06.02.2021 - Didattica
Condizioni favorevoli per la formazione dei tornado in Italia: i risultati di tre studi recenti

Scritto da:
Roberto Ingrosso, UQAM (Università del Quebec a Montrèal)
Revisione di:
Leonardo Bagaglini, CNR-ISAC
Mario Marcello Miglietta, CNR-ISAC

I tornado, colonne di aria rotanti che si estendono da una nube cumuliforme sino alla superficie terrestre, sono tra i fenomeni atmosferici più violenti, in grado di affascinare e terrorizzare allo stesso tempo. Molti di noi hanno conosciuto per la prima volta questi fenomeni leggendo il Mago di Oz e le avventure di Dorothy, la protagonista del libro, che viene sbalzata via insieme al suo cagnolino e trasportata nel “Paese dei ghiottoni”. Negli ultimi anni, il successo di film come “Twister”, dove un gruppo di avventurosi scienziati cerca di captare i dati all’interno di un tornado con l’aiuto di Dorothy (un nome non a caso!), un macchinario di loro creazione, e i documentari prodotti dai cacciatori di tornado hanno accresciuto l’interesse dell’opinione pubblica nei riguardi di questi eventi vorticosi.

Sebbene i tornado siano spesso associati alle grandi pianure americane, questi fenomeni atmosferici sono abbastanza comuni anche nel continente europeo e nella nostra Penisola. Un recente aggiornamento della climatologia dei tornado italiani [1]ha mostrato come le zone maggiormente interessate siano le pianure del Nord-Est, le coste tirreniche e le regioni ioniche. Negli ultimi anni alcuni tornado particolarmente intensi, ad esempio quello di Taranto del 28 novembre 2012 [2] e quello di Mira e Dolo, nei pressi di Venezia, dell’8 luglio 2015 [3], hanno provocato milioni di danni e, purtroppo, anche delle vittime.

Nonostante questi fenomeni potenzialmente distruttivi siano frequenti sul nostro territorio, sono pochi gli studi scientifici pubblicati che hanno investigato le caratteristiche dei tornado italiani [4]. Nell’ultimo anno, con alcuni scienziati del CNR-ISAC, dell’Università del Salento e dell’Università di Tokyo, sono stati prodotti tre studi scientifici che permettono di chiarire meglio le dinamiche legate ai tornado italiani.

I dati utilizzati in questi studi provengono dalle cosiddette rianalisi, ricostruzioni dello stato dell’atmosfera e dell’oceano negli ultimi decenni, prodotte da modelli climatici e oceanografici supportati da osservazioni registrate, ad esempio, da stazioni a terra, da boe e satelliti.

Nel primo studio [5] è stata prodotta un’analisi dei tornado più significativi, ovvero di intensità uguale o maggiore a EF2 (per maggiori informazioni sulle scale e sulle differenti tipologie di tornado, leggi qui ), utilizzando due potenziali precursori di mesoscala, ovvero degli indicatori di ambienti favorevoli alla formazione di un tornado, il windshear verticale e l’energia potenziale convettiva disponibile (Convective Available Potentiale Energy, CAPE). Il primo è una misura della differenza (in intensità e direzione) tra il vento in superficie e il vento in quota, la seconda è una misura della quantità di energia potenziale disponibile per la convezione. I risultati di questo studio mostrano delle anomalie (ovvero delle differenze dalla media climatologica) significative di questi parametri, indipendentemente dalla stagione e dalla regione considerata, confermando di essere dei buoni precursori di tornado. La definizione di un modello statistico ci ha poi permesso di determinare come le probabilità di avere un tornado aumentino in maniera significativa con l’aumentare del windshear e sono massime quando anche CAPE registra valori alti. Definire un modello statistico di probabilità condizionali è utile per rispondere a una domanda importante, ovvero se i tornado aumenteranno in un contesto di riscaldamento globale, nel quale già oggi viviamo.

Un secondo studio [6] si concentra invece sulle caratteristiche dei cicloni extratropicali da cui vengono originati alcuni dei tornado italiani. L’analisi rivela che i tornado solitamente si verificano nel settore caldo, sul lato Sud del ciclone, mentre pochissimi sono i tornado lungo il fronte freddo. In autunno, una stagione più favorevole alla formazione dei tornado al Centro-Sud, gli alti valori di CAPE, associati a temperature ancora alte, e importanti livelli di umidità nei bassi strati, grazie all’evaporazione ancora intensa sul Mar Mediterraneo, garantirebbero un ambiente favorevole per la formazione dei tornado. In primavera e in estate, periodo in cui si verifica al Nord la maggior parte dei tornado, sarebbero invece le evidenti anomalie di vorticità potenziale nell’alta troposfera, con associate intrusioni di aria più fredda, a caratterizzare l’ambiente tornadico. In conclusione, sebbene i tornado italiani mantengano delle caratteristiche peculiari, gli ambienti in cui essi si sviluppano, specialmente nella pianura padana, presentano caratteristiche comuni a quelli del Sud-Est americano durante la stagione fredda.

In un ultimo articolo, appena pubblicato [7], si è quindi deciso di individuare, in maniera più rigorosa, le configurazioni sinottiche medie associate a diverse aree italiane e di allargare l’analisi dei precursori di mesoscala. Sono state infatti considerati anche la Storm Relative Helicity (SRH), una misura della potenziale rotazione associata alla convezione, rotazione che è alla base di una supercella, un temporale particolarmente intenso a cui sono spesso associati i tornado, e il livello di condensazione forzata (lifting condensation level, LCL), ovvero il livello nel quale la particella d’aria diviene satura e rappresenta una stima dell’altezza della base della nuvola (più basso è il valore di LCL, maggiore è l’instabilità presente nell’atmosfera e più intenso sarà il fenomeno).

Figura 1: le cinque regioni individuate per l’analisi. Figura riadattata da Bagaglini et al. 2021

Innanzitutto sono state individuate 5 macro regioni (Figura 1), sulla base della vicinanza spaziale e di una ulteriore analisi di similarità dinamica, basata sulla pressione media al livello del mare. Attraverso un’analisi di soglia sono state identificate cinque variabili sinottiche, particolarmente sensibili alle manifestazioni di eventi tornadici. Quello che è emerso è che l’altezza di geopotenziale(a 500 hPa) e la temperatura nei bassi strati (a 900 hPa) sono le due variabili più importanti nell’identificazione di configurazioni sinottiche relative ai tornado italiani. Mappe di anomalia (Figure 2-3) hanno permesso di rilevare come, in tutte le regioni considerate, le variabili sinottiche presentino generalmente valori anomali rispetto alla media climatologica. Anche i precursori di mesoscala presentano forti anomalie su tutte le regioni, in particolare su quelle meridionali, mostrando chiaramente come valori estremi di questi precursori siano associati agli ambienti tornadici. Questa prima analisi ha permesso di individuare delle configurazioni tipiche per le varie regioni italiane. Nel caso dei tornado avvenuti nel Nord, un sistema di bassa pressione al suolo è mediamente presente sull’area dove si è verificato l’evento, associato a una bassa pressione in quota presente a Nord-Ovest dell’area di interesse. Tale configurazione, oltre a suggerire una fase di maltempo in piena evoluzione (tipica instabilità baroclina con asse verticale piegato tra bassa pressione al suolo e in quota), determina il richiamo di aria fredda in quota proveniente dall’Europa continentale, andando a incrementare l’instabilità della colonna d’aria. La presenza di alti valori di umidità e CAPE (favoriti dalla stagione tardo primaverile ed estiva tipica dei tornado del Nord.

Figura 2: anomalie di altezza di geopotenziale a 500 hPa, calcolati per il periodo 1979-2018. Dati rianalisi ERA5.Figura riadattata da Bagaglini et al. 2021
Figura 3:anomalie di temperatura a 900 hPa, calcolati per il periodo 1979-2018. Dati rianalisi ERA5.Figura riadattata da Bagaglini et al. 2021

Al contrario, i tornado meridionali sono caratterizzati da un’intrusione di aria calda da Sud, risucchiata da sistemi di bassa pressione, generalmente posizionati sul basso Tirreno, nel caso dei tornado ionici, e tra Algeria, Tunisia e canale di Sicilia per quelli siciliani. Qui la presenza di valori anomali di windshear verticale (un parametro che presenta già valori elevati nella stagione tardo estiva e autunnale, quella tipica dei tornado centro-meridionali) e di umidità, che, dal Mar Mediterraneo, viene trasportata sul continente dai caldi venti meridionali, creano gli ingredienti ideali per la formazione dei tornado. Per le regioni centrali, le anomalie sono solitamente posizionate più lontano e meno evidenti. I venti al suolo, tipicamente sud-occidentali, quasi perpendicolari alla linea di costa, suggeriscono una tendenza alla formazione di linee di convergenza tipiche dei tornado non mesociclonici, in particolare trombe marine, alcune delle quali possono raggiungere la terraferma.

Un’ultima analisi ha poi riguardato le temperature superficiali del livello del mare (Sea Surface Temperature, SST, figura 4). Uno studio modellistico precedente [8], infatti, aveva rivelato come il tornado di Taranto non sarebbe avvenuto con temperature del mare nella media e che, quindi, anomalie positive della superficie marina potrebbero favorire la formazione dei tornado. Il nostro studio sembrerebbe confermare questa conclusione per quanto riguarda i tornado costieri meridionali, avvenuti in presenza di anomalie di SST importanti, fino a 1°C per quelli più intensi, e per quelli del Nord-Est, caratterizzati da anomalie di alcuni decimi di °C, in media. Ancora una volta, non si registrano particolari anomalie per i tornado tirrenici, cosa che sembrerebbe confermare ulteriormente l’origine non mesociclonica, legata alla presenza di linee di convergenza lungo la costa, dei tornado dell’Italia centrale tirrenica.

In conclusione, questi articoli ci hanno permesso di conoscere più nel dettaglio i tornado italiani, evidenziando le differenti e peculiari configurazioni sinottiche delle differenti regioni e confermare la bontà di alcuni precursori di mesoscala, suggeriti dalla teoria e dai risultati modellistici. Nel prossimo futuro si cercherà non solo di approfondire ulteriormente gli ambienti favorevoli ai tornado italiani, ma anche di provare a individuare delle eventuali tendenze (non solo per l’Italia) all’aumento o alla diminuzione dei tornado in un contesto di riscaldamento globale così rapido, come previsto dai modelli climatici.

Figura 4: anomalie medie di temperatura del livello superficiale marino durante gli eventi di tornado costieri per Nord-Est (rIga in alto), centro Italia lato tirrenico e Sud-Italia ionico. Dati da rianalisi ERA5. Figura riadattata da Bagaglini et al. 2021

[1]: Miglietta M.M. and Matsangouras I.T. 2018. An updated “climatology” of tornadoes and waterspouts in Italy. International Journal of Climatology, 38, 3667-3683.
[2]: Miglietta, M.M. and Rotunno, R. 2016. An EF3 multivortex tornado over the Ionian region: Is it time for a dedicated warning system over Italy. Bull. Am. Meteorol. Soc, 97, 337–344.
[3]: Zanini, M.A., Hofer, L., Faleschini, F., Pellegrino, C. 2017. Building damage assessment after the Riviera del Brenta tornado, northeast Italy. Nat. Hazards, 86, 1247–1273
[4]: Giaiotti, D.B., Giovannoni, M., Pucillo, A., Stel, F., 2007. The climatology of tornadoes and waterspouts in Italy. Atmospheric Research 83, 534–541.
[5]: Ingrosso, R., Lionello, P., Miglietta, M.M., Salvadori, G., 2020. A Statistical Investigation of Mesoscale Precursors of Significant Tornadoes: The Italian Case Study. Atmosphere 11, 301.
[6]: Tochimoto, E.,Miglietta, M.M., Bagaglini, L., Ingrosso, E., Niino, H. 2021. Characteristics of Extratropical Cyclones That Cause Tornadoes in Italy: A Preliminary Study.Atmosphere 12, no. 2: 180.
[7]:Bagaglini, L.; Ingrosso, R,Miglietta, M.M. 2021. Synoptic patterns and mesoscale precursors of Italian tornadoes. Atmospheric Research, 105503.
[8]: Miglietta M.M., Mazon, J.V., Pasini, A. 2017. Effect of a positive sea surface temperature anomaly on a Mediterranean tornadic supercell. Scientific Reports, 7.

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