Accoppiamento Stratosfera-Troposfera durante i Riscaldamenti Stratosferici Improvvisi: Analisi delle Diverse Risposte del Getto dell’Atlantico Nord

Lo studio “Stratosphere–Troposphere Coupling during Sudden Stratospheric Warmings with Different North Atlantic Jet Response” di Verónica Martínez-Andradas, Alvaro de la Cámara e Pablo Zurita-Gotor analizza in modo approfondito come gli eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (Sudden Stratospheric Warmings, SSW) possano influenzare la circolazione atmosferica nei livelli troposferici, con particolare attenzione al comportamento della corrente a getto sull’Atlantico settentrionale. I ricercatori esplorano le dinamiche di accoppiamento tra stratosfera e troposfera, evidenziando come le variazioni nella forza e nella posizione del vortice polare stratosferico possano condizionare i pattern di vento e pressione in prossimità della superficie, contribuendo così a modulare gli eventi meteorologici estremi nell’emisfero settentrionale.

Innanzitutto, il lavoro sottolinea l’importanza del ruolo della stratosfera: durante i SSW, il vortice polare stratosferico tende ad indebolirsi o addirittura a suddividersi in più centri di bassa pressione. Questa modificazione brusca e intensa della circolazione stratosferica viene innescata da un forte trasporto di moto ondulatorio verso l’alto (principalmente dovuto alle onde di Rossby troposferiche), che rompe la simmetria del vortice polare. Come risultato, si verifica un riscaldamento rapido delle regioni polari in stratosfera (da cui il termine di ‘riscaldamento stratosferico improvviso’).

Il focus della ricerca è capire come queste perturbazioni stratosferiche si propaghino verso il basso e incidano sul comportamento della corrente a getto dell’Atlantico settentrionale (North Atlantic jet). È ben noto infatti che i SSW possano favorire situazioni troposferiche di tipo NAO- (North Atlantic Oscillation negativa), con intensificazione di anticicloni alle latitudini polari e conseguente deviazione verso sud del flusso occidentale. Tuttavia, l’intensità e la forma di tale risposta nel getto atlantico possono differire notevolmente a seconda di una serie di fattori, tra cui:

La fase dell’oscillazione artica e l’ampiezza delle onde planetarie che risalgono in stratosfera.
Le condizioni iniziali di temperatura e pressione nella stratosfera polare e nelle medie latitudini.
La distribuzione spazio-temporale dei flussi di calore e momento legati al trasporto ondoso.

Martínez-Andradas e colleghi adottano un approccio diagnostico e di simulazione numerica: utilizzano dati osservativi e modelli atmosferici per classificare i SSW in base al loro impatto sul jet atlantico, identificando diversi regimi di risposta troposferica. In alcuni casi, il getto si sposta verso sud e si indebolisce, in altri casi la sua intensità e posizione non subiscono variazioni significative. Gli autori discutono come queste differenze possano essere collegate a processi di retroazione e memoria stratosferica: le anomalie stratosferiche possono permanere per diverse settimane, influenzando successivamente la distribuzione delle temperature e la circolazione dei venti a quote più basse.

Un aspetto cruciale analizzato nello studio è l’ampiezza della propagazione verso il basso (downward propagation) delle anomalie. Gli autori mettono in evidenza che l’esito finale sulla troposfera non dipende solo dal collasso del vortice polare, ma anche da come le onde atmosferiche continuino ad interagire con la struttura baroclina stratosferica durante e dopo l’evento di riscaldamento. In particolare, se il flusso di calore dalla troposfera alla stratosfera si interrompe bruscamente, la fase di decadenza del vortice polare può seguire percorsi diversi, con impatti variabili sulla circolazione troposferica.

I risultati mostrano che i SSW possono portare a pattern meteorologici estremi invernali, con episodi di ondate di freddo in Europa e in Nord America, o con eventi di blocco anticiclonico persistente. A seconda che la risposta del getto atlantico sia più spostata verso il Nord Europa o verso latitudini medie, si possono avere effetti meteorologici distinti, come inverni rigidi in Asia e Nord America o precipitazioni anomale in Europa meridionale. Inoltre, lo studio suggerisce che la varietà di risposte osservate in diverse annate può spiegarsi attraverso il concetto di “variabilità interna del sistema”: i risultati non sono determinati da un unico fattore, bensì dall’interazione di più componenti dell’atmosfera (stratosfera, troposfera, oceano e criosfera) in un contesto di forzanti esterne e di rumore caotico interno.

Tra le conclusioni più interessanti, vi è la constatazione che non tutti i SSW conducono allo stesso tipo di anomalia in troposfera e che l’accoppiamento stratosfera-troposfera risulta particolarmente sensibile alle condizioni di base sia nella stratosfera (ad esempio, spessore dell’aria fredda polare e posizione del vortice) sia nella troposfera (distribuzione dei centri di azione come l’Anticiclone delle Azzorre e la Depressione d’Islanda). Questi fattori definiscono un “filtro” che può amplificare o ridurre l’impatto del disturbo stratosferico.

In definitiva, lo studio di Martínez-Andradas e colleghi rappresenta un contributo significativo per comprendere i meccanismi fisici attraverso i quali i SSW influenzano la dinamica a scala sinottica e regionale. Tale ricerca è di grande interesse anche per la previsione sub-stagionale e stagionale: una migliore comprensione dei fenomeni di coupling stratosfera-troposfera può migliorare la predicibilità dei pattern atmosferici nelle settimane successive a un SSW, con ricadute rilevanti sulla gestione dei rischi meteorologici e sull’analisi delle ondate di freddo o delle anomalie di precipitazione.

Nel complesso, lo studio mette in luce l’importanza di integrare osservazioni, analisi teoriche e simulazioni modellistiche per distinguere i vari tipi di risposta del North Atlantic jet e valutare così la portata dell’accoppiamento dinamico nella colonna atmosferica. I risultati incoraggiano ulteriori ricerche volte a chiarire i processi di feedback tra i diversi livelli atmosferici, alla luce anche dei cambiamenti climatici in atto che potrebbero influenzare la frequenza e l’intensità dei SSW e, di conseguenza, la variabilità del tempo invernale nelle medie latitudini.

Accoppiamento Stratosfera-Troposfera durante i Riscaldamenti Stratosferici Improvvisi: Analisi delle Diverse Risposte del Getto dell’Atlantico Nord Autori: VERÓNICA MARTÍNEZ-ANDRADAS, ALVARO DE LA CÁMARA, PABLO ZURITA-GOTOR Affiliazioni: Departamento de Física de la Tierra y Astrofísica, Universidad Complutense de Madrid, Madrid, Spagna; Instituto de Geociencias, UCM-CSIC, Madrid, Spagna

Abstract I Riscaldamenti Stratosferici Improvvisi (SSW) rappresentano fenomeni di perturbazione estrema del vortice polare invernale, capaci di modificare significativamente il clima troposferico per periodi estesi oltre i due mesi. Nonostante l’importanza di tali eventi, le dinamiche mediante le quali solo alcuni SSW esercitano un impatto sulla troposfera rimangono ad oggi parzialmente incomprensibili. Il presente studio indaga l’effetto dei SSW sulla circolazione atmosferica nell’area atlantica, con particolare attenzione alle variazioni latitudinali del getto a vortici eddici dell’Atlantico Nord che seguono tali eventi. Attraverso l’analisi di dati di rianalisi relativi al periodo 1950–2020, questo lavoro esplora le discrepanze nelle dinamiche circolatorie stratosferiche e troposferiche associate a SSW che presentano uno spostamento verso l’equatore (EQ) o verso il polo (POLE).

Introduzione La ricerca si concentra sulla correlazione tra le configurazioni del Modo Annuale Nord (NAM) nella bassa stratosfera e i cambiamenti comportamentali del getto dell’Atlantico Nord, iniziando da due settimane prima dell’evento SSW fino a periodi successivi. Si osserva che i segnali di NAM più forti e persistenti sono associati agli SSW con spostamento EQ, rispetto a quelli POLE.

Metodologia Si utilizzano dati provenienti da rianalisi atmosferiche per identificare e analizzare le anomalie di circolazione che precedono e seguono gli SSW. Questo include la valutazione di segnali precursori e la loro origine geografica, con un focus particolare sulle regioni della Siberia, del Pacifico Nord centrale e dell’Europa centrale.

Risultati e Discussione I risultati indicano che la risposta atipica del getto, osservata come uno spostamento polare durante gli SSW, può essere influenzata da anomalie di circolazione sul Pacifico Nord centrale. Queste anomalie sono collegate alla fase fredda dell’El Niño-Oscillazione del Sud (ENSO), suggerendo un meccanismo di interazione tra fenomeni climatici globali e dinamiche atmosferiche regionali. Le analisi della prevedibilità, potenziata da tali precursori, mostrano come le anomalie del geopotenziale e il segnale del NAM nella bassa stratosfera modulino significativamente la probabilità di risposta EQ o POLE del getto atlantico.

Conclusioni Il presente studio amplia la comprensione degli impatti troposferici dei SSW e dei meccanismi attraverso i quali specifici pattern di circolazione stratosferica influenzano il comportamento dei getti atmosferici nell’Atlantico Nord. Ulteriori ricerche sono necessarie per decifrare completamente le interazioni tra le anomalie climatiche e i pattern di risposta dei getti, con l’obiettivo di migliorare la prevedibilità delle risposte climatiche a scala regionale e globale.

Parole Chiave: Emisfero Settentrionale, Modo Annuale, Circolazione Atmosferica, ENSO, Accoppiamento Stratosfera-Troposfera, Variabilità Sub-stagionale.

1. Introduzione Implicazioni della Variabilità del Vortice Stratosferico nell’Emisfero Nord per la Prevedibilità Troposferica su Scale Temporali da Sub-Stagionali a Stagionali

La dinamica del vortice stratosferico durante i mesi invernali nell’Emisfero Nord costituisce una componente cruciale per la prevedibilità meteorologica troposferica su scale temporali che spaziano dal sub-stagionale al stagionale. Studi precedenti hanno evidenziato come le variazioni in questa regione atmosferica superiore possano servire da indicatori predittivi per i modelli climatici e meteorologici (Tripathi et al., 2015a). Tuttavia, le capacità predittive su queste scale temporali sono spesso limitate a causa delle incertezze intrinseche nelle previsioni della stratosfera. Queste incertezze sono attribuibili in parte ai bias presenti nei sistemi di previsione (Lawrence et al., 2022) e alla complessità delle interazioni tra stratosfera e troposfera (Tripathi et al., 2015b).

Un’analisi condotta da Domeisen et al. (2020b) ha esplorato la prevedibilità della stratosfera quando questa è influenzata da precursori troposferici, nonché la prevedibilità della troposfera a seguito di eventi estremi del vortice. I risultati hanno dimostrato una prevedibilità superiore nei modelli ad alta quota, ossia quei modelli che presentano una stratosfera ben risolta, confermando così il ruolo fondamentale della stratosfera nelle previsioni climatiche su scala extratropicale.

In questo contesto, i riscaldamenti stratosferici improvvisi (SSWs) rappresentano l’epitome degli eventi estremi del vortice durante il periodo invernale. Questi eventi sono caratterizzati da un rapido indebolimento del vortice polare stratosferico e conseguentemente da una significativa perturbazione del flusso troposferico che può persistere fino a due mesi (Baldwin e Dunkerton, 2001). Tale fenomenologia offre una fonte potenziale di prevedibilità per il clima superficiale invernale su tempi S2S, come evidenziato da studi quali quello di Sigmond et al. (2013). Di norma, gli SSW sono seguiti da irruzioni di aria fredda sull’est degli Stati Uniti e sul nord dell’Eurasia, nonché da un aumento delle precipitazioni nel bacino del Mediterraneo, fenomeni questi associati a fasi negative dell’Oscillazione Nord Atlantica (NAO) e del Modo Annuale del Nord (NAM) (Baldwin e Dunkerton, 2001; Limpasuvan et al., 2004).

Recenti analisi basate su rianalisi e modellazioni hanno confermato che la risposta canonica è presente in circa due terzi degli eventi di SSW (Karpechko et al., 2017; Charlton-Perez et al., 2018; White et al., 2019; Afargan-Gerstman e Domeisen, 2020). Nonostante ciò, rimane incerto quali fattori, al di là della variabilità interna, determinino le variazioni nella circolazione dell’Atlantico Nord in seguito agli SSW. Una delle ipotesi avanzate riguarda il tipo di SSW, suddiviso in eventi di spaccatura o di spostamento (Mitchell et al., 2013), anche se le analisi di rianalisi e modellazione non hanno evidenziato differenze significative (Maycock e Hitchcock, 2015; Karpechko et al., 2017; White et al., 2019). Un recente studio ha suggerito che le differenze nell’impatto di questi due tipi di SSW potrebbero essere più riconducibili all’intensità dell’impatto piuttosto che a differenze strutturali nelle risposte della circolazione troposferica (Hall et al., 2021). Tuttavia, White et al. (2021) hanno osservato che gli impatti differenziali erano percepibili solo su scale temporali inferiori a un mese. Altri studi hanno proposto che anche il numero d’onda (1 o 2) delle forzanti delle onde troposferiche durante la fase di crescita degli SSW (Nakagawa e Yamazaki, 2006) e lo stato riflettente o non riflettente della stratosfera (Perlwitz e Harnik, 2004) possano giocare un ruolo significativo. Inoltre, è stato dimostrato che gli SSW con una risposta troposferica canonica sono caratterizzati da una persistente anomalia negativa del NAM nella bassa stratosfera dopo l’inizio degli eventi (Hitchcock et al., 2013a; Jucker, 2016; Karpechko et al., 2017), evidenziando così l’importanza della propagazione verso il basso delle anomalie della circolazione stratosferica fino alla bassa stratosfera (Black e McDaniel, 2004).In particolare, i risultati di Karpechko et al. (2017), ottenuti attraverso l’analisi di dati di rianalisi e output di modelli numerici, hanno evidenziato una significativa correlazione tra le anomalie del Modo Annuale Nord (NAM) nella bassa stratosfera e la risposta superficiale durante la fase iniziale degli SSW. Inoltre, White et al. (2019), analizzando gli output dei modelli, hanno approfondito questa correlazione dimostrando come un’intensificazione delle dinamiche ondulatorie precedenti l’inizio degli SSW sia strettamente legata a variazioni nella troposfera rispondenti alla variabilità dell’alta pressione siberiana e della bassa pressione delle Aleutine, culminando in un NAM negativo. Queste anomalie nelle regioni citate si combinano costruttivamente con le onde planetarie 1 e 2, contribuendo all’indebolimento del vortice polare (Garfinkel et al., 2010). È stato osservato anche che un aumento di eventi di blocco atmosferico sul Pacifico Nord orientale e sull’Atlantico Nord precede frequentemente gli SSW (Martius et al., 2009).

Nonostante tali evidenze, altri studi condotti con differenti configurazioni di modelli non sono riusciti a identificare con certezza tali precursori, evidenziando così una mancanza di consenso nella comunità scientifica riguardo alle caratteristiche precursorie degli SSW (Hitchcock e Simpson, 2014; Jucker, 2016).

La letteratura scientifica propone un’ampia gamma di metriche per studiare gli impatti troposferici degli SSW, particolarmente evidenti sull’Atlantico Nord. Alcuni approcci si basano su diverse definizioni dell’indice NAM (Baldwin e Thompson, 2009), che offrono una visione zonale media e/o emisferica degli impatti troposferici (es., Runde et al., 2016; Jucker, 2016; Karpechko et al., 2017; White et al., 2019). Queste metriche sono frequentemente impiegate grazie alla loro forte correlazione con l’Oscillazione Nord Atlantica (NAO). Al contrario, considerando che la risposta superficiale agli SSW è più marcata nel settore dell’Atlantico Nord (NA), alcuni ricercatori si sono concentrati sull’impatto regionale sul geopotenziale extratropicale dell’Atlantico Nord e sul getto a vortici eddici (es., Charlton-Perez et al., 2018; Maycock et al., 2020; Domeisen et al., 2020a; Afargan-Gerstman e Domeisen, 2020). Utilizzando dati di rianalisi, Afargan-Gerstman e Domeisen (2020) hanno rilevato che due terzi degli SSW hanno provocato uno spostamento equatoriale del getto nell’Atlantico durante il mese successivo, mentre il rimanente terzo è stato associato a uno spostamento polare. Questi autori hanno suggerito che le anomalie di circolazione nel Pacifico Nord durante la fase iniziale degli SSW possano modulare la risposta del getto atlantico attraverso la propagazione di eddies baroclinici (Drouard et al., 2015), offrendo una nuova prospettiva sulla complessa dinamica atmosferica legata agli SSW.L’obiettivo primario del presente studio è approfondire la comprensione dei fattori che influenzano il comportamento variabile del getto dell’Atlantico durante gli episodi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW). Una particolare attenzione è rivolta agli SSW che inducono uno spostamento verso il polo del getto atlantico. Attraverso l’analisi di dati di rianalisi, abbiamo identificato anomalie di segno opposto nel Modo Annuale Nord (NAM) nella bassa stratosfera, circa 10-15 giorni prima degli SSW che portano a spostamenti sia equatoriali sia polari del getto atlantico. In linea con studi precedenti (White et al., 2019; Afargan-Gerstman e Domeisen, 2020), abbiamo osservato modelli di circolazione precursori nella troposfera localizzati prevalentemente sul Pacifico settentrionale e sull’Eurasia. I nostri risultati indicano che la risposta non canonica di spostamento polare del getto a seguito degli SSW è parzialmente moderata da anomalie di circolazione sul Pacifico (Afargan-Gerstman e Domeisen, 2020), e queste sono a loro volta collegate alla fase fredda dell’El Niño-Oscillazione Meridionale (ENSO), nota come La Niña.

L’interazione tra ENSO e gli SSW continua ad essere un tema di rilevante interesse scientifico. Generalmente, il vortice polare boreale risulta più debole e più caldo durante gli inverni di El Niño rispetto a quelli di La Niña (Van Loon e Labitzke, 1987; Mitchell et al., 2011; Camp e Tung, 2007; Iza et al., 2016), sebbene la frequenza degli SSW nei record osservativi sia simile per entrambe le fasi di ENSO (Butler e Polvani, 2011; Garfinkel et al., 2012). È stato inoltre dimostrato che la risposta della circolazione del Pacifico settentrionale a ENSO, e di conseguenza il getto atlantico, è influenzata dalla variabilità del vortice polare (Castanheira e Graf, 2003; Jiménez-Esteve e Domeisen, 2018).

Questo articolo è strutturato come segue: nella sezione 2 sono descritti i dati e la metodologia impiegati; i risultati sono presentati nella sezione 3; infine, la discussione e le conclusioni principali sono riportate nella sezione 4.

2. Dati e Metodi a. Set di Dati Per questo studio, sono stati utilizzati i campi medi giornalieri forniti dalle ultime rianalisi del Centro Europeo per le Previsioni Meteorologiche a Medio Termine (ECMWF), conosciute come ERA5 (Hersbach et al., 2020), che coprono il periodo dal 1950 al 2020. Questi dati sono disponibili con una risoluzione di 2,58 x 2,58 gradi su tutti i livelli di pressione disponibili, da 1000 a 1 hPa. Per calcolare le anomalie giornaliere dei vari campi, è stato adottato un ciclo stagionale climatologico che evolve lentamente, calcolato come segue: inizialmente, abbiamo determinato una climatologia mobile di 31 anni funzionale al giorno dell’anno e centrata su ciascun anno, producendo un ciclo stagionale giornaliero che varia in modo graduale nel tempo. Successivamente, abbiamo applicato una media mobile di 31 giorni al ciclo stagionale medio giornaliero. Le anomalie deseasonalizzate sono state infine calcolate come la differenza tra i campi giornalieri originali e il ciclo stagionale mobile, eliminando così le tendenze a lungo termine e la variabilità a bassa frequenza (decadale).

In aggiunta, abbiamo utilizzato l’indice Niño-3.4 del NOAA Climate Prediction Center (CPC) per identificare le diverse fasi di ENSO. Questo indice viene calcolato utilizzando le anomalie mensili della temperatura superficiale del mare (SST) da ERSST V5, mediate sull’area (5°N-5°S, 170°-120°W), sottraendo una climatologia mobile di 31 anni. Gli andamenti osservati vengono così eliminati. L’indice è standardizzato dividendo per le deviazioni standard mensili e interpolato linearmente a risoluzione giornaliera, assegnando il valore mensile al giorno centrale del mese. Il criterio utilizzato per identificare gli eventi di El Niño e La Niña è di ±1 deviazione standard (STD), seguendo Iza et al. (2016).

b. Metodi

Per identificare gli eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW), adottiamo il criterio proposto da Charlton e Polvani (2007). Un SSW si verifica quando il vento zonale medio zonale a 10 hPa e 60°N passa da una direzione occidentale a orientale, con la condizione che il vento ritorni occidentale prima del riscaldamento finale di primavera. Il giorno in cui viene rilevato un SSW è definito come il giorno di inizio, o lag 0, nei compositi analizzati.

La quantificazione dell’indice NAM avviene seguendo la procedura delineata da Baldwin e Dunkerton (2001), estesa a tutti i livelli di pressione disponibili nelle rianalisi. Inizialmente, vengono estratte le anomalie giornaliere dell’altezza geopotenziale estese dalla latitudine 20° a 90°N durante la stagione invernale allargata, da novembre a marzo. Successivamente, si calcola la prima funzione empirica ortogonale (EOF) di queste anomalie, che sono ponderate utilizzando la radice quadrata del coseno della latitudine. Le anomalie giornaliere sono poi proiettate sulla EOF principale per ottenere l’evoluzione della componente principale (PC). Questa serie temporale viene standardizzata sottraendo la media stagionale estesa e dividendo per la deviazione standard mensile. A titolo di esempio, la Figura 1a illustra il pattern spaziale del NAM a 500 hPa, caratterizzato da anomalie negative sopra il cappuccio polare, in particolare sopra la regione del Mare di Groenlandia/Labrador, e anomalie positive lungo una fascia di medie latitudini con centri di azione su Nord/Est Asia, il Pacifico Nord, al largo della costa orientale del Nord America, e l’Europa centrale (ad esempio, Thompson e Wallace 2001).

Per esaminare gli impatti degli SSW, ci concentriamo sullo spostamento a lungo termine del getto dell’Atlantico Nord successivo agli eventi di SSW, utilizzando un’analisi delle funzioni ortogonali empiriche (EOF). Eichelberger e Hartmann (2007) hanno dimostrato che la prima EOF del vento zonale medio zonale descrive lo spostamento equatoriale e polare del getto a vortici eddici. In questo studio, calcoliamo la prima modalità di variabilità della componente zonale del vento a 300 hPa, adottando la medesima metodologia utilizzata per il calcolo del NAM, ma limitata alla regione dell’Atlantico Nord, da 20° a 70°N in latitudine e da 100°W a 10°E in longitudine. La prima EOF rappresenta il 27% della variabilità e si manifesta come un dipolo centrato attorno al getto climatologico (Figura 1b). Il PC ottenuto da questa EOF, denominato PC-NAjet, indica lo spostamento latitudinale del getto rispetto alla sua posizione climatologica.

Nonostante il focus dello studio sia sulla variabilità del getto, è importante notare che l’indice sopra descritto presenta una correlazione elevata (0.73) in inverno con l’Oscillazione dell’Atlantico Nord (NAO) e, in misura minore, con il NAM a 1000 hPa (0.58). Classifichiamo gli SSW in due categorie: quelli con uno spostamento verso l’equatore (EQ) e quelli con uno spostamento verso il polo (POLE). La classificazione si basa sulla media del PC-NAjet da 15 a 45 giorni dopo l’inizio dell’SSW. I risultati presentati nella sezione 3 non sono sensibili a questa scelta specifica. A seconda del segno, gli SSW vengono classificati come POLE o EQ. Gli eventi che non raggiungono una soglia di ±0.1 deviazioni standard (STD) sono esclusi dalla classificazione per evitare situazioni ambigue o altre forme di variabilità non attribuibili a uno spostamento del getto. Abbiamo constatato che i risultati sono qualitativamente stabili rispetto a variazioni nella finestra temporale utilizzata per la classificazione degli eventi, sebbene l’utilizzo di periodi più brevi talvolta non identifichi la persistenza di alcuni casi POLE, che si trasformano in EQ a tempi più lunghi. Da un’analisi di sensibilità, abbiamo dedotto che il periodo scelto rappresenta ottimamente l’anomalia sostenuta del getto successiva all’SSW. Discutiamo l’impatto delle variazioni di questa finestra temporale nell’appendice.

Durante il periodo dal 1950 al 2020, sono stati rilevati 46 SSW. Di questi, 29 sono stati classificati come EQ e 12 come POLE, mentre cinque casi non classificati sono stati scartati. Questa proporzione è coerente con i risultati trovati da Afargan-Gerstman e Domeisen (2020), con due terzi degli eventi che mostrano uno spostamento verso l’equatore. Un elenco delle date di inizio degli SSW e della loro classificazione è disponibile nella Tabella S1 nel materiale supplementare online.

La significatività statistica dell’analisi composita basata sugli eventi EQ e POLE è stata valutata utilizzando un test di Monte Carlo con 2000 campioni al livello di confidenza del 95%.

La Figura 1 rappresenta i primi modelli empirici ortogonali (EOF) applicati a due variabili meteorologiche chiave durante la stagione invernale estesa, enfatizzando la complessità delle dinamiche atmosferiche nell’Emisfero Settentrionale e nell’Atlantico Nord. Questi EOF sono strumenti analitici fondamentali per isolare i pattern dominanti di variabilità climatica e sono qui utilizzati per esaminare l’altezza geopotenziale a 500 hPa e la componente zonale del vento a 300 hPa.

(a) EOF del NAM a 500 hPa dell’emisfero settentrionale Il primo pannello illustra il primo EOF relativo alle altezze geopotenziali a 500 hPa nell’Emisfero Settentrionale. L’altezza geopotenziale è una misura dell’energia potenziale di una particella d’aria, influenzata principalmente dalla temperatura e dall’altitudine sopra il livello del mare. In questo grafico, le anomalie geopotenziali sono visualizzate con un gradiente di colori da rosso a blu, dove il rosso denota valori superiori alla norma e il blu valori inferiori. Le anomalie negative pronunciate sopra la regione del Mare di Groenlandia/Labrador, indicate con una tonalità blu, si accostano a una forte zona rossa che circonda il Polo Nord, evidenziando un profondo minimo di pressione. Questo pattern è caratteristico delle fasi negative dell’indice del Modo Annuale del Nord (NAM), che sono associate a un getto polare debole e meridionalmente spostato, potenzialmente portando a condizioni climatiche più fredde e tempestose a medie latitudini.

(b) EOF della componente U a 300 hPa nell’Atlantico Nord Il secondo pannello mostra il primo EOF della componente zonale del vento a 300 hPa, concentrato sulla regione dell’Atlantico Nord. Le anomalie del vento sono rappresentate da un’alternanza di colori caldi e freddi, con i toni caldi (rossi) che indicano un aumento della velocità del vento o uno spostamento del getto verso nord, e i toni freddi (blu) che indicano una diminuzione della velocità del vento o uno spostamento verso sud. Il pattern dipolare evidenziato, con anomalie positive sopra il nord e negative sotto, suggerisce un’oscillazione latitudinale del getto eddico. Questo tipo di variabilità è cruciale per comprendere i cambiamenti nel trasporto di massa e calore attraverso le latitudini, influenzando significativamente le condizioni meteorologiche nelle regioni adiacenti, inclusa la frequenza e l’intensità delle tempeste.

Le linee di contorno nere in entrambi i pannelli delineano i valori climatologici, offrendo un riferimento visivo per valutare l’entità delle deviazioni dalle medie a lungo termine. Questa rappresentazione grafica non solo facilita l’identificazione delle aree con la maggiore variabilità atmosferica ma anche permette di correlare questi cambiamenti con fenomeni meteorologici più ampi come gli SSW e le loro conseguenze sul clima invernale esteso dell’Emisfero Settentrionale.

Complessivamente, l’analisi presentata nella Figura 1 enfatizza l’importanza di monitorare queste variabili atmosferiche fondamentali per prevedere e comprendere meglio la dinamica del sistema climatico terrestre durante i mesi invernali, un periodo in cui le interazioni tra stratosfera e troposfera sono particolarmente intense e critiche per la prevedibilità meteorologica stagionale.

3. Risultati

a. Condizioni Troposferiche e Stratosferiche in Risposta agli SSW, Con Particolare Attenzione alla Reazione del Getto dell’Atlantico Nord

L’analisi differenziata del getto dell’Atlantico Nord in relazione agli eventi EQ (equatoriali) e POLE (polari) è illustrata nella Figura 2. Nella sottosezione 2a, viene presentata la sequenza composita che circonda il giorno di inizio degli eventi, identificato dal PC-NAjet per entrambi i sottogruppi. La rappresentazione grafica mostra l’incertezza associata, sfumata, e i valori che superano la soglia di significatività del 95% sono evidenziati con marcature specifiche. Durante i ritardi negativi, entrambe le serie temporali mostrano un comportamento simile, oscillando intorno al valore zero. Tuttavia, nei ritardi positivi, la serie temporale relativa agli eventi EQ evidenzia un’inversione verso valori negativi nei primi giorni, ma è solo dal ritardo +10 che le traiettorie di entrambi gli eventi EQ e POLE cominciano a divergere significativamente verso valori negativi e positivi, rispettivamente, mantenendo questa tendenza per diverse settimane.

I dettagli sulla struttura spaziale delle anomalie di vento sono esaminati nelle figure 2b-e, che descrivono le anomalie del vento zonale a 300 hPa nella regione dell’Atlantico Nord, aggregate per i periodi precedenti (da -35 a -25 giorni) e successivi (da +15 a +45 giorni) all’SSW. Durante i ritardi negativi, il composito per gli eventi EQ rivela anomalie deboli ma statisticamente significative nelle aree di ingresso ed uscita del getto (figura 2b), mentre per il composito POLE non emergono anomalie significative (figura 2d). Nei ritardi positivi (figure 2c ed e), si osserva che le anomalie del getto extratropicale corrispondono fortemente con la prima EOF (figura 1b), manifestando un dipolo di polarità opposta tra i compositi EQ e POLE successivamente all’evento SSW.

In seguito, viene condotta un’analisi dell’evoluzione verticale dell’indice NAM emisferico per il composito SSW (figura 3), che costituisce un indicatore standard del collegamento stratosfera-troposfera. Il composito che rappresenta tutti gli SSW, illustrato nella figura 3a, evidenzia le caratteristiche ben note dell’evoluzione del NAM durante gli SSW, come descritto da Baldwin e Dunkerton (2001). A partire da un ritardo di -10 giorni, si verifica una marcata diminuzione del NAM stratosferico che raggiunge il suo valore minimo negativo immediatamente dopo il lag zero. Il vortice mostra una capacità di recupero molto più rapida nella stratosfera superiore rispetto a quella inferiore, a causa delle differenze nelle scale temporali radiative, come evidenziato in studi precedenti (ad esempio, Gerber et al., 2009; Hitchcock et al., 2013b). Questo comportamento si riflette nella persistenza prolungata del NAM negativo (NAM2) nella stratosfera inferiore rispetto a quella superiore. È stato argomentato che la persistenza di questo NAM2 sia essenziale per facilitare il collegamento stratosfera-troposfera dopo gli SSW (Hitchcock et al., 2013a; Maycock e Hitchcock, 2015; Karpechko et al., 2017), sottolineando l’importanza di questo fenomeno per la dinamica climatica a lungo termine nella troposfera.

Le Figure 3b e 3c illustrano le traiettorie evolutive dei sottogruppi EQ e POLE rispettivamente, mentre la Figura 3d evidenzia la differenza tra i due, EQ – POLE. Oltre i 50 hPa, le distinzioni tra i due sottogruppi risultano minimi e quasi mai statisticamente significative a tutti i ritardi considerati. Tuttavia, emergono differenze notevoli a livelli inferiori. Nella stratosfera più bassa, al di sotto dei 150 hPa, le anomalie negative del NAM sono significativamente meno pronunciate nel composito POLE rispetto a quello EQ per l’intero periodo successivo all’esordio dell’evento. Questo rispecchia un forte accoppiamento dell’indice NAM negli eventi EQ, dove i valori negativi persistono nella troposfera per almeno 45 giorni successivi all’inizio degli SSW. Al contrario, negli eventi POLE, il NAM troposferico a ritardi positivi si presenta debolmente positivo e non raggiunge la significatività statistica. Hitchcock et al. (2013a) hanno concluso che la durata di un vortice debole nella stratosfera inferiore a seguito di un SSW è fortemente influenzata dalla profondità a cui scende nei primi giorni, e Karpechko et al. (2017) hanno correlato direttamente l’intensità del NAM2 a 150 hPa dal ritardo 0 al giorno 4 con l’intensità e la durata della risposta superficiale. I nostri risultati confermano questi studi, mostrando un NAM2 più intenso nella stratosfera inferiore intorno all’inizio nel composito EQ rispetto al composito POLE.

È interessante notare i valori negativi del NAM (inferiori a -0.4 deviazioni standard) nella troposfera a ritardi negativi nel composito EQ (Figura 3b), che iniziano fino a 35 giorni prima dell’esordio. Sebbene questo pattern sia stato identificato precedentemente mediante un ampio numero di SSW modellati (ad es., Black e McDaniel 2004; Maycock e Hitchcock 2015; Jucker 2016; Karpechko et al. 2017; White et al. 2019), per quanto ci risulta, questa è la prima volta che tale segnale è osservato in rianalisi, e con valori più marcati rispetto ai precedenti studi di modellazione. White et al. (2019) stimarono che fossero necessari almeno 55 eventi di questo tipo perché questo precursore diventasse statisticamente significativo nella loro analisi, un numero molto più elevato rispetto agli eventi presenti in ERA5. Ritorneremo a discutere del precursore NAM troposferico alla fine di questa sezione.

Contrariamente a quanto trovato da Karpechko et al. (2017) e White et al. (2019), nella nostra analisi si osservano già grandi differenze nella stratosfera inferiore ai ritardi negativi, e non solo dopo l’esordio dell’evento. Nel composito EQ (Figura 3b), il NAM è già indebolito nella stratosfera inferiore a partire dal ritardo -15 giorni. Questa situazione potrebbe essere propizia per l’insorgenza di un ulteriore indebolimento in corrispondenza della data di inizio, poiché potrebbe risultare più semplice rafforzare o mantenere una circolazione già indebolita piuttosto che una rafforzata. Al contrario, nel composito POLE il NAM è inizialmente rafforzato, sebbene l’anomalia non sia statisticamente significativa. Poiché il NAM qui è calcolato proiettando su un EOF dipendente dalla longitudine, queste anomalie del NAM possono essere associate alla proiezione di una circolazione più ondulata sui centri d’azione dell’EOF piuttosto che a cambiamenti nella forza del vortice. Quando rappresentiamo gli stessi compositi come in Figura 3 ma utilizzando un NAM medio del cappuccio polare (vedi Fig. S3), troviamo anomalie negative del NAM più deboli nel composito EQ e anomalie positive del NAM più forti e statisticamente significative nel composito POLE. Inoltre, le anomalie dell’altezza geopotenziale mediate per questi ritardi presentano una struttura barotropica che si estende dalla troposfera alla stratosfera inferiore nel composito EQ (non mostrato), mentre si rilevano forti anomalie negative nella stratosfera polare inferiore nel composito POLE. Questo ci permette di ipotizzare che il NAM negativo nel composito EQ rappresenti una proiezione della circolazione più ondulata sull’EOF, mentre il NAM positivo nel composito POLE sia correlato a un vortice più forte nella stratosfera inferiore.In ogni caso, queste anomalie opposte del Modo Annuale Nord (NAM) non sono state identificate nei precedenti studi. La differenza tra i due compositi diventa evidente e statisticamente significativa a partire da un ritardo di -17 giorni. Nell’appendice, esploriamo le ragioni per cui il precursore del NAM nella stratosfera inferiore non è stato rilevato dagli studi precedenti, confrontandolo in particolare con il lavoro di Karpechko et al. (2017). Dimostriamo che il precursore del NAM nella stratosfera inferiore emerge a ritardi negativi quando l’analisi degli effetti degli SSW è focalizzata sul getto dell’Atlantico, piuttosto che su medie zonali o comportamenti del cappuccio polare.

Procediamo concludendo questa sezione attraverso un’analisi dettagliata della struttura spaziale del precursore troposferico del NAM associato al comportamento del getto post-SSW, come suggerito dalla Figura 3d. La Figura 4 mostra le mappe delle anomalie dell’altezza geopotenziale a 500 hPa per i compositi EQ e POLE, calcolate sugli stessi ritardi temporali illustrati nella Figura 2. A ritardi negativi, si osservano modelli molto diversi tra i compositi EQ e POLE. Per gli eventi EQ, si notano modelli di precursori degli SSW ben conosciuti: forti anomalie negative sopra la regione Asia orientale–Pacifico nord e forti anomalie positive sopra il Mare di Barents e a ovest dei monti Urali, che rinforzano i centri climatologici della depressione delle Aleutine e dell’alta siberiana. Sono anche riscontrate anomalie negative sull’Europa centrale, potenzialmente connesse ai regimi meteorologici precursori identificati in questa regione.

Per gli eventi POLE, invece, emerge una struttura spaziale nel settore Pacifico-Nord Americano che ricorda la fase negativa del pattern PNA, con anomalie deboli e statisticamente non significative nell’Atlantico. A ritardi positivi, i pattern simil-NAO positivi e negativi si manifestano nell’Atlantico per i compositi EQ e POLE rispettivamente. Inoltre, per il caso POLE, il pattern simile al PNA negativo è ancora distinguibile, sebbene non sia altrettanto evidente come ai ritardi negativi.

Il pattern precursore di anomalie geopotenziali prima degli eventi EQ è molto simile a quello osservato prima degli eventi di propagazione verso il basso, come definito in uno studio di modellazione di White et al. (2019). Ciò era in parte atteso, dato che entrambe le classificazioni—EQ nel nostro studio e eventi di propagazione verso il basso nel loro—catturano essenzialmente lo spostamento equatoriale del getto eddico atlantico e un pattern geopotenziale simile al NAO negativo dopo gli SSW. White et al. (2019) hanno particolarmente sottolineato il ruolo del rafforzamento dell’alta siberiana nell’amplificazione dell’attività ondulatoria ascendente che guida questi eventi. D’altra parte, il pattern simile al PNA negativo che precede gli eventi POLE, non precedentemente riportato secondo le nostre conoscenze, richiama la risposta di La Niña di fine inverno. Approfondiremo questo punto nella sezione successiva e mostreremo che circa metà degli eventi POLE avvengono durante la fase fredda dell’ENSO.

La figura presentata analizza in dettaglio le dinamiche associate agli eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW), particolarmente focalizzandosi sulle anomalie del vento zonale a 300 hPa e l’evoluzione dell’indice PC-NAjet, distinti per eventi che provocano uno spostamento del getto atlantico verso l’equatore (EQ) e verso i poli (POLE).

Evoluzione dell’indice PC-NAjet Nella sottosezione (a) del grafico, viene illustrata la traiettoria dell’indice PC-NAjet per i compositi EQ e POLE a partire da 40 giorni prima fino a 50 giorni dopo l’inizio dell’evento SSW (indicato come lag 0). L’indice PC-NAjet serve a quantificare lo spostamento latitudinale del getto eddico atlantico, con valori negativi che indicano uno spostamento verso l’equatore e valori positivi verso i poli. Le curve mostrano fluttuazioni attorno allo zero nei giorni precedenti l’SSW, divergendo significativamente in direzioni opposte successivamente all’evento. La linea verde (EQ) declina sotto lo zero mentre la linea rosa (POLE) sale, evidenziando comportamenti opposti del getto in risposta all’SSW. L’ombreggiatura attorno alle linee rappresenta l’incertezza al livello di confidenza del 95%, e le aree dove questa incertezza si riduce sottolineano punti di significatività statistica.

Anomalie del Vento Zonale a 300 hPa Le mappe (b)-(e) forniscono una rappresentazione visiva delle anomalie del vento zonale a 300 hPa per i compositi EQ e POLE, divise in due intervalli temporali: da -35 a -5 giorni (pre-SSW) e da +15 a +45 giorni (post-SSW).

Nelle Figure (b) e (d), relative al periodo pre-SSW, osserviamo come le anomalie variano tra i due compositi. Nel composito EQ (b), emergono configurazioni di anomalie che includono intense anomalie negative e positive, riflettendo fluttuazioni significative nel comportamento del vento rispetto alla media stagionale indicata dalle linee nere sottili (20-35 m/s). Queste anomalie possono suggerire modificazioni dinamiche nel posizionamento o nella forza del getto atlantico.
Per il periodo post-SSW, le Figure (c) e (e) mostrano che le anomalie si intensificano ulteriormente. In particolare, nel composito EQ (c), le anomalie positive e negative diventano più pronunciate, segnalando un impatto sostanziale degli SSW sul getto. Il composito POLE (e), d’altra parte, visualizza un pattern di anomalie che, sebbene complesso, rimane coerente con le osservazioni del periodo pre-SSW, evidenziando una risposta distintiva del getto a questi eventi.

Ogni mappa include contorni neri spessi che delineano le regioni dove le anomalie sono statisticamente significative al 95%, basate su un test di Monte Carlo. Questo fornisce una misura di fiducia nella robustezza delle anomalie osservate. I numeri tra parentesi indicano il numero di eventi analizzati nei rispettivi compositi, fornendo contesto sul peso statistico di ciascun composito.

In sintesi, la figura documenta in modo efficace come gli SSW influenzino in modi opposti e statisticamente significativi il getto atlantico, dimostrando sia le variazioni immediate che le traiettorie evolutive a medio termine del comportamento del getto in risposta a tali eventi stratosferici estremi.

La figura in esame illustra l’evoluzione temporale e verticale dell’indice del Modo Annuale Nord (NAM) in risposta agli eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW), visualizzata attraverso quattro compositi distinti che riflettono differenti dinamiche atmosferiche associate agli SSW. Questa analisi multidimensionale fornisce una rappresentazione dettagliata delle variazioni dell’indice NAM, che è cruciale per comprendere le interazioni tra la stratosfera e la troposfera e le loro implicazioni per i fenomeni meteorologici a larga scala.

Composito Globale degli SSW (Panel a) Il primo pannello rappresenta l’evoluzione complessiva dell’indice NAM per tutti gli eventi di SSW studiati. La linea tratteggiata segna lo zero dell’indice NAM, fungendo da demarcazione tra condizioni di indice positivo e negativo. Le anomalie sono rappresentate attraverso un gradiente colorato che passa dall’arancione al blu, indicando rispettivamente anomalie positive e negative dell’indice. Le aree in blu profondo suggeriscono momenti e strati in cui il vortice polare è particolarmente debole, mentre le zone arancioni indicano un vortice rafforzato. I contorni grigi spessi denotano le aree dove le anomalie sono statisticamente significative al 95%, come determinato da un test di Monte Carlo. Questa rappresentazione fornisce una panoramica generale dell’impatto degli SSW sull’indice NAM attraverso l’atmosfera.

Composito degli Eventi EQ (Panel b) Questo pannello specifica l’evoluzione dell’indice NAM per gli eventi di SSW che risultano in uno spostamento equatoriale del getto atlantico. Le anomalie sono di nuovo codificate in colori, con le anomalie negative che predominano, suggerendo che questi eventi tendono a indebolire il vortice polare. Questo particolare focus sui SSW equatoriali aiuta a isolare le caratteristiche uniche di questa sotto-categoria di eventi, permettendo una comprensione più profonda delle loro specifiche condizioni dinamiche.

Composito degli Eventi POLE (Panel c) Il terzo pannello mostra l’indice NAM per gli eventi che inducono uno spostamento polare del getto. A differenza del composito EQ, questo può mostrare una distribuzione diversa di anomalie positive e negative, riflettendo una dinamica atmosferica alternativa che può essere associata con un rafforzamento relativo del vortice polare in certi periodi.

Differenza tra i Compositi EQ e POLE (Panel d) Il quarto pannello illustra le differenze dirette tra i compositi EQ e POLE, evidenziando le regioni dove le risposte a questi eventi divergono significativamente. Questa analisi differenziale è particolarmente utile per discernere gli effetti unici attribuibili all’orientamento del movimento del getto durante gli SSW, con aree in blu che indicano una maggiore debolezza del NAM nel composito EQ rispetto al POLE e viceversa per le aree in arancione.

In ogni pannello, le linee rosse verticali e orizzontali servono come riferimenti cruciali, indicando rispettivamente il giorno di inizio dell’SSW e l’altitudine approssimativa della tropopausa (250 hPa). Questa strutturata rappresentazione visiva non solo facilita la comprensione delle tempistiche e delle altezze a cui si verificano le maggiori anomalie ma fornisce anche un contesto essenziale per interpretare l’interazione dinamica tra diversi strati atmosferici durante gli SSW.

La figura illustra dettagliatamente le anomalie di altezza geopotenziale a 500 hPa associate agli eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW), suddivise in due categorie di risposta del getto: equatoriale (EQ) e polare (POLE). L’analisi è ulteriormente segmentata in due intervalli temporali specifici: il periodo precedente immediatamente l’SSW (da -35 a -5 giorni) e il periodo seguente (da +15 a +45 giorni). Questi dati sono essenziali per comprendere come le perturbazioni stratosferiche influenzino la dinamica troposferica e le configurazioni di pressione su larga scala.

Analisi Pre-evento (Pannelli a e c) Nei pannelli (a) e (c), sono rappresentate le anomalie di altezza geopotenziale per i compositi EQ e POLE durante il periodo che precede gli eventi SSW. Queste mappe evidenziano le configurazioni di alta e bassa pressione atmosferica che si manifestano prima dell’inizio degli SSW:

Nel pannello (a), dedicato agli eventi EQ, si osservano forti anomalie positive (in rosso) e negative (in blu), che indicano rispettivamente zone di alta e bassa pressione. Queste anomalie possono influenzare i pattern di circolazione locale e globale, agendo come precursori o modificatori dei tratti meteorologici associati agli SSW equatoriali.
Nel pannello (c), per gli eventi POLE, si notano anomalie distribuite in maniera differente, riflettendo le specifiche risposte atmosferiche legate a uno spostamento polare del getto. Le caselle verdi identificano le regioni selezionate per ulteriori analisi dettagliate, focalizzate sulle particolari dinamiche atmosferiche associate a questi eventi.

Analisi Post-evento (Pannelli b e d) Nei pannelli (b) e (d), si esplorano le anomalie di altezza geopotenziale durante il periodo successivo agli SSW:

Nel pannello (b), per i compositi EQ, l’accentuazione delle anomalie positive nel post-evento suggerisce un rafforzamento delle alte pressioni, che può portare a cambiamenti persistenti nella circolazione atmosferica. Questo è indicativo di come le perturbazioni stratosferiche possano avere effetti duraturi e significativi sulla configurazione atmosferica.
Nel pannello (d), per i compositi POLE, le anomalie mostrano una risposta distintiva, con un pattern di alte e basse pressioni che differisce da quello degli eventi EQ. Questo sottolinea la variabilità della risposta atmosferica agli SSW e le potenziali differenze nei pattern climatici risultanti.

In tutti i pannelli, le linee di contorno nere sottili rappresentano la climatologia invernale delle deviazioni dalla media zonale, fornendo un contesto per valutare la portata e l’impatto delle anomalie osservate. L’analisi di queste anomalie, sia nel pre che nel post-evento, non solo aiuta a identificare le immediate configurazioni atmosferiche in risposta agli SSW, ma anche a comprendere la loro persistenza e evoluzione nel tempo, offrendo così preziose intuizioni sulle complesse interazioni stratosfera-troposfera. Questo tipo di analisi è fondamentale per modellare accuratamente e prevedere i pattern meteorologici globali associati agli eventi di riscaldamento stratosferico.

Analisi dell’Interconnessione tra il Fenomeno ENSO e la Modulazione della Risposta del Getto Atmosferico dell’Atlantico Nord in Correlazione con gli Eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso

Nel contesto degli studi climatologici, la comprensione delle dinamiche di interazione tra variabili oceaniche e atmosferiche assume un ruolo cruciale per la previsione e l’analisi dei cambiamenti climatici a scala globale. Un esempio significativo di tali interazioni è rappresentato dalla correlazione tra il fenomeno El Niño-Southern Oscillation (ENSO) e gli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW) nell’emisfero nord. In particolare, la presente analisi si concentra sul legame tra la fase negativa dell’ENSO, conosciuta come La Niña, e la risposta del getto atmosferico dell’Atlantico Nord durante gli eventi SSW.

La Figura 5 illustra un’analisi dettagliata dell’indice Niño-3.4 dal 1950 al 2020, in parallelo con le date di inizio degli SSW osservati nel medesimo intervallo temporale. La metodologia adottata per la selezione degli anni influenzati da El Niño o La Niña si basa su una soglia definita di 61 deviazioni standard (STD), come proposto da Iza et al. (2016), per identificare gli eventi ENSO di maggiore intensità. L’analisi statistica evidenzia che il 56% degli SSW che si verificano durante un inverno caratterizzato da La Niña risulta associato a eventi di tipo POLE (Polar), una percentuale simile a quella rilevata da Afargan-Gerstman e Domeisen (2020).

Ulteriori indagini statististiche mettono in luce una distribuzione di eventi EQ (Equatorial) omogeneamente dispersa lungo l’indice Niño-3.4, mentre gli eventi POLE mostrano una chiara inclinazione verso condizioni di La Niña. Si osserva che la mediana degli indici Niño-3.4 per tutti gli SSW e per quelli di tipo EQ si avvicina allo zero, mentre per gli SSW di tipo POLE si attesta intorno a 20.8 STD.

Tuttavia, è fondamentale sottolineare la limitata dimensione del campione di SSW durante gli anni di La Niña, che comprende solo nove eventi. Questo aspetto solleva questioni riguardanti la robustezza statistica delle correlazioni osservate, portando alla realizzazione di un test di Monte Carlo per verificare l’ipotesi nulla secondo cui la presenza di cinque eventi POLE su nove potrebbe essere attribuita al caso. Dopo aver simulato 2000 raccolte casuali di nove eventi, il valore p ottenuto è 0.04, consentendo di affermare con una confidenza del 96% che l’osservazione del 56% di eventi POLE durante una forte La Niña non sia frutto del caso.

Approfondendo i meccanismi sottostanti la risposta atipica del getto dell’Atlantico Nord agli SSW in presenza di una forte La Niña, si esamina la Figura 6a, che presenta l’evoluzione composita dell’Annular Mode (NAM) per gli SSW che si verificano in tale contesto. Si registra un marcato segnale positivo del NAM in tutta la stratosfera, potenzialmente correlato anche a un NAM positivo nella troposfera, coerente con gli effetti stratosferici di La Niña osservati da Iza et al. (2016). Questi autori hanno rilevato che eventi di La Niña particolarmente intensi inducono un vortice polare notevolmente più robusto e più freddo nell’emisfero settentrionale.

Le Figura 6b e 6c offrono ulteriori dettagli attraverso compositi dei casi POLE e EQ che si verificano durante La Niña, rispettivamente. Mentre il composito POLE–La Niña rivela un NAM positivo nella troposfera e nella bassa stratosfera nei periodi precedenti allo SSW, il composito EQ–La Niña evidenzia un’anomalia NAM2 nella bassa stratosfera, in linea con i segnali compositi degli eventi EQ generali. Questa analisi, pur non mirando a stabilire un segnale statistico definitivo data la scarsità dei casi, permette un’indagine approfondita delle dinamiche osservate nel record climatologico, offrendo spunti preziosi per ulteriori ricerche in questo campo.

Nel contesto dell’analisi delle dinamiche climatiche, è di particolare rilevanza esplorare le variazioni strutturali a livello del geopotenziale a 500-hPa, specificatamente nei confronti degli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW) di tipo POLE e EQ che si manifestano durante periodi di intensa attività di La Niña. Questa indagine si focalizza sul discernere le differenze intrinseche tra i suddetti tipi di eventi, tramite l’osservazione delle anomalie nelle altezze geopotenziali che si presentano sul Pacifico prima degli eventi di SSW.

Per il composito POLE-La Niña (Fig. 7a), è stata osservata un’anomalia negativa dell’altezza geopotenziale a 500-hPa che riflette un marcato modello negativo del Pacific North American pattern (PNA), simile a quello documentato da Domeisen et al. (2019) per i compositi degli inverni di La Niña. Questo modello suggerisce un’interazione significativa tra i fenomeni atmosferici e oceanici durante i periodi di La Niña, che potrebbe influenzare la dinamica del getto polare.

Contrariamente, il composito EQ-La Niña mostra una presenza simile ma decisamente attenuata di questo schema nel Pacifico (Fig. 7b). È evidente anche un centro di azione negativa intorno alle Aleutine, coerente con il modello medio per gli eventi EQ come mostrato nella Figura 4a. Queste osservazioni guidano l’ipotesi che la risposta atipica del getto durante La Niña possa essere maggiormente influenzata dalla firma extratropicale piuttosto che dalla mera intensità delle anomalie di temperatura superficiale del mare (SST) tropicale, come rappresentato dall’indice Niño-3.4.

Data la limitata dimensione del campione, con solo cinque e tre casi per i compositi POLE e EQ rispettivamente, questa ipotesi deve essere trattata con prudenza. In aggiunta, abbiamo esaminato i compositi degli eventi POLE che si verificano al di fuori dei periodi di forte La Niña (Fig. 7c), rilevando un segnale simile ma significativamente più debole nel Pacifico rispetto agli eventi POLE-La Niña. Questo indebolimento dell’anomalia del Pacifico in tale composito, confrontato con quello nella Figura 4c per tutti i casi POLE, implica che l’anomalia del Pacifico nel composito completo possa in gran parte riflettere la firma di La Niña.

In conclusione, l’analisi ha evidenziato una predominanza dei casi POLE nei contesti di SSW che si verificano durante episodi di forte La Niña rispetto ad altre fasi dell’ENSO. Questi eventi dimostrano anche una presenza di anomalie NAM1 nella bassa stratosfera prima e durante l’inizio, in linea con il composito per tutti gli eventi POLE (Fig. 3c), e una marcata firma extratropicale del Pacifico di La Niña a livelli troposferici, come documentato da Domeisen et al. (2019). Al contrario, gli eventi EQ durante una forte La Niña non esibiscono (o esibiscono solo marginalmente) queste caratteristiche. La Niña è riconosciuta per il suo effetto nell’indurre un vortice forte su scale temporali stagionali (Iza et al. 2016), un fenomeno che concorda qualitativamente con le anomalie di NAM1 osservate nella stratosfera a ritardi negativi prima degli eventi POLE (Fig. 6). Si ipotizza che un vortice più robusto, in particolare nella bassa stratosfera, possa ostacolare la propagazione verso il basso e, di conseguenza, la risposta canonica del getto dell’Atlantico agli SSW. Inoltre, la presenza di un vortice relativamente forte a ritardi negativi nella bassa stratosfera facilita la canalizzazione dell’attività delle onde quasi stazionarie dal Pacifico all’Atlantico attraverso la riflessione delle onde a causa dei forti venti (Castanheira e Graf 2003). Questo meccanismo intensifica la risposta dell’Atlantico a La Niña (Jiménez-Esteve e Domeisen 2018), influenzando la propagazione a valle delle eddies transitorie, risultando in uno spostamento verso nord del getto e un NAO positivo. Questa comprensione approfondita delle dinamiche interconnesse offre un contributo significativo alla letteratura climatologica, sottolineando l’importanza delle interazioni tra variabili atmosferiche e oceaniche nei cambiamenti dei pattern climatici globali.

La Figura 5 presentata illustra in modo dettagliato la correlazione tra le variazioni dell’indice Niño-3.4 e la frequenza e tipologia degli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW), basandosi su dati osservativi raccolti nel periodo dal 1950 al 2020. Questa figura è composta da tre pannelli distinti (a, b, c), ciascuno dei quali fornisce una prospettiva unica sulla relazione tra le fasi del fenomeno El Niño-Southern Oscillation (ENSO) e gli SSW.

Panello (a) – Analisi Temporale dell’Indice Niño-3.4 e Date di Inizio degli SSW: Questo pannello mostra l’andamento dell’indice Niño-3.4, standardizzato in unità di deviazioni standard rispetto alla media storica, utilizzando i dati del set di dati ERSST.v5. La rappresentazione grafica evidenzia come varia l’indice nel corso del tempo, con una linea nera che traccia questi cambiamenti. Superimposti a questa linea temporale, troviamo dei marcatori colorati che indicano le date di inizio degli SSW come identificati dal dataset ERA5. Questi eventi sono classificati secondo la metodologia descritta nella sezione metodologica dello studio: in verde gli eventi EQ (Equatorial), in rosso gli eventi POLE (Polar), e in arancione gli eventi non classificati. Questa visualizzazione permette di osservare immediatamente la distribuzione temporale degli eventi SSW e la loro possibile correlazione con le anomalie significative dell’indice Niño-3.4.

Panello (b) – Distribuzione Percentuale degli Eventi SSW per Fase ENSO: Nel secondo pannello è rappresentata la distribuzione percentuale degli eventi SSW classificati come EQ e POLE durante le diverse fasi dell’ENSO, catturate nel pannello (a). Le barre di differenti colori rappresentano le percentuali di eventi EQ e POLE in relazione alle condizioni di ENSO prevalenti al momento degli eventi. Le etichette numeriche indicate tra parentesi rappresentano il numero totale di eventi osservati per ciascuna categoria. Questo grafico fornisce un’analisi comparativa chiara della frequenza relativa degli eventi SSW nei diversi stati di ENSO, evidenziando come specifiche condizioni di ENSO possano favorire la prevalenza di uno o l’altro tipo di evento SSW.

Panello (c) – Distribuzione degli Eventi SSW Rispetto all’Indice ENSO: Il terzo pannello visualizza il numero totale di eventi SSW (rappresentati con una linea blu), così come la distribuzione degli eventi EQ (verde) e POLE (rosso), rispetto ai valori dell’indice ENSO. Le linee solide rappresentano un fitting kernel dei dati, che serve a evidenziare le tendenze centrali e la dispersione degli eventi rispetto all’indice ENSO. Le linee verticali nere segnano le mediane delle distribuzioni per tutti gli eventi e separatamente per gli eventi EQ e POLE, permettendo di osservare visivamente la centralità o deviazione delle mediane rispetto al comportamento generale.

In sintesi, la Figura 5 offre una panoramica comprensiva e quantitativa della correlazione tra ENSO e gli eventi SSW, fornendo importanti intuizioni su come variazioni specifiche nelle condizioni oceaniche possano influenzare la dinamica atmosferica stratosferica. Tale comprensione è cruciale per i modelli climatici e meteorologici che mirano a prevedere e mitigare gli impatti dei cambiamenti climatici su scala globale.

La Figura 6 rappresenta una serie di diagrammi Hovmöller che illustrano le anomalie di temperatura relative agli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW) durante episodi di La Niña, suddivisi in tre pannelli specifici: (a) tutti gli SSW, (b) gli eventi SSW classificati come POLE, e (c) quelli classificati come EQ. Questi grafici sono di cruciale importanza per analizzare la dinamica verticale e temporale delle anomalie di temperatura in relazione ai fenomeni di ENSO e loro impatto sugli eventi atmosferici estremi.

Pannello (a) – Anomalie di Temperatura per Tutti gli SSW Durante La Niña

Questo pannello mostra l’andamento delle anomalie di temperatura per tutti gli eventi SSW osservati durante i periodi di La Niña dal 1950 al 2020. Le anomalie sono indicate in deviazioni standard rispetto alla media a lungo termine, con colorazioni che variano dal blu (anomalie negative) al rosso (anomalie positive). L’asse verticale rappresenta la pressione in hectopascal (hPa), che è inversamente proporzionale all’altitudine, estendendosi dalla superficie (1000 hPa) fino alla stratosfera alta (circa 1 hPa). L’asse orizzontale, invece, mostra i giorni precedenti e successivi all’evento SSW (indicati come lag days), permettendo di osservare l’evoluzione temporale delle anomalie termiche. Questo pannello fornisce una visione generale della risposta termica stratosferica a livello globale durante gli eventi La Niña, evidenziando come variazioni significative nella temperatura possano precedere o seguire gli eventi di riscaldamento.

Pannello (b) – Eventi POLE Durante La Niña

Il secondo pannello si concentra sugli eventi POLE, che sono tipicamente caratterizzati da una maggiore incidenza di anomalie termiche nelle regioni polari. Questo subset di dati mostra come le anomalie di temperatura si manifestano specificatamente in questi eventi durante La Niña. Analizzare queste specificità può offrire intuizioni sulla interazione tra le dinamiche polari e le condizioni oceaniche equatoriali, ponendo particolare attenzione alle variazioni di temperatura che possono influenzare la circolazione atmosferica ad alti livelli e le configurazioni dei venti a grande scala.

Pannello (c) – Eventi EQ Durante La Niña

Infine, il terzo pannello illustra le anomalie di temperatura associate agli eventi EQ durante La Niña, evidenziando come queste differiscano da quelle osservate nei contesti POLE. Gli eventi EQ sono noti per le loro caratteristiche equatoriali, e l’analisi di queste specifiche anomalie termiche può rivelare dettagli importanti riguardo alla distribuzione del calore e alla dinamica atmosferica nelle latitudini equatoriali e subtropicali durante i periodi di La Niña.

Complessivamente, la Figura 6 offre una rappresentazione dettagliata e quantificativa di come gli SSW durante La Niña manifestano variazioni termiche che possono avere implicazioni significative per la comprensione dei meccanismi di interazione tra la stratosfera e i fenomeni climatici legati a ENSO. Attraverso questa analisi, i ricercatori possono meglio interpretare il ruolo degli SSW in risposta a variazioni climatiche oceaniche, contribuendo a una maggiore comprensione delle dinamiche atmosferiche globali e dei loro effetti sul clima terrestre.

La Figura 7 presenta un’analisi dettagliata delle anomalie di altezza geopotenziale a 500 hPa associate a eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW), categorizzati in base alla coincidenza con i periodi di La Niña o l’assenza di tale fenomeno. Questa visualizzazione è cruciale per comprendere le variazioni dinamiche nella struttura atmosferica che possono influenzare o essere influenzate dalle condizioni oceaniche equatoriali del Pacifico. I dati sono analizzati e presentati in tre distinti pannelli, ciascuno rappresentante una configurazione differente di eventi SSW, offrendo una panoramica comparativa della loro fenomenologia e interazioni climatiche.

Pannello (a) – Eventi SSW di tipo POLE durante La Niña

Il primo pannello illustra le anomalie dell’altezza geopotenziale a 500 hPa per gli eventi SSW classificati come POLE che si verificano durante i periodi di La Niña. La visualizzazione utilizza un’ombreggiatura per indicare l’intensità delle anomalie geopotenziali, con le tonalità del blu e del rosso che riflettono rispettivamente anomalie negative e positive. Contorni neri spessi delineano le aree dove le anomalie sono statisticamente significative con una confidenza del 95%, basata su test di Monte Carlo, mentre i contorni neri più sottili mostrano la climatologia invernale delle deviazioni dalla media zonale. Questa mappatura evidenzia come specifiche configurazioni geopotenziali durante La Niña possano modulare o essere modulate dagli eventi SSW di tipo POLE, suggerendo un’interazione dinamica tra la stratosfera e l’oceano in questi periodi.

Pannello (b) – Eventi SSW di tipo EQ durante La Niña

Il secondo pannello si focalizza sugli eventi EQ che si verificano durante La Niña, applicando la stessa metodologia di visualizzazione del primo pannello per tracciare le anomalie di altezza geopotenziale. Le anomalie qui evidenziate forniscono insight sulle particolari caratteristiche degli eventi EQ in presenza di La Niña, includendo come le condizioni equatoriali modificate possano influenzare la distribuzione delle masse d’aria e le configurazioni di pressione a medio livello. Questo pannello è essenziale per distinguere le risposte dinamiche specifiche agli eventi EQ rispetto a quelli POLE sotto simili condizioni oceaniche.

Pannello (c) – Eventi SSW di tipo POLE in assenza di La Niña

Il terzo pannello esplora le anomalie di altezza geopotenziale per gli eventi SSW di tipo POLE che avvengono in assenza di condizioni La Niña. Questo confronto è particolarmente utile per isolare l’effetto di La Niña sugli eventi POLE, permettendo una valutazione dell’impatto del fenomeno su tali eventi atmosferici. Anche in questo caso, le anomalie significative sono demarcate con contorni spessi, e le deviazioni dalla norma climatologica invernale con contorni sottili, facilitando un confronto diretto con gli eventi durante La Niña.

Complessivamente, la Figura 7 fornisce una rappresentazione grafica essenziale e ricca di dettagli che facilita la comprensione delle interazioni tra variabili atmosferiche e oceaniche durante gli eventi SSW, illuminando come variazioni specifiche nel campo geopotenziale possano correlarsi con fenomeni climatici significativi come La Niña. L’analisi di tali dati è fondamentale per avanzare nella comprensione delle dinamiche climatiche globali e per migliorare la precisione delle previsioni meteorologiche e climatiche.

Analisi della Prevedibilità della Dinamica del Getto Atlantico in Seguito agli Eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW)

Nel contesto della ricerca sulle interazioni tra la stratosfera e la troposfera, la sezione 3a del nostro studio ha permesso di identificare specifici segnali stratosferici e troposferici che precedono gli eventi SSW classificati come EQ e POLE. Questa analisi preliminare ha posto le basi per un approfondimento mirato a quantificare il potere predittivo di tali precursori rispetto alla risposta del getto atlantico agli SSW. A tale scopo, abbiamo definito un insieme di cinque indici, ciascuno rappresentante un diverso precursore delle dinamiche atmosferiche coinvolte.

Il primo indice, denominato NAM150, è stato progettato per rappresentare il segnale del North Atlantic Oscillation (NAM) stratosferico a ritardi negativi, precisamente misurato a 150 hPa. Questo indice è calcolato come il valore medio dell’indice NAM per i ritardi compresi tra 217 e 29 giorni prima dell’evento SSW, come illustrato nella Figura 3d. Gli indici successivi, CE (Central Europe) e SB (Siberian High), sono concepiti per catturare le anomalie geopotenziali a 500 hPa rispettivamente sopra l’Europa centrale e l’alta Siberia prima degli eventi EQ e POLE. Queste anomalie sono mediate sulle aree geografiche definite tra 40°–60°N, 0°–30°E per l’Europa centrale, e 60°–80°N, 40°–80°E per l’alta Siberia, coprendo ritardi da 235 a 25 giorni come mostrato nelle Figure 4a e 4c.

Il quarto indice, AL (Aleutian Low), è volto a quantificare la variabilità del minimo delle Aleutine, registrando le anomalie geopotenziali a 500 hPa nell’area compresa tra 45°–70°N e 160°E–140°W, per un intervallo di tempo analogo. L’ultimo indice, CP (Central Pacific), mira a riflettere il segnale identificato sopra il Pacifico centrale a medie latitudini specifico per gli eventi POLE, mostrando una forte connessione con i periodi di La Niña come evidenziato nella Figura 7a. Questo indice è calcolato sulle anomalie geopotenziali a 500 hPa nella regione tra 28°–48°N e 150°E–145°W.

Successivamente, per valutare la relazione lineare tra questi precursori e la variabilità del getto atlantico, abbiamo analizzato i dati mediante grafici a dispersione che correlano ciascuno degli indici definiti con la metrica di spostamento del getto atlantico, indicata come PC-NAjet, misurata a 300 hPa per ritardi da 115 a 145 giorni. Questi grafici, illustrati nelle Figure 8a-e, mostrano una notevole dispersione dei dati, riflettendo l’alta variabilità atmosferica inerente a queste scale spaziali e temporali. Tuttavia, è stata osservata una tendenza generale verso uno spostamento equatoriale del getto (PC-NAjet negativo) associato a valori negativi degli indici NAM150, CE e CP, e a valori positivi dell’indice SB, mentre non è stata rilevata una relazione lineare significativa con l’indice AL. I coefficienti di correlazione calcolati sono risultati statisticamente significativi al livello del 95% per NAM150 (0.43), CE (0.39), SB (-0.34) e CP (0.37).

Questi risultati enfatizzano l’importanza di considerare una varietà di precursori atmosferici per migliorare la prevedibilità delle risposte del getto atlantico a seguito degli eventi SSW, offrendo spunti cruciali per ulteriori investigazioni nel campo della dinamica atmosferica e delle sue implicazioni climatiche a scala globale.

Nel dettaglio dell’analisi condotta, le figure da 8f a 8j illustrano come gli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW), sia di tipo Equatorial (EQ) che Polar (POLE), si distribuiscono in funzione dei valori associati a ciascun precursore atmosferico identificato. Osservando le distribuzioni cumulative emergono chiare tendenze: gli eventi EQ tendono a verificarsi con maggiore frequenza in corrispondenza di valori negativi degli indici NAM150 e CE, valori positivi di SB e valori negativi di AL, mentre non mostrano una preferenza marcata per l’indice CP. Inversamente, gli eventi POLE si manifestano prevalentemente con valori positivi di NAM150 e CP, e valori negativi di SB, senza mostrare una predisposizione significativa per gli indici AL o CE.

All’interno della Tabella 1 vengono esposte le probabilità condizionate, espresse come frazioni degli eventi, per gli eventi EQ e POLE in base al segno dei precursori. È importante notare che le frazioni di EQ e POLE non sommano al 100% in ogni colonna poiché sono presenti anche eventi non classificati. Per contesto comparativo, è stato aggiunto un precursore identificato in uno studio precedente (K17), specificamente il NAM a 150 hPa nei ritardi da 0 a 4 giorni. Gli indici NAM150 e CP, in particolare, mostrano una divergenza dal campionamento casuale per i loro valori positivi e negativi con un livello di confidenza del 95%, offrendo una distinzione meno marcata per gli indici SB nei confronti degli eventi EQ e per CE nei confronti degli eventi POLE.

Questa analisi fornisce un’informazione statistica preziosa riguardo alla probabilità di osservare specifiche risposte del getto atlantico agli SSW, basata sui segni dei precursori identificati. Il precursore AL, tuttavia, non sembra fornire un contributo significativo nella previsione della risposta, in particolare per prevedere la risposta canonica degli eventi EQ. È rilevante sottolineare che 11 dei 12 eventi POLE sono seguiti da un valore positivo di CP, un dato coerente con i risultati delle sezioni precedenti che indica una bassa probabilità di risposta POLE in assenza di anomalie positive nella regione specifica del Pacifico. Tale elevata proporzione suggerisce il motivo per cui l’indice CP supera in prestazioni l’indice AL, sebbene la brevità del record osservativo richieda cautela nell’interpretazione.

L’interdipendenza tra i precursori troposferici e stratosferici identificati è stata confermata dai coefficienti di correlazione lineare, che indicano interazioni significative tra il precursore stratosferico NAM150 e ciascuno degli indici troposferici CE, SB, AL e CP. Questi risultati, supportati da test statistici t, evidenziano come la variabilità dell’alta Siberia e del minimo delle Aleutine nel Pacifico settentrionale, ben noti per influenzare gli estremi del vortice, modulino l’iniezione di attività ondulatoria nella stratosfera. Queste dinamiche sono state ulteriormente esplorate e confermate da studi precedenti, che hanno dimostrato come le differenze nell’attività ondulatoria ascendente nella bassa stratosfera possano essere ricondotte a variazioni nella troposfera, in particolare legate all’eccitazione dell’alta Siberia e del Pacifico settentrionale in eventi a propagazione verso il basso e non.Abbiamo esaminato l’evoluzione dell’attività ondulatoria ascendente utilizzando la componente verticale del flusso di Eliassen-Palm, calcolata come un prodotto di vari fattori atmosferici che includono il raggio della Terra, il parametro di Coriolis, la latitudine, la pressione e le componenti del vento, insieme alla temperatura potenziale. Questa analisi è stata condotta per distinguere le medie zonali dalle componenti di perturbazione.

La Figura 9 illustra i compositi di questo flusso per tutti gli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW), nonché per le specifiche categorie di eventi EQ e POLE. Per l’insieme degli SSW, abbiamo osservato un incremento dell’attività ondulatoria ascendente nella troposfera e nella stratosfera, iniziando circa due settimane prima dell’evento e seguendo una diminuzione nei periodi successivi all’evento. Inoltre, è stato rilevato che la troposfera mostrava un’attività ondulatoria ascendente potenziata in tutti i periodi precedenti l’evento, sebbene i dati non fossero statisticamente significativi prima di un certo ritardo.

Questa tendenza generale per gli SSW è risultata predominante nei compositi degli eventi EQ. Distinguendo tra gli eventi EQ e POLE, abbiamo notato una soppressione più marcata della propagazione ondulatoria ascendente nella troposfera superiore e nella stratosfera inferiore subito dopo l’inizio degli eventi POLE rispetto agli EQ. Questo modello di geopotenziale precursore a 500 hPa per gli eventi EQ è risultato simile a quello osservato in studi precedenti per eventi con propagazione verso il basso, suggerendo una correlazione tra l’intensificazione dell’attività ondulatoria ascendente all’inizio dell’evento e un impatto prolungato nella troposfera, collegato a un rinforzo dell’alta Siberia.

Inoltre, abbiamo osservato un’attività ondulatoria ascendente più accentuata nella troposfera durante i periodi precedenti l’evento negli eventi EQ rispetto a quelli POLE. Nonostante la limitata significatività statistica di queste differenze, i risultati indicano che i precursori troposferici potrebbero contribuire all’accumulo delle anomalie osservate, dato che è previsto che la stratosfera risponda linearmente alle perturbazioni ondulatorie provenienti dalla troposfera, specialmente in contesti distanti da eventi estremi.

In questo scenario, le anomalie osservate a livelli stratosferici superiori prima degli SSW potrebbero fungere da intermediari tra i precursori troposferici e le variazioni nella risposta del getto atlantico agli SSW, delineando un collegamento cruciale per la comprensione della dinamica atmosferica complessiva legata a questi fenomeni.

La Figura 8 presenta una serie di analisi dettagliate che esplorano la correlazione tra vari indici precursori e la risposta del getto dell’Atlantico Nord associata agli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW). Questa figura è suddivisa in due tipologie di rappresentazioni grafiche: grafici a dispersione e istogrammi, ciascuno dei quali fornisce insight specifici sul comportamento dei precursori e la loro relazione con gli eventi SSW.

Grafici a dispersione: Nella prima serie di grafici, ciascun pannello visualizza la relazione tra un indice precursore specifico e la misurazione media della risposta del getto atlantico per periodi specifici prima degli eventi SSW. I grafici sono arricchiti con coefficienti di correlazione, che quantificano la forza e la direzione delle relazioni lineari tra gli indici precursori e la risposta del getto, e valori p, che determinano la significatività statistica di queste correlazioni. Una linea di tendenza è anche tracciata per facilitare la visualizzazione delle tendenze dominanti nei dati. I colori distinti nei grafici aiutano a differenziare tra i due tipi di eventi SSW, con i verdi che rappresentano gli eventi EQ e i rossi che rappresentano gli eventi POLE.

Questi grafici forniscono una visione immediata delle tendenze esistenti tra i precursori e la risposta del getto, con correlazioni positive che indicano un aumento congiunto di indice e risposta del getto, e correlazioni negative che suggeriscono un rapporto inverso.

Istogrammi: La seconda serie di grafici, sotto forma di istogrammi, mostra la frequenza degli eventi EQ e POLE a diversi livelli dei segnali precursori. Le barre indicano la quantità di eventi, distinte per colore per rappresentare i diversi tipi di SSW. Le linee verticali in questi grafici indicano i valori mediani per i due subset di eventi, facilitando il riconoscimento visivo di dove si concentrano maggiormente gli eventi rispetto ai valori dei precursori. Le linee cumulative, continue per gli eventi EQ e tratteggiate per gli eventi POLE, mostrano come si accumulano gli eventi al variare dei valori dei precursori.

Questa rappresentazione permette di osservare in maniera chiara come specifici valori dei precursori si associano a una maggiore frequenza di uno o dell’altro tipo di evento SSW, evidenziando potenziali pattern che possono indicare un’influenza significativa di determinati precursori sulla dinamica atmosferica durante gli SSW. Questi istogrammi, abbinati ai grafici a dispersione, offrono una panoramica comprensiva della relazione tra i precursori atmosferici e la risposta del getto atlantico, fornendo una base solida per approfondimenti e ulteriori analisi sulla connessione tra fenomeni atmosferici e dinamiche di larga scala.

La Tabella 1 fornisce una rappresentazione dettagliata della distribuzione percentuale degli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW), distinguendo tra eventi classificati come EQ (Equatorial) e POLE (Polar), in relazione al segno di specifici precursori atmosferici identificati nell’analisi. Questa tabella ha un valore scientifico significativo poiché permette di quantificare la probabilità con cui un determinato tipo di risposta del getto atlantico (EQ o POLE) può essere prevista sulla base delle condizioni iniziali nella troposfera e nella stratosfera.

Struttura della Tabella e Significato delle Colonne

Ogni colonna della tabella rappresenta un precursore atmosferico selezionato per il suo potenziale ruolo nell’influenzare la risposta del getto atlantico dopo un SSW. Nello specifico, i precursori analizzati includono:

NAM150: Un indice che rappresenta il segnale del North Atlantic Oscillation (NAM) a 150 hPa nei giorni precedenti l’evento SSW. Questo indice è stato utilizzato per quantificare l’intensità della circolazione stratosferica e la sua possibile interazione con la troposfera.
CE (Central Europe): Rappresenta le anomalie geopotenziali a 500 hPa sopra l’Europa Centrale nei giorni precedenti gli SSW. Questo parametro è stato scelto per valutare il ruolo delle forzanti troposferiche sulle dinamiche stratosferiche.
SB (Siberian High): Indica la presenza e l’intensità dell’anticiclone siberiano nei giorni precedenti agli eventi SSW, misurata tramite anomalie geopotenziali nella troposfera superiore.
AL (Aleutian Low): Rappresenta la variabilità del minimo delle Aleutine, un elemento chiave della circolazione atmosferica del Pacifico settentrionale.
CP (Central Pacific): Si riferisce alle anomalie di geopotenziale a 500 hPa sopra il Pacifico centrale, una regione nota per la sua connessione con eventi ENSO, in particolare con La Niña.
K17: Questa colonna si riferisce a un precursore identificato in studi precedenti (K17), che utilizza il NAM a 150 hPa per un intervallo temporale compreso tra 0 e 4 giorni prima dell’evento SSW.

Ogni colonna è suddivisa in due segmenti, indicando rispettivamente i valori positivi (+) e negativi (-) di ciascun precursore. Questo approccio consente di esaminare se determinati segni di precursori siano associati con una maggiore probabilità di sviluppo di eventi SSW di tipo EQ o POLE.

Interpretazione delle Righe e Distribuzione degli Eventi SSW

Le righe della tabella indicano la frazione di eventi SSW che rientrano nelle categorie EQ e POLE, con il numero totale di eventi in ciascuna categoria riportato tra parentesi. Ad esempio, il numero complessivo di eventi EQ analizzati è 63, mentre quello degli eventi POLE è 26.

Per ciascuna combinazione di segno del precursore e tipo di evento SSW, la tabella riporta la percentuale di eventi SSW che soddisfano quella specifica condizione. Ad esempio, nella colonna NAM150 per il segno positivo, il 44% degli eventi SSW di tipo EQ e l’8% degli eventi SSW di tipo POLE sono associati a NAM150 positivo. In contrasto, per valori negativi di NAM150, il 75% degli eventi EQ e il 14% degli eventi POLE sono osservati.

Significatività Statistica dei Dati

Un aspetto chiave della tabella è l’indicazione della significatività statistica dei valori riportati. I numeri in grassetto indicano che la frazione di eventi SSW è statisticamente significativa con un livello di confidenza superiore al 95%, mentre i numeri in corsivo indicano una significatività leggermente inferiore, ma comunque superiore all’85%, secondo un test di Monte Carlo. Questo metodo permette di verificare se la distribuzione osservata degli eventi EQ e POLE in relazione ai precursori differisce in modo significativo da un campionamento casuale.

La presenza di valori statisticamente significativi suggerisce che esiste una relazione non casuale tra i precursori e la classificazione degli SSW. Ad esempio, si nota che il 50% degli eventi EQ e l’80% degli eventi POLE sono associati a un valore positivo di CP, il che indica una forte connessione tra le anomalie geopotenziali nel Pacifico centrale e la propensione degli SSW a manifestare una risposta di tipo POLE. Inoltre, si evidenzia che 11 su 12 eventi POLE si verificano in corrispondenza di un valore positivo di CP, confermando l’importanza di questo precursore nella distinzione tra le due tipologie di eventi SSW.

Considerazioni Finali e Implicazioni per la Prevedibilità degli SSW

L’analisi della tabella fornisce un’importante evidenza del ruolo di specifici precursori atmosferici nella determinazione della risposta del getto atlantico dopo gli SSW. La forte associazione di alcuni precursori con determinati tipi di eventi SSW suggerisce che essi possano essere utilizzati per migliorare la capacità predittiva dei modelli atmosferici. Tuttavia, la significatività statistica non è uniforme per tutti i precursori, indicando che alcuni segnali potrebbero essere più affidabili di altri per la previsione del comportamento del getto atlantico.

In particolare, la variabilità di NAM150 e CP sembra offrire un potenziale predittivo più elevato, poiché le differenze osservate tra EQ e POLE per questi due indici risultano significative. Al contrario, il precursore AL non mostra una chiara relazione con nessuno dei due tipi di eventi SSW, suggerendo che la variabilità del minimo delle Aleutine potrebbe non essere un fattore chiave nella modulazione della risposta del getto atlantico agli SSW.

Questa analisi sottolinea l’importanza di combinare informazioni stratosferiche e troposferiche per una previsione più accurata degli SSW e della loro influenza sulla circolazione atmosferica a larga scala. L’integrazione di queste informazioni nei modelli climatici potrebbe migliorare la comprensione dei meccanismi che regolano le interazioni stratosfera-troposfera e aumentare la precisione delle previsioni meteorologiche stagionali.

4. Conclusioni

Nel presente studio, abbiamo sfruttato il dataset ERA5 per analizzare e confrontare le dinamiche della circolazione nella troposfera e nella stratosfera in occasione di eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW), categorizzando tali eventi a seconda che fossero seguiti dallo spostamento canonico verso l’equatore del getto del Nord Atlantico (indicato come EQ) o da uno spostamento verso i poli (denominato POLE). La decisione di focalizzare l’attenzione sul comportamento del getto atlantico piuttosto che sulle medie geopotenziali della calotta polare trae origine da precedenti ricerche che hanno evidenziato uno spostamento persistente verso l’equatore del getto azionato dalle eddies e della traccia delle tempeste, come documentato da Maycock et al. (2020), Afargan-Gerstman e Domeisen (2020), e Afargan-Gerstman et al. (2022).

Conformemente alle indagini pregresse che hanno esplorato la risposta del North Atlantic Oscillation (NAO) troposferico agli SSW (per esempio, Karpechko et al. 2017; White et al. 2019; Jucker 2016; Runde et al. 2016), i risultati del nostro studio indicano che gli SSW seguiti da uno spostamento del getto verso l’equatore presentano anomalie negative del NAO più marcate e durature nella bassa stratosfera successivamente all’insorgenza, rispetto a quelli che sono seguiti da uno spostamento polare (Figura 3). Questa propagazione verso il basso delle anomalie stratosferiche rappresenta il principale meccanismo responsabile della tipica risposta dello spostamento equatoriale. Fenomeni analoghi sono stati collegati in precedenza a una più profonda penetrazione delle anomalie negative del NAO fino ai livelli inferiori della stratosfera nei primi quattro giorni successivi all’evento (ad esempio, Hitchcock et al. 2013a; Karpechko et al. 2017), ma nel nostro studio emergono differenze significative anche prima dell’insorgenza degli SSW. Abbiamo osservato che gli SSW di tipo EQ manifestano anomalie negative del NAO nella bassa stratosfera fino a 15 giorni prima della data di inizio, mentre gli SSW di tipo POLE evidenziano anomalie positive. Questi pattern sembrano essere associati a una circolazione più ondulata nel composito EQ e a un vortice più rafforzato nel composito POLE. In particolare, il segno del NAO stratosferico a 150 hPa, calcolato mediando i valori nei periodi da 217 a 29 giorni prima dell’evento (NAO150), condiziona in modo significativo la probabilità di osservare una risposta EQ o POLE del getto atlantico dopo gli SSW. Nello specifico, la probabilità di una risposta EQ cresce dal 63% al 75% qualora il NAO150 sia negativo, e diminuisce al 44% se il NAO150 è positivo (Tabella 1).

I risultati di questo studio rivelano anche l’esistenza di anomalie del NAO precursorie nella troposfera, che iniziano oltre un mese prima degli SSW di tipo EQ, in linea con quanto riportato da precedenti studi di modellazione (ad esempio, Black e McDaniel 2004; White et al. 2019). L’analisi della distribuzione spaziale delle anomalie di altezza geopotenziale dimostra che prima dell’avvento degli SSW EQ, le anomalie della circolazione si localizzano preferenzialmente sopra il minimo delle Aleutine e l’alta pressione della Siberia, entrambi riconosciuti come precursori dell’indebolimento del vortice polare e degli SSW seguiti da persistenti anomalie del NAO2 nella troposfera (White et al. 2019). In aggiunta, gli eventi di tipo POLE esibiscono un marcato schema precursore che ricorda fortemente una fase negativa del Pacific/North American pattern (Figura 4c), un modello che persiste, sebbene in forma attenuata, anche a distanza di tempo dall’evento (Figura 4d).Abbiamo evidenziato nel corso della nostra analisi che il segnale in esame risulta influenzato dagli eventi di La Niña. Ipotesi avanzata nel presente studio è che, da un lato, la presenza di un NAM1 nella stratosfera, indicativo di un vortice stratosferico robusto, prima degli eventi POLE, possa ostacolare la propagazione verso il basso delle anomalie negative del NAM nella stratosfera, e contemporaneamente potenziare il segnale troposferico quasi-stazionario associato a La Niña, come evidenziato da Castanheira e Graf nel 2003. Dall’altro lato, consideriamo il ruolo dell’alta anomalia precursore situata sul Pacifico centrale a medie latitudini, la quale altera la propagazione a valle delle eddies transitorie, come documentato da Drouard et al. nel 2015. Entrambi questi fattori contribuiscono significativamente allo spostamento polare del getto atlantico, confermato da studi recenti come quelli di Jiménez-Esteve e Domeisen nel 2018 e Afargan-Gerstman e Domeisen nel 2020.

Conforme alle evidenze fornite da ricerche precedenti, quali quelle di Karpechko et al. nel 2017 e White et al. nel 2019, abbiamo osservato che le anomalie della circolazione troposferica che precedono gli eventi EQ (e POLE) sono strettamente correlate con un’intensificazione (o soppressione) dell’attività ondulatoria ascendente durante la fase iniziale degli SSW, come illustrato in Figura 9. La nostra analisi suggerisce che una maggiore propagazione ondulatoria verso l’alto nel mese antecedente agli SSW di tipo EQ, rispetto a quelli di tipo POLE, possa essere il meccanismo attraverso il quale si accumulano anomalie negative del NAM nella bassa stratosfera prima degli eventi EQ, stabilendo un collegamento tra i precursori troposferici e stratosferici della risposta del getto atlantico agli SSW. È importante sottolineare, tuttavia, che la significatività statistica di questo risultato è limitata dalla breve durata dei record di rianalisi disponibili, rendendo necessaria una verifica di questa ipotesi attraverso simulazioni climatiche prolungate.

Come dimostrato nell’appendice, il segnale precursore del NAM nella bassa stratosfera si manifesta chiaramente quando gli impatti degli SSW sono classificati in termini di anomalie della circolazione sull’Atlantico, come lo spostamento del getto e l’indice NAO, ma non quando si considerano le medie del NAM o i geopotenziali della calotta polare, come avvenuto in studi precedenti. Analogamente, la risposta POLE preferenziale agli SSW durante gli inverni di La Niña emerge solo focalizzandosi sugli impatti regionali sull’Atlantico. Al contempo, viene confermata l’importanza di regioni notoriamente influenti come l’alta pressione siberiana, le cui dinamiche sono ben documentate in letteratura, ad esempio da Garfinkel et al. nel 2010 e White et al. nel 2019. Questi risultati enfatizzano la necessità di cautela nell’interpretare le anomalie del NAM, calcolate tramite EOF o come medie della calotta polare, come dirette rappresentazioni delle anomalie di circolazione sull’Atlantico, specialmente per lo studio degli impatti troposferici degli SSW.

L’identificazione di precursori della risposta troposferica agli SSW è motivata dal valore aggiunto che tali eventi apportano alle previsioni climatiche su scala sub-stagionale a stagionale, come indicato da studi quali quelli di Tripathi et al. nel 2015 e Butler et al. nel 2019. I nostri risultati suggeriscono che un approccio focalizzato sugli impatti regionali, piuttosto che su medie zonali o della calotta polare, può ampliare significativamente la nostra comprensione dei meccanismi coinvolti. Inoltre, si postula che le anomalie nella bassa stratosfera prima degli SSW rappresentino un fattore cruciale non solo per lo sviluppo successivo di tali eventi, come documentato da Birner e Albers nel 2017 e de la Camara et al. nel 2017 e 2019, ma anche per la risposta del getto atlantico una volta che l’SSW si verifica.

La figura presentata consiste in una serie di quattro pannelli grafici (a, b, c, d), ciascuno dei quali rappresenta le anomalie della componente verticale del flusso di Eliassen-Palm (E-P), specificatamente per i numeri d’onda 1 e 2. Questi grafici sono stati lisciati applicando una media mobile di dieci giorni al fine di esaminare le variazioni temporali e verticali della dinamica atmosferica associata a differenti eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW). Ogni pannello offre una visualizzazione distinta basata sul tipo di evento SSW e sulle sue conseguenze sulla circolazione atmosferica, utilizzando una scala colorimetrica che varia dal rosso (per le anomalie positive) al blu (per quelle negative), indicando rispettivamente un aumento o una diminuzione del flusso verso l’alto.

Pannello (a) – Complessivo [All [46]]: Questo pannello fornisce un’analisi aggregata di quarantasei eventi SSW. Le anomalie sono delimitate da contorni verdi spessi che rappresentano il livello di confidenza del 95%, calcolato attraverso un test di Monte Carlo. L’inclusione di un così ampio numero di eventi permette di delineare un profilo medio della risposta atmosferica agli SSW, sottolineando le anomalie che sono statisticamente significative all’interno di questo vasto insieme di dati.
Pannello (b) – Eventi con spostamento equatoriale del getto [EQ [29]]: Concentrandosi su ventinove specifici eventi SSW che hanno portato a uno spostamento equatoriale del getto del Nord Atlantico, questo grafico esplora le dinamiche stratosferiche e troposferiche che caratterizzano questa particolare risposta del sistema atmosferico. Ancora una volta, i contorni verdi spessi evidenziano le regioni dove le anomalie superano il livello di confidenza del 95%, offrendo così una chiara distinzione delle caratteristiche atmosferiche che promuovono uno spostamento equatoriale del getto.
Pannello (c) – Eventi con spostamento polare del getto [POLE [12]]: In questo pannello si analizzano dodici eventi SSW che inducono uno spostamento polare del getto. Analogamente agli altri pannelli, le anomalie significative sono enfatizzate attraverso i contorni verdi, permettendo di isolare e esaminare le particolari condizioni atmosferiche che contribuiscono a tale spostamento del getto verso i poli.
Pannello (d) – Differenza tra eventi EQ e POLE [EQ-POLE [41]]: L’ultimo grafico illustra la differenza diretta tra le anomalie associate agli eventi EQ e POLE, basato su quarantuno eventi totali analizzati. Questo confronto diretto mette in luce le specifiche variazioni del flusso di E-P che distinguono i due tipi di risposte del getto atmosferico, evidenziando come le interazioni dinamiche all’interno della stratosfera e della troposfera possano differire in modo significativo in risposta agli stessi fenomeni di riscaldamento stratosferico.

In sintesi, l’analisi presentata in questi pannelli fornisce una comprensione dettagliata delle interazioni verticali e temporali del flusso atmosferico in risposta agli SSW, con un focus particolare sulle conseguenze di questi eventi sulla configurazione e sulla dinamica del getto del Nord Atlantico. L’utilizzo di una metodologia statistica robusta per identificare le anomalie significative aggiunge un ulteriore livello di precisione e affidabilità all’interpretazione dei dati, essenziale per approfondire la comprensione dei meccanismi atmosferici a grande scala.

APPENDICE

Sensibilità al Criterio di Classificazione degli Eventi di Riscaldamento Stratosferico Improvviso (SSW)

In questa sezione, affrontiamo la questione di perché i precursori del North Atlantic Oscillation (NAO) nella bassa stratosfera non sono stati identificati in studi precedenti, con un focus particolare sul confronto dei nostri risultati con quelli di Karpechko et al. (2017, di seguito citati come K17). K17 hanno impiegato il dataset ERA-Interim per esaminare la prevedibilità degli impatti superficiali degli SSW, fornendo un benchmark metodologico per le ricerche di modellazione successive, come quelle di White et al. (2019), Jucker (2016), Karpechko (2018) e Xu et al. (2022). Le differenze metodologiche tra il nostro approccio e quello di K17 sono significative e meritano un’analisi dettagliata.

K17 hanno classificato gli SSW in base alla loro capacità di propagare verso il basso, distinguendo tra eventi con propagazione verso il basso (dSSW) e eventi senza propagazione verso il basso (nSSW). Questa classificazione si basava sulla persistenza di anomalie negative del NAM sia nella bassa stratosfera a 150 hPa sia vicino alla superficie a 1000 hPa, come descritto in dettaglio nel loro studio. Inoltre, la definizione di NAM utilizzata da K17 si basava sulla media della calotta polare a nord del 60°N, mentre noi abbiamo adottato l’approccio delle componenti principali (EOF) delle anomalie dell’altezza geopotenziale extratropicale.

La Figura A1a illustra un confronto diretto seguendo la metodologia di K17, ma applicata ai dati ERA5. Si osserva la scomparsa delle caratteristiche precursorie sia nella troposfera che nella bassa stratosfera a ritardi negativi, suggerendo che i dettagli metodologici possono influenzare significativamente i risultati ottenuti. Abbiamo quindi esaminato singolarmente le differenze tra i due studi per identificare i fattori rilevanti che influenzano l’emergenza dei precursori nella bassa stratosfera nei nostri compositi. Dalle nostre analisi, emerge che né il periodo di studio considerato, né i ritardi usati per valutare l’impatto, né l’uso della media della calotta polare per descrivere l’evoluzione del NAM da parte di K17 giocano un ruolo cruciale per la presenza del precursore stratosferico (si vedano le Figure supplementari S2, S3 e S6).

Il principale fattore discriminante tra i nostri risultati e quelli di K17 risiede nel criterio di classificazione usato per discernere l’impatto troposferico. Mentre l’indice usato da K17 per classificare gli eventi ha una portata emisferica, il nostro indice è di natura regionale. Utilizzando una media NAM della calotta polare a 300 hPa, lo stesso livello utilizzato per il PC-NAjet, il precursore della bassa stratosfera scompare (Figura A1b), evidenziando l’importanza di una prospettiva regionale nella rilevazione di tali precursori. Infine, anche l’altezza a cui si cerca la risposta (troposfera superiore rispetto alla vicinanza della superficie in K17) emerge come un fattore determinante. Abbiamo verificato questa ipotesi utilizzando l’indice NAO alla superficie per la classificazione, riscontrando che il precursore stratosferico è ancora presente ma non è più statisticamente significativo (Figura A1c), il che indica un impatto ridotto ai livelli superficiali. L’insieme completo dei pannelli, che mostra le differenze evidenziate nella Figura A1, è incluso nel materiale supplementare (Figure S1, S4 e S5).

Questa analisi dettagliata ci permette di concludere che il precursore del NAM nella bassa stratosfera si manifesta quando l’attenzione è focalizzata sull’impatto regionale degli SSW sul getto del flusso atlantico e tende a disperdersi quando si considerano gli impatti sulla media zonale o sulla calotta polare.

La Figura A1 esposta presenta un’esaminazione dettagliata delle anomalie di altezza geopotenziale associata agli eventi di riscaldamento stratosferico improvviso (SSW) attraverso diversi metodi di analisi e indici climatologici. Composta da tre pannelli distinti, ciascuno adotta una metodologia diversa per calcolare e rappresentare le variazioni della circolazione atmosferica associata agli SSW, utilizzando differenti indicatori del Northern Annular Mode (NAM) e del North Atlantic Oscillation (NAO). Questa rappresentazione offre un confronto visivo di come le scelte metodologiche influenzino l’interpretazione degli impatti degli SSW sulla struttura atmosferica a diverse altitudini.

Pannello (a) – Applicazione del metodo di Karpechko et al. (2017) (K17): Questo pannello adotta integralmente la metodologia proposta da Karpechko et al. nel 2017, analizzando il NAM attraverso la media delle anomalie di altezza geopotenziale all’interno della calotta polare a nord del 60°N. L’analisi si focalizza sull’evoluzione temporale delle anomalie atmosferiche intorno all’evento di SSW, marcato dal lag 0. Viene evidenziata la persistenza di anomalie negative del NAM, che si manifestano dalla bassa alla alta stratosfera con un’estensione notevole e una coerenza temporale rilevante. Le contornature più spesse sul grafico indicano regioni di significatività statistica, sottolineando le anomalie di maggiore rilevanza scientifica e confermando la robustezza dei risultati in termini di variabilità atmosferica legata agli SSW.
Pannello (b) – NAM calcolato come media della calotta polare a 300 hPa (Hemispheric): In questo pannello, viene utilizzata la nostra metodologia ma sostituendo l’indice PC-NAjet con il NAM calcolato come media delle anomalie di altezza geopotenziale a 300 hPa per la calotta polare a nord del 60°N. Tale rappresentazione mostra un quadro meno accentuato delle anomalie rispetto al pannello (a). Questo pannello riflette la sensibilità del modello alla scelta del livello di pressione e all’ampiezza geografica della media calcolata, suggerendo che l’utilizzo di una misura più focalizzata sulle specifiche dinamiche stratosferiche potrebbe alterare la percezione della portata e dell’intensità degli impatti degli SSW.
Pannello (c) – NAO calcolato a 1000 hPa: Qui, l’indice NAO è calcolato specificamente a 1000 hPa, rappresentando quindi l’impatto degli SSW a livelli più prossimi alla superficie terrestre. Le anomalie visualizzate in questo pannello sono caratterizzate da una minore estensione e intensità rispetto a quelle osservate nei livelli più elevati della stratosfera, indicativo del fatto che l’influenza degli SSW può essere attenuata o manifestarsi diversamente a livelli più bassi dell’atmosfera.

Complessivamente, i tre pannelli della Figura A1 illustrano in maniera eloquente come la selezione degli indici e dei livelli di pressione impiegati nella valutazione degli impatti degli SSW possa influenzare profondamente i risultati delle analisi. La comprensione di queste dinamiche è cruciale per l’interpretazione accurata dei cambiamenti nella circolazione atmosferica e sottolinea l’importanza di una scelta metodologica ponderata nell’ambito della ricerca climatologica, specialmente in studi che si propongono di valutare la prevedibilità e le conseguenze degli SSW sulla configurazione atmosferica globale.

https://doi.org/10.1175/JCLI-D-22-0736.1

DiAlessandro

Struttura della Tabella e Significato delle Colonne

Interpretazione delle Righe e Distribuzione degli Eventi SSW

Significatività Statistica dei Dati

Considerazioni Finali e Implicazioni per la Prevedibilità degli SSW

Di Alessandro

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