. Vorticità assoluta (ζa)
La vorticità assoluta è la somma delle due componenti precedenti. È la rotazione totale di una particella d'aria vista da un punto di osservazione fisso nello spazio (ad esempio, guardando la Terra dall'alto).
La sua formula è molto semplice:
ζa=ζr+f
Dove:
- ζa è la vorticità assoluta.
- ζr è la vorticità relativa (data dal moto dell'aria).
- f è la vorticità planetaria (data dalla rotazione terrestre).
La variabile GFS absvprs (codice GRIB 41) ti fornisce proprio questo valore (ζa) calcolato su diverse quote, espresse in livelli di pressione (da 1000 hPa vicino al suolo fino a 1 hPa nella stratosfera). L'unità di misura è 1/s (o s−1), che indica la velocità angolare della rotazione in radianti al secondo.
Utilità: a cosa serve in una previsione?
Il valore della vorticità assoluta in un punto non è, di per sé, l'informazione più utile. Ciò che è fondamentale è il suo cambiamento nel tempo e nello spazio, un concetto noto come avvezione di vorticità.
1. Individuare le aree di maltempo
L'applicazione principale della vorticità è legata a questo principio:
- Avvezione di vorticità positiva (PVA - Positive Vorticity Advection): si verifica quando aria con valori di vorticità più alti si sposta verso un'area con valori di vorticità più bassi. Una PVA in quota (tipicamente a 500 hPa) induce divergenza atmosferica in alto. Per compensare questa "perdita" di aria in quota, l'aria sottostante è costretta a salire. I moti verticali ascendenti sono la causa principale della formazione di nubi e precipitazioni.
- In pratica: dove vedi arrivare una "lingua" di alta vorticità su una mappa, specialmente sul bordo anteriore di una saccatura, è molto probabile che si stia sviluppando o intensificando il maltempo.
- Avvezione di vorticità negativa (NVA - Negative Vorticity Advection): è il processo opposto. Aria con vorticità inferiore si sposta verso un'area con vorticità superiore. Questo induce convergenza in quota, che a sua volta forza l'aria a scendere (subsidenza). I moti discendenti portano alla dissoluzione delle nubi, al riscaldamento dell'aria e a tempo stabile e soleggiato.
2. Identificare strutture sinottiche
Le mappe di vorticità (solitamente a 500 hPa) sono essenziali per i meteorologi per identificare:
- Assi di saccatura: le saccature (aree di bassa pressione in quota) sono caratterizzate da massimi di vorticità lungo il loro asse.
- Assi di promontorio: i promontori (aree di alta pressione in quota) sono caratterizzati da minimi di vorticità.
- Cicloni e anticicloni: la vorticità aiuta a definire la struttura e l'intensità di queste figure bariche.
3. Prevedere la ciclogenesi
L'intensificazione di un'area di bassa pressione (ciclogenesi) è quasi sempre associata a una forte avvezione di vorticità positiva in quota che agisce su un'area con un fronte termico al suolo (zona baroclina). Un meteorologo che osserva una forte PVA in arrivo sa che c'è un'alta probabilità che una depressione al suolo si approfondisca, portando a un peggioramento del tempo.
In sintesi
La variabile absvprs ti dice "quanto sta ruotando" l'aria a una data quota, tenendo conto sia del moto del vento sia della rotazione terrestre.
La sua utilità pratica non sta nel suo valore statico, ma nel suo movimento:
- Se arriva aria con vorticità più alta (PVA): aspettati moti ascensionali, quindi nubi e precipitazioni (maltempo).
- Se arriva aria con vorticità più bassa (NVA): aspettati moti discendenti, quindi rasserenamenti e tempo stabile (bel tempo).
È uno strumento diagnostico determinante per prevedere lo sviluppo e l'intensificazione dei sistemi meteorologici su larga scala.
Calcolo della vorticità relativa
Il comando: d hcurl(ugrdprs,vgrdprs) calcola la vorticità relativa (ζr).
- Cosa fa hcurl: La funzione hcurl (horizontal curl) calcola il rotore orizzontale del campo di vento. In meteorologia, la componente verticale di questo rotore è, per definizione, la vorticità relativa.
- Significato fisico: Misura la rotazione dell'aria rispetto alla superficie terrestre, generata unicamente dalla curvatura e dallo shear del vento. Non tiene conto della rotazione terrestre.
- Variabili usate: Utilizza solo le componenti del vento (ugrdprs, vgrdprs).
In pratica, stai calcolando da zero la componente relativa della vorticità partendo dal vento. Il risultato è molto simile, ma non identico, alla variabile GFS relvprs (vorticità relativa), se disponibile.
Calcolo dell'avvezione di vorticità
Ottenere l'avvezione di vorticità (PVA e NVA) è il passo successivo e fondamentale dopo aver individuato la vorticità stessa.
L'avvezione, in termini semplici, è il trasporto di una certa grandezza (in questo caso, la vorticità) da parte del campo di vento. Per calcolarla, ti servono due cose alla stessa quota (ad esempio, 500 hPa):
- La vorticità assoluta (la variabile absvprs che già hai).
- Il campo di vento orizzontale, scomposto nelle sue componenti u (ovest-est) e v (sud-nord).
Ecco i passaggi logici e pratici per ottenerla.
1. Il concetto di base
L'idea è vedere se il vento sta "soffiando" da un'area con più vorticità verso un'area con meno vorticità, o viceversa.
- Se il vento trasporta valori di vorticità maggiori verso la tua zona, hai un'Avvezione di Vorticita Positiva (PVA).
- Se il vento trasporta valori di vorticità minori verso la tua zona, hai un'Avvezione di Vorticita Negativa (NVA).
Matematicamente, l'avvezione di vorticità si calcola con questa formula:
Dove:
- V è il vettore del vento (con componenti u, v).
- ∇ζ_a è il gradiente della vorticità assoluta (cioè, come cambia la vorticità nello spazio).
- Il segno meno (-) è una convenzione matematica necessaria per far sì che un valore positivo del calcolo corrisponda a una PVA.
2. Il procedimento pratico
Per calcolare l'avvezione di vorticità da solo o tramite un software di visualizzazione (come GrADS, Panoply, etc.), devi eseguire questi passaggi:
1. Procurati i dati necessari: Assicurati di avere, per la stessa ora e la stessa quota (solitamente si usa il livello di 500 hPa per questa analisi), le seguenti variabili GFS:
2. Calcola l'avvezione: Il calcolo consiste nel moltiplicare ogni componente del vento per la rispettiva variazione (gradiente) della vorticità. La formula espansa è:
- absvprs (vorticità assoluta)
- ugrdprs (componente U del vento, cioè zonale)
- vgrdprs (componente V del vento, cioè meridionale)
- ∂ζ_a/∂x è quanto velocemente cambia la vorticità lungo l'asse ovest-est.
- ∂ζ_a/∂y è quanto velocemente cambia la vorticità lungo l'asse sud-nord.
La maggior parte dei programmi di analisi meteorologica ha funzioni integrate per calcolare direttamente l'avvezione.
3. Interpretazione del risultato
Una volta eseguito il calcolo, otterrai una mappa con valori positivi e negativi.
- Aree con valori positivi (> 0): Queste sono le zone di PVA. Sono le aree dove devi aspettarti un incoraggiamento ai moti verticali ascendenti, e quindi un aumento della nuvolosità e delle precipitazioni. Su una mappa, appaiono spesso a valle (cioè, davanti, nella direzione del flusso) di un massimo di vorticità.
- Aree con valori negativi (< 0): Queste sono le zone di NVA. Qui, l'atmosfera tende a subsidenza (moti discendenti), portando a cieli sereni, stabilità e rinforzo delle aree di alta pressione.
Esempio pratico in GrADS
Se stessi usando il software GrADS, il comando per calcolare e visualizzare l'avvezione di vorticità a 500 hPa sarebbe simile a questo:
'set lev 500' 'd -1 * (ugrdprs * cdiff(absvprs,x) + vgrdprs * cdiff(absvprs,y))'
In sintesi, il comando d -1 * (ugrdprs * cdiff(absvprs,x) + vgrdprs * cdiff(absvprs,y)) calcola l'avvezione di vorticità assoluta.
- Cosa fa: Non calcola la vorticità, ma il suo trasporto da parte del vento.
- Significato fisico: Misura la rapidità con cui il valore di vorticità assoluta cambia in un punto a causa del vento che "soffia" da zone a vorticità diversa. Come abbiamo visto, questo è un indicatore di moti verticali (maltempo/bel tempo).
- Variabili usate: Utilizza sia il vento (ugrdprs, vgrdprs) sia la vorticità assoluta (absvprs).
