BSISO (Boreal Summer Intraseasonal Oscillation)

Oscillazione Intra-Stagionale Estiva Boreale (BSISO): Stato dell’Arte e Prospettive di Ricerca

Kazuyoshi Kikuchi
International Pacific Research Center, School of Ocean and Earth Science and Technology,
University of Hawaii at Manoa, Hawaii, USA
(Manoscritto ricevuto il 24 giugno 2020; versione finale accettata il 17 marzo 2021)

Sintesi

L’Oscillazione Intra-Stagionale Estiva Boreale (BSISO) costituisce una delle manifestazioni più rilevanti della variabilità sub-stagionale nei tropici durante la stagione estiva dell’emisfero boreale. In confronto alla ben nota Oscillazione di Madden–Julian (MJO), che domina il panorama della variabilità atmosferica invernale, la BSISO si distingue per una struttura evolutiva spazio-temporale più complessa. Essa si caratterizza per una duplice modalità di propagazione: una componente verso nord, che si sviluppa prevalentemente sull’Oceano Indiano settentrionale e sul Pacifico occidentale, e una verso est lungo la fascia equatoriale.

Questo sistema modulatore esercita un’influenza di ampia portata su numerosi processi atmosferici tropicali di rilievo, tra cui la ciclogenesi tropicale, l’inizio del monsone e l’alternanza tra fasi attive e di pausa dei regimi convettivi monsonici. La comprensione scientifica della BSISO ha compiuto progressi significativi nel corso degli ultimi decenni: numerosi studi hanno documentato le sue caratteristiche fondamentali, e sono state proposte diverse ipotesi teoriche per spiegare i meccanismi dinamici sottesi alla sua propagazione verso latitudini più elevate.

Tuttavia, nonostante i miglioramenti apportati ai modelli di circolazione generale (GCM), la capacità di questi ultimi di riprodurre in modo realistico la BSISO risulta ancora limitata. Il presente contributo propone una rassegna critica degli sviluppi più rilevanti nella letteratura scientifica, ponendo l’accento sugli aspetti osservativi, teorici e modellistici di questo importante fenomeno atmosferico tropicale.

Parole chiave

Oscillazione intra-stagionale estiva boreale; Oscillazione di Madden–Julian; variabilità intra-stagionale tropicale

Riferimento bibliografico

Kikuchi, K. (2021). The Boreal Summer Intraseasonal Oscillation: A Review. Journal of the Meteorological Society of Japan, 99, pp. 933–972. doi: 10.2151/jmsj.2021-045

1. Introduzione (rielaborata)

Tra le principali manifestazioni della variabilità atmosferica tropicale su scala sub-stagionale, l’Oscillazione Intra-Stagionale Tropicale (ISO) rappresenta un fenomeno di spicco, caratterizzato da una periodicità compresa tra 30 e 60 giorni, talvolta estendibile fino a 90 giorni. Questa modalità oscillatoria fu identificata per la prima volta nei celebri studi di Madden e Julian (1971, 1972), e da allora viene comunemente denominata Oscillazione di Madden–Julian(MJO), specialmente a seguito delle ulteriori conferme fornite da Swinbank et al. (1988) e Lau et al. (1988). Una trattazione storica esaustiva delle sue origini e implicazioni si trova in Madden e Julian (2012).

La MJO si distingue per l’interazione dinamica tra strutture d’onda di tipo Kelvin–Rossby e un’area di intensa attività convettiva, che si propagano congiuntamente verso est a una velocità di fase di circa 5 m/s sopra le acque calde della warm pool indo-pacifica. Tuttavia, al di fuori di questa regione, in particolare nell’emisfero occidentale, le circolazioni nella troposfera superiore si muovono a velocità sensibilmente superiori (tra 20 e 40 m/s), mentre le risposte nei bassi strati atmosferici risultano meno sistematiche (Knutson e Weickmann 1987; Kikuchi e Takayabu 2003; Straub 2013).

È importante sottolineare come la stagionalità delle condizioni al contorno, ad esempio la distribuzione della radiazione solare, il ciclo del monsone e la struttura della circolazione generale (si veda la Fig. 1 dell’articolo), moduli profondamente l’evoluzione dell’ISO. Durante l’inverno boreale, la modalità classica della MJO domina nettamente il panorama dinamico. Tuttavia, nei mesi estivi, emerge una modalità distinta che, pur mantenendo la propagazione zonale verso est sopra la warm pool, presenta una componente fondamentale di propagazione meridionale verso nord, con velocità dell’ordine di 1 m/s, in particolare sull’Oceano Indiano settentrionale e sul Pacifico occidentale.

Sebbene le strutture di circolazione associate ricordino quelle della MJO, nella stagione estiva si osserva una risposta rossbiana significativamente più marcata nell’emisfero nord. Tale modalità è stata indicata in letteratura con varie denominazioni: Oscillazione Intra-Stagionale Estiva Boreale (BSISO) (Wang e Xie 1997; Kemball-Cook e Wang 2001), Oscillazione Monsonica Intra-Stagionale (MISO) (Sengupta et al. 2001; Hoyos e Webster 2007), oppure Variabilità Intra-Stagionale Estiva Boreale (BSISV) (Annamalai e Sperber 2005; Sperber e Annamalai 2008). In questo lavoro si utilizza la dicitura BSISO, secondo la preferenza esplicita dell’autore.

Sebbene la distinzione tra le modalità invernale ed estiva dell’ISO fosse intuitivamente riconosciuta, solo recentemente numerosi studi hanno fornito evidenze quantitative a sostegno della loro effettiva separabilità dinamica. In particolare, Kikuchi et al. (2012) hanno sviluppato un innovativo indice ISO bimodale, che consente di identificare in ogni momento se l’atmosfera si trovi in una fase dominante MJO o BSISO. Tale discriminazione si basa sull’analisi della somiglianza tra le anomalie di radiazione a onda lunga uscente (OLR) osservate e i pattern tipici associati alla MJO o alla BSISO, attraverso l’impiego di Funzioni Ortogonali Estese (EEOF). L’indice ha rivelato una prevalenza della modalità MJO tra dicembre e aprile e una dominanza della BSISO nel periodo giugno–ottobre, con fasi di transizione nei mesi intermedi di maggio e novembre.

In parallelo, Kiladis et al. (2014) hanno evidenziato, attraverso un approccio EOF applicato su base giornaliera con finestra mobile, la natura bimodale dell’ISO, osservando una variazione graduale delle componenti principali ma un calo netto del valore proprio nei mesi di maggio e novembre, segno di una ristrutturazione del regime convettivo tropicale.

Anche metodi di analisi più sofisticati, come la Laplace Spectral Analysis non lineare, utilizzata da Szekely et al. (2016), hanno confermato l’emergere naturale di due famiglie distinte di modalità intra-stagionali—la MJO e la BSISO—nel campo dell’estensione nuvolosa, rafforzando l’idea che non si tratti semplicemente di due facce di un’unica oscillazione modulata stagionalmente, bensì di due sistemi distinti.

Nonostante numerose rassegne esaustive sulla MJO siano già presenti nella letteratura scientifica (Madden e Julian 1994; Zhang 2005; Jiang et al. 2020), la BSISO è stata trattata solo marginalmente, in genere come variante estiva della MJO. Mancano invece, fino ad oggi, analisi di sintesi interamente dedicate alla BSISO come entità autonoma.

La rilevanza della BSISO si estende su più scale temporali e spaziali, influenzando fenomeni chiave come l’inizio del monsone asiatico, la genesi di cicloni tropicali, i cicli attivo/pause convettivi, la precipitazione monsonica stagionale, nonché eventi extratropicali quali il Meiyu/Baiu e diversi schemi di teleconnessione. In particolare, la frequenza degli eventi BSISO in estate si correla fortemente con la quantità di precipitazioni stagionali nella regione del monsone indiano (Sperber et al. 2000; Goswami e Mohan 2001; Goswami et al. 2006).

Alla luce di ciò, risulta fondamentale approfondire la comprensione dinamica, fisica e osservativa della BSISO, nonché migliorare le capacità di modellizzazione e previsione all’interno dei principali sistemi numerici.

Il presente lavoro si propone di colmare tale lacuna, offrendo una rassegna integrata dei principali aspetti della BSISO, con particolare attenzione alla sua rappresentazione osservativa (Sezioni 3 e 4), senza trascurare gli avanzamenti teorici (Sezione 5) e modellistici (Sezione 6). L’analisi fa ampio riferimento all’indice BSISO bimodaledi Kikuchi (2020), uno degli strumenti più efficaci attualmente disponibili per cogliere la complessa struttura spazio-temporale di questa fondamentale modalità atmosferica (Wang, S. et al. 2018).

2.1 Dataset utilizzati: fonti osservative e loro applicazione nello studio della BSISO

L’analisi dettagliata dell’Oscillazione Intra-Stagionale Estiva Boreale (BSISO), con le sue complesse manifestazioni spazio-temporali, richiede il ricorso a una molteplicità di dataset climatologici e meteorologici, ognuno dei quali riveste un ruolo specifico nell’identificazione, nella caratterizzazione e nello studio delle interazioni tra la BSISO e altri fenomeni atmosferici tropicali e monsonici. In questo lavoro, sono stati selezionati e integrati diversi prodotti osservativi di alta qualità, con caratteristiche complementari in termini di copertura spaziale, risoluzione temporale e variabili misurate.

Uno dei dataset fondamentali impiegati è il NOAA Interpolated OLR (Outgoing Longwave Radiation), nella sua versione giornaliera, fornito su una griglia regolare con risoluzione orizzontale di 2.5° di latitudine e longitudine(Liebmann e Smith, 1996). Questo prodotto, ampiamente utilizzato nella letteratura per lo studio della variabilità convettiva tropicale, rappresenta la base osservativa per la derivazione dell’indice ISO bimodale, utilizzato nell’articolo per distinguere tra modalità MJO e BSISO. L’OLR, sensibile all’emissione di radiazione dalle nubi profonde e alla copertura convettiva, costituisce un tracciante efficace dell’attività convettiva associata alle oscillazioni intra-stagionali.

Per analizzare la relazione tra la BSISO e la variabilità pluviometrica del monsone estivo asiatico, con particolare riferimento alle precipitazioni continentali, si è fatto ricorso al dataset APHRODITE (Asian Precipitation – Highly-Resolved Observational Data Integration Towards Evaluation). Questo prodotto è stato sviluppato per costruire un’accurata serie storica giornaliera di precipitazione su griglia, ad alta risoluzione, attraverso la compilazione e interpolazione di misurazioni da stazioni pluviometriche terrestri distribuite sull’intero continente asiatico (Yatagai et al., 2012). Il suo utilizzo è cruciale per investigare i legami tra la fase della BSISO e le anomalie di precipitazione in aree monsoniche sensibili.

Per lo studio della dinamica dei sistemi di bassa pressione associati al monsone (monsoon lows e monsoon depressions), nella Sezione 4.2 si utilizza il Global Monsoon Disturbance Track Dataset, sviluppato da Hurley e Boos (2015). Questo archivio fornisce informazioni sulla genesi, traiettoria e durata dei disturbi monsonici su scala sinottica, e consente di esaminare la modulazione statistica e dinamica di tali sistemi da parte della BSISO.

In aggiunta, per analizzare la genesi e l’evoluzione dei cicloni tropicali (TC), con riferimento alla modulazione intra-stagionale, si impiega la versione 4 del dataset IBTrACS (International Best Track Archive for Climate Stewardship), sviluppato da Knapp et al. (2010). Questo archivio globale armonizza i tracciati dei cicloni tropicali a partire da più agenzie meteorologiche, fornendo dati standardizzati sulle posizioni, pressioni centrali e intensità dei sistemi ciclonici.

La valutazione dei campi dinamici atmosferici, come le anomalie di vento, vorticità o umidità relativa, è realizzata mediante l’impiego della rianalisi JRA-55 (Japanese 55-year Reanalysis), elaborata dalla Japan Meteorological Agency (JMA), che fornisce una ricostruzione coerente del sistema atmosferico globale a partire dal 1958 (Kobayashi et al., 2015). Questo dataset è particolarmente adatto per studi su larga scala e consente di collegare l’attività convettiva alla circolazione atmosferica associata.

In relazione alle condizioni oceaniche e al contesto ENSO, la caratterizzazione delle anomalie di temperatura superficiale del mare (SST) è ottenuta tramite il prodotto mensile NOAA Optimum Interpolation SST V2, basato su osservazioni da satellite, boe e navi, e ampiamente utilizzato per la sorveglianza di El Niño e della Southern Oscillation (Reynolds et al., 2002). Il dataset permette di contestualizzare la variabilità stagionale della BSISO nel quadro della teleconnessione tropicale pacifica.

Infine, al fine di acquisire una rappresentazione ad alta risoluzione delle precipitazioni convettive, soprattutto nelle fasi attive della BSISO, viene integrato il prodotto TRMM 3B42 versione 7, che offre dati di precipitazione con risoluzione spaziale di 0.25° × 0.25° e temporale di 3 ore. Tale risoluzione consente un’analisi più fine delle strutture convettive e dei cluster di pioggia associati alle diverse fasi della BSISO.

Tutti i dataset sopra menzionati sono stati selezionati in funzione della loro qualità, continuità temporale e pertinenza con le variabili di interesse. Il periodo di copertura temporale specifico per ciascun dataset utilizzato nell’analisi è riportato nella Tabella 1 dell’articolo.

Analisi della climatologia della temperatura superficiale del mare (SST) durante le stagioni boreali: implicazioni per la variabilità intra-stagionale tropicale

La Figura 1 rappresenta la climatologia della temperatura superficiale del mare (SST), espressa in °C, ottenuta dal dataset Optimum Interpolation SST (OISST) su un periodo trentennale esteso (1982–2015), ed è suddivisa in due pannelli stagionali:

• Pannello (a): media stagionale per i mesi JJASO (giugno, luglio, agosto, settembre, ottobre), corrispondente alla stagione estiva boreale;
• Pannello (b): media stagionale per i mesi DJFMA (dicembre, gennaio, febbraio, marzo, aprile), corrispondente alla stagione invernale boreale.

Tale rappresentazione consente di evidenziare le profonde differenze nella distribuzione meridionale e zonale delle SST tra le due stagioni, differenze che risultano fondamentali per comprendere le modalità stagionalmente dipendenti della variabilità intra-stagionale tropicale, in particolare per quanto concerne la transizione tra la Madden–Julian Oscillation (MJO) e la Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO).

Estate boreale (JJASO): asimmetria interemisferica e supporto alla propagazione verso nord della BSISO

Nel pannello (a), riferito alla climatologia della SST durante i mesi di JJASO, emerge con chiarezza la presenza di una vasta area di acque calde con temperature comprese tra 28 °C e oltre 29 °C, estesa sull’Oceano Indiano settentrionale, sul Mar Cinese Meridionale e sull’intero settore occidentale del Pacifico tropicale. Quest’area, comunemente denominata warm pool indo-pacifica, rappresenta la principale sorgente energetica per la convezione tropicale profonda e costituisce un ambiente termodinamico altamente favorevole all’instaurarsi e alla propagazione della BSISO.

La distribuzione delle SST durante JJASO evidenzia un chiaro gradiente meridionale, con temperature decrescenti verso sud nell’emisfero australe e un’espansione marcata delle acque calde verso latitudini subtropicali boreali, fino a circa 15°–20°N. Questo gradiente meridionale, unito all’asimmetria stagionale nella radiazione solare, favorisce la propagazione verso nord delle anomalie convettive associate alla BSISO, che è una delle caratteristiche distintive di questa modalità rispetto alla MJO invernale. In questo contesto, l’interazione tra le onde convettive e la circolazione monsonica estiva dell’Asia meridionale viene amplificata dalla presenza di SST elevate nelle regioni dove la BSISO tende a svilupparsi e propagarsi.

Inverno boreale (DJFMA): struttura simmetrica equatoriale e propagazione zonale della MJO

Nel pannello (b), relativo alla stagione invernale boreale (DJFMA), la distribuzione delle SST assume una configurazione marcatamente diversa. Si osserva una maggiore simmetria equatoriale, con un’ampia fascia di acque molto calde (valori ≥ 28 °C) che si estende in modo quasi continuo lungo la fascia intertropicale, dall’Oceano Indiano orientale fino al Pacifico centrale. Questa configurazione crea un ambiente favorevole alla propagazione zonale (verso est) delle onde convettive caratteristiche della Madden–Julian Oscillation.

La simmetria latitudinale della fascia calda durante DJFMA riflette un contesto termodinamico meno sbilanciato rispetto alla stagione estiva: il riscaldamento convettivo tende a mantenersi vicino all’equatore e a propagarsi prevalentemente lungo la direzione longitudinale, coerentemente con la dinamica delle onde equatoriali di Kelvin e Rossby su larga scala che governano la MJO. Inoltre, la maggiore estensione longitudinale del bacino pacifico riscaldato favorisce il trasporto di energia e umidità verso est, determinando la caratteristica modulazione del convettivo associata alla MJO invernale.

Implicazioni dinamiche: condizionamento stagionale della direzione di propagazione dell’ISO

Il confronto tra i due pannelli sottolinea chiaramente come la struttura stagionale della distribuzione della SSTgiochi un ruolo fondamentale nel determinare la direzione di propagazione preferenziale dell’oscillazione intra-stagionale tropicale:

• In estate boreale, la presenza di SST elevate a nord dell’equatore consente lo sviluppo e la propagazione meridiana verso nord delle anomalie convettive, una caratteristica peculiare della BSISO.
• In inverno boreale, la configurazione simmetrica equatoriale delle SST favorisce una propagazione zonale verso est, tipica della MJO.

In questo senso, la stagionalità della distribuzione delle SST agisce come un vincolo di fondo che modula le modalità di accoppiamento tra convezione profonda, onde equatoriali e circolazione atmosferica a larga scala.

Nota metodologica

I dati presentati sono basati sul prodotto OISST (Optimum Interpolation Sea Surface Temperature) della NOAA, una ricostruzione interpolata che integra osservazioni da satellite, boe e navi. La climatologia è calcolata come media multiannuale per i rispettivi periodi stagionali (JJASO e DJFMA), e rappresenta una delle basi fondamentali per l’analisi statistica e dinamica della variabilità intra-stagionale tropicale.

Analisi dei dataset utilizzati per lo studio della BSISO: copertura temporale, variabili chiave e applicazioni

La Tabella 1 dell’articolo presenta l’elenco sintetico dei principali dataset osservativi impiegati per caratterizzare, comprendere e modellizzare la Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO). Tali dataset sono stati selezionati in funzione della loro copertura spaziale e temporale, dell’affidabilità e risoluzione dei dati, e della loro rilevanza rispetto agli obiettivi scientifici dello studio, che spaziano dalla descrizione della convezione tropicale alla dinamica monsonica, fino all’interazione tra la BSISO e i fenomeni su scala sinottica e interannuale, come l’ENSO.

Ciascun prodotto rappresenta un pilastro osservativo o diagnostico nel quadro di un’analisi integrata, in cui la BSISO viene studiata non solo come fenomeno atmosferico isolato, ma anche nella sua capacità di modulare eventi meteorologici su larga scala e processi a più alta frequenza. Di seguito si analizzano nel dettaglio le caratteristiche e il ruolo di ciascun dataset.

1. OLR (Outgoing Longwave Radiation) — 1979–gennaio 2017

Il dataset NOAA interpolato dell’OLR costituisce uno dei principali strumenti diagnostici nella meteorologia tropicale. L’OLR misura la quantità di radiazione a lunga lunghezza d’onda emessa dalla Terra verso lo spazio, funzione della temperatura della superficie o delle cime nuvolose. In ambito tropicale, valori anormalmente bassi di OLR sono indicativi di forte convezione profonda associata a nubi cumulonembi.

Nel contesto di questo studio, l’OLR è utilizzato per la derivazione dell’indice ISO bimodale, che consente la distinzione tra la modalità BSISO (estiva) e MJO (invernale), sulla base della struttura spazio-temporale delle anomalie convettive. Grazie alla lunga serie storica (quasi quattro decenni), il dataset permette un’analisi climatologica robusta della variabilità intra-stagionale tropicale.

2. APHRODITE — 1979–2007

Il dataset APHRODITE (Asian Precipitation – Highly Resolved Observational Data Integration Towards Evaluation) fornisce dati giornalieri di precipitazione terrestre su griglia ad alta risoluzione, derivati da un’ampia rete di stazioni pluviometriche distribuite in Asia.

Questo dataset è particolarmente rilevante per analizzare la relazione tra la BSISO e la modulazione delle precipitazioni monsoniche, in particolare in India, Indocina, Cina meridionale e arcipelaghi del Sud-Est asiatico. L’accuratezza spaziale di APHRODITE permette di valutare la risposta pluviometrica su scala regionale alle diverse fasi della BSISO, contribuendo alla comprensione dei meccanismi di attivazione e cessazione dei cicli convettivi.

3. LPSs (Monsoon Low-Pressure Systems) — 1979–2012

Questo archivio contiene informazioni sistematiche sui sistemi di bassa pressione monsonici (Monsoon Depressions e Lows), che rappresentano uno degli elementi dinamici centrali della variabilità intra-stagionale del monsone asiatico.

I LPSs sono tipicamente modulati dalla fase convettiva della BSISO, che ne influenza la frequenza, l’intensità e la traiettoria. Analizzarne le caratteristiche consente di valutare l’impatto dinamico della BSISO sui sistemi sinottici organizzati, contribuendo alla previsione del tempo su scala sub-stagionale.

4. IBTrACS (International Best Track Archive for Climate Stewardship) — 1979–2016

Il dataset IBTrACS, sviluppato dalla NOAA, costituisce l’archivio globale più completo per la documentazione dei cicloni tropicali (TC). Integra i tracciati forniti da varie agenzie meteorologiche (inclusi dati su intensità, posizione e durata) e consente una valutazione comparativa su scala inter-bacino.

Nel presente studio, IBTrACS è impiegato per analizzare come la BSISO moduli le condizioni di genesi e sviluppo dei cicloni tropicali, in particolare nel bacino dell’Oceano Indiano e del Pacifico occidentale, dove le fasi attive della BSISO creano ambienti favorevoli alla ciclogenesi.

5. JRA-55 (Japanese 55-year Reanalysis) — 1979–2016

La rianalisi JRA-55, prodotta dalla Japan Meteorological Agency (JMA), fornisce una ricostruzione coerente e assimilata dell’atmosfera globale su scala sinottica e climatologica, con copertura completa su più decenni. Include variabili essenziali quali vento, temperatura, pressione, geopotenziale e vorticità.

In questo lavoro, JRA-55 viene utilizzata per analizzare i campi dinamici associati alla propagazione della BSISO, come i pattern di circolazione troposferica, le risposte rossbiane e la struttura verticale dei disturbi convettivi.

6. SST (Sea Surface Temperature) — settembre 1981–2017

Il dataset di temperatura superficiale del mare (SST) deriva dal prodotto OISST V2 (Optimum Interpolation Sea Surface Temperature), che integra osservazioni da satellite, boe e navi. Esso costituisce una base fondamentale per l’analisi delle anomalie termiche oceaniche, in particolare nei bacini tropicali.

La SST rappresenta un controllo termodinamico cruciale per lo sviluppo e la propagazione della convezione tropicale. L’interazione tra la BSISO e le condizioni di fondo imposte da eventi ENSO (El Niño/La Niña) è indagata attraverso l’analisi congiunta delle SST e dell’indice MEI.

7. MEI (Multivariate ENSO Index) — 1979–2016

L’indice MEI, elaborato dalla NOAA, sintetizza diverse variabili atmosferiche e oceaniche (SST, pressione al livello del mare, vento zonale, copertura nuvolosa) per quantificare lo stato del sistema ENSO. Rispetto ad altri indici ENSO, il MEI ha il vantaggio di considerare congiuntamente più indicatori, offrendo una misura integrata della variabilità interannuale tropicale.

Nel contesto della BSISO, l’indice MEI viene utilizzato per distinguere gli episodi di El Niño e La Niña, valutandone l’impatto sul comportamento, la frequenza e la propagazione degli eventi intra-stagionali.

8. TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) — 1998–2018

Infine, il dataset TRMM 3B42 v7 fornisce una stima della precipitazione tropicale ad alta risoluzione spaziale (0.25°) e temporale (3 ore), ottenuta dalla combinazione di sensori radar e microonde montati a bordo del satellite TRMM.

Il TRMM è cruciale per lo studio delle fasi attive della BSISO, consentendo di mappare in dettaglio l’estensione, l’intensità e l’evoluzione temporale dei cluster convettivi tropicali. La sua elevata risoluzione temporale lo rende particolarmente utile per lo studio dei processi mesoscalari innescati o modulati dalla BSISO.

Conclusioni

L’integrazione dei dataset riportati in Tabella 1 consente un approccio osservativo solido e multidimensionale allo studio della BSISO. La combinazione di prodotti satellitari, rianalisi, archivi sinottici e osservazioni da terra fornisce un quadro completo della variabilità intra-stagionale tropicale, delle sue interazioni con il sistema monsonico e delle sue implicazioni per la previsione meteorologica e climatica su scala sub-stagionale.

Questa architettura osservativa multidataset rappresenta un modello virtuoso per gli studi climatici ad alta complessità dinamica, offrendo la base empirica per lo sviluppo e la verifica di teorie e modelli numerici dedicati alla variabilità tropicale.

Costruzione e significato dell’indice bimodale dell’oscillazione intra-stagionale (ISO): un approccio diagnostico alla distinzione stagionale tra BSISO e MJO

Nel tentativo di quantificare e distinguere in maniera oggettiva le differenti modalità attraverso cui si manifesta la variabilità intra-stagionale tropicale, Kikuchi et al. (2012) hanno proposto un indice diagnostico bimodale dell’ISO, successivamente perfezionato in una versione aggiornata da Kikuchi (2020). Tale indice si basa su una metodologia multistep che integra filtraggio temporale, decomposizione spazio-temporale e classificazione statistica delle anomalie convettive osservate nel dominio tropicale.

1. Isolamento della componente intra-stagionale

Il primo passo metodologico consiste nell’isolare la componente di variabilità atmosferica che opera su scale temporali comprese tra 25 e 90 giorni. A tal fine, si applica ai dati di radiazione a onda lunga uscente (OLR) un filtro passa-banda di tipo Lanczos, in grado di rimuovere sia i segnali ad alta frequenza (come la variabilità diurna o sinottica) sia quelli su scala stagionale o interannuale. Il risultato di questa procedura è una serie temporale di anomalie OLR puramente intra-stagionali, che costituisce la base per l’analisi successiva.

2. Decomposizione spazio-temporale mediante EEOF

La fase successiva prevede l’applicazione dell’analisi delle funzioni ortogonali estese (EEOF), una tecnica che consente di catturare il comportamento spazio-temporale di strutture variabili nel tempo, tenendo conto dell’evoluzione laggata del sistema. In particolare, l’analisi è condotta utilizzando tre fasi temporali consecutive: 10 giorni prima, 5 giorni prima e il giorno corrente.

Per tener conto delle differenze stagionali nel comportamento dell’ISO, l’analisi EEOF viene eseguita separatamente per i due semestri dell’anno:

• Stagione estiva boreale (giugno–ottobre, JJASO), associata alla modalità BSISO;
• Stagione invernale boreale (dicembre–aprile, DJFMA), associata alla modalità MJO.

Le prime due funzioni ortogonali estese identificate per ciascuna stagione rappresentano i due pattern dominanti di variabilità convettiva: esse descrivono, rispettivamente, la struttura tipica della BSISO in estate e della MJO in inverno.

3. Costruzione degli indici diagnostici

Una volta ottenuti i pattern principali di variabilità convettiva per ciascuna stagione, questi vengono utilizzati come basi di proiezione per ricostruire l’evoluzione temporale dell’ISO sull’intero periodo di osservazione. Ciò avviene attraverso la proiezione dei campi OLR filtrati (e laggati) sui pattern EEOF estivi e invernali, generando così due serie temporali distinte, che rappresentano rispettivamente:

• L’attività della modalità BSISO;
• L’attività della modalità MJO.

4. Classificazione dello stato dell’ISO

Per ogni giorno del periodo analizzato, si valuta l’intensità dell’ISO proiettato lungo le modalità BSISO e MJO. A partire da questa valutazione, ogni data viene classificata in uno dei seguenti tre stati:

• BSISO significativo: quando la modalità estiva domina con ampiezza rilevante;
• MJO significativo: quando prevale la modalità invernale;
• ISO non significativo: quando nessuna delle due modalità supera la soglia di significatività.

La significatività viene valutata in base all’ampiezza combinata delle componenti principali (PC1 e PC2), che riflettono il grado di somiglianza del segnale osservato con i pattern EEOF identificati per ciascuna stagione. Per rendere il confronto omogeneo, si utilizzano anche versioni normalizzate delle componenti, calcolate rispetto alla deviazione standard del periodo di riferimento.

5. Implicazioni stagionali e natura bimodale dell’ISO

La Figura 2 del lavoro mostra i pattern spaziali delle prime due EEOF per JJASO e DJFMA, rivelando in modo chiaro la diversità strutturale tra le due modalità: la BSISO presenta una propagazione meridionale verso nord e un’anomalia convettiva confinata prevalentemente sull’Oceano Indiano e Pacifico occidentale, mentre la MJO si distingue per la propagazione zonale verso est, più marcata sul Pacifico centrale.

La Figura 3 presenta invece la frequenza mensile di occorrenza degli eventi ISO significativi, sulla base della classificazione sopra descritta. Dai risultati emerge con chiarezza la natura bimodale dell’ISO: la modalità BSISO risulta dominante nei mesi estivi (JJASO), mentre la modalità MJO prevale nei mesi invernali (DJFMA). I mesi di maggio e novembre risultano invece come periodi di transizione, in cui l’attività ISO non è chiaramente riconducibile a una delle due modalità.

6. Validazione indipendente del concetto di bimodalità

Il carattere bimodale dell’oscillazione intra-stagionale tropicale identificato da Kikuchi et al. è stato successivamente confermato anche da altri studi, basati su approcci alternativi. In particolare, Kiladis et al. (2014) hanno evidenziato una transizione stagionale nei pattern EOF calcolati giorno per giorno, mentre Szekely et al. (2016), utilizzando tecniche avanzate di decomposizione spettrale non lineare, hanno identificato in modo naturale due famiglie distinte di modalità intra-stagionali – la BSISO e la MJO – nel campo della copertura nuvolosa tropicale.

Conclusioni

L’indice bimodale dell’ISO rappresenta uno strumento diagnostico potente per la caratterizzazione della variabilità convettiva tropicale su scala intra-stagionale, consentendo di distinguere tra le due principali modalità stagionali – BSISO e MJO – sulla base di criteri oggettivi, quantitativi e riproducibili. Tale approccio è particolarmente utile per:

• lo studio della ststagionalità dei fenomeni convettivi tropicali,
• la valutazione del comportamento climatico del monsone,
• il monitoraggio dell’attività convettiva in tempo reale,
• e l’inizializzazione dei modelli sub-stagionali.

La natura stagionale dell’ISO, la sua bimodalità e l’alternanza tra fasi BSISO e MJO costituiscono aspetti fondamentali della dinamica climatica tropicale e del suo impatto su scala globale.

Caratteristiche fondamentali della BSISO: contesto storico e descrizione della struttura evolutiva convettiva

L’Oscillazione Intra-Stagionale Estiva Boreale (BSISO) costituisce una delle espressioni più complesse e dinamiche della variabilità atmosferica tropicale su scala sub-stagionale. Le sue caratteristiche fondamentali si manifestano attraverso una combinazione distintiva di propagazione zonale verso est e propagazione meridiana verso nord, che la differenziano dalla controparte invernale, la Madden–Julian Oscillation (MJO). L’interesse per l’analisi sistematica di tale modalità non è immediatamente emerso nella letteratura scientifica, nonostante la sua presenza fosse già implicita nelle osservazioni di variabilità convettiva tropicale.

Fu soltanto alla fine degli anni Settanta che la BSISO iniziò ad attirare l’attenzione della comunità scientifica in modo più diretto, grazie al contributo fondamentale di Yasunari (1979). In quello che Madden e Julian (1994) avrebbero successivamente definito come un vero e proprio “punto di svolta” concettuale, Yasunari dimostrò che la propagazione verso nord delle bande nuvolose e convettive sul subcontinente indiano era coerente con una propagazione verso est più ampia nel dominio tropicale, suggerendo un’influenza organizzatrice dell’ISO sui cicli attivo/pause del monsone estivo asiatico. Tale intuizione fu ulteriormente confermata da una serie di lavori successivi (Yasunari 1980, 1981; Sikka e Gadgil 1980; Krishnamurti e Subrahmanyam 1982), che contribuirono a consolidare la visione della BSISO come componente centrale della dinamica convettiva monsonica.

L’avvento, negli anni Ottanta, di serie temporali globali di radiazione a onda lunga uscente (OLR) e di dataset di analisi oggettive della circolazione atmosferica, permise finalmente di descrivere in modo statisticamente robusto le strutture spaziali associate all’ISO e il suo ciclo stagionale. In particolare, studi come quelli di Lau e Chan (1986), Knutson e Weickmann (1987) e Wang e Rui (1990) fornirono le basi osservative che avrebbero alimentato gran parte della conoscenza successiva sulla BSISO e sulla MJO, evidenziando come la loro manifestazione fosse strettamente legata al contesto termodinamico stagionale.

Un contributo rilevante alla comprensione della struttura dinamica e convettiva della BSISO è rappresentato dall’analisi dei compositi costruiti a partire dagli indici diagnostici BSISO e MJO, come definiti nell’ambito dell’indice ISO bimodale (si veda Kikuchi 2020). Tali compositi, mostrati nella Figura 4, consentono di visualizzare l’evoluzione tipica dell’attività convettiva e della circolazione troposferica inferiore nel corso di un ciclo completo della BSISO, offrendo un quadro sintetico ma dettagliato della sua morfologia spazio-temporale.

Nel primo stadio evolutivo (fase 1), la convezione associata alla BSISO inizia a manifestarsi nella regione dell’Oceano Indiano centrale, in genere come un’anomalia convettiva localizzata. Nella fase 2, tale convezione si intensifica e assume una forma allungata, prefigurando la sua futura biforcazione.

La fase 3 è caratterizzata da una differenziazione spaziale del segnale convettivo, che si suddivide in due componenti distinte: una che si propaga verso est lungo l’equatore, e l’altra che si estende verso nord o nord-ovest, interessando il settore settentrionale dell’Oceano Indiano. Questa biforcazione dinamica rappresenta un elemento peculiare della BSISO, che la distingue dalla MJO invernale.

Nel prosieguo dell’evoluzione, durante la fase 4, la componente che si propaga verso nord tende ad occupare l’intero subcontinente indiano, contribuendo all’attivazione della convezione monsonica su larga scala. Contestualmente, la componente orientale raggiunge il Pacifico occidentale, dando origine a una banda convettiva allungata, con asse diagonale da nord-ovest a sud-est, che rappresenta uno dei tratti distintivi più noti della BSISO.

La fase 5 consolida ulteriormente tale configurazione: la banda convettiva assume massima estensione e coerenza spaziale, fungendo da connettore dinamico tra il ramo nordward e quello eastward della perturbazione convettiva.

Nel ciclo successivo, nella fase 6, si osserva un progressivo dissolvimento della componente settentrionale, mentre la convezione sul Pacifico occidentale inizia a traslare verso nord-ovest, seguendo una traiettoria tipica della circolazione estiva nelle regioni tropicali del Pacifico. In parallelo, seppur in forma più attenuata, si osserva anche un segnale convettivo propagante verso est lungo la Zona di Convergenza Intertropicale (ITCZ) del Pacifico equatoriale.

Le fasi 7 e 8 rappresentano la parte terminale del ciclo della BSISO: la convezione attiva sul Pacifico nord-occidentaleprosegue il proprio spostamento nord-occidentale, ma con intensità progressivamente decrescente. Al contempo, la componente convettiva lungo l’ITCZ continua la sua propagazione zonale verso est, estendendosi fino al settore orientale del Pacifico settentrionale.

Durante l’intero ciclo di vita della BSISO, l’elemento convettivo che si propaga verso nord si presenta fortemente accoppiato a strutture cicloniche nei bassi livelli troposferici, suggerendo l’esistenza di un’interazione dinamica tra convezione profonda e circolazione atmosferica a scala sinottica.La distinzione dinamica tra le due principali modalità di variabilità intra-stagionale tropicale — la BSISO e la MJO — trova origine, in maniera inequivocabile, nelle differenze stagionali delle condizioni al contorno, in particolare nella distribuzione spaziale della temperatura superficiale del mare (SST). La propagazione verso nord della convezione BSISO osservata sull’Oceano Indiano settentrionale (IO) e sul Pacifico occidentale settentrionale (WNP) è favorita dalla presenza, in quei bacini, di valori di SST elevati durante la stagione estiva boreale, come evidenziato dalla climatologia stagionale mostrata in figura (cfr. Fig. 1a). Tali acque calde forniscono l’energia termodinamica necessaria per sostenere la convezione profonda e la successiva organizzazione su larga scala. Per contro, durante l’inverno boreale, le SST assumono una struttura più simmetrica rispetto all’equatore, con una fascia di valori estremamente elevati (superiori ai 28 °C) che si estende più marcatamente verso ovest nel settore centrale e occidentale dell’Oceano Indiano (Fig. 1b). Questa configurazione stagionale differenziale costituisce una delle chiavi interpretative della diversa evoluzione spaziale delle anomalie convettive tra MJO e BSISO.

Per comprendere in modo più diretto i processi convettivi reali all’interno dell’inviluppo attivo della BSISO, si fa riferimento a un caso osservativo documentato mediante immagini satellitari all’infrarosso, rappresentato in figura (Fig. 5). L’evento selezionato corrisponde alla fase 6 del ciclo BSISO, una fase caratterizzata tipicamente da una banda convettiva obliqua estesa lungo un asse nordovest–sudest, come documentato nei compositi OLR (si veda Fig. 4a). L’esempio scelto evidenzia il ruolo centrale dei sistemi convettivi a mesoscala (MCSs), che rappresentano i blocchi costruttivi fondamentali sia per la BSISO sia per la MJO. Sebbene le dimensioni e la morfologia dei MCS possano variare sensibilmente da un evento all’altro (Houze, 2004), questo caso studio offre comunque elementi rappresentativi dei meccanismi dominanti.

Nell’occasione descritta, la banda convettiva osservata tra il Mar Arabico e il Mar Cinese Meridionale (SCS) si compone di tre sistemi ciclonici ben strutturati: Maha nel Mar Arabico, Bulbul nella Baia del Bengala (BOB), e Nakrisul SCS. L’esame dettagliato delle immagini mostra che la posizione di ciascun ciclone coincide, con buona approssimazione, con i centri convettivi e le circolazioni cicloniche nei bassi livelli già identificati nei compositi della stessa fase. Questa sovrapposizione spaziale suggerisce che durante eventi individuali di BSISO, i MCS tendano a svilupparsi in aree privilegiate, anche se la loro organizzazione e intensità possono variare ampiamente. È altresì significativo osservare che il mese di novembre, periodo in cui si è verificato l’evento mostrato, rappresenta una fase stagionale favorevole allo sviluppo di cicloni tropicali nell’Oceano Indiano settentrionale (Kikuchi e Wang, 2010). Tale contesto termodinamico spiega probabilmente perché, in questo caso specifico, i MCS abbiano assunto la forma di TCs (tropical cyclones), piuttosto che di complessi convettivi meno organizzati.

Per sintetizzare l’evoluzione tipica della BSISO, si fa riferimento a uno schema concettuale (Fig. 6) che rappresenta le fasi del ciclo convettivo sovrapposte ai campi di vento nei bassi livelli e alle anomalie di SST. Questo schema è costruito a partire dai compositi analizzati in precedenza e fornisce un riferimento interpretativo sintetico ma efficace. All’avvio del ciclo, in fase 1, la convezione principale della BSISO emerge sull’Oceano Indiano centrale, mentre nel Pacifico nord-orientale (ENP) si osserva ancora una convezione residua, ereditata dalla fase terminale del ciclo precedente. Parallelamente, anomalie positive di SST persistono sull’Oceano Indiano settentrionale, frutto della precedente fase convettivamente soppressa.

Con il progredire del ciclo, in fase 3, si osserva lo sviluppo di MCSs sul settore settentrionale dell’Oceano Indiano, accompagnati da evidenti circolazioni cicloniche nei bassi livelli. Allo stesso tempo, nelle regioni equatoriali, la convezione si propaga verso est, sospinta da venti orientali al suolo lungo la fascia equatoriale. Nella successiva fase 5, il ramo orientale della convezione raggiunge il Pacifico occidentale equatoriale, mentre ulteriori sistemi convettivi, ancora una volta associati a cicloniche di bassa quota, si sviluppano sia sul settore nord dell’Oceano Indiano sia nel Mar Cinese Meridionale.

In fase 7, la propagazione verso est del ramo equatoriale continua, portando l’attività convettiva verso l’ENP, mentre nel frattempo la convezione sul settore indiano settentrionale tende a dissolversi. In parallelo, nel Pacifico occidentale settentrionale, la componente convettiva che si muove verso nord-ovest raggiunge l’area del Mare delle Filippine, segnando l’evoluzione finale della cellula attiva.

Nel corso dell’intero ciclo, emerge una regolarità dinamico-termica importante: le anomalie positive di SST tendono a precedere l’attivazione convettiva associata alla BSISO di circa un quarto di ciclo. Questa relazione di fase tra oceano e atmosfera rappresenta un indicatore chiave dell’accoppiamento tra forzante termodinamica superficiale e risposta convettiva su scala sub-stagionale.

Interpretazione della Figura 2: evoluzione spazio-temporale della convezione ISO attraverso analisi EEOF

La Figura 2 fornisce una rappresentazione dettagliata dell’evoluzione dei principali modelli convettivi associati all’oscillazione intra-stagionale (ISO) nelle regioni tropicali durante le stagioni boreali estiva e invernale. Tale rappresentazione è ottenuta mediante l’applicazione dell’Extended Empirical Orthogonal Function (EEOF) analysisalle anomalie di radiazione a onda lunga uscente (OLR), filtrate su scala temporale compresa tra 25 e 90 giorni. I campi mostrati derivano da un’analisi condotta sul periodo 1979–gennaio 2017, utilizzando due intervalli stagionali distinti: JJASO (giugno–ottobre), corrispondente alla BSISO, e DJFMA (dicembre–aprile), tipico della MJO.

Metodologia e struttura della figura

La figura è articolata in due sezioni principali:

• Parte superiore (pannelli a): descrive la modalità BSISO, associata alla stagione estiva boreale.
• Parte inferiore (pannelli b): illustra la modalità MJO, corrispondente alla stagione invernale boreale.

In ciascuna sezione, sono rappresentati i primi due EEOFs (EEOF1 ed EEOF2), che spiegano rispettivamente una parte significativa della varianza del segnale convettivo intra-stagionale (indicata in percentuale sopra ogni pannello). Ogni EEOF è visualizzato su tre tempi distinti: giorno -10, giorno -5 e giorno 0, i quali descrivono l’evoluzione spazio-temporale tipica della convezione associata alle due modalità ISO in fase iniziale.

Gli EEOF sono normalizzati moltiplicando per una deviazione standard delle rispettive componenti principali (PCs), calcolate sul medesimo intervallo stagionale, in modo da garantire che le ampiezze rappresentate riflettano l’intensità caratteristica di un evento significativo.

Dinamiche convettive della BSISO (pannelli a)

L’evoluzione convettiva associata alla BSISO è chiaramente asimmetrica rispetto all’equatore e caratterizzata da una propagazione combinata nord-orientale ed equatoriale. Nei giorni precedenti alla fase 0, la convezione si sviluppa inizialmente sul bacino dell’Oceano Indiano centrale, per poi intensificarsi e allungarsi lungo un asse nord-ovest–sud-est, coinvolgendo il subcontinente indiano, il Mar Arabico, il Golfo del Bengala e il Mar Cinese Meridionale. In particolare:

• EEOF2 mostra l’espansione meridionale-nordorientale della convezione sull’Oceano Indiano settentrionale.
• EEOF1 evidenzia lo sviluppo della convezione equatoriale diretta verso il Pacifico occidentale.

Questa doppia propagazione – zonalmente verso est e meridionalmente verso nord – costituisce una delle firme dinamiche più distintive della BSISO, con importanti implicazioni per la variabilità del monsone asiatico e la genesi ciclonica tropicale.

Dinamiche convettive della MJO (pannelli b)

Al contrario, la modalità MJO presenta un’evoluzione spaziale fortemente simmetrica rispetto all’equatore. I nuclei convettivi si sviluppano sull’Oceano Indiano equatoriale occidentale (giorno -10), si rafforzano (giorno -5) e successivamente si spostano verso il Pacifico equatoriale occidentale (giorno 0). In questo caso:

• EEOF1 descrive la propagazione zonalmente coerente della convezione.
• EEOF2 evidenzia la risposta convettiva laterale e la modulazione dell’attività convettiva sul lato ovest della perturbazione principale.

La struttura più simmetrica e il pattern di propagazione marcatamente equatoriale e verso est riflettono le caratteristiche classiche della MJO, dominata da interazioni tra onde di tipo Kelvin e Rossby in un contesto termodinamico controllato dalle elevate temperature superficiali marine e dalla configurazione della circolazione atmosferica invernale.

Importanza della rappresentazione EEOF

L’approccio EEOF consente di catturare la dimensione evolutiva e laggata dei disturbi convettivi tropicali, rappresentando metà del ciclo di vita tipico della ISO. La combinazione di EEOF1 e EEOF2 costituisce, pertanto, un quadro completo dell’evoluzione convettiva nei due regimi stagionali. Questo tipo di analisi è particolarmente utile sia per la caratterizzazione diagnostica dei pattern ISO, sia per lo sviluppo di indici operativi e modelli previsionali avanzati.

Analisi stagionale della frequenza di occorrenza dell’oscillazione intrastagionale significativa (ISO): interpretazione della Figura 3

La Figura 3 fornisce una rappresentazione sintetica ma estremamente informativa della distribuzione mensile dell’attività intrastagionale significativa (ISO) nelle regioni tropicali, distinguendo tra le due modalità principali di variabilità su scala sub-stagionale: la Madden–Julian Oscillation (MJO) e la Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO). Entrambe le modalità sono manifestazioni dell’oscillazione intrastagionale tropicale, ma differiscono profondamente nei loro comportamenti dinamici, nelle stagioni di prevalenza e negli impatti atmosferici e climatici. L’analisi si basa sull’indice bimodale sviluppato da Kikuchi et al. (2012) e aggiornato in Kikuchi (2020), che consente di classificare in modo oggettivo ciascun giorno come associato a un evento MJO significativo, un evento BSISO significativo o a condizioni ISO insignificanti, mediante l’analisi di componenti principali derivate da anomalie di radiazione a onde lunghe in uscita (OLR).

Struttura della figura e metodologia di costruzione

La figura mostra un diagramma a barre che riporta, mese per mese, la frequenza normalizzata di occorrenza di giorni in cui l’ISO è stato identificato come significativamente attivo, suddiviso tra:

• MJO (in blu): prevalente durante i mesi invernali boreali;
• BSISO (in rosso): attivo prevalentemente nella stagione estiva boreale.

La normalizzazione della frequenza è effettuata rispetto al numero totale di giorni disponibili per ciascun mese, garantendo un confronto equo tra i diversi periodi dell’anno, a prescindere dalla lunghezza mensile o dalla variabilità della disponibilità dei dati. In questo modo, il grafico consente una visualizzazione chiara dell’alternanza stagionale tra i due modi principali dell’ISO.

Evidenze scientifiche principali

L’analisi mostra che:

• Il modo MJO domina in modo netto nel periodo dicembre–aprile, con massimi valori di frequenza nei mesi di gennaio, febbraio e marzo. Questo comportamento è coerente con la struttura simmetrica equatoriale della MJO e con la presenza di elevate temperature della superficie marina (SST) nel bacino indo-pacifico occidentale durante la stagione invernale, che fornisce l’energia necessaria a sostenere la propagazione convettiva est-ovesttipica di questa modalità.
• Il modo BSISO, al contrario, mostra una marcata predominanza tra giugno e ottobre, con picchi di frequenza nei mesi di luglio, agosto e settembre. Questo periodo coincide con la fase attiva del monsone estivo asiatico, e la BSISO si manifesta attraverso la propagazione convettiva verso nord e nordovest nel bacino dell’Oceano Indiano settentrionale e nel Pacifico occidentale. Tali strutture convettive sono strettamente associate alle oscillazioni intra-mensili del monsone indiano, ai cicli attivo-pausa e ai fenomeni ciclonici tropicali.
• I mesi di maggio e novembre rappresentano delle fasi di transizione, in cui nessuna delle due modalità è dominante. Questo riflette la transizione stagionale della circolazione atmosferica tropicale, in cui la struttura convettiva e la risposta dinamica del sistema climatico passano progressivamente da una configurazione a prevalenza equatoriale (tipica del MJO) a una configurazione più emisferica e modulata dalla latitudine (tipica del BSISO), e viceversa.

Rilevanza climatica e applicazioni operative

La chiara separazione stagionale tra i due modi principali dell’ISO, ben evidenziata dalla Figura 3, rappresenta un risultato chiave per la comprensione della dinamica tropicale e per il miglioramento delle previsioni sub-stagionali. In particolare:

• La predominanza del MJO durante l’inverno boreale è associata a importanti teleconnessioni extratropicali che influenzano la circolazione emisferica, la modulazione della NAO (North Atlantic Oscillation) e la previsione di eventi estremi in Europa e Nord America.
• La presenza del BSISO durante l’estate boreale è cruciale per la previsione dell’intensità e della fase del monsone asiatico, con impatti diretti su agricoltura, risorse idriche e rischio di inondazioni o siccità in Asia meridionale.

In ambito operativo, la possibilità di distinguere tra MJO e BSISO e di monitorarne la frequenza e la fase mediante indici oggettivi consente alle agenzie meteorologiche di:

• migliorare la qualità delle previsioni a 15–30 giorni,
• identificare finestre di vulnerabilità climatica stagionale,
• anticipare fasi favorevoli allo sviluppo di cicloni tropicali e temporali convettivi su larga scala.

Conclusioni metodologiche

L’utilizzo dell’indice bimodale dell’ISO costituisce uno strumento innovativo e solido per caratterizzare la variabilità sub-stagionale tropicale. La Figura 3 rappresenta un’evidenza empirica della natura bifasica stagionale dell’ISO e della necessità di considerare distintamente MJO e BSISO nella modellazione climatica, nella previsione operativa e negli studi sui meccanismi di teleconnessione globale.

Analisi scientifica della Figura 4: Ciclo di vita composito della BSISO e della MJO

La Figura 4 illustra il ciclo di vita composito della Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) e della Madden-Julian Oscillation (MJO), due manifestazioni dominanti della variabilità atmosferica intrastagionale nei tropici. Entrambe le serie di pannelli (a) e (b) descrivono l’evoluzione spaziale e temporale dell’attività convettiva, rappresentata tramite anomalie della radiazione a onda lunga in uscita (OLR) espresse in W m⁻² (ombreggiature), e i corrispondenti pattern di circolazione atmosferica nei bassi strati, indicati tramite linee di flusso a 850 hPa. Ogni figura include otto fasi, numerate da 1 a 8, che delineano il ciclo completo dell’oscillazione, dalla sua genesi all’esaurimento.

Caratteristiche della BSISO (pannello a)

Nel ciclo della BSISO, si osserva una pronunciata propagazione convettiva verso nord e nordovest, coerente con la sua natura stagionale e la stretta associazione con la circolazione monsonica asiatica. La fase iniziale (fase 1) è caratterizzata dalla nascita di intense anomalie negative di OLR (indicanti convezione profonda) nel settore centrale dell’Oceano Indiano. Nei successivi stadi evolutivi (fasi 2 e 3), la convezione si intensifica e biforca, sviluppandosi in due direzioni principali: una componente orientale lungo l’equatore e una componente settentrionale che si dirige verso l’India peninsulare.

Durante le fasi intermedie (fasi 4 e 5), il pattern convettivo si estende a coprire l’intero subcontinente indiano e si prolunga verso est fino al Pacifico occidentale, formando una banda convettiva inclinata NW-SE. A queste fasi si associa un marcato rinforzo delle circolazioni cicloniche a bassa quota che facilitano la risalita dell’umidità e la ventilazione convettiva. Nelle fasi finali (6–8), la convezione nel Mar Arabico tende a dissolversi, mentre quella nel Pacifico occidentale si intensifica e si propaga verso il Mar delle Filippine e l’Oceano Pacifico orientale.

Caratteristiche della MJO (pannello b)

In contrasto, la MJO presenta una struttura più simmetrica rispetto all’equatore e una propagazione convettiva prevalentemente zonale, ovvero orientata da ovest verso est. La convezione si manifesta inizialmente nell’Oceano Indiano occidentale (fase 1), attraversa l’equatore e avanza progressivamente verso il Pacifico centrale e orientale nelle fasi successive. A differenza della BSISO, non si osserva una significativa propagazione meridionale o settentrionale, e la risposta dinamica nei bassi strati è più ampia in direzione meridionale, riflettendo l’influenza dei moti di tipo Rossby.

Metodologia e significatività statistica

La composizione dei cicli è stata effettuata sulla base di un numero elevato di campioni (tra 558 e 641 per la BSISO, tra 412 e 488 per la MJO), riportati in alto a destra in ciascun pannello. Le anomalie OLR mostrate sono limitate a quelle statisticamente significative al livello del 99%, secondo un test t di Student, tenendo conto della persistenza temporale delle configurazioni atmosferiche. Le linee di flusso, invece, rappresentano la circolazione media composita e non sono sottoposte a test di significatività.

Implicazioni scientifiche

L’analisi della Figura 4 rivela come le due modalità oscillanti, pur condividendo alcuni meccanismi dinamici di base legati alla convezione tropicale, presentino differenze sostanziali nel comportamento spaziale e nel ruolo climatico. La BSISO risulta essere fortemente modulata dalle condizioni superficiali dell’Oceano Indiano settentrionale e dalla variabilità monsonica, mentre la MJO rappresenta una struttura più globalmente coerente lungo la fascia equatoriale. Entrambe le oscillazioni esercitano un impatto cruciale sulla predicibilità sub-stagionale e sullo sviluppo di eventi meteorologici estremi come i cicloni tropicali, le ondate di calore e le piogge monsoniche.

Pertanto, la comprensione dettagliata delle fasi evolutive evidenziate nella Figura 4 costituisce un elemento fondamentale per il miglioramento delle capacità previsionali nei tropici e nelle medie latitudini, specialmente durante i periodi di transizione stagionale.

Figura 5 – Analisi dettagliata e scientifica di un evento BSISO significativo attraverso immagini satellitari IR

La Figura 5 presenta un’istantanea dell’immagine satellitare nel canale dell’infrarosso (IR), ottenuta da dati combinati (“merged IR”), riferita al 5 novembre 2019, un giorno rappresentativo della fase 6 della Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO). Questo caso di studio costituisce un esempio emblematico dell’interazione tra la BSISO e la ciclogenesi tropicale, mostrando come la convezione organizzata su scala intrastagionale possa fornire un ambiente favorevole per lo sviluppo e l’intensificazione di sistemi tropicali.

Durante questo evento, tre cicloni tropicali si sono formati o intensificati in corrispondenza di aree caratterizzate da forti anomalie negative di radiazione uscente a onda lunga (OLR), che indicano la presenza di convezione profonda e persistente. Nello specifico:

• Il ciclone Maha è localizzato sul Mar Arabico (Arabian Sea). Al momento dell’osservazione, il sistema risultava indebolito, ma si era precedentemente formato all’interno del contesto convettivo favorevole generato dalla fase ascendente della BSISO.
• Il ciclone Bulbul, attivo nel Golfo del Bengala (Bay of Bengal, BOB), era in una fase di pieno sviluppo, mostrando una marcata struttura convettiva che riflette le dinamiche di rinforzo tipiche delle perturbazioni tropicali associate al ciclo BSISO.
• Il ciclone Nakri, situato nel Mar Cinese Meridionale (South China Sea, SCS), mostrava anch’esso caratteristiche di sistema maturo, indicativo del ruolo del BSISO nel fornire una configurazione atmosferica favorevole, in particolare tramite l’innesco di circolazioni cicloniche di basso livello.

La sovrapposizione del contorno verde indica la ricostruzione delle anomalie OLR associate alla BSISO, ottenute combinando le prime due Extended Empirical Orthogonal Functions (EEOF1 e EEOF2) e i corrispondenti componenti principali (PC1 e PC2). Il contorno evidenziato rappresenta il livello di −5 W/m², scelto per identificare in modo robusto le aree di significativa anomalia convettiva. Questo schema mette in luce la coerenza spaziale tra le anomalie convettive e le posizioni dei tre cicloni tropicali.

È importante notare che la disposizione dei sistemi convettivi, visibile nell’immagine IR attraverso le bande nuvolose fredde (colorazioni in blu e viola, corrispondenti a temperature radiative inferiori a 210 K), evidenzia una struttura convettiva organizzata lungo una diagonale nordovest–sudest, coerente con i pattern compositi identificati nella fase 6 del ciclo BSISO (come illustrato in Figura 4a). Questo suggerisce che la forzante intrastagionale non solo modula l’intensità della convezione tropicale, ma anche la sua collocazione geografica e la sua coevoluzione con vortici ciclonici di mesoscala.

In sintesi, la Figura 5 offre un’evidenza osservativa della capacità della BSISO di influenzare la genesi e l’evoluzione di cicloni tropicali in diverse aree del bacino indo-pacifico, attraverso la modulazione sinottica della convezione profonda e della circolazione di basso livello. Questo caso dimostra l’importanza operativa della BSISO nella previsione a medio termine degli eventi ciclonici e nella comprensione dei meccanismi di accoppiamento tra convezione tropicale e dinamica atmosferica su scala sub-stagionale.

Analisi scientifica dettagliata della Figura 6: il ciclo di vita del BSISO

La Figura 6 presenta una rappresentazione schematica delle principali fasi evolutive del BSISO – Boreal Summer Intraseasonal Oscillation – un fenomeno atmosferico di grande importanza per la variabilità tropicale e monsonica nella stagione estiva boreale. Questo sistema convettivo intrastagionale, con periodicità compresa tra 30 e 60 giorni, si sviluppa prevalentemente nell’Oceano Indiano e si propaga verso est, influenzando in modo significativo la circolazione atmosferica, le precipitazioni monsoniche e l’attività ciclonica su scala sub-stagionale.

Fase 1 – Inizio del ciclo e convezione isolata

Nella prima fase, il BSISO si manifesta attraverso un pattern convettivo ancora poco organizzato, con cellule temporalesche isolate principalmente situate nel settore orientale del bacino indo-pacifico. Le nuvole convettive, stilizzate nella figura come torri cumuliformi, indicano la presenza di convezione profonda ma localizzata. Le frecce arancioni simboleggiano i campi di vento a bassa quota (circolazione ciclonica e convergenza), già attivi in alcune regioni chiave, in particolare sul lato occidentale dell’India e sul Golfo del Bengala. In questa fase, la superficie oceanica comincia a mostrare anomalie termiche positive (SST > media climatologica) che contribuiscono all’instabilità atmosferica, pur non essendo ancora sufficientemente mature per sostenere la propagazione estesa del segnale convettivo.

Fase 3 – Crescita e intensificazione della convezione

Durante la fase 3, il BSISO entra in una fase di sviluppo e intensificazione. Le torri convettive diventano più numerose e cominciano a estendersi longitudinalmente. Questa attività si concentra nell’Oceano Indiano orientale e nel Golfo del Bengala, alimentata da:

• Anomalie positive di SST, che forniscono maggiore energia latente attraverso l’evaporazione.
• Convergenza dei venti zonali e meridionali nei bassi strati, che trasportano umidità da sud-ovest verso il cuore della cellula convettiva.
• Divergenza in quota (non mostrata nella figura), che favorisce l’ascensione e la ventilazione dell’aria calda e umida.

Questa fase è fondamentale per la transizione verso una struttura a larga scala, con il BSISO che si comporta come un sistema a propagazione eastward, modulando la convezione tropicale in zone chiave per l’attività monsonica asiatica.

Fase 5 – Maturità del sistema e massima espansione convettiva

La fase 5 rappresenta il culmine dell’attività convettiva associata al BSISO. Le torri convettive, nella rappresentazione grafica, si estendono su gran parte del bacino marittimo tropicale, dal Mar Arabico al Mar Cinese Meridionale. Il pattern atmosferico mostra una struttura coerente di circolazioni cicloniche a bassa quota (frecce arancioni a spirale), che si rafforzano in risposta alla latente instabilità troposferica.

Le anomalie di SST rimangono fortemente positive e risultano amplificate dal feedback oceano-atmosfera: l’intensa copertura nuvolosa riduce il riscaldamento diretto ma aumenta il contenuto di vapore acqueo atmosferico. Questa fase è spesso associata a:

• Piogge monsoniche abbondanti sull’Asia meridionale.
• Attivazione di cicloni tropicali nei bacini dell’Oceano Indiano e del Pacifico occidentale.
• Influssi su scale extratropicali, con modifiche alla posizione del getto subtropicale e alla genesi di onde planetarie.

Fase 7 – Decadimento della struttura convettiva

Nella fase 7, si osserva una netta riduzione dell’attività convettiva, che diventa più sparsa e disorganizzata. Le torri cumuliformi si fanno meno imponenti e distribuite su una superficie minore. In parallelo, si nota:

• Un’attenuazione delle anomalie di SST, causata dalla minore insolazione e dalla rimescolanza verticale legata alla convezione pregressa.
• Una progressiva divergenza a bassa quota, indicativa di subsidenza atmosferica e stabilizzazione dell’ambiente troposferico.
• Un indebolimento delle correnti cicloniche associate alla fase attiva.

Questa fase rappresenta la fine del ciclo convettivo e prepara l’ambiente alla successiva ripartenza del BSISO, talvolta innescata da nuove anomalie oceaniche o da interazioni con altre forzanti intrastagionali (es. MJO o onde di Kelvin equatoriali).

Implicazioni dinamiche e meteorologiche del BSISO

Il ciclo del BSISO ha implicazioni cruciali per la meteorologia tropicale e monsonica:

• Modulazione del monsone indiano e delle piogge stagionali in Asia.
• Condizionamento della genesi ciclonica in diversi bacini.
• Teleconnessioni sub-stagionali con fenomeni extratropicali (es. attivazione di blocchi sull’Eurasia).

Inoltre, la propagazione est-ovest del BSISO è coerente con il trasporto di calore, umidità e momento angolare atmosferico, influenzando la dynamics of the global monsoon system.

Riferimenti operativi e bibliografici

• IITM BSISO Monitoring: https://www.tropmet.res.in/bsiso.html
• NOAA Global Tropics Hazards Outlook: https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/ghazards/index.php
• Kikuchi, K., Wang, B., & Kajikawa, Y. (2012). BSISO: Eastward Propagation of Intra-Seasonal Convection. Journal of Climate, 25(12), 4312–4328. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-11-00240.1
• Lee, J. Y., & Wang, B. (2016). Mechanisms and predictability of the BSISO. Climate Dynamics, 46, 3787–3799.

3.2 Variazioni stagionali nella dinamica del BSISO

Un elemento chiave nella comprensione della Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) riguarda il modo in cui le sue caratteristiche evolvono nel corso della stagione estiva. Sebbene il BSISO sia riconosciuto come una modalità convettiva intrastagionale tipica dei mesi caldi dell’emisfero boreale, le sue proprietà spaziali e temporali possono variare sensibilmente tra l’inizio e la fine dell’estate. In tal senso, lo studio di Kemball-Cook e Wang (2001) ha evidenziato la possibilità che il comportamento della BSISO non sia statico, ma presenti distinzioni stagionali rilevanti, in particolare tra la fase precoce (maggio–luglio) e quella tardiva (settembre–novembre).

Per indagare tali variazioni, sono stati analizzati i vettori di propagazione della convezione intrastagionale sulla base del metodo di Wallace et al. (1988) e Lau e Lau (1990), in combinazione con la deviazione standard delle anomalie di radiazione a onde lunghe in uscita (OLR). I vettori sono stati calcolati su griglia completa, stimando la velocità media di traslazione dei massimi convettivi tra mappe di correlazione a -5 e +5 giorni. La stagione estiva è stata suddivisa in tre sotto-periodi: inizio estate (16 maggio – 15 luglio), metà estate (16 luglio – 15 settembre), e fine estate (16 settembre – 15 novembre).

I risultati indicano che, sebbene si osservino differenze nelle varianze spaziali delle anomalie OLR tra i tre sotto-periodi, le caratteristiche fondamentali della propagazione del BSISO rimangono sostanzialmente invariate. Nelle regioni tropicali a nord dell’equatore, emerge chiaramente una tendenza alla propagazione verso nord nei settori settentrionali dell’Oceano Indiano (IO), nel Mar Cinese Meridionale (SCS) e nella porzione occidentale del Pacifico nord-occidentale (WNP). Al contrario, nella porzione orientale del WNP prevale una propagazione verso ovest, mentre attorno all’equatore, in particolare tra l’area indonesiana e l’Oceano Indiano occidentale, domina una propagazione verso est, coerente con la struttura convettiva composita del BSISO.

Questa asimmetria nella direzione di propagazione, modulata dalle condizioni di latitudine e topografia oceanica, suggerisce che la struttura di base del BSISO è sufficientemente robusta da mantenere le sue modalità caratteristiche lungo l’intera stagione estiva, pur adattandosi alle variazioni locali di instabilità atmosferica, distribuzione di SST e circolazione monsonica.

Variazione della periodicità stagionale

Un altro aspetto rilevante della stagionalità del BSISO è la variazione della periodicità. Studi precedenti hanno stabilito che il BSISO oscilla tipicamente con un periodo di circa 30–40 giorni (Hartmann et al., 1992; Wang et al., 2006), leggermente inferiore rispetto a quello della Madden–Julian Oscillation (MJO), generalmente stimato attorno ai 45–50 giorni (Zhang e Dong, 2004). Tuttavia, recenti analisi spettrografiche, condotte sulle serie temporali dei componenti principali (PC) derivati dalle anomalie di OLR filtrate passa-alto, suggeriscono che tale periodicità non sia costante nel tempo.

L’applicazione della trasformata di Fourier e della trasformata wavelet ha permesso di distinguere tra la distribuzione media dell’energia spettrale e le sue variazioni istantanee nel corso della stagione. I risultati mostrano che, sebbene la periodicità media del BSISO nei mesi da giugno a ottobre (JJASO) si attesti intorno ai 50 giorni, questa aumenta progressivamente nel tempo: circa 40 giorni in inizio estate, fino a 50 giorni in fine estate.

Questo allungamento del ciclo può essere spiegato dalla dinamica non lineare dei singoli eventi convettivi. Sebbene la struttura modale del BSISO (analizzata tramite EEOF) suggerisca un ciclo tipico di circa 40 giorni, nella realtà operativa molti eventi mostrano fasi di stagnazione, in cui la propagazione si interrompe o rallenta a causa di forzanti locali (es. onde di Kelvin, shear del vento, feedback oceano-atmosfera). Queste fasi di rallentamento determinano un aumento apparente della periodicità complessiva.

Ad esempio, l’estate del 2008 ha rappresentato un caso in cui più eventi BSISO si sono succeduti in modo regolare, senza significative fasi di stagnazione, mantenendo un ciclo costante di circa 40 giorni per tutta la stagione. Questo suggerisce che la variabilità osservata nella periodicità (come indicato dalla wavelet transform in Figura 8b) rifletta differenze nell’efficienza con cui i singoli eventi riescono a completare il proprio ciclo convettivo.

Conclusione

In sintesi, la stagionalità del BSISO si manifesta non tanto con una radicale trasformazione delle sue caratteristiche dinamiche, quanto piuttosto con modulazioni progressive nella periodicità e nella variabilità spaziale delle anomalie convettive. La sua capacità di mantenere una struttura coerente di propagazione, pur adattandosi a condizioni di contorno variabili, ne fa un elemento chiave della variabilità tropicale estiva e un importante target per la previsione sub-stagionale delle precipitazioni monsoniche e dei pattern convettivi indopacifici.

📚 Riferimenti essenziali

• Kemball-Cook, S., & Wang, B. (2001). Equatorial waves and air–sea interaction in the boreal summer intraseasonal oscillation. Journal of Climate, 14(13), 2923–2942.
• Hartmann, D. L., & Maloney, E. D. (1992). The 30–60 day oscillation and the global climate system.
• Wang, B., et al. (2006). Dynamics of the intraseasonal oscillation.
• Zhang, C., & Dong, M. (2004). Seasonal cycles and intraseasonal variability in the tropical atmosphere.
• Torrence, C., & Compo, G. P. (1998). A practical guide to wavelet analysis. Bulletin of the American Meteorological Society, 79(1), 61–78.

Analisi stagionale della propagazione convettiva associata al BSISO: interpretazione della Figura 7

La Figura 7 fornisce una rappresentazione quantitativa e visiva dell’evoluzione spazio-temporale del BSISO (Boreal Summer Intraseasonal Oscillation) lungo la stagione estiva estesa (16 maggio – 15 novembre). In particolare, essa illustra la direzione e l’intensità media dei vettori di propagazione della convezione tropicale (in m/s) calcolati su mappe di correlazione a ±5 giorni di lag, e la deviazione standard delle anomalie intra-stagionali di OLR (Outgoing Longwave Radiation), espressa in W/m². Il campo colorato evidenzia la variabilità convettiva modulata dal BSISO, mentre i vettori bianchi o neri rappresentano la velocità e la direzione della propagazione convettiva osservata.

Per meglio analizzare la stagionalità del fenomeno, il periodo è suddiviso in tre sotto-intervalli:
(a) 16 maggio – 15 luglio (inizio estate),
(b) 16 luglio – 15 settembre (piena estate),
(c) 16 settembre – 15 novembre (fine estate/autunno boreale).

🔹 (a) Inizio estate: 16 maggio – 15 luglio

Durante questa fase iniziale, la struttura convettiva modulata dal BSISO è fortemente attiva nel settore occidentale dell’Oceano Indiano tropicale, con un’intensa variabilità intra-stagionale (aree rosso-arancio) centrata tra 60°E e 90°E, tra l’Equatore e 15°N. Si osserva una marcata propagazione verso nord nel settore nord-orientale dell’Oceano Indiano, coerente con l’avvio del monsone indiano. Questa configurazione è anche associata a un netto segnale di propagazione verso est lungo l’asse equatoriale, soprattutto tra il Mar Arabico e il Mar delle Molucche.

La coincidenza tra massima variabilità convettiva (alta deviazione standard OLR) e convergenza dei vettori suggerisce che il BSISO in questo periodo agisce come modulatore e innesco precoce della circolazione monsonica, fornendo condizioni favorevoli per l’attivazione dei moti ascendenti sulla penisola indiana e sull’area indonesiana.

🔹 (b) Piena estate: 16 luglio – 15 settembre

Nel cuore della stagione monsonica, il BSISO mostra una propagazione convettiva più estesa e strutturata, sia longitudinalmente che latitudinalmente. La variabilità convettiva si sposta e si amplia, occupando simultaneamente il settore indiano, il Mar Cinese Meridionale (SCS), il Borneo e le Filippine, con un secondo massimo nel Pacifico occidentale tra 120°E e 150°E.

I vettori di propagazione in questa fase sono multipli e divergenti:

• Si osserva una persistente propagazione verso nord sul subcontinente indiano, sull’Indocina e nel SCS, coerente con l’espansione e la maturità del monsone asiatico.
• In parallelo, emerge una propagazione estward equatoriale chiara e coerente tra 60°E e 150°E, indicativa del ruolo attivo del BSISO nel modulare la convezione zonale indo-pacifica.
• In alcune aree del Pacifico nord-occidentale, si nota anche una debole propagazione westward, compatibile con l’interferenza di altre onde tropicali (Kelvin, Rossby o MJO).

Questo periodo rappresenta la fase matura del BSISO, in cui il segnale convettivo riesce a interagire efficacemente con la struttura monsonica, contribuendo alla modulazione delle precipitazioni stagionali e alla variabilità sub-stagionale delle attività cicloniche.

🔹 (c) Fine estate e autunno: 16 settembre – 15 novembre

La fase terminale dell’estate boreale mostra una persistenza dell’attività convettiva intra-stagionale, con valori elevati della deviazione standard OLR in due principali settori:

• L’Oceano Indiano centrale-settentrionale (tra 60°E e 100°E)
• L’arcipelago indonesiano e il Pacifico occidentale equatoriale (tra 100°E e 150°E)

I vettori mostrano ancora:

• Una propagazione nordward attiva lungo il settore indo-birmano e il Mar delle Andamane.
• Una propagazione estward continua, seppur più debole rispetto alla fase centrale dell’estate.

Questa configurazione suggerisce che il BSISO mantiene una capacità di propagazione coerente anche in tarda stagione, pur in presenza di una graduale riduzione dell’energia convettiva disponibile. Tale comportamento è coerente con i processi di transizione monsonica verso la stagione secca, ma anche con il potenziale sviluppo di fenomeni post-monsonici come le perturbazioni cicloniche nell’Oceano Indiano nord-occidentale o i break period del monsone asiatico.

📊 Interpretazione dinamica integrata

Nel complesso, la Figura 7 evidenzia che, nonostante alcune differenze nella distribuzione spaziale e nell’intensità convettiva, il BSISO mantiene nel corso dell’estate le seguenti caratteristiche fondamentali:

• Propagazione nordward nelle latitudini tropicali/subtropicali dell’emisfero settentrionale, in sintonia con la dinamica del monsone indiano e del monsone dell’Asia orientale.
• Propagazione estward equatoriale persistente, segno distintivo delle onde convettive tropicali che agiscono in risposta al gradiente zonale di SST e al forcing di bassa frequenza.
• Presenza di modulazioni locali e regionali legate all’orografia, alle anomalie termiche oceaniche (SST) e all’interazione con altri modi intraseasonali (MJO, Kelvin, Rossby).

Queste caratteristiche rendono il BSISO un sistema oscillatorio estremamente rilevante per la previsione sub-stagionale del clima tropicale, con implicazioni dirette sulla gestione delle risorse idriche, sulla sicurezza alimentare e sulla pianificazione agricola nei Paesi del Sud-Est asiatico e dell’Oceano Indiano.

📚 Riferimenti operativi e bibliografici

• NOAA CPC BSISO page: https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/ghazards/
• IITM BSISO Monitoring: https://www.tropmet.res.in/bsiso.html
• Kemball-Cook, S., & Wang, B. (2001). Equatorial waves and air–sea interaction in the boreal summer intraseasonal oscillation. Journal of Climate, 14(13), 2923–2942.
• Kikuchi, K., Wang, B., & Kajikawa, Y. (2012). BSISO propagation and convective life cycles. Journal of Climate, 25(12), 4312–4328.
• Lau, K.-M., & Lau, W. K.-M. (1990). Observed structure and propagation characteristics of tropical convection. Journal of the Atmospheric Sciences, 47(5), 701–718.

Analisi spettrale climatologica del BSISO: interpretazione scientifica della Figura 8

La Figura 8 fornisce una visione approfondita della struttura temporale e frequenziale del primo componente principale (PC₁) associato al BSISO, derivato da anomalie filtrate passa-alto di OLR (Outgoing Longwave Radiation). L’analisi spettrale è condotta con un duplice approccio: mediante la trasformata di Fourier (per uno spettro medio di frequenze) e la trasformata wavelet (per uno spettro tempo-frequenza). Questo consente di esaminare sia la periodicità media climatologica del BSISO che le sue variazioni intrastagionali nel tempo durante la stagione estiva estesa (JJASO: giugno–ottobre).

Pannello (a) – Spettro medio di potenza del PC₁ durante JJASO

Il pannello (a) mostra lo spettro di potenza climatologico del PC₁, confrontando i risultati ottenuti con due metodi:

• Curva nera: spettro basato sulla trasformata di Fourier, che fornisce la distribuzione media dell’energia per ciascuna frequenza nel dominio delle frequenze.
• Punti verdi: spettro derivato dalla trasformata wavelet, calcolata e mediata nel tempo, che serve come verifica della coerenza dello spettro di Fourier.

L’asse verticale rappresenta la frequenza in cicli per giorno (cycle/day), mentre quello orizzontale mostra la potenza spettrale normalizzata. La porzione di spettro compresa tra 0.015 e 0.03 cycle/day (corrispondente a periodi di 33–66 giorni) è quella in cui si concentra la maggior parte dell’energia spettrale. Il massimo spettrale assoluto si colloca attorno a 0.022–0.025 cycle/day, equivalente a una periodicità media di circa 40–45 giorni.

Questo picco di energia identifica la banda caratteristica del BSISO, distinta dalla Madden–Julian Oscillation (MJO), che tipicamente presenta un massimo più spostato verso frequenze più basse (periodi di 45–60 giorni).

Il fatto che i due spettri (Fourier e wavelet) coincidano sostanzialmente attesta la robustezza diagnostica del segnale convettivo associato al BSISO.

Pannello (b) – Spettro wavelet climatologico del PC₁ nel tempo

Il pannello (b) mostra lo spettro wavelet tempo-frequenza del PC₁ come funzione del tempo (asse orizzontale) e della frequenza (asse verticale), durante il periodo compreso tra maggio e dicembre. La colorazione indica l’intensità dello spettro di potenza a ciascuna frequenza e tempo:

• Colori rossi e arancioni: massima energia (forte coerenza convettiva)
• Colori gialli e viola: energia decrescente
• Colori blu: debole segnale convettivo o assente

 Tendenze principali osservate:

• Nei mesi iniziali (maggio–giugno), il massimo di potenza è localizzato a frequenze più elevate (~0.025 cycle/day), corrispondenti a periodi di circa 40 giorni.
• Durante i mesi centrali (luglio–settembre), il massimo energetico si concentra e si allarga leggermente verso frequenze più basse (~0.02 cycle/day), suggerendo una progressiva transizione verso una periodicità più lunga (~50 giorni).
• A partire da novembre, l’energia spettrale decresce rapidamente, indicando un progressivo esaurimento dell’attività convettiva modulata dal BSISO con l’avanzare dell’autunno boreale.

🔎 Questo comportamento implica che il BSISO, pur mantenendo la propria identità spettrale, subisce una modulazione stagionale della periodicità, probabilmente legata a variazioni nella configurazione atmosferica e oceanica (es. posizione dell’ITCZ, SST, shear verticale, feedback atmosfera-oceano).

Interpretazione fisica e implicazioni dinamiche

La variazione della periodicità evidenziata nella Figura 8 può essere attribuita a diversi fattori dinamici e termodinamici:

• Nei primi mesi estivi, l’ambiente troposferico è tipicamente più instabile, con abbondante vapore acqueo e SST più favorevoli, consentendo al BSISO di propagarsi in modo più efficiente con periodicità più breve (~40 giorni).
• Nella tarda estate e in autunno, fenomeni di stagnazione convettiva, interazioni con altri segnali tropicali (Kelvin waves, MJO) e variazioni nell’accoppiamento oceano-atmosfera tendono a rallentare la progressione del ciclo BSISO, allungandone la durata media fino a circa 50 giorni.
• La climatologia spettrale rivela inoltre che non tutti gli eventi BSISO sono uguali: mentre alcuni seguono un ciclo quasi regolare, altri presentano pause o riorganizzazioni convettive, che si manifestano come variabilità locale della periodicità (come osservabile nel pannello b).

Conclusioni scientifiche

La Figura 8 rappresenta un’evidenza quantitativa fondamentale per comprendere la natura oscillatoria modulata stagionalmente del BSISO. Le principali conclusioni sono:

1. Il BSISO ha una periodicità media compresa tra 40 e 50 giorni, con picco energetico tra giugno e ottobre.
2. Tale periodicità non è costante nel tempo, ma mostra una tendenza all’allungamento nella seconda parte della stagione estiva.
3. L’accordo tra trasformata di Fourier e wavelet dimostra la stabilità del segnale convettivo intrastagionale e la validità delle tecniche di analisi spettrale applicate.
4. La modulazione stagionale della periodicità è indicativa di cambiamenti ambientali nella risposta convettiva tropicale, con possibili implicazioni per la previsione sub-stagionale dei monsoni e dei cicloni tropicali.

Riferimenti bibliografici e operativi

• Torrence, C., & Compo, G. P. (1998). A practical guide to wavelet analysis. Bulletin of the American Meteorological Society, 79(1), 61–78.
• Kikuchi, K., Wang, B., & Kajikawa, Y. (2012). BSISO propagation and convective life cycles. Journal of Climate, 25(12), 4312–4328.
• Wang, B., & Xie, X. (1997). A model for the boreal summer intraseasonal oscillation. Journal of the Atmospheric Sciences, 54(6), 728–746.
• NOAA CPC BSISO Monitoring: https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/ghazards/
• IITM BSISO diagnostics: https://www.tropmet.res.in/bsiso.html

Analisi statistica della distribuzione degli eventi BSISO lungo le fasi del ciclo: interpretazione scientifica della Figura 9

La Figura 9 fornisce un’analisi quantitativa della frequenza relativa di tre tipologie fondamentali di eventi associati al ciclo di vita della Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO): gli eventi primari, gli eventi successivi e gli eventi di terminazione, in funzione delle sue otto fasi canoniche. Lo scopo della figura è identificare le fasi preferenziali del ciclo durante le quali il BSISO tende ad avviarsi, a propagarsi o a concludersi, offrendo una prospettiva statistica sull’evoluzione temporale di questi eventi convettivi su scala intra-stagionale.

1. Descrizione metodologica e struttura grafica

Il grafico mostra sull’asse orizzontale le otto fasi standard del BSISO, che rappresentano l’evoluzione sequenziale della convezione tropicale modulata dal segnale BSISO, da inizio a fine ciclo. Sull’asse verticale è riportato il numero di eventi osservati in ciascuna fase per ogni categoria.

Le tre tipologie di eventi sono distinte graficamente da:

• Barre nere: eventi primari, cioè eventi che segnano l’avvio di un nuovo ciclo BSISO.
• Barre bianche: eventi successivi, cioè fasi intermedie di un ciclo già in corso.
• Barre grigie: eventi di terminazione, che indicano la conclusione di un ciclo attivo.

Inoltre, nel grafico sono presenti:

• Una linea tratteggiata che rappresenta la media climatologica del numero di eventi per categoria lungo tutte le fasi.
• Una linea tratto-punto che indica una deviazione standard dalla media, fornendo un’indicazione della variabilità statistica inter-fase.

2. Risultati principali e comportamento per fase

L’analisi mostra una distribuzione asimmetrica e non uniforme delle tre tipologie di eventi nel corso delle otto fasi del ciclo BSISO. Si osservano i seguenti comportamenti:

Eventi primari (barre nere)

• Mostrano un massimo marcato in fase 1, con un numero di eventi superiore alla media e al limite superiore della deviazione standard.
• Questa fase rappresenta dunque il punto preferenziale di innesco del ciclo convettivo del BSISO, coerente con l’attivazione iniziale della convezione sull’Oceano Indiano occidentale.
• In altre fasi, gli eventi primari sono statisticamente meno frequenti e restano generalmente entro i limiti della deviazione standard, suggerendo una specificità della fase 1 come punto di partenza.

Eventi successivi (barre bianche)

• Costituiscono la categoria numericamente dominante e risultano distribuiti in modo più uniforme lungo le fasi del ciclo.
• I picchi si osservano nelle fasi 2, 4, 6 e 7, indicando una propagazione convettiva continua e coerente che attraversa numerose fasi del ciclo BSISO.
• La distribuzione relativamente piatta ma abbondante degli eventi successivi riflette la persistenza e longevità dei cicli BSISO, che spesso si estendono su più fasi consecutive.

Eventi di terminazione (barre grigie)

• Mostrano valori elevati in fase 5 e in fase 8, suggerendo che queste fasi siano tipicamente associate alla dissoluzione della convezione BSISO.
• Questo è coerente con le osservazioni compositate del ciclo di vita del BSISO, che mostrano un indebolimento progressivo della convezione e delle anomalie SST associate in corrispondenza di queste fasi.
• Gli eventi di terminazione sono numericamente equivalenti agli eventi primari in media, come atteso in un sistema chiuso in cui ogni ciclo ha un inizio e una fine, ma la deviazione standard è inferiore, suggerendo una maggiore regolarità nella loro distribuzione temporale.

3. Interpretazione dinamica e implicazioni meteorologiche

Dal punto di vista dinamico, i risultati evidenziati dalla Figura 9 rafforzano l’ipotesi secondo cui il ciclo del BSISO si caratterizza per una propagazione ben strutturata, con:

• Innesco prevalentemente localizzato nella fase 1, che corrisponde tipicamente all’attivazione convettiva sull’Oceano Indiano occidentale e alla formazione di anomalie negative di OLR.
• Fasi successive (2–7) che rappresentano lo sviluppo e la propagazione della convezione tropicale verso est e nord-est, modulata dalle anomalie termiche oceaniche, dalla convergenza dei venti e dall’accoppiamento oceano-atmosfera.
• Concludersi del ciclo nella fase 5 e nella fase 8, durante le quali si osservano segnali di dissipazione della convezione, raffreddamento delle SST superficiali e riorganizzazione della circolazione a larga scala.

La distinzione tra eventi primari e successivi è cruciale anche da un punto di vista previsionale: gli eventi primari rappresentano fasi critiche di innesco, spesso legate a condizioni oceaniche e dinamiche favorevoli, mentre gli eventi successivi sono la manifestazione della persistenza del segnale convettivo.

4. Considerazioni statistiche

L’analisi evidenzia un altro aspetto interessante: sebbene il numero medio di eventi primari e di terminazione sia uguale, la variabilità (deviazione standard) è significativamente più elevata per gli eventi primari. Questo suggerisce che:

• L’attivazione del BSISO è più soggetta a fluttuazioni inter-annuali e inter-stagionali, probabilmente legate alla variabilità dell’ITCZ, delle anomalie SST, dell’AAM (Atmospheric Angular Momentum) e di altri fattori intraseasonali.
• La conclusione del ciclo, al contrario, avviene in modo più regolare e climatologicamente distribuito, riflettendo la natura dissipativa e autoregolante della dinamica convettiva tropicale.

Conclusione

La Figura 9 rappresenta un contributo fondamentale per la comprensione della statistica di fase del BSISO, dimostrando che:

• Le fasi di attivazione e conclusione del ciclo non sono distribuite casualmente, ma si concentrano in fasi specifiche del ciclo.
• Gli eventi primari si manifestano prevalentemente in fase 1, mentre la terminazione è più comune in fase 5 e 8.
• Gli eventi successivi, che rappresentano la propagazione e la maturazione del ciclo, sono ben distribuiti lungo le fasi centrali del BSISO.

Queste informazioni, opportunamente integrate con dati oceanici, circolazione troposferica e indici di teleconnessione, possono essere impiegate per migliorare la previsione sub-stagionale dei monsoni, dell’attività ciclonica tropicale e della variabilità pluviometrica in ampie regioni dell’Asia meridionale, dell’Oceano Indiano e del Pacifico occidentale.

3.3 Analisi dell’innesco e della terminazione degli eventi BSISO: classificazione, distribuzione e implicazioni dinamiche

Le evidenze provenienti dall’analisi composita del ciclo di vita del BSISO, così come le analisi spettrali climatologiche, indicano che la Boreal Summer Intraseasonal Oscillation si comporta come una modalità convettiva ciclica e autoreplicante, attiva principalmente su scala intra-stagionale. Tuttavia, per comprendere la reale natura fisica e temporale dei singoli eventi BSISO, è necessario indagare nel dettaglio le loro proprietà individuali. A tal fine, in questa sezione si analizzano statisticamente l’innesco (initiation), la persistenza (longevità) e la terminazione (termination)degli eventi BSISO, distinguendone tipologie e caratteristiche operative.

Classificazione operativa degli eventi BSISO

Seguendo la metodologia proposta da Straub (2013), gli eventi BSISO vengono distinti in due categorie fondamentali:

• Eventi primari: rappresentano episodi convettivi che si manifestano senza alcuna continuità immediata da un ciclo precedente. Operativamente, un evento è classificato come primario se, in una determinata fase del BSISO, la norma dell’indice BSISO (A*) aumenta da un valore inferiore a 1 a un valore superiore a 1, mantenendosi ≥ 1 per almeno cinque fasi consecutive. Ciò implica che l’evento ha la coerenza e l’intensità necessarie per evolvere su una porzione significativa del ciclo completo.
• Eventi successivi: rappresentano la continuazione coerente di un ciclo già attivo. Un evento è definito successivo in una determinata fase se l’ampiezza A* dell’indice BSISO risulta maggiore o uguale a 1 per almeno due fasi precedenti e due successive rispetto a quella in esame. Questi eventi sono indicativi di una propagazione convettiva persistente e matura.
• Eventi di terminazione: si verificano quando, in una determinata fase, un evento BSISO (primario o successivo) si estingue, cioè la sua ampiezza A* scende sotto la soglia di 1, segnando la perdita di coerenza convettiva a larga scala.

Nel presente studio si considera esclusivamente l’indice BSISO derivato dal bimodal ISO index, escludendo le transizioni dirette tra BSISO e MJO per semplificare il tracciamento della dinamica interna alla modalità boreale estiva.

Distribuzione statistica delle fasi di innesco e terminazione: interpretazione della Figura 9

La Figura 9 illustra la frequenza assoluta degli eventi primari, successivi e di terminazione in funzione delle otto fasi cicliche del BSISO. Il comportamento emerso riflette l’asimmetria intrinseca dell’evoluzione convettiva nella stagione estiva tropicale. In linea con quanto riportato da Straub (2013), si osservano le seguenti tendenze:

• Gli eventi successivi (barre bianche) rappresentano la categoria predominante, confermando che una volta innescati, gli eventi BSISO tendono a perdurare per un certo numero di fasi. Questa persistenza è coerente con il carattere oscillatorio del BSISO, sostenuto da meccanismi di feedback oceano-atmosfera.
• Gli eventi primari (barre nere) si concentrano prevalentemente nella fase 1, con una frequenza nettamente superiore alla media e alla deviazione standard tra le fasi. Questa osservazione suggerisce che l’attivazione di nuovi cicli convettivi ha una maggiore probabilità di avvenire nella fase iniziale, coerente con l’attivazione convettiva sull’Oceano Indiano occidentale e con il pattern di anomalia negativa di OLR caratteristico di questa fase.
• Gli eventi di terminazione (barre grigie) sono più comuni nelle fasi 5 e 8, suggerendo che la dissoluzione del ciclo BSISO tende ad avvenire in corrispondenza del passaggio dall’Oceano Indiano al Pacifico occidentale o in prossimità del Maritime Continent, dove la propagazione convettiva può essere ostacolata da forzanti orografiche e dalla distribuzione discontinua della superficie marina.

L’analisi statistica indica che il numero medio di eventi primari e di terminazione è equivalente, come atteso in un sistema ciclico chiuso. Tuttavia, la deviazione standard è sensibilmente più ampia per gli eventi primari, segnalando una maggiore variabilità nella fase di attivazione rispetto alla fase di cessazione. Questo comportamento può riflettere la sensibilità dell’innesco convettivo a condizioni iniziali atmosferiche e oceaniche, come la posizione della ITCZ, la distribuzione delle SST e le fluttuazioni dell’angolo di momento atmosferico.

Dinamiche associate alla propagazione e all’interruzione

Un’ulteriore osservazione importante è la riduzione della frequenza degli eventi successivi nelle fasi 1, 2, 4 e 8. Questo comportamento suggerisce che:

• Gli eventi BSISO possono terminare o essere riattivati mentre attraversano l’Oceano Indiano o si spostano verso il Pacifico occidentale.
• La fase 4 rappresenta un momento critico di transizione, probabilmente legato all’interazione tra la propagazione convettiva e la complessa morfologia del Maritime Continent, noto per agire come barriera fisica e dinamica alla propagazione zonale delle onde convettive tropicali.
• In fase 8, la disorganizzazione convettiva e la dissipazione dell’anomalia OLR possono segnare l’ingresso nella parte finale del ciclo, con aumento della probabilità di terminazione.

Queste dinamiche sono coerenti con le osservazioni riportate da Kerns e Chen (2016), secondo cui la struttura geografica del Maritime Continent può impedire, soprattutto durante l’inverno boreale, la progressione della convezione MJO/BSISO verso il Pacifico orientale, ma mostrano effetti simili anche durante la stagione estiva, pur con meccanismi differenti.

Una delle caratteristiche peculiari del BSISO è la sua tendenza a ripresentarsi ciclicamente durante la stagione estiva boreale, con una frequenza compresa tra 30 e 60 giorni. Tale regolarità, osservata sia in studi compositi che nelle analisi spettrali, solleva interrogativi sulla natura dei meccanismi che determinano la riattivazione del segnale convettivo, in particolare sull’Oceano Indiano (IO), e più precisamente nella fase 1 del ciclo BSISO, dove tipicamente si osserva la ripartenza di nuovi eventi. Sebbene questo comportamento ciclico sia ben documentato, la spiegazione fisica della fase di riinnesco rimane, per il BSISO, meno sviluppata rispetto a quanto noto per la Madden–Julian Oscillation (MJO).

Nel caso della MJO, numerosi studi hanno evidenziato l’importanza di segnali circumnaviganti globali – ossia perturbazioni atmosferiche che compiono un giro attorno al globo – nella fase di riattivazione del segnale sull’Oceano Indiano (ad esempio, Blade e Hartmann 1993; Kikuchi e Takayabu 2003; Ray et al. 2009; Zhao et al. 2013; Takasuka et al. 2018). In questo contesto, le anomalie di vento, umidità, temperatura troposferica e radiazione associate a un evento MJO maturo si propagano attorno all’intero pianeta, influenzando le condizioni iniziali e pre-condizionando l’ambiente atmosferico per il successivo episodio convettivo.

Nel caso del BSISO, tuttavia, segnali circumnaviganti di questo tipo appaiono meno evidenti, e l’attenzione della comunità scientifica si è concentrata principalmente su meccanismi regionali e locali operanti nella regione monsonica asiatica. A sostegno di questa interpretazione, le analisi osservative combinate con simulazioni numeriche idealizzate hanno evidenziato il ruolo di processi dinamici a scala subcontinentale. Jiang e Li (2005), ad esempio, hanno suggerito che la risposta atmosferica di tipo Gill a una fase di convezione soppressa localizzata sull’Oceano Indiano equatoriale orientale – interpretabile come l’eredità dinamica di un evento BSISO precedente (come nella fase 6 del ciclo) – genera, in presenza della circolazione monsonica asiatica, una convergenza nello strato limite sull’Oceano Indiano occidentale. Tale convergenza rappresenta un innesco favorevole per la ricostituzione della convezione profonda e dunque per la riattivazione del BSISO nella fase 1.

Questa ipotesi è stata supportata anche da Seo e Song (2012), i quali hanno adottato una prospettiva basata sulla vorticità potenziale per interpretare l’origine della convergenza a bassa quota. Secondo la loro analisi, le risposte atmosferiche alle anomalie convettive sopresse precedenti generano, per mezzo di una riorganizzazione del campo di vorticità nei bassi strati, condizioni favorevoli all’ascensione dell’aria e alla ripresa della convezione organizzata.

Altri studi, invece, hanno posto l’accento sulla propagazione nordward della convezione all’interno del ciclo BSISO. Drbohlav e Wang (2005), così come Bellon e Sobel (2008), hanno utilizzato modelli bidimensionali latitudine-altezza per esplorare la risposta atmosferica alla convezione tropicale localizzata intorno ai 20°N. I loro risultati indicano che la propagazione verso nord della convezione BSISO genera una divergenza barotropica al di sotto dell’equatore, che, per compensazione dinamica, induce una convergenza nello strato limite. Questa configurazione, che nasce dall’interazione tra la circolazione associata alla convezione nordward e i moti verticali medi stagionali e lo shear verticale del vento, favorisce la riattivazione della convezione tropicale sull’Oceano Indiano meridionale.

A questa interpretazione atmosferica si aggiunge, in tempi più recenti, un ulteriore contributo basato su meccanismi oceanici. West et al. (2018) hanno mostrato come, prima dell’innesco di un nuovo evento BSISO, si manifestino anomalie positive di temperatura superficiale del mare (SST) nell’Oceano Indiano equatoriale centrale. Tali anomalie sono in grado di favorire localmente l’instabilità atmosferica e il rilascio di energia latente, costituendo una condizione preesistente favorevole alla riaccensione del segnale convettivo BSISO.

Nel loro insieme, questi studi suggeriscono che la riattivazione del BSISO nella fase 1 può derivare dall’interazione complessa e multilivello tra:

• la risposta atmosferica a convezione soppressa residua;
• la circolazione monsonica stagionale;
• le dinamiche associate alla propagazione nordward del segnale convettivo;
• e le anomalie termiche oceaniche equatoriali.

Tuttavia, nonostante i progressi concettuali e modellistici raggiunti, l’identificazione di un meccanismo dominante e universalmente valido per il riinnesco del BSISO rimane ancora una questione aperta, oggetto di ulteriori indagini teoriche e osservazionali.

Analisi statistica della longevità degli eventi primari del BSISO in funzione della fase d’innesco

La Figura 10 fornisce un’analisi quantitativa della longevità degli eventi primari del Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO), evidenziando come essa vari in funzione della fase del ciclo in cui tali eventi hanno origine. In particolare, viene analizzato il numero di fasi BSISO consecutive che un evento primario attraversa prima di dissiparsi, mettendo in relazione questa durata con la fase iniziale di attivazione.

La classificazione degli eventi primari si basa su una definizione operativa secondo cui un evento viene considerato primario se la sua ampiezza normalizzata (A*) cresce da un valore inferiore a 1 a un valore uguale o superiore a 1 e si mantiene attiva (A* ≥ 1) per almeno cinque fasi del ciclo, superando così la metà di una rotazione completa (che consta di otto fasi). Questo criterio garantisce che l’evento osservato sia ben strutturato e persistente nel tempo.

Nella figura, l’asse delle ascisse rappresenta le otto fasi canoniche del BSISO, mentre l’asse delle ordinate mostra la durata dell’evento in termini di numero di fasi attraversate. Ogni punto verde rappresenta la longevità di un singolo evento primario, mentre i cerchi neri indicano il valore medio per ciascuna fase di attivazione. Le barre verticali associati ai cerchi neri estendono dal valore minimo a quello massimo della longevità registrata, restituendo un’informazione sulla variabilità interna.

Dall’analisi emerge una chiara dipendenza tra la fase d’innesco e la durata media dell’evento. Gli eventi che si attivano nelle fasi iniziali del ciclo, in particolare le fasi 1 e 2, tendono ad avere longevità maggiori rispetto a quelli originatisi nelle fasi successive. La durata media per queste prime due fasi si attesta oltre le 15 fasi, e alcuni eventi eccezionali raggiungono e superano le 35–40 fasi. Questa persistenza suggerisce che la fase iniziale del BSISO, che corrisponde alla riattivazione della convezione sull’Oceano Indiano, avviene in condizioni dinamicamente favorevoli, caratterizzate da convergenza nei bassi strati, anomalie positive della temperatura superficiale del mare (SST) e un ambiente atmosferico coerente con la propagazione convettiva organizzata.

Al contrario, gli eventi attivati nelle fasi centrali del ciclo (fasi 3–6) presentano una durata media significativamente più breve, oscillando generalmente tra le 8 e le 13 fasi. In particolare, la fase 6 mostra la durata media più contenuta, con una dispersione interquartile ridotta, indicando una tendenza più marcata alla rapida dissipazione. Questo comportamento potrebbe riflettere il fatto che, in queste fasi, il sistema convettivo è già in fase di maturazione o declino, o si trova in transizione attraverso aree come il Maritime Continent, notoriamente associate a inibizione della convezione intrastagionale.

Anche le fasi 7 e 8, pur essendo vicine alla conclusione del ciclo canonico, mostrano una certa variabilità nella longevità degli eventi attivati. Alcuni di essi sembrano essere capaci di rigenerarsi e innescare un nuovo ciclo, soprattutto in presenza di condizioni termodinamiche favorevoli, come suggerito da osservazioni di anni caratterizzati da eventi BSISO particolarmente duraturi (es. estate 2008).

Complessivamente, la durata media degli eventi primari si attesta attorno alle 11 fasi, ma con una varianza significativa, a dimostrazione della sensibilità del ciclo intrastagionale ai fattori ambientali locali e alla fase stagionale. L’esistenza di eventi di lunga durata nelle fasi iniziali del ciclo è coerente con la teoria secondo cui le condizioni iniziali dell’Oceano Indiano occidentale giocano un ruolo chiave nella propagazione e nel mantenimento del segnale BSISO, grazie a meccanismi di feedback tra atmosfera e oceano.

Dal punto di vista applicativo, questa analisi è di fondamentale importanza per la previsione sub-stagionale (subseasonal-to-seasonal prediction), poiché fornisce una base statistica per stimare la probabilità che un evento BSISO osservato in una data fase possa persistere, con implicazioni dirette per la previsione di precipitazioni monsoniche, cicloni tropicali e anomalie termiche su vasta scala.

Variazioni interannuali dell’ampiezza del BSISO in relazione allo stato dell’ENSO: un’analisi statistica

L’analisi della variabilità interannuale dell’ampiezza del Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) costituisce un elemento chiave per comprendere la coerenza stagionale dei processi convettivi e dinamici associati all’oscillazione intrastagionale asiatica. La Figura 11 rappresenta un confronto diretto tra la potenza climatologica del BSISO, misurata attraverso la media dell’ampiezza della prima componente principale (PC1) nel periodo maggio–ottobre (JJASO), e l’evoluzione dell’indice ENSO attraverso il Multivariate ENSO Index (MEI).

Nel grafico, la curva nera evidenzia l’ampiezza media annuale del BSISO, ovvero la sua varianza durante la stagione monsonica estiva, mentre le barre colorate rappresentano i valori stagionali del MEI, con colorazione rossa per eventi El Niño (MEI positivo) e blu per eventi La Niña (MEI negativo). Gli asterischi sovrapposti identificano esplicitamente gli anni classificati come eventi ENSO, secondo i criteri standard di soglia per la temperatura superficiale del Pacifico equatoriale. L’obiettivo di questa rappresentazione è evidenziare eventuali correlazioni o coerenze sistematiche tra le due grandezze.

Il coefficiente di correlazione lineare tra l’ampiezza del BSISO e il MEI, pari a r = 0.21, indica un legame positivo ma debole, e suggerisce che, sebbene ENSO eserciti una certa influenza modulante sulla dinamica del BSISO, tale relazione non è sufficientemente robusta da essere considerata predittiva in senso stretto. Infatti, si osservano diversi casi in cui la varianza del BSISO è elevata in anni associati a El Niño (es. 1982, 1987, 1997, 2015), ma anche altri in cui l’attività risulta attenuata nonostante condizioni ENSO positive. Analogamente, alcune fasi di La Niña corrispondono a valori contenuti di varianza del BSISO (es. 1988, 2008, 2010), ma senza una coerenza sistematica.

Questi risultati sono in linea con la letteratura più recente (es. Kikuchi et al., 2017), secondo la quale l’ENSO può modificare la configurazione del moncone monsonico asiatica e la distribuzione delle anomalie convettive nel bacino indo-pacifico, ma la risposta del BSISO dipende fortemente dalla struttura verticale del vento, dallo stato termico della superficie marina nell’Oceano Indiano, e dalle condizioni iniziali della convezione tropicale. Tali elementi operano su scale temporali e spaziali differenti rispetto a quelle classiche dell’ENSO e possono quindi interferire in modo costruttivo o distruttivo con l’organizzazione delle onde convettive intrastagionali.

È inoltre rilevante osservare che l’assenza di un forte segnale circumnavigante nel BSISO (a differenza dell’MJO) comporta un maggiore radicamento del fenomeno nei processi regionali e, quindi, una maggiore dipendenza da fattori termodinamici e dinamici locali. Ciò spiega, almeno in parte, la debolezza del segnale ENSO nella modulazione della sua variabilità interannuale. Di conseguenza, l’uso del MEI come unico tracciante per la previsione stagionale della forza del BSISO risulta limitato, e appare necessario integrare anche altri indicatori dinamici e termici, tra cui l’Ocean Indian Dipole (IOD), la QBO e lo stato del moncone tibetano.

In sintesi, la Figura 11 fornisce una prospettiva utile sulla relazione tra variabilità interannuale del BSISO e la modulazione da parte del sistema ENSO, evidenziando che, pur esistendo una tendenza positiva generale, questa interazione è complessa, non lineare e soggetta a una forte modulazione regionale. La sfida per la previsione sub-stagionale consiste pertanto nel migliorare la comprensione dei meccanismi locali che facilitano o inibiscono l’attività del BSISO, in sinergia con i forzanti globali.

Analisi della variabilità interannuale del BSISO e sue connessioni con l’ENSO

Il Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) rappresenta una delle principali modalità di variabilità atmosferica tropicale su scala intrastagionale durante la stagione estiva boreale. Tuttavia, accanto alla sua variabilità ciclica all’interno di una stessa stagione, il BSISO presenta anche una notevole variabilità interannuale, la cui comprensione rappresenta una sfida ancora aperta nella climatologia tropicale. Sebbene molti studi abbiano dimostrato l’esistenza di un’ampia variabilità anno su anno nell’ampiezza e nella struttura del BSISO (Salby e Hendon, 1994; Lawrence e Webster, 2001; Teng e Wang, 2003; Goswami et al., 2006), non è ancora del tutto chiaro quali siano i principali fattori che modulano tale comportamento.

Numerose ricerche hanno tentato di indagare le possibili connessioni tra l’attività del BSISO e le anomalie della temperatura superficiale del mare (SST), con risultati eterogenei a seconda delle regioni di riferimento. Ad esempio, l’analisi delle anomalie OLR (Outgoing Longwave Radiation) filtrate su scala intrastagionale ha mostrato che la variabilità del BSISO può essere significativamente modulata da diversi pattern regionali di SST. In particolare, durante gli anni di El Niño, l’attività convettiva associata al BSISO risulta intensificata nell’area del Pacifico equatoriale centrale, mentre nella regione marittima indonesiana (MC) tende ad attenuarsi (Liu et al., 2016; Wu e Cao, 2017). Al contrario, in presenza di configurazioni SST riconducibili a una La Niña in fase di decadimento, caratterizzate da raffreddamento del Pacifico equatoriale e dell’Oceano Indiano settentrionale, ma da riscaldamento sul Pacifico tropicale settentrionale centrale, si osserva un’intensificazione della variabilità sul Pacifico occidentale (Li e Mao, 2018; Wu e Cao, 2017).

Nonostante queste evidenze regionali, resta poco chiaro il grado di relazione tra l’attività complessiva del BSISO, rappresentata da un indice globale, e lo stato ENSO. Dal momento che l’ENSO costituisce il principale driver della variabilità interannuale delle SST tropicali, molti studi hanno cercato di stabilire se esista una correlazione statisticamente robusta tra i due fenomeni. Tuttavia, ricerche precedenti (Hendon et al., 1999; Slingo et al., 1999; Hendon et al., 2007; Kikuchi, 2020) hanno suggerito che, a differenza di altri sistemi atmosferici tropicali, l’attività aggregata del BSISO non risulta significativamente modulata dall’ENSO, almeno non in modo lineare e sistematico.

Questa osservazione è confermata dalla Figura 11, che mostra la serie temporale dell’ampiezza media del BSISO tra giugno e ottobre (JJASO), ottenuta dal primo componente principale (PC1) dell’OLR filtrata, confrontata con lo stato dell’ENSO rappresentato dal Multivariate ENSO Index (MEI.V2). Nonostante il BSISO presenti una marcata variabilità interannuale, il coefficiente di correlazione con l’indice MEI risulta modesto (r = 0.21), a testimonianza di un legame debole tra l’attività aggregata del BSISO e l’ENSO.

Per esplorare in modo più approfondito questa relazione, sono stati identificati sette anni di El Niño (1982, 1986, 1987, 1993, 1994, 1997 e 2015) e otto anni di La Niña (1988, 1989, 1998, 1999, 2007, 2008, 2010 e 2011), utilizzando una soglia di ±0.5 nel MEI da giugno a ottobre. Su questi sottogruppi sono stati costruiti indici compositi del BSISO e analizzati i relativi cicli di vita e le anomalie associate.

Le analisi composite (rappresentate nella Figura 12 dello studio originale) mettono in evidenza alcune differenze regionali e strutturali nella convezione intrastagionale. Durante gli anni di El Niño, la variabilità intrastagionale dell’OLR è rafforzata nel Pacifico equatoriale centrale e occidentale, mentre tende ad affievolirsi attorno alla MC. Al contrario, durante La Niña, si osserva una generale soppressione della variabilità convettiva intrastagionale su un’ampia fascia compresa tra l’Oceano Indiano settentrionale e il Pacifico centrale.

Nonostante tali differenze nell’intensità convettiva, il ciclo di vita del BSISO mostra una struttura simile nei due contesti ENSO: la convezione si attiva nel Pacifico centrale equatoriale in fase 1, si propaga verso nord sull’Oceano Indiano settentrionale nelle fasi 2–5, mentre sul Pacifico occidentale si attiva a partire dalla fase 4, generando una banda convettiva estesa tra le fasi 4 e 6 e successivamente propagandosi verso nord-ovest. Tuttavia, durante gli anni di El Niño tale convezione appare più intensa e geograficamente estesa verso est, mentre durante La Niña risulta più debole e confinata a ovest.

In sintesi, la relazione tra BSISO e ENSO risulta non lineare e regionalmente modulata: mentre l’ampiezza aggregata del BSISO non mostra una forte correlazione con l’ENSO, specifiche caratteristiche spaziali e l’intensità della convezione intrastagionale possono comunque essere influenzate da condizioni anomale delle SST tropicali, in particolare durante gli episodi ENSO estremi.

Impatto di El Niño e La Niña sulla struttura spaziale e temporale del BSISO

L’influenza dello stato ENSO sul Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) si manifesta attraverso modificazioni significative sia nella distribuzione spaziale delle anomalie convettive, sia nella loro intensità e nella coerenza del ciclo di propagazione. La Figura 12 fornisce un’analisi composita dettagliata delle anomalie di temperatura superficiale del mare (SST), della variabilità convettiva intrastagionale e dell’evoluzione ciclica del BSISO durante gli anni classificati come El Niño e La Niña, concentrandosi sul periodo chiave compreso tra giugno e ottobre (JJASO).

Nel caso degli anni di El Niño (pannelli a, c, e), le anomalie SST mostrano un riscaldamento ben definito del Pacifico centrale ed orientale, coerente con le fasi mature dell’evento. Questo riscaldamento superficiale fornisce una base termodinamica favorevole per l’amplificazione della convezione profonda, in particolare lungo la fascia equatoriale compresa tra 160°E e 120°W. In concomitanza, la deviazione standard delle anomalie OLR filtrate su scala intrastagionale evidenzia una maggiore variabilità convettiva su larga scala, con massimi centrati nel Pacifico centrale. Questa configurazione suggerisce che El Niño tende a rafforzare l’attività del BSISO nella sua componente pacifica, facilitando la persistenza e l’organizzazione di bande convettive estese.

L’evoluzione fase-per-fase del ciclo BSISO durante El Niño (pannelli e) rivela un’architettura coerente con il comportamento climatologico del sistema: l’anomalia convettiva si attiva nel Pacifico equatoriale centrale in fase 1, si propaga verso nord sull’Oceano Indiano settentrionale durante le fasi 2–5, e si estende infine sul Pacifico occidentale a partire dalla fase 4. Il risultato è la formazione di una banda convettiva estesa tra i 10°S e i 20°N, che si sviluppa e migra verso nord-est, evidenziando un’accresciuta interazione tra la componente convettiva nordward e le forzanti equatoriali zonali.

Al contrario, negli anni di La Niña (pannelli b, d, f), le SST indicano un raffreddamento equatoriale diffuso, esteso dal Pacifico centrale fino all’Oceano Indiano orientale. Tale configurazione inibisce lo sviluppo della convezione profonda e riduce la variabilità convettiva su scala intrastagionale, come testimoniato dalla più debole deviazione standard delle anomalie OLR in pannello d. La regione del Pacifico centrale mostra una marcata soppressione dell’attività convettiva, mentre le anomalie positive si concentrano maggiormente sulla porzione occidentale del bacino indo-pacifico.

Il ciclo di vita del BSISO nei periodi di La Niña (pannelli f) mantiene la struttura di propagazione generale osservata in condizioni neutre o El Niño-like, con l’attivazione convettiva iniziale sull’Oceano Indiano equatoriale in fase 1 e la successiva espansione verso l’Asia meridionale e il Pacifico occidentale. Tuttavia, le anomalie convettive risultano meno intense, spazialmente più compatte e geograficamente confinate a ovest. La banda convettiva osservata tra le fasi 4–6 è presente, ma più debole e frammentata, suggerendo una minore efficienza nei processi di accoppiamento convettivo-dinamico durante gli anni di La Niña.

Nonostante queste differenze marcate in termini di intensità e localizzazione spaziale, il ciclo del BSISO conserva alcune caratteristiche strutturali fondamentali sotto entrambi i regimi ENSO, indicando che le dinamiche interne al sistema monsonico indo-pacifico e le interazioni tra convezione e circolazione troposferica giocano un ruolo primario nella determinazione del ciclo intrastagionale. Tuttavia, è evidente che le condizioni di fondo oceanico fornite da El Niño e La Niña modulano in modo significativo la forza, l’estensione e la coerenza spaziale dell’attività convettiva associata al BSISO.

In sintesi, la Figura 12 dimostra che l’ENSO, pur non alterando radicalmente la sequenza delle fasi del BSISO, ne modula fortemente le caratteristiche convettive attraverso la modulazione delle anomalie di SST e della variabilità OLR. Questo rafforza l’interpretazione del BSISO come un fenomeno dipendente da forzanti oceaniche interannuali, in particolare nel contesto dell’asimmetria ENSO positiva/negativa, ma comunque radicato nelle dinamiche interne del sistema monsonico boreale.

Influenza del BSISO sull’innesco del monsone estivo asiatico: una rassegna dinamica e osservazionale

L’avvio del monsone estivo asiatico rappresenta una transizione stagionale critica che coinvolge diversi sottosistemi atmosferici e oceanici regionali. Nell’ambito di questa dinamica, il Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) riveste un ruolo determinante, agendo come modulatore primario della variabilità intrastagionale associata alle fasi di inizio, intensificazione e interruzione del monsone. Il sistema monsonico asiatico può essere suddiviso in tre componenti fondamentali: il monsone estivo indiano (ISM), il monsone estivo del Pacifico nordoccidentale (WNPSM) e il monsone estivo dell’Asia orientale (EAM). Le prime due componenti si collocano prevalentemente in ambito tropicale e risultano particolarmente sensibili alle fluttuazioni del BSISO.

Numerosi studi osservazionali e teorici hanno dimostrato come l’oscillazione intrastagionale boreale influenzi significativamente l’inizio del monsone indiano e di quello del Pacifico occidentale. Il BSISO agisce come un trigger dinamico per la formazione di sistemi convettivi organizzati e cicloni monsonici a bassa quota, elementi che contribuiscono all’innesco del monsone. In molti anni, la prima manifestazione convettiva nord-propagante del BSISO è osservabile nella Baia del Bengala tra la fine di aprile e la metà di maggio. Sebbene queste configurazioni mostrino caratteristiche miste — talvolta sovrapponibili a quelle della MJO — esse mantengono una propagazione meridiana verso nord e sono tipicamente associate a una circolazione ciclonica nei bassi strati atmosferici, come evidenziato dalle rappresentazioni schematiche della struttura del BSISO (cfr. Fig. 6 dello studio originale).

Tali eventi precoci possono generare intense tempeste tropicali, come il ciclone Nargis nel 2008, che si sviluppò proprio in corrispondenza di un evento BSISO tra fine aprile e inizio maggio, colpendo duramente il Myanmar. Questi episodi, tuttavia, non sono sempre indicativi dell’avvio del monsone indiano nel suo complesso. La definizione operativa dell’inizio del monsone in India fa riferimento alla data del suo arrivo nello stato meridionale del Kerala, evento che in media si verifica intorno al 1° giugno. Le fasi BSISO precoci sono quindi talvolta classificate come “falsi inizi” (bogus onset) o picchi pre-monsonici di precipitazione. Solo il successivo impulso convettivo BSISO, che si manifesta tra fine maggio e inizio giugno, è solitamente responsabile della reale attivazione del ciclo monsonico indiano. Questo avviene tramite la formazione del cosiddetto “vortice di innesco del monsone” (monsoon onset vortex), una configurazione ciclonica ben documentata nella letteratura dinamica.

Anche il monsone estivo del Pacifico nordoccidentale (WNPSM) e quello dell’Asia orientale (EAM) sono profondamente condizionati dal BSISO, ma il loro avvio è più strettamente legato all’inizio del monsone nel Mar Cinese Meridionale (SCS), che si verifica tipicamente nella quarta pentade di maggio. Studi recenti, tra cui quello di Shao et al. (2015), hanno dimostrato che l’innesco del monsone nel SCS avviene quasi esclusivamente in concomitanza con la propagazione nordoccidentale della convezione associata al BSISO nella regione del Pacifico occidentale. Questo supporta l’ipotesi che la transizione convettiva indotta dal BSISO agisca come meccanismo sincronizzatore della stagione monsonica asiatica.

In sintesi, il BSISO non solo regola il timing e l’intensità dell’inizio del monsone estivo asiatico, ma agisce anche come modulatore spaziale della sua propagazione meridiana e zonale, costituendo un elemento imprescindibile nella previsione sub-stagionale e nell’interpretazione della variabilità interannuale del monsone.

Fase climatologica del BSISO e relazione con l’innesco del monsone asiatico: evidenze da CBSISO e precipitazioni TRMM

L’analisi della variabilità intrastagionale climatologica del BSISO (CBSISO) rappresenta un’importante chiave interpretativa per comprendere l’interazione sistemica tra oscillazioni tropicali e avvio del monsone estivo asiatico. Il CBSISO, definito come la media climatologica dell’indice BSISO su un periodo pluriennale, assume un ruolo cruciale nella valutazione della presenza di comportamenti di “phase-locking”, ossia della tendenza del BSISO a ricorrere con preferenze di fase statisticamente significative durante determinati periodi della stagione estiva. In assenza di tali caratteristiche, ci si aspetterebbe un’ampiezza ridotta dell’indice climatologico.

L’evidenza empirica, mostrata nella Figura 13 dello studio originale, indica che la struttura climatologica del BSISO mantiene una componente di coerenza stagionale, in particolare in corrispondenza dell’innesco del monsone nel Mar Cinese Meridionale (SCS) e nel sud dell’India (Kerala). In particolare, la figura mostra la sovrapposizione tra la serie temporale del CBSISO, i diagrammi tempo-latitudine delle precipitazioni TRMM 3B42, e le anomalie ricostruite di OLR (Outgoing Longwave Radiation) per le regioni WNP e IO settentrionale.

L’avvio del monsone sul SCS, fenomeno classicamente associato a un’improvvisa intensificazione delle precipitazioni e a un’inversione della circolazione atmosferica nei bassi e alti strati, trova corrispondenza nella migrazione verso nord della fascia convettiva equatoriale, evento osservabile attorno alla metà di maggio. Nonostante in tale periodo l’ampiezza del CBSISO non raggiunga i massimi valori stagionali, l’OLR anomalo negativo si propaga coerentemente verso nord, suggerendo che la modulazione convettiva associata al BSISO svolga un ruolo sostanziale nel facilitare la coalescenza tra la banda piovosa equatoriale e quella subtropicale cinese. Questo processo è riconosciuto come meccanismo fondamentale per il passaggio alla modalità monsonica attiva sul SCS, coerentemente con i risultati di Lau e Yang (1997), Matsumoto (1997) e Wang e LinHo (2002).

Successivamente, l’ampiezza del CBSISO mostra un progressivo aumento, superando valori di 0.5 e mantenendosi elevata fino alla fine di giugno, in concomitanza con l’evoluzione convettiva diretta verso il subcontinente indiano. L’avvio del monsone su Kerala (MOK), storicamente datato intorno al 1° giugno, coincide con un graduale spostamento della convezione dalla regione equatoriale verso il subcontinente, accompagnato da un rafforzamento delle precipitazioni climatologiche tra 8°N e 12°N. Questo comportamento, documentato da Ding (2004) e Joseph et al. (2006), si manifesta chiaramente nel pannello inferiore della Figura 13c, rafforzando l’ipotesi secondo cui il BSISO contribuisca attivamente all’innesco del MOK, attraverso l’organizzazione dinamica di un flusso monsonico ciclonico nei bassi strati atmosferici.

È rilevante osservare che, mentre la data di inizio del monsone su Kerala mostra una modesta variabilità interannuale (Ananthakrishnan e Soman 1988), l’innesco del monsone sul SCS presenta una variabilità molto più marcata (Wu e Wang 2001), suggerendo che la sensibilità alla fase del BSISO possa essere maggiore nel primo caso.

La presenza di caratteristiche di phase-locking nel CBSISO, che si manifestano sotto forma di ricorrenza convettiva in periodi preferenziali dell’estate boreale, appare in eccellente accordo con le osservazioni di Nakazawa (1992). Tuttavia, la genesi di tali caratteristiche rimane parzialmente irrisolta. Una possibile spiegazione è che gli eventi BSISO che innescano l’avvio del monsone siano statisticamente più intensi o meglio organizzati dinamicamente rispetto agli altri eventi, generando così una segnalazione più evidente nella media climatologica, anche in assenza di una distribuzione di fase perfettamente sincronizzata anno per anno.

Infine, la periodicità del CBSISO nei primi mesi estivi si attesta attorno ai 40 giorni, in perfetto accordo con i risultati ottenuti dall’analisi spettrale basata sulla trasformata wavelet (cfr. Figura 8b), rafforzando ulteriormente l’ipotesi che la struttura intrastagionale del BSISO rappresenti un driver fondamentale nell’orchestrazione stagionale del ciclo monsonico asiatico.

Ruolo climatologico del BSISO nell’avvio del monsone estivo asiatico: analisi composita e implicazioni dinamiche

L’analisi climatologica presentata nella Figura 13 offre un quadro integrato e diacronico del contributo fornito dall’Oscillazione Intra-Stagionale della Banda di Monsone (BSISO) alla transizione stagionale verso il regime monsonico in Asia meridionale e sud-orientale. In particolare, la figura illustra l’evoluzione temporale e latitudinale delle anomalie convettive associate al BSISO e la loro relazione con i pattern di precipitazione medi stagionali, così da esplorare i meccanismi attraverso i quali la variabilità intrastagionale modula i tempi e le modalità dell’insorgenza monsonica.

Nel pannello superiore (Fig. 13a) viene mostrata la serie temporale climatologica (1998–2018) dell’indice BSISO, ricostruita tramite le due principali componenti principali (PC1 e PC2), derivate da un’analisi ortogonale empirica estesa (EEOF). L’ampiezza normalizzata dell’indice, che rappresenta l’intensità del segnale BSISO medio stagionale (CBSISO), presenta periodi ricorrenti di intensificazione, in particolare tra metà maggio e fine giugno. Laddove il segnale mostra un’elevata coerenza di fase tra anni diversi – fenomeno noto come phase-locking – si osserva una marcata amplificazione dell’ampiezza dell’indice, suggerendo che eventi BSISO particolarmente intensi tendano a coincidere con la fase d’innesco del monsone.

I pannelli (13b) e (13c) forniscono una visione spaziale dettagliata della migrazione stagionale della convezione tropicale associata al BSISO, rispettivamente sul settore del Mar Cinese Meridionale (110°–120°E) e dell’Oceano Indiano settentrionale (60°–80°E), mediante sezioni tempo-latitudine delle precipitazioni giornaliere medie (TRMM 3B42) e delle anomalie OLR ricostruite tramite la combinazione lineare delle EEOF. In entrambi i pannelli, le isocline nere a −2.5 W/m² rappresentano la propagazione convettiva associata al CBSISO, mentre le bande colorate raffigurano l’intensità della pioggia.

Nel settore del Mar Cinese Meridionale (Fig. 13b), l’ondata convettiva associata al BSISO migra verso nord a partire dalla fascia equatoriale, andando a sovrapporsi e fondersi con la banda piovosa preesistente sul sud della Cina intorno alla terza decade di maggio. Questo meccanismo di “merging” tra le bande di pioggia equatoriale e subtropicale, già descritto in studi classici (es. Lau e Yang 1997), si manifesta in corrispondenza della data climatologica di inizio del monsone sul Mar Cinese Meridionale. Nonostante l’ampiezza dell’indice BSISO in questo periodo sia relativamente contenuta, la sua coerenza spaziale e temporale suggerisce un ruolo chiave nel facilitare la transizione monsonica.

Nel settore dell’Oceano Indiano settentrionale (Fig. 13c), e in particolare sulla regione del Kerala (~10°N), la dinamica convettiva risulta più graduale, con una progressiva intensificazione delle precipitazioni a partire da fine maggio. In questo caso, l’insorgenza del monsone indiano (MOK) avviene in coincidenza con una propagazione convettiva ben strutturata verso nord, associata a un indice CBSISO con ampiezza elevata (>0.5). L’elevata regolarità del segnale nella fase iniziale di giugno è compatibile con la relativa stabilità interannuale della data del MOK, che mostra una variabilità minore rispetto all’onset del monsone sul Mar Cinese Meridionale.

L’osservazione di un periodo quasi regolare di ~40 giorni nella modulazione dell’ampiezza del CBSISO, ben evidente nel pannello (a), suggerisce un’accoppiata tra l’oscillazione convettiva e la dinamica monsonica modulata su scala intrastagionale. Tale periodicità, coerente con gli spettri di potenza presentati in altre sezioni dello studio (es. Fig. 8b), conferma il carattere auto-organizzante del BSISO come elemento forzante interno del ciclo monsonico asiatico.

In sintesi, la Figura 13 dimostra come il BSISO, pur essendo un fenomeno intrastagionale, eserciti un’influenza strutturale sulla climatologia della circolazione monsonica asiatica. La sua fase e intensità non solo influenzano i tempi d’innesco del monsone sull’Oceano Indiano e sul Mar Cinese Meridionale, ma sono anche in grado di modulare la localizzazione e la propagazione della banda convettiva principale, confermandone il ruolo di principale modulatore intrastagionale della stagione estiva asiatica.

b. Cicli attivi/pause

Nel contesto della variabilità intrastagionale associata al BSISO, un aspetto fondamentale è rappresentato dalla sua influenza sistematica sui cicli attivi e di pausa delle precipitazioni monsoniche, in particolare durante la stagione estiva asiatica. Numerosi studi storici hanno posto le basi teoriche e osservazionali per la comprensione di tale connessione (Krishnamurti e Bhalme 1976; Yasunari 1979; Sikka e Gadgil 1980; Gadgil e Asha 1992; Goswami e Mohan 2001; Annamalai e Sperber 2005; Hoyos e Webster 2007; Pai et al. 2011), evidenziando come la modulazione convettiva del BSISO regoli ciclicamente le fasi di piovosità (active spells) e di siccità relativa (break spells) sul subcontinente indiano e su aree limitrofe come il Mar Cinese Meridionale (SCS).

Per analizzare quantitativamente questa relazione, si è fatto ricorso ai dati di precipitazione continentale forniti dal dataset APHRODITE, combinati con una metodologia ispirata a Rajeevan et al. (2010). La regione centrale del monsone estivo indiano (Indian Summer Monsoon, ISM) è stata definita nell’intervallo compreso tra 18°N–28°N e 65°E–88°E. Su quest’area si è calcolata l’anomalia giornaliera della precipitazione rispetto alla climatologia del periodo esteso giugno-ottobre (JJASO), normalizzata in base alla deviazione standard giornaliera. In questo contesto, un episodio attivo è stato definito come un periodo con anomalia superiore a +1.0 per almeno tre giorni consecutivi, mentre un periodo di pausa è stato identificato da valori inferiori a −1.0 per la stessa durata temporale. L’estensione temporale a JJASO, rispetto all’intervallo JJA originariamente utilizzato da Rajeevan et al., consente una caratterizzazione più completa dei cicli monsonici nell’ambito dell’intera stagione estiva.

I risultati mostrano una forte dipendenza dei cicli attivo/pause dalle fasi del BSISO, soprattutto quando l’ampiezza del segnale BSISO è significativa. Le analisi di fase mostrano che circa il 40% degli eventi attivi sul subcontinente indiano si verifica durante le fasi 5 e 6 del BSISO, corrispondenti alla massima attività convettiva in quella regione. Al contrario, le fasi 8, 1 e 2, associate a condizioni convettivamente soppresse, concentrano circa il 40% degli eventi di pausa. Una simile struttura di modulazione è riscontrabile anche nel caso del monsone sul Mar Cinese Meridionale: oltre il 50% degli episodi attivi si concentra tra le fasi 4 e 6 del BSISO, mentre oltre il 40% degli episodi di pausa ricade nelle fasi 8, 1 e 2.

Questi risultati consolidano l’idea che il BSISO agisca come forzante dinamica interna in grado di orchestrare le fluttuazioni sub-stagionali delle precipitazioni monsoniche, sia in termini di innesco che di soppressione della convezione. Tali modulazioni possono avere implicazioni operative rilevanti, ad esempio per la previsione delle fasi attive del monsone, che sono spesso associate a eventi di precipitazione estrema e rischio idrogeologico.

Infine, sebbene l’analisi si concentri prevalentemente sull’Asia, alcuni studi (Higgins e Shi 2001; Barlow e Salstein 2006; Lorenz e Hartmann 2006) suggeriscono che l’influenza del BSISO si estenda anche ad altri domini monsonici, come il Nord America. Questa possibilità è suggerita dalla propagazione convettiva associata al BSISO nelle fasi 8, 1 e 2 verso l’Oceano Pacifico orientale, regione sensibile alla variabilità tropicale e alle teleconnessioni intrastagionali. Ciò implica un potenziale ruolo modulatore del BSISO su scala emisferica e una sua interazione con i regimi di variabilità extratropicale e intercontinentale.

Ruolo del BSISO nei cicli di attivazione e interruzione dei monsoni estivi asiatici: un’analisi in spazio delle fasi

La relazione tra il ciclo attivo/pause (active/break) dei monsoni asiatici e l’oscillazione boreale intrastagionale (BSISO) rappresenta un aspetto cruciale per la comprensione della variabilità a mesoscala della stagione monsonica estiva. In particolare, l’analisi condotta utilizzando i dati di precipitazione del progetto APHRODITE e la ricostruzione dello stato del BSISO nel dominio delle componenti principali (PC1 e PC2) consente di esplorare la fase in cui si originano le sequenze attive e quelle di pausa. La figura 14 sintetizza questa relazione, mostrando una chiara modulazione del ciclo monsonico da parte del BSISO sia per il monsone indiano (ISM) che per quello del Mar Cinese Meridionale (SCS).

Per quanto riguarda l’ISM, si osserva che le fasi 5 e 6 del BSISO, corrispondenti alla propagazione verso nord della convezione attiva sull’India settentrionale, coincidono con oltre il 37% degli eventi attivi. Ciò suggerisce che il BSISO non solo accompagni, ma giochi un ruolo dinamico nell’intensificazione dei fenomeni convettivi sul subcontinente indiano. Al contrario, le fasi 8, 1 e 2 — in cui la convezione è soppressa sull’India — rappresentano oltre il 40% degli eventi di break, sottolineando il legame diretto tra la cessazione delle piogge monsoniche e lo stato convettivo del BSISO.

Un comportamento analogo è evidente nel contesto del SCS, dove le fasi 4–6 sono associate a più del 50% degli episodi attivi, mentre le fasi 8, 1 e 2 sono responsabili di circa il 44% degli episodi di pausa. Questi risultati evidenziano la coerenza spaziale e temporale tra l’evoluzione del BSISO e la risposta della precipitazione monsonica in due regioni distinte ma dinamicamente collegate del dominio indo-pacifico.

L’implicazione è duplice: da un lato, il BSISO può essere considerato un potente predittore sub-stagionale dei regimi pluviometrici monsonici, e dall’altro, esso rappresenta un meccanismo chiave di collegamento tra variabilità tropicale intrastagionale e anomalie di precipitazione a scala regionale. Va inoltre sottolineato che, sebbene l’analisi si concentri principalmente sul continente asiatico, vi sono evidenze — come mostrato nella fase 1 del BSISO — che collegano l’attività convettiva residua anche al Pacifico orientale, suggerendo potenziali teleconnessioni con il monsone nordamericano.

Infine, l’uso del dominio delle fasi del BSISO rappresenta un approccio diagnostico avanzato per identificare i momenti più favorevoli all’attivazione o alla cessazione delle piogge, consentendo applicazioni operative nei servizi meteorologici stagionali. La robustezza statistica dei risultati è rafforzata dalla coerenza con studi precedenti e dalla distribuzione concentrata degli eventi nei quadranti più attivi o più soppressi del ciclo BSISO. Questa evidenza rafforza ulteriormente la nozione che il BSISO costituisca un forzante principale della variabilità intrastagionale del sistema monsonico asiatico.

4.2 – L’influenza del BSISO sui disturbi ad alta frequenza

a. Disturbi atmosferici a scala sinottica e genesi dei sistemi depressionari monsonici

Il Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) rappresenta una delle principali modalità di variabilità convettiva su scala intrastagionale nell’emisfero boreale estivo, caratterizzata dalla propagazione verso nord-est di perturbazioni convettive e associate anomalie dinamiche che modulano significativamente l’ambiente atmosferico a diverse scale spaziali e temporali. Tra le componenti che definiscono l’involucro convettivo del BSISO figurano numerosi sistemi convettivi a mesoscala (MCS), i quali si sviluppano frequentemente in concomitanza con una varietà di disturbi atmosferici a scala sinottica.

Una classe particolarmente rilevante di tali disturbi sinottici è costituita dai sistemi depressionari monsonici (LPS, Low-Pressure Systems), comprendenti un ampio spettro di configurazioni, dalle depressioni monsoniche vere e proprie alle onde orientali e alle depressioni tropicali (TD). Questi sistemi svolgono un ruolo cruciale nella climatologia e nella dinamica delle precipitazioni monsoniche, contribuendo in modo significativo al bilancio pluviometrico stagionale in numerosi bacini oceanici tropicali, quali l’Oceano Indiano settentrionale (IO), il Pacifico occidentale (WNP) e il Pacifico orientale (ENP).

È stato ampiamente documentato (Goswami et al., 2003; Krishnamurthy e Ajayamohan, 2010; Straub e Kiladis, 2003; Crosbie e Serra, 2014; Rydbeck e Maloney, 2014, 2015) che l’attività degli LPS è modulata in modo sistematico dalla variabilità intrastagionale, e in particolare dalle fasi attive e soppressive del BSISO. La natura modulante del BSISO agisce attraverso modificazioni progressive del contenuto di umidità nella colonna atmosferica, della vorticità a bassa quota e della convergenza di umidità nella troposfera inferiore, creando condizioni ambientali favorevoli o inibitorie alla genesi dei sistemi depressionari.

In questo contesto, la presente analisi, in linea con l’approccio metodologico di Haertel e Boos (2017), si focalizza specificamente sul processo di genesi degli LPS in relazione diretta con la fase del BSISO, piuttosto che sull’intensità o persistenza dei sistemi già formati. Per tale scopo, viene utilizzato il dataset globale dei tracciati dei disturbi monsonici sviluppato da Hurley e Boos (2015), che consente di identificare, con risoluzione spaziale e temporale adeguata, la formazione di sistemi depressionari monsonici in funzione della fase convettiva dominante.

I risultati, sintetizzati nella Figura 15, evidenziano come gli LPS non si distribuiscano casualmente nel ciclo del BSISO: pur potendo teoricamente svilupparsi in qualsiasi fase, la loro genesi risulta statisticamente più probabile nelle fasi convettivamente attive. In particolare, la probabilità di formazione degli LPS è significativamente più alta durante tali fasi, con un incremento del tasso di genesi compreso tra un fattore 2 e 3 rispetto alle fasi soppressive, in ciascuna delle regioni considerate. Per tenere conto delle differenze nella durata relativa delle diverse fasi del BSISO, il numero di eventi è stato normalizzato per giorno significativo in ciascuna fase, permettendo una comparazione robusta delle probabilità di genesi.

Dal punto di vista dinamico, tale modulazione può essere interpretata come il risultato dell’interazione tra le anomalie di vorticità ciclonica a bassa quota, il rinforzo della convezione profonda e l’aumento della convergenza umida durante le fasi attive, che forniscono il contesto favorevole per l’innesco di disturbi baroclini e barotropici. Tali condizioni includono anche l’instaurarsi di anomalie nei flussi zonali e meridionali in bassa troposfera, che contribuiscono alla rotazione ciclonica e al bilancio termico necessario per l’instabilità sinottica.

Questa evidenza rafforza la concezione del BSISO non solo come modulatore della convezione tropicale su scala regionale, ma anche come forzante intrastagionale primaria che condiziona la frequenza e la distribuzione spaziale-temporale dei disturbi sinottici, con implicazioni dirette sulla prevedibilità e sulla dinamica del monsone asiatico e delle precipitazioni tropicali globali.

4.2 – L’influenza del BSISO sui disturbi a frequenza più elevata

b. Modulazione della genesi ciclonica tropicale da parte del BSISO

Il Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) esercita un’influenza sostanziale sulla ciclogenesi tropicale a scala emisferica, configurandosi come una componente chiave nella modulazione della frequenza, distribuzione e intensità dei cicloni tropicali (TC) durante la stagione estiva boreale. Questo effetto modulante è stato ampiamente documentato in diversi bacini oceanici, tra cui l’Oceano Indiano settentrionale (IO), il Pacifico occidentale (WNP), il Pacifico orientale (ENP) e l’Atlantico tropicale, confermando la natura trans-basinica del legame tra variabilità intrastagionale e attività ciclonica.

Numerosi studi empirici hanno evidenziato che la probabilità di genesi ciclonica aumenta significativamente durante le fasi convettive attive del BSISO, caratterizzate da anomalie negative di OLR (Outgoing Longwave Radiation), convergenza di umidità a bassa quota e ascendenza troposferica profonda. Le evidenze presentate nelle Figure 16a e 16b dimostrano chiaramente che, in ciascun bacino dell’emisfero settentrionale, la genesi dei TC tende a verificarsi preferenzialmente nelle fasi attive, con un rapporto di occorrenza da due a più volte superiore rispetto alle fasi soppressive. Questo schema è particolarmente marcato nel settore dell’Oceano Indiano settentrionale e nel Pacifico occidentale, ma rimane statisticamente significativo anche in ENP e Atlantico, suggerendo un’influenza coerente e robusta del BSISO sul ciclo vitale dei sistemi tropicali.

Dal punto di vista meccanico, il BSISO agisce alterando il contesto atmosferico su larga scala in cui la genesi ciclonica può aver luogo. Le sue fasi convettive attive inducono condizioni ambientali più favorevoli, tra cui: (i) incremento dell’umidità relativa ai medi livelli troposferici; (ii) intensificazione della vorticità ciclonica ai bassi livelli; (iii) rafforzamento della convergenza di umidità e del sollevamento verticale nella media troposfera; e (iv) indebolimento del wind shear verticale, in grado di facilitare l’organizzazione della convezione profonda. Tali variabili sono alla base dell’indice di potenziale di genesi (GPI, Genesis Potential Index), una misura quantitativa sviluppata per stimare l’idoneità dell’ambiente atmosferico alla formazione di cicloni tropicali (Gray 1979; Emanuel e Nolan 2004).

Gli studi di Camargo et al. (2009) e Zhao et al. (2015b) hanno identificato nell’umidità relativa a 600 hPa e nella vorticità assoluta a 850 hPa i principali fattori determinanti del GPI modulati dal BSISO. Moon et al. (2018) hanno successivamente proposto una versione intrastagionale del GPI (ISGPI), specificamente calibrata per misurare l’impatto del BSISO sulla ciclogenesi tropicale. La loro analisi ha attribuito il massimo peso all’ascesa verticale a 500 hPa, seguita dalla vorticità relativa a bassa quota pesata dal parametro di Coriolis e dallo shear verticale zonale, delineando un quadro dinamico e termodinamico coerente con la struttura convettiva del BSISO.

L’interazione tra il BSISO e le strutture monsoniche è cruciale nella genesi dei cicloni tropicali, in particolare nel Pacifico occidentale. Qui, circa il 60–70% degli eventi ciclonici ha origine all’interno del solco monsonico, una regione baroclinica estesa dove convergono correnti sud-occidentali e orientali. Due sottoregioni del solco risultano essere particolarmente predisponenti: la linea di shear e la zona di confluenza. Studi come quelli di Ritchie e Holland (1999) hanno mostrato che la genesi lungo la linea di shear è spesso associata alla destabilizzazione del solco monsonico per effetto combinato di instabilità barotropica e baroclinica, indotta dalla convezione intrastagionale (Charney 1963; Hack et al. 1989; Wang e Magnusdottir 2005). Al contrario, la genesi nella regione di confluenza deriva più frequentemente da fenomeni di accumulo energetico e contrazione spaziale delle onde orientali in propagazione (Holland 1995; Sobel e Bretherton 1999).

Il BSISO, modulando intensità, forma e localizzazione del solco monsonico, influenza quindi indirettamente — ma in modo determinante — la probabilità di sviluppo ciclonico. Le fasi attive rafforzano la linea di shear e intensificano i processi di confluente e instabilità, mentre le fasi soppressive tendono a inibire tali condizioni, riducendo significativamente la genesi.

È importante sottolineare che l’influenza del BSISO sulla genesi ciclonica non è stazionaria nel tempo, ma varia nel corso della stagione estiva boreale. Alcuni studi (Huang et al. 2011; Choi e Ha 2018) indicano che la risposta dell’ambiente ciclogenetico al BSISO può essere sensibilmente diversa tra la fase premonsonica, il picco monsonico e il tardo monsone, in funzione dell’evoluzione stagionale dei gradienti termici, del contenuto di calore oceanico e delle onde tropicali in interazione.

Infine, mentre gran parte della letteratura si è concentrata sulla genesi, recenti contributi hanno evidenziato come il BSISO influenzi anche le traiettorie, la durata e le aree di impatto al suolo dei cicloni tropicali. Il posizionamento delle dorsali subtropicali, la modulazione del flusso guida e la distribuzione delle anomalie convettive legate al BSISO possono infatti determinare deviazioni significative nei percorsi dei TC, con implicazioni operative cruciali per la previsione degli impatti a scala regionale (Kim et al. 2008; Chen et al. 2019; Nakano et al. 2021).

Modulazione intrastagionale della genesi dei sistemi depressionari monsonici (LPS): analisi della Figura 15

La Figura 15 fornisce un’analisi dettagliata della relazione tra le diverse fasi del Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) e la frequenza di genesi dei sistemi depressionari monsonici (LPS, Low-Pressure Systems), rivelando una connessione sistematica tra variabilità convettiva intrastagionale e attività ciclogenica a scala sinottica. L’evidenza empirica presentata si basa sul dataset globale di tracciamento dei disturbi monsonici sviluppato da Hurley e Boos (2015), e viene qui utilizzata per quantificare la distribuzione spazio-temporale degli LPS in funzione delle otto fasi caratteristiche del BSISO.

a. Distribuzione spaziale degli LPS per fase del BSISO

Nel pannello superiore (15a), ogni sottofigura corrisponde a una specifica fase del ciclo BSISO (da 1 a 8), evidenziando i luoghi di genesi degli LPS tramite punti neri. Le anomalie convettive associate al BSISO sono rappresentate da sfumature colorate: le aree in blu indicano regioni di intensa attività convettiva (anomalie negative di OLR), mentre le aree in rosso rappresentano condizioni soppressive (anomalie positive di OLR), con soglie a ±5 e ±15 W/m². La propagazione nord-orientale della convezione intrastagionale è chiaramente visibile, delineando una traiettoria coerente con la cinematica classica del BSISO.

L’analisi qualitativa mostra che i fenomeni di genesi degli LPS tendono a concentrarsi preferenzialmente all’interno delle regioni convettivamente attive, evidenziando un’accoppiata dinamica tra le fasi attive del BSISO e l’ambiente favorevole all’innesco di disturbi ciclonici. Questa distribuzione è particolarmente evidente in corrispondenza delle fasi centrali (4–6), quando la convezione intensa si trova posizionata lungo l’Oceano Indiano settentrionale, la Baia del Bengala e il Mar Cinese Meridionale, ovvero nei principali teatri monsonici boreali.

b. Probabilità normalizzata di genesi per fase BSISO

Il pannello inferiore (15b) sintetizza quantitativamente l’informazione fornita nella parte superiore, mostrando la probabilità normalizzata di genesi degli LPS in ciascuna delle otto fasi del BSISO, suddivisa in tre regioni geografiche principali, evidenziate dai riquadri colorati nella mappa. L’asse delle ordinate esprime la probabilità in termini percentuali, definita come numero di LPS per giorno significativo di BSISO in una determinata fase.

Questa normalizzazione è fondamentale, poiché tiene conto della diversa durata statistica delle fasi del BSISO e consente una valutazione comparativa equa del rischio di genesi. I risultati mostrano chiaramente che la massima probabilità di genesi degli LPS si verifica durante le fasi attive del BSISO (in particolare fasi 4, 5 e 6), con un incremento del tasso di formazione che può superare un fattore 2–3 rispetto alle fasi soppressive (1–2 e 7–8).

In particolare:

• La curva nera, rappresentativa della regione centrata sull’India e il subcontinente, mostra un picco di oltre il 13% in fase 5.
• La curva blu (probabilmente associata alla Baia del Bengala) mostra un comportamento simile, con un’oscillazione coerente al ciclo convettivo.
• Anche la curva rossa (associata al Mar Cinese Meridionale) mostra una correlazione positiva con le fasi attive, sebbene con valori leggermente inferiori.

c. Interpretazione dinamica e implicazioni fisiche

La modulazione osservata può essere interpretata alla luce della risposta dell’ambiente atmosferico alle anomalie convettive del BSISO. Durante le fasi attive:

• L’aumento della umidità troposferica e della vorticità ciclonica a bassa quota favorisce lo sviluppo di instabilità barotropiche e barocliniche.
• La presenza di ascendenza profonda e convergenza di umidità fornisce condizioni termodinamiche ideali per l’organizzazione della convezione e il successivo innesco di LPS.
• Inoltre, le anomalie nei campi di vento zonale e meridionale possono contribuire alla formazione di linee di convergenza e alla localizzazione di solchi monsonici secondari, luoghi privilegiati per la ciclogenesi.

Questi risultati forniscono un’ulteriore conferma che il BSISO non agisce solamente come modulatore della precipitazione tropicale su larga scala, ma svolge anche un ruolo fondamentale nel determinare la variabilità sinottica a scala regionale, influenzando il tempo meteorologico quotidiano e la frequenza di eventi potenzialmente estremi nei bacini monsonici.

d. Implicazioni per la previsione

La forte coerenza spaziale e temporale tra le fasi attive del BSISO e la genesi degli LPS offre opportunità operative rilevanti:

• Integrare le informazioni sulla fase del BSISO nei modelli di previsione sub-stagionali può migliorare la capacità predittiva della ciclogenesi monsonica.
• Identificare le finestre temporali ad alta probabilità di genesi degli LPS è cruciale per la gestione del rischio idro-meteorologico in regioni densamente popolate e vulnerabili, come l’Asia meridionale e il Sud-est asiatico.

Conclusione

La Figura 15 costituisce una dimostrazione visiva e quantitativa dell’interazione multiscala tra variabilità intrastagionale e ciclogenesi tropicale. L’elevata probabilità di genesi degli LPS durante le fasi attive del BSISO sottolinea l’importanza di considerare i fenomeni intrastagionali come elementi centrali nella comprensione e previsione della variabilità atmosferica tropicale, nonché nella costruzione di strategie operative per la mitigazione dei rischi climatici a scala regionale.

Modulazione intrastagionale della genesi dei cicloni tropicali (TC): analisi della Figura 16

La Figura 16 approfondisce la relazione tra il Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) e la genesi dei cicloni tropicali (TC), proponendo una rappresentazione spaziale e statistica della frequenza con cui tali eventi si verificano nelle diverse fasi del ciclo intrastagionale. La struttura della figura ricalca quella della precedente Figura 15, dedicata alla genesi dei sistemi depressionari monsonici (LPS), ma in questo caso l’attenzione è rivolta a disturbi tropicali di intensità maggiore, le cui condizioni di formazione sono ancora più strettamente legate alla modulazione convettiva del BSISO.

a. Distribuzione geografica della genesi dei TC per fase del BSISO

Nel pannello superiore (16a), sono rappresentati i luoghi di formazione dei cicloni tropicali (punti neri) suddivisi per ciascuna delle otto fasi canoniche del BSISO. I campi di anomalia dell’OLR (Outgoing Longwave Radiation), utilizzati come tracciante della convezione tropicale, evidenziano in blu le regioni convettivamente attive e in rosso quelle soppressive, con soglie definite a ±5 W/m² e ±15 W/m².

L’analisi visiva indica che la formazione dei TC mostra una forte preferenza spaziale per le regioni con convezione attiva. Questa tendenza è particolarmente evidente durante le fasi 5, 6 e 7, quando le anomalie convettive si propagano dal Mar Arabico e dalla Baia del Bengala verso il Mar Cinese Meridionale, il Pacifico occidentale e infine il Pacifico orientale e l’Atlantico tropicale. Le aree di genesi dei TC si allineano chiaramente con le zone di anomalia negativa di OLR, suggerendo una connessione dinamica diretta tra la convezione intrastagionale e il potenziale di ciclogenesi tropicale.

Le regioni oceaniche considerate sono segmentate attraverso riquadri colorati che identificano i principali bacini di formazione: Oceano Indiano settentrionale, Pacifico occidentale, Pacifico orientale e Atlantico tropicale.

b. Probabilità normalizzata di genesi ciclonica per fase BSISO

Il pannello inferiore (16b) sintetizza la frequenza di genesi ciclonica in funzione della fase del BSISO attraverso una metrica di probabilità normalizzata, espressa in percentuale. Tale normalizzazione tiene conto della diversa durata delle singole fasi e del numero complessivo di giorni significativi in ciascuna di esse, consentendo una comparazione equa e robusta del rischio di formazione per unità di tempo.

I risultati mostrano che:

• La massima probabilità di genesi ciclonica si registra nelle fasi 6 e 7, specialmente nel Pacifico occidentale, dove si osservano picchi superiori al 17% (curva blu).
• Anche l’Oceano Indiano settentrionale (curva rossa) mostra un aumento significativo nella fase 5–6, coerente con la posizione avanzata della convezione BSISO su quel bacino.
• Il Pacifico orientale (curva viola) presenta un incremento nelle fasi 6–7, seppur con valori inferiori rispetto al Pacifico occidentale, suggerendo un’influenza indiretta del BSISO anche su bacini più distanti.
• L’Atlantico tropicale (curva nera) mostra valori generalmente più bassi, con una debole preferenza per la fase 4, indicando una minore ma non trascurabile sensibilità alla modulazione convettiva intrastagionale.

c. Meccanismi fisici alla base della modulazione BSISO–TC

La distribuzione osservata riflette l’impatto sostanziale del BSISO sulle condizioni ambientali che regolano la ciclogenesi tropicale. Durante le fasi convettive attive del BSISO, si verificano modificazioni significative nella struttura della troposfera tropicale, tra cui:

• Aumento della umidità relativa troposferica ai medi livelli (600 hPa), che favorisce lo sviluppo e il mantenimento della convezione profonda.
• Incremento della vorticità ciclonica ai bassi livelli, soprattutto nelle regioni a valle dei flussi monsonici, come la linea di shear e la zona di confluenza nel Pacifico occidentale.
• Rafforzamento dell’ascendenza verticale (moto verticale negativo) nella media troposfera (500 hPa), un parametro identificato da Moon et al. (2018) come il principale predittore del potenziale di genesi.
• Shear verticale moderato, sufficiente a inibire il disaccoppiamento verticale della convezione, senza impedire l’organizzazione ciclonica.

Tali condizioni sono ben rappresentate nel Genesis Potential Index (GPI) e nella sua variante intrastagionale (ISGPI), strumenti diagnostici che sintetizzano le variabili ambientali favorevoli alla formazione dei TC. L’evoluzione della struttura atmosferica nelle diverse fasi del BSISO evidenzia come quest’ultimo agisca da forzante modulante su scala sub-stagionale, in grado di attivare o inibire l’instaurarsi di cicli convettivi auto-rinforzanti alla base dei cicloni tropicali.

d. Implicazioni operative e previsionali

La relazione documentata nella Figura 16 offre importanti implicazioni per la previsione sub-stagionale dell’attività ciclonica tropicale:

• Le fasi attive del BSISO possono essere considerate come finestre temporali preferenziali per la genesi dei TC nei bacini tropicali boreali.
• L’integrazione della fase del BSISO nei modelli di previsione dinamici può migliorare la capacità di anticipare i periodi ad alta probabilità di sviluppo ciclonico, con vantaggi significativi per la mitigazione del rischio in aree densamente popolate e vulnerabili.
• Anche i tracciati e le traiettorie dei TC risultano influenzati dal BSISO, come mostrato in studi recenti (Kim et al., 2008; Wang et al., 2019; Nakano et al., 2021), sottolineando l’importanza di considerare la variabilità intrastagionale non solo nella fase di formazione, ma lungo l’intero ciclo vitale del ciclone.

Conclusione

La Figura 16 fornisce una dimostrazione empirica della capacità del BSISO di modulare la genesi dei cicloni tropicali attraverso la riorganizzazione su larga scala dell’ambiente atmosferico tropicale. Le fasi convettive attive creano condizioni termodinamiche e dinamiche altamente favorevoli alla ciclogenesi, in particolare nel Pacifico occidentale e nell’Oceano Indiano settentrionale, confermando che la variabilità intrastagionale non solo condiziona la frequenza degli eventi meteorologici estremi, ma ne influenza anche la distribuzione geografica e la prevedibilità. L’integrazione delle informazioni sulla fase del BSISO nei framework previsionali rappresenta una frontiera operativa di grande valore per il miglioramento delle strategie di allerta precoce e gestione del rischio climatico nei tropici.

Accoppiamento tra BSISO e disturbi a media frequenza (QBWO): analisi composita delle fasi 4 e 6

La Figura 17 illustra la relazione dinamica tra il Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) e l’attività convettiva associata alla Quasi-Biweekly Oscillation (QBWO), una componente della variabilità tropicale che oscilla su scale temporali comprese tra 10 e 20 giorni. Tale figura si propone di analizzare le anomalie di potenza convettiva associate alla QBWO nelle fasi 4 e 6 del ciclo del BSISO, che corrispondono rispettivamente a momenti centrali della sua propagazione convettiva attraverso il settore indiano e il Pacifico occidentale.

Configurazione grafica e significato fisico

Nei due pannelli della figura (fase 4 a sinistra, fase 6 a destra), le ombreggiature colorate rappresentano le anomalie di potenza convettiva a media frequenza, determinate attraverso un’analisi spettrale basata su trasformate wavelet. Le zone colorate in tonalità calde (giallo, arancio, rosso) indicano regioni in cui l’attività della QBWO è significativamente superiore alla media, mentre le tonalità fredde (blu e viola) segnalano una riduzione dell’intensità dei disturbi QBWO rispetto al climatologico. I contorni tratteggiati neri rappresentano i nuclei convettivi del BSISO, individuati attraverso anomalie di radiazione a lunga lunghezza d’onda, che fungono da proxy per la convezione profonda.

Fase 4 del BSISO: attività QBWO sull’Oceano Indiano

Durante la fase 4, il BSISO si presenta in uno stadio di maturazione convettiva sul settore nord-orientale dell’Oceano Indiano, in particolare tra il Mar Arabico e la Baia del Bengala. In tale configurazione, la figura evidenzia un’intensificazione dell’attività QBWO in aree situate a nord dell’equatore, con massimi localizzati attorno ai 10–15°N tra la Penisola Arabica e l’India sud-occidentale. Questa sovrapposizione spaziale tra la convezione BSISO e la potenza anomala della QBWO suggerisce un’interazione costruttiva tra le due modalità, in cui i disturbi a media frequenza contribuiscono a sostenere la variabilità convettiva su scala intrastagionale. Viceversa, si osserva una marcata soppressione della QBWO nelle regioni a est (tra Indonesia e Pacifico equatoriale), coerente con il fatto che la convezione BSISO non è ancora giunta in quelle aree.

Fase 6 del BSISO: spostamento dell’attività QBWO verso est

Nel pannello di destra, relativo alla fase 6, si osserva una traslazione verso est del nucleo convettivo del BSISO, che si estende ora tra il Mar Cinese Meridionale, l’Indonesia e il Pacifico occidentale. In coerenza con questa migrazione, anche la QBWO mostra un’intensificazione marcata su queste stesse aree: in particolare, le regioni tra Sumatra, Borneo e le Filippine sono interessate da valori anomali positivi, che denotano una forte attivazione dei disturbi convettivi a 10–20 giorni. Contemporaneamente, le regioni dell’Oceano Indiano mostrano una netta soppressione dell’attività QBWO, segno che l’ambiente atmosferico in quelle aree è divenuto meno favorevole allo sviluppo di disturbi convettivi a media frequenza.

Interazione multiscala: sincronizzazione tra BSISO e QBWO

Questi risultati suggeriscono che il BSISO non agisce isolatamente, ma si accompagna a una modulazione sincronizzata di processi atmosferici a scala temporale inferiore. Il comportamento osservato nella Figura 17 riflette un accoppiamento dinamico multiscala: l’ambiente atmosferico modulato dal BSISO – attraverso la distribuzione della convezione, della vorticità e della convergenza umida – determina condizioni favorevoli o inibitorie alla crescita dei disturbi QBWO. Viceversa, la presenza di disturbi a media frequenza ben organizzati può fungere da “mattoni convettivi” che rinforzano la struttura spaziale della convezione intrastagionale.

In particolare, la fase 4 rappresenta una fase di intensificazione convettiva su scala sinottica nell’Oceano Indiano, sostenuta da un’attività QBWO localizzata che contribuisce a rafforzare i sistemi convettivi su scala regionale (come le depressioni monsoniche). La fase 6, invece, evidenzia una traslazione coerente sia del BSISO che della QBWO verso il Pacifico occidentale, testimoniando un trasferimento energetico e dinamico tra bacini, in cui la QBWO sembra accompagnare e sostenere la propagazione convettiva del BSISO.

Implicazioni per la previsione e la comprensione teorica

La relazione evidenziata dalla Figura 17 ha importanti implicazioni operative e teoriche. Dal punto di vista previsionale, riconoscere la fase del BSISO e la collocazione spaziale dell’attività QBWO può aiutare ad anticipare periodi favorevoli allo sviluppo di sistemi convettivi organizzati e di eventi meteorologici estremi su scala sinottica (inclusi LPS e TC). Sul piano teorico, l’accoppiamento tra BSISO e QBWO offre una conferma della natura gerarchica e interattiva della convezione tropicale, che non si manifesta come entità isolata, ma come un sistema modulato da una sovrapposizione di scale temporali e spaziali.

Conclusione

La Figura 17 rivela come il BSISO agisca da regolatore dell’attività convettiva a media frequenza, orchestrando l’intensificazione o la soppressione della QBWO in funzione della propria fase evolutiva. La coerenza spaziale tra i nuclei convettivi del BSISO e le anomalie positive della QBWO durante le fasi 4 e 6 rappresenta un esempio chiave di interazione multiscala nella dinamica atmosferica tropicale. Questo risultato rafforza l’idea che la prevedibilità della variabilità monsonica e dell’attività ciclonica possa essere migliorata attraverso un approccio integrato che consideri simultaneamente la struttura del BSISO e l’evoluzione della QBWO.

Accoppiamento tra BSISO e oscillazione quasi-bisettimanale (QBWO): dinamiche multiscala nella convezione tropicale

Tra le componenti principali della variabilità convettiva tropicale su scala intrastagionale, l’oscillazione quasi-bisettimanale (QBWO, Quasi-Biweekly Oscillation) rappresenta una modalità rilevante durante la stagione estiva boreale, caratterizzata da una periodicità compresa tra 10 e 20 giorni. Sebbene la QBWO condivida alcune similitudini con il Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO), essa si distingue per un comportamento spaziale e temporale peculiare, che interagisce in modo complesso ma strutturato con il ciclo convettivo intrastagionale dominante.

Numerosi studi hanno messo in evidenza che la QBWO, come il BSISO, modula efficacemente l’attività dei sistemi depressionari monsonici (LPS) e l’alternanza dei cicli attivi e di pausa del monsone indiano. Questa influenza risulta particolarmente marcata nei casi in cui le fasi convettivamente attive o soppresse della QBWO siano in fase con quelle del BSISO. In tali situazioni, si assiste a un rafforzamento della risposta convettiva tropicale, dovuto all’interferenza costruttiva tra le due modalità di oscillazione. Tuttavia, la natura del legame tra BSISO e QBWO rimane in parte non chiarita, e presenta comportamenti contrastanti a seconda del contesto temporale e spaziale considerato.

Alcuni studi osservazionali suggeriscono che la QBWO possa essere innescata dal BSISO, in particolare nella Baia del Bengala, dove la convezione intrastagionale più intensa può attivare disturbi a frequenza più alta attraverso processi di instabilità e retroazione positiva. Tuttavia, su scala interannuale, in determinate aree come il Mar Cinese Meridionale, è stato osservato un comportamento anticorrelato tra l’attività della QBWO e quella del BSISO: quando una delle due è dominante, l’altra tende a essere soppressa. Ciò suggerisce che il tipo di interazione tra le due oscillazioni dipenda non solo dalla fase, ma anche dalla variabilità interannuale, dalle condizioni di fondo e dalla posizione della convezione principale.

Nel presente studio, l’obiettivo è indagare se, e in che misura, gli eventi BSISO modulino l’intensità e la distribuzione spaziale della QBWO. Per farlo, si è applicata un’analisi wavelet, in grado di isolare la potenza spettrale associata alla QBWO su scala locale. Tale approccio, fondato sul metodo di Torrence e Compo (1998), consente di ottenere una misura quantitativa della variabilità convettiva a 10–20 giorni in ogni punto della griglia geografica. Le anomalie ottenute sono quindi state aggregate compositivamente per due fasi significative del BSISO: la fase 4, rappresentativa della maturazione convettiva sull’Oceano Indiano settentrionale, e la fase 6, che corrisponde al massimo convettivo sul Pacifico occidentale e sul Mar Cinese Meridionale.

I risultati, mostrati nella Figura 17, rivelano una coerenza spaziale marcata tra le zone a elevata potenza QBWO e i nuclei convettivi del BSISO. In entrambe le fasi analizzate, la QBWO tende a rafforzarsi proprio nelle regioni convettivamente attive del BSISO, mentre risulta soppressa nelle aree dominate da convezione soppressa. Questa distribuzione suggerisce che il BSISO possa agire da modulatore a bassa frequenza della QBWO, amplificando o inibendo la sua intensità attraverso la riorganizzazione della circolazione atmosferica, della convergenza di umidità e del contenuto di calore tropicale.

Tuttavia, l’intensità di questa modulazione non è uniforme a livello globale. La relazione tra BSISO e QBWO risulta particolarmente evidente in aree ad alta sensibilità convettiva, quali:

• Il Mare Arabico e la Baia del Bengala durante la fase 4, dove si osservano intensificazioni marcate della QBWO che coesistono con nuclei convettivi del BSISO;
• Il Mar Cinese Meridionale e il Mare delle Filippine nella fase 6, dove la QBWO mostra una forte attivazione in concomitanza con la propagazione orientale della convezione BSISO.

Questi risultati indicano che il legame tra BSISO e QBWO è regionalmente dipendente, e che l’amplificazione reciproca tra le due modalità si verifica principalmente in hot-spot convettivi in grado di sostenere sia la variabilità a media frequenza che quella intrastagionale. Il meccanismo sottostante può essere interpretato come una interazione multiscala, in cui la struttura convettiva del BSISO fornisce le condizioni favorevoli (es. instabilità, vorticità ciclonica, convergenza) per l’amplificazione della QBWO, la quale a sua volta può contribuire a strutturare e intensificare la convezione su scala sinottica.

Dal punto di vista operativo e previsionale, questi risultati evidenziano l’importanza di considerare l’interazione tra BSISO e QBWO nella valutazione del rischio di eventi convettivi intensi e persistenti, specialmente nei bacini monsonici. Integrare la fase del BSISO e l’intensità regionale della QBWO nei modelli sub-stagionali potrebbe migliorare la capacità di prevedere eventi estremi, come sistemi depressionari, episodi di piogge torrenziali e potenziali fenomeni tropicali secondari.

Conclusione

La QBWO rappresenta una componente fondamentale della variabilità convettiva tropicale estiva, e la sua interazione con il BSISO avviene secondo dinamiche complesse e altamente regionalizzate. Le fasi convettive attive del BSISO tendono a coincidere con un’intensificazione della QBWO nelle stesse aree geografiche, suggerendo un accoppiamento costruttivo tra le due modalità, specie nei settori indo-pacifici. Questa sinergia multiscala sottolinea la natura organizzata della convezione tropicale e offre nuove opportunità per migliorare la previsione dei fenomeni monsonici e ciclonici attraverso l’integrazione di segnali a diverse scale temporali.

Influenza del BSISO sulle regioni extratropicali: dinamiche di teleconnessione e modulazione del tempo estremo

Sebbene il Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) sia primariamente noto per il suo impatto sulla variabilità convettiva e pluviometrica dei tropici durante l’estate boreale, evidenze sempre più numerose dimostrano che la sua influenza si estende anche alle regioni extratropicali, attraverso processi di teleconnessione dinamicamediati dalla propagazione di onde planetarie. A differenza dell’MJO, il cui ruolo nella modulazione extratropicale è ampiamente documentato, il BSISO ha ricevuto relativamente meno attenzione, anche se negli ultimi anni sta emergendo come un driver rilevante per la previsione sub-stagionale anche a latitudini medio-alte.

Diversi studi recenti hanno mostrato che le fasi convettive del BSISO possono influenzare eventi meteorologici estremi in Asia orientale, come ad esempio:

• Piogge intense nella Cina meridionale (Hsu et al. 2016);
• Ondata di calore in Giappone e Corea (Hsu et al. 2017);
• Oscillazioni bariche su larga scala che alterano il posizionamento dei centri di azione nel Pacifico settentrionale (Moon et al. 2013).

Tali effetti sono mediati dalla capacità della convezione tropicale del BSISO di innescare treni d’onda di Rossby che si propagano lungo la corrente a getto dell’Asia orientale, fungendo da meccanismo di trasmissione dell’informazione dinamica dai tropici alle latitudini più elevate. Questo processo, ampiamente descritto nella teoria classica delle teleconnessioni (Hoskins e Karoly 1981; Held 1983), genera anomalie bariche organizzate, che possono persistere per diversi giorni e influenzare il tempo sinottico in aree remote rispetto al forcing convettivo originario.

Tuttavia, i pattern di teleconnessione associati al BSISO non sono statici, ma variano significativamente in funzione della fase del ciclo. Per questa ragione, una caratterizzazione completa richiede l’analisi delle anomalie atmosferiche associate a specifici stadi della propagazione convettiva. In tale contesto, la Figura 18 fornisce una rappresentazione sintetica delle anomalie dell’altezza geopotenziale a 200 hPa relative a due fasi contrastanti del BSISO, corrispondenti a configurazioni convettive rispettivamente sull’Oceano Indiano settentrionale (fase 4) e sul Pacifico occidentale(fase 6).

Fase 4 – Attività convettiva sul subcontinente indiano e teleconnessione asiatica

Durante la fase 4, il centro della convezione associata al BSISO si colloca sopra il subcontinente indiano e le regioni adiacenti dell’Oceano Indiano settentrionale. In questa configurazione, la risposta extratropicale si manifesta sotto forma di un treno d’onda ben definito che si estende dal Sud Asia fino al Nord Pacifico, attraversando l’Asia orientale. Questo schema ondulatorio è compatibile con quanto osservato in numerosi studi precedenti (Yasunari 1986; Ambrizzi et al. 1995; Ding e Wang 2007), ed è interpretabile come la risposta in onde di Rossby indotta da un’anomalia di riscaldamento tropicale. Il getto subtropicale asiatico agisce in questo caso come una guida d’onda, canalizzando la propagazione e amplificando la risposta dinamica nella troposfera superiore.

Il risultato è la formazione di anomalie geopotenziali alternate (di segno opposto) che possono favorire, o sopprimere, condizioni favorevoli a precipitazioni, alte pressioni stazionarie o intrusione di masse d’aria calde/fredde nelle regioni extratropicali. La presenza di questa struttura organizzata rende questa fase particolarmente rilevante per la previsione degli eventi estremi in Cina, Corea e Giappone.

Fase 6 – Convezione BSISO nel Pacifico occidentale e pattern Pacific–Japan

Quando il BSISO raggiunge la fase 6, il nucleo convettivo si sposta nel Pacifico occidentale, tra il Mar delle Filippine e il Mar Cinese Meridionale. In questa configurazione si sviluppa un pattern extratropicale completamente diverso, che ricorda la struttura del cosiddetto Pacific–Japan pattern (PJ; Nitta 1987) o East Asia/Pacific pattern (EAP; Huang 1992).

Questo schema si distingue per:

• Anomalie anticicloniche sull’Est della Cina e sul Giappone;
• Anomalie cicloniche sul Mare di Okhotsk;
• Propagazione del treno d’onda lungo il Pacifico settentrionale.

Studi precedenti hanno associato il pattern PJ all’attività convettiva tropicale intrastagionale (Kawamura et al. 1996; Wang et al. 2016), e in particolare alla risposta atmosferica alla convezione nel WNP. Anche la QBWO può attivare tale schema (Fukutomi e Yasunari 1999, 2002), ma il BSISO si dimostra un innesco ancora più efficace, grazie alla maggiore coerenza spaziale e temporale delle sue anomalie convettive.

Meccanismi dinamici: barotropia, baroclinia e propagazione planetaria

La propagazione delle anomalie atmosferiche verso le regioni extratropicali avviene prevalentemente attraverso onde di Rossby barotropiche, che si propagano lungo le latitudini medie senza essere intrappolate nei tropici. La presenza di shear verticale nei venti zonali, tipico della circolazione asiatica durante l’estate boreale, può tuttavia consentire anche l’attivazione di una risposta baroclinica, specialmente in presenza di forti gradienti termici verticali.

Le onde barotropiche sono generalmente ritenute le principali responsabili delle teleconnessioni associate al BSISO, poiché sono meno soggette al confinamento tropicale (Lee et al. 2009). Tuttavia, in casi specifici, la componente baroclinica può contribuire ad amplificare le anomalie troposferiche, come dimostrato da Kosaka e Nakamura (2006) nel contesto di eventi estremi sull’Asia orientale.

Conclusione

L’influenza del BSISO sulle regioni extratropicali si manifesta attraverso treni d’onda di Rossby generati dalla convezione tropicale, con pattern distinti in funzione della fase del ciclo convettivo. Nelle fasi centrali del BSISO, tali treni d’onda si propagano lungo il getto asiatico e il Pacifico settentrionale, dando origine a configurazioni bariche persistenti che possono amplificare o attenuare fenomeni meteorologici estremi. L’analisi della propagazione extratropicale del BSISO fornisce quindi strumenti predittivi di grande valore per la previsione sub-stagionale, contribuendo a una visione integrata della variabilità climatica tropicale ed extratropicale.

Influenza del BSISO sulla circolazione extratropicale: evidenze dinamiche e teleconnettive

Nonostante la comunità scientifica abbia da tempo riconosciuto l’importanza della Madden–Julian Oscillation (MJO) nel modulare la circolazione extratropicale, solo recentemente il Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) ha attirato un interesse crescente per il suo potenziale impatto sulle medie e alte latitudini dell’emisfero boreale. A differenza della MJO, infatti, gli studi sul ruolo del BSISO nelle teleconnessioni extratropicali risultano più scarsi e frammentari (Stan et al., 2017), nonostante alcune recenti ricerche abbiano evidenziato la sua influenza su fenomeni estremi quali precipitazioni abbondanti in Cina meridionale (Hsu et al., 2016) o ondate di calore in Giappone e Corea (Hsu et al., 2017).

La trasmissione dell’informazione dinamica dalle latitudini tropicali verso quelle extratropicali avviene prevalentemente attraverso la generazione e propagazione di onde di Rossby barotropiche, attivate dal forzante termico convettivo tropicale e guidate dalla struttura del getto subtropicale estivo, che funge da condotto per l’energia di fase e di gruppo (Hoskins e Karoly, 1981; Held, 1983). Tale meccanismo è ben documentato nella figura 18, che mostra le anomalie composite dell’altezza geopotenziale a 200 hPa associate a due fasi contrastanti del BSISO: la fase 4, con convezione attiva sull’Oceano Indiano settentrionale, e la fase 7, con convezione centrata nel Pacifico occidentale.

Durante la fase 4 (Fig. 18a), la convezione più intensa si sviluppa attorno al subcontinente indiano e all’Oceano Indiano settentrionale. Questa disposizione spaziale della convezione attiva innesca un treno d’onda Rossby coerente e ben strutturato che si estende dall’Asia meridionale fino al Pacifico settentrionale, attraversando l’Asia orientale. L’onda mostra un’alternanza sistematica di anomalie positive e negative dell’altezza geopotenziale, indicativa della propagazione di un’onda stazionaria forzata, come già osservato in studi precedenti (Yasunari, 1986; Ambrizzi et al., 1995; Annamalai e Slingo, 2001). Il getto estivo asiatico, in questo caso, agisce da guida d’onda favorendo il trasferimento verso est dell’influenza convettiva tropicale. Tale configurazione risulta particolarmente rilevante per l’evoluzione meteorologica dell’Asia orientale, in quanto può favorire la persistenza di strutture bariche anomale, come anticicloni bloccanti o cicloni in quota, responsabili di eventi estremi.

In fase 7 (Fig. 18b), con la convezione del BSISO spostata nel Pacifico occidentale, si osserva un pattern geopotenziale sostanzialmente diverso, che mostra analogie con il ben noto schema Pacific–Japan (PJ) o East Asia–Pacific (EAP) (Nitta, 1987; Huang, 1992). Questo schema è caratterizzato da anomalie anticicloniche persistenti sull’est della Cina e sul Giappone, accompagnate da anomalie cicloniche sul Mare di Okhotsk e da un’estesa anomalia positiva su gran parte del Pacifico settentrionale. Tale struttura atmosferica è stata frequentemente associata a episodi di blocco estivo, stasi pluviometrica e ondate di calore in Asia nordorientale, come anche a feedback circolatori capaci di modulare la storm track pacifica.

Entrambe le configurazioni evidenziano come il BSISO possa esercitare un controllo significativo sulla variabilità extratropicale estiva. La presenza di una sorgente convettiva persistente e localizzata, come quella indotta dal BSISO, può infatti eccitare sia onde di Rossby barotropiche, principali responsabili dei pattern osservati nelle figure, sia componenti barocliniche, il cui ruolo tende tuttavia a rimanere confinato all’interno della fascia tropicale per via del trappolamento verticale (Lee et al., 2009). Tuttavia, in alcune circostanze, è stato dimostrato che anche le onde di Rossby barocliniche possono contribuire alla risposta extratropicale (Kosaka e Nakamura, 2006), evidenziando la complessità delle interazioni troposferiche su scala sub-stagionale.

In sintesi, la figura 18 fornisce un’illustrazione convincente dell’efficienza del BSISO nel modulare la circolazione a grande scala dell’emisfero boreale, attraverso meccanismi di forzante convettiva che si traducono in teleconnessioni dinamicamente coerenti e statisticamente significative. Tali risultati sottolineano il valore predittivo del BSISO nei modelli sub-stagionali e la necessità di una migliore comprensione delle sue interazioni con il sistema extratropicale, in particolare per la previsione di eventi estremi estivi su scala emisferica.

Meccanismi teorici della propagazione verso nord del BSISO

Una delle caratteristiche distintive più rilevanti del Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) rispetto alla Madden-Julian Oscillation (MJO) risiede nella marcata propagazione verso nord dei nuclei convettivi. Questo comportamento si manifesta in sincronia con un’organizzazione su larga scala della circolazione ciclonica nei bassi livelli atmosferici sull’Oceano Indiano settentrionale e nel Pacifico occidentale, configurando un pattern dinamico strettamente legato alla variabilità del monsone estivo asiatico.

Numerosi studi teorici hanno cercato di spiegare tale peculiarità dinamica, proponendo modelli fisici e meccanismi concettuali in grado di descrivere le condizioni favorevoli alla propagazione meridionale-nord. A differenza della MJO, che mostra una tipica propagazione est-ovest attraverso i tropici, il BSISO è profondamente influenzato dalla complessa struttura termodinamica e dinamica del sistema monsonico asiatico, che funge da “ambiente guida” per lo sviluppo e la migrazione dei disturbi convettivi.

Diversi fattori ambientali concorrono a modulare la propagazione del BSISO:

1. Cisallineamento verticale dei venti (wind shear): la presenza di un intenso shear verticale nei bassi e medi livelli troposferici — in particolare nelle componenti zonale e meridionale del vento — favorisce l’insorgenza di instabilità barotropiche e barocline. Queste instabilità sono fondamentali per lo sviluppo e l’organizzazione dei disturbi convettivi in strutture coerenti in grado di propagarsi verso nord.
2. Elevata temperatura superficiale del mare (SST): i valori elevati di SST sull’Oceano Indiano settentrionale e nel Mar Cinese Meridionale forniscono un apporto energetico fondamentale al sistema, aumentando il contenuto di calore latente disponibile per la convezione profonda. Tale condizione favorisce l’ancoraggio e il successivo spostamento verso nord della convezione organizzata.
3. Elevata umidità troposferica: la presenza di umidità abbondante negli strati medi e bassi della troposfera è essenziale per mantenere attivi i cluster convettivi. La propagazione verso nord può essere sostenuta anche da feedback positivi legati al rilascio latente e alla convergenza nei bassi livelli atmosferici.
4. Interazione con le anomalie di circolazione su scala sinottica: durante la progressione del BSISO, si osserva spesso la formazione e il movimento coordinato di sistemi di bassa pressione (monsoon lows) e depressioni tropicali, i quali fungono da “mattoni dinamici” che facilitano il trasporto verso nord della convezione attiva. Questo processo si configura come una modulazione multiscala, in cui l’interazione tra BSISO e disturbi sinottici favorisce la propagazione intrastagionale.
5. Feedback radiativi e superficiali: meccanismi legati alla radiazione a onde lunghe e all’interazione oceano-atmosfera (inclusi processi di flusso di calore sensibile e latente) possono sostenere il mantenimento della convezione in movimento. Alcuni studi suggeriscono che il riscaldamento differenziale della superficie oceanica possa rafforzare la struttura convettiva, promuovendo la migrazione meridionale-nord.

In sintesi, la propagazione verso nord del BSISO non è riconducibile a un singolo meccanismo, bensì emerge dall’interazione sinergica di forzanti dinamiche, termodinamiche e radiative. La complessità della circolazione atmosferica asiatica e le condizioni specifiche della stagione estiva boreale rendono il BSISO un sistema unico, la cui comprensione richiede un approccio integrato tra osservazioni, modellistica numerica e teoria dinamica dell’atmosfera tropicale.

Il ruolo del cisallineamento verticale del vento nella propagazione verso nord del BSISO

Uno degli elementi dinamici centrali nella comprensione della propagazione meridionale-nord del Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) è il profilo verticale dei venti, comunemente definito come wind shear. Durante il monsone estivo asiatico, la troposfera è caratterizzata da un pronunciato shear verticale, ovvero da una variazione sistematica dell’intensità e direzione del vento con la quota, sia nella componente zonale (ovest-est) che in quella meridionale (nord-sud). Questo shear rappresenta una configurazione ambientale favorevole allo sviluppo e alla traslazione dei disturbi convettivi su scala intrastagionale.

Studi teorici e modellistici hanno dimostrato che tale struttura del flusso medio gioca un ruolo chiave nell’instabilizzazione delle onde di Rossby tropicali, che a loro volta sono responsabili del trasporto di energia e vorticità verso latitudini più elevate. In particolare, il lavoro pionieristico di Wang e Xie (1997) ha mostrato che, all’interno di un modello intermedio lineare, forzato da uno stato medio climatologico di luglio, è possibile riprodurre la tipica propagazione verso nord della convezione BSISO. Questo comportamento emergente è stato attribuito all’interazione tra le componenti barotropica e baroclinica del flusso atmosferico, che agiscono in presenza di shear verticale orientale. La convezione attiva, localizzata nei tropici, induce divergenza troposferica e flussi compensativi nei bassi livelli, che a loro volta generano anomalie vorticose in grado di stimolare ulteriore convezione a latitudini più settentrionali.

Ulteriori lavori (Jiang et al., 2004; Drbohlav e Wang, 2005) hanno confermato che anche in un contesto semplificato bidimensionale (latitudine-altezza), la sola componente zonale dello shear può spiegare la propagazione osservata, indipendentemente dalla presenza del gradiente latitudinale della forza di Coriolis (effetto beta). Questi studi hanno chiarito come la produzione e l’advezione di vorticità barotropica — favorita dallo shear zonale — siano in grado di generare divergenza nei bassi livelli tramite accelerazione di Coriolis, creando così un ambiente favorevole alla nascita di nuovi centri convettivi a nord del sistema originario.

Parallelamente, la componente meridionale dello shear è stata posta al centro di attenzione da studi come quello di Bellon e Sobel (2008), i quali hanno evidenziato il suo contributo nel determinare la velocità di propagazione del disturbo e nell’alimentare instabilità barocline. In particolare, lo shear meridionale può generare anomalie vorticose attraverso meccanismi analoghi a quelli zonali, ma disposti lungo gradienti nord-sud. La combinazione sinergica tra le due componenti risulta quindi essenziale per comprendere la complessità e la coerenza spaziale del BSISO.

Il processo fisico può essere descritto come segue: in presenza di convezione profonda in un ambiente soggetto a shear verticale (sia zonale che meridionale), si attivano campi di divergenza baroclinica e vorticità troposferica che si distribuiscono in modo asimmetrico rispetto al centro convettivo. Tali anomalie, una volta trasportate dalle correnti medie, danno luogo alla formazione di divergenza barotropica a nord del centro convettivo. Questa divergenza, accelerata dalla forza di Coriolis, promuove la convergenza nei bassi strati atmosferici, intensificando la convezione nelle regioni a latitudine più elevata e determinando, di fatto, la propagazione verso nord del disturbo.

In anni più recenti, lo studio di Dixit e Srinivasan (2011) ha ulteriormente raffinato la comprensione del ruolo relativo delle due componenti dello shear, confermando che la componente zonale determina principalmente la direzione della propagazione, mentre quella meridionale modula le caratteristiche spaziali e l’instabilità del disturbo convettivo. Tali evidenze rafforzano l’idea che la propagazione del BSISO non sia il risultato di un meccanismo unico, ma piuttosto l’esito di interazioni multilivello tra instabilità dinamica, risposta convettiva e retroazioni su scala sinottica.

In conclusione, il wind shear emerge come una componente dinamica fondamentale per la comprensione del BSISO, contribuendo in modo diretto alla sua propagazione verso nord e modulando l’efficacia del trasferimento di energia convettiva lungo il dominio del monsone asiatico.

Climatologia estiva dei campi atmosferici associati al BSISO: interpretazione della Figura 19

La Figura 19 fornisce una sintesi climatologica dei principali campi dinamici e termodinamici associati al periodo estivo allargato (giugno–ottobre, JJASO), utilizzando i dati della reanalisi JRA-55 su un arco temporale di 39 anni (1979–2017). Tali variabili sono fondamentali per comprendere i meccanismi che regolano l’oscillazione intrastagionale estiva boreale (BSISO) e, più in generale, la circolazione monsonica asiatica.

Nel pannello (a), viene rappresentato lo shear verticale del vento zonale tra i livelli di 200 hPa e 850 hPa. Questo campo evidenzia la presenza di un marcato shear orientale sull’Oceano Indiano settentrionale e sul Pacifico occidentale tropicale, un elemento dinamico chiave che favorisce la generazione e la propagazione delle onde tropicali di tipo barotropico-baroclinico accoppiato. Lo shear orientale verticale agisce infatti da meccanismo di instabilità, contribuendo alla genesi di anomalie vorticoshe nei bassi strati che sostengono la convezione profonda e ne facilitano la propagazione meridiana.

Il pannello (b) mostra la distribuzione dello shear verticale nella componente meridionale del vento. Sebbene questo parametro presenti un’intensità inferiore rispetto al corrispettivo zonale, il suo ruolo è tutt’altro che trascurabile. Alcuni studi teorici recenti hanno messo in luce come anche lo shear meridionale contribuisca in modo significativo a modulare la velocità di fase e la direzione della propagazione convettiva associata al BSISO, attraverso effetti combinati di avvezione e distorsione del campo vorticoso.

Nel pannello (c), si osserva il vento meridionale medio nello strato limite (900–1000 hPa), il quale evidenzia un flusso persistente da sud sull’Oceano Indiano centrale e occidentale. Questa componente contribuisce al trasporto di umidità dalle basse latitudini tropicali verso il subcontinente indiano e la catena himalayana, alimentando il ciclo convettivo monsonico e facilitando la rigenerazione delle onde convettive intrastagionali.

I pannelli (d) ed (e) offrono una visione dettagliata della distribuzione dell’umidità specifica nei bassi strati atmosferici. Il pannello (d), relativo allo strato limite, mostra massimi di umidità specifica superiori a 15 g/kg sull’Oceano Indiano e sul Mar Cinese Meridionale. Queste regioni risultano particolarmente favorevoli allo sviluppo di convezione organizzata, in quanto l’abbondante contenuto di umidità nella colonna atmosferica inferiore rappresenta una condizione necessaria per innescare precipitazioni profonde e persistenti. Il pannello (e), che si riferisce a un layer più spesso della troposfera inferiore (600–900 hPa), conferma la presenza di una struttura verticale idratata, estesa fino all’Asia meridionale e orientale, fornendo ulteriore supporto alla sostenibilità del ciclo convettivo tropicale.

Infine, il pannello (f) mostra i vettori del vento orizzontale mediati tra 600 e 900 hPa. La circolazione evidenziata corrisponde al classico flusso monsonico sud-occidentale, che si incurva verso nord-est in prossimità del Golfo del Bengala e del Mar Cinese Meridionale, definendo una zona di convergenza (la monsoon trough) che funge da guida per la propagazione del BSISO. Questo flusso canalizza l’umidità e l’energia verso la convezione attiva, favorendo l’insorgenza di onde di tipo convettivo che si sviluppano lungo traiettorie oblique tipiche del BSISO.

Nel complesso, la climatologia rappresentata nella Figura 19 offre un quadro coerente e integrato delle condizioni di fondo che regolano la propagazione e l’intensità del BSISO. L’interazione tra i campi dinamici (shear verticale, circolazione nei bassi livelli) e quelli termodinamici (contenuto di umidità) fornisce il contesto ideale per la genesi e il mantenimento della variabilità intrastagionale durante la stagione monsonica asiatica. Questa interazione multifisica costituisce la base per l’evoluzione del BSISO e ne determina la traiettoria verso nord, contribuendo in modo determinante alla variabilità climatica su scala sub-stagionale nelle regioni tropicali ed extratropicali dell’Asia.

5.2 Il ruolo dell’effetto β nella propagazione verso nord del BSISO: un’analisi dinamica

La dinamica della propagazione verso nord del BSISO continua a rappresentare una delle questioni più dibattute nell’ambito della meteorologia tropicale. In particolare, il contributo dell’effetto β — ovvero la variazione latitudinale della forza di Coriolis — rimane controverso, con la letteratura scientifica che propone interpretazioni divergenti circa la sua rilevanza nel processo.

Nei modelli teorici che attribuiscono alla cesura verticale del vento zonale (vertical wind shear) il ruolo dominante nella propagazione del segnale convettivo, l’effetto β non è considerato un elemento essenziale. In questi approcci, il meccanismo di propagazione si basa sulla modulazione della convezione da parte del wind shear troposferico, il quale favorisce il mantenimento e la traslazione dell’anomalia convettiva verso latitudini più elevate. Tuttavia, studi come quello di Bellon e Srinivasan (2006) hanno evidenziato che, per spiegare in maniera coerente la selezione della scala spaziale dominante nel BSISO, l’effetto β non può essere completamente trascurato.

Un’interpretazione alternativa è offerta da Boos e Kuang (2010), che pongono l’accento sul concetto di beta drift, un fenomeno ben noto nella dinamica dei cicloni tropicali (Rossby 1948; Adem 1956; Holland 1983). Questo effetto descrive il movimento sistematico di un vortice in un fluido rotante con vorticità assoluta crescente verso i poli. Per comprenderlo, è utile passare da una rappresentazione verticale (latitudine–altezza) a una orizzontale nel piano longitudine–latitudine.

Supponiamo, in questo contesto, la presenza di un vortice con rotazione solida (solid body rotation) immerso in un’atmosfera inizialmente in quiete, dove la vorticità assoluta aumenta con la latitudine. Il movimento del vortice induce un flusso secondario: a ovest del centro del vortice, il flusso meridionale produce un incremento della vorticità relativa, mentre a est si osserva una sua diminuzione. Questo squilibrio genera una tendenza del vortice a spostarsi verso ovest. Inoltre, l’anomalia di vorticità positiva a ovest e quella negativa a est inducono un flusso meridionale verso nord attraverso il centro del vortice, conferendo al sistema un movimento composito verso nord-ovest.

Nel contesto del BSISO, queste dinamiche implicano che le perturbazioni convettive associate a strutture vorticali, come le depressioni monsoniche o i vortici a mesoscala, possano essere influenzate da meccanismi simili. La propagazione verso nord-ovest osservata nei dati osservativi e nei modelli può dunque derivare, almeno in parte, da questo tipo di interazione tra la struttura del vortice e il gradiente latitudinale della vorticità assoluta.

In sintesi, mentre l’effetto β non è indispensabile per spiegare la propagazione verticale in presenza di wind shear, esso acquisisce una rilevanza sostanziale nei modelli bidimensionali orizzontali, contribuendo alla spiegazione della traiettoria inclinata verso nord-ovest del segnale BSISO. Tale ambivalenza riflette la complessità intrinseca del sistema monsonico asiatico, in cui molteplici processi dinamici e termodinamici interagiscono su scale temporali e spaziali diverse. Future ricerche, che integrino modelli idealizzati e simulazioni numeriche ad alta risoluzione, potranno chiarire in modo più definitivo il contributo specifico dell’effetto β nel contesto del BSISO.

5.3 Feedback tra umidità e convezione: una prospettiva termodinamica sulla propagazione del BSISO

Oltre ai ben noti meccanismi dinamici – come lo shear verticale del vento e l’effetto β – il ruolo delle perturbazioni di umidità nello strato limite atmosferico si è affermato come un elemento chiave nel tentativo di spiegare la propagazione verso nord del Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO). L’importanza di tale contributo termodinamico è emersa in particolare negli studi che analizzano l’interazione tra circolazione atmosferica e contenuto d’umidità nella bassa troposfera, in relazione al mantenimento e allo spostamento delle strutture convettive tropicali.

Uno dei principali meccanismi identificati in questo contesto è l’advezione dell’umidità da parte del flusso meridionale medio nello strato limite. In molte regioni soggette al monsone asiatico, il vento meridionale di fondo assume valori positivi, indicando un trasporto d’aria umida dalle basse alle medie latitudini. Quando un’anomalia convettiva si sviluppa, con un centro ben definito in corrispondenza di una zona ad alta umidità, il flusso meridionale di fondo tende a trasportare ulteriore umidità verso nord, favorendo un incremento dell’umidità relativa nella parte settentrionale della perturbazione. Questo processo può quindi predisporre l’ambiente a condizioni più favorevoli alla convezione nelle latitudini superiori.

Un secondo meccanismo complementare riguarda l’interazione tra la circolazione anomala indotta dal BSISO e il gradiente meridionale del profilo di umidità atmosferica. Nelle regioni tropicali come il Golfo del Bengala (BOB) e il Pacifico occidentale settentrionale (WNP), la distribuzione di umidità nello strato limite presenta un chiaro gradiente positivo verso nord fino a circa 20°N. La risposta atmosferica al riscaldamento convettivo produce un’anomalia di vento meridionale orientata verso sud a nord della sorgente convettiva, e verso nord a sud della stessa. In presenza di un profilo di umidità crescente con la latitudine, questa configurazione contribuisce a trasportare masse d’aria più umide verso la regione nord del centro convettivo, rinforzando ulteriormente il contenuto d’umidità in quella zona.

A sostegno di queste dinamiche, negli ultimi anni si è consolidato l’interesse verso l’interpretazione del BSISO alla luce della cosiddetta moisture mode theory, inizialmente sviluppata per comprendere la propagazione orientale della Madden–Julian Oscillation (MJO). Tale teoria attribuisce alla variabilità dell’umidità integrata nella colonna atmosferica – o, in alternativa, dell’energia statica umida (moist static energy, MSE) – un ruolo di primo piano nei processi di attivazione e traslazione convettiva. Nel caso del BSISO, numerosi studi recenti hanno evidenziato come la propagazione verso nord sia strettamente associata ai meccanismi di advezione orizzontale della MSE, in particolare a quote più basse della troposfera.

Analisi dettagliate del bilancio di MSE hanno permesso di distinguere differenti contributi, legati all’interazione tra anomalie convettive e circolazioni di fondo: da un lato, l’advezione della MSE media di fondo da parte dei venti anomali; dall’altro, l’advezione delle anomalie di MSE da parte del campo di vento medio. Inoltre, una componente significativa dell’advezione può anche essere attribuita al trasporto meridionale della MSE, soprattutto nelle aree a ridosso dell’equatore dove il gradiente latitudinale è più marcato. In particolare, le differenze regionali tra il Pacifico nord-occidentale e l’Oceano Indiano settentrionale pongono in evidenza una diversificazione dei meccanismi prevalenti: nel primo caso, si osserva una maggiore rilevanza dell’advezione meridionale, mentre nel secondo prevalgono le componenti zonali.

Questi risultati suggeriscono che la distribuzione spaziale del contenuto d’umidità e il suo accoppiamento con la circolazione atmosferica a grande scala costituiscano un elemento cruciale per la comprensione della dinamica intrastagionale monsonica. L’analisi della propagazione del BSISO secondo un approccio energetico basato sulla MSE fornisce dunque una cornice teorica complementare a quella puramente dinamica, ponendo l’accento sull’importanza della termodinamica dell’umidità e sul ruolo del trasporto orizzontale nei processi di modulazione convettiva tropicale.Le divergenze riscontrate nella letteratura riguardante i meccanismi che governano la propagazione verso nord del BSISO possono essere attribuite, in larga misura, alla diversa collocazione geografica dei casi analizzati, nonché alle differenti metodologie applicate. Una comprensione qualitativa dei termini che governano l’evoluzione dell’energia statica umida (MSE) nella troposfera inferiore può essere ottenuta attraverso un esperimento mentale che considera due scenari idealizzati, coerenti con la struttura convettiva del BSISO e la distribuzione delle sue anomalie.

Si ipotizza che le anomalie di MSE e umidità specifica associate al BSISO seguano una distribuzione spaziale simile a quella delle anomalie di radiazione a onda lunga uscente (OLR), un’assunzione già considerata ragionevole da diversi autori (Adames et al. 2016; Pillai e Sahai 2016; Jiang et al. 2018; Wang e Li 2020). A tale proposito, si considerano due casi rappresentativi: uno in cui il centro convettivo del BSISO si colloca sull’Oceano Indiano settentrionale (tipico delle fasi iniziali, ad esempio fase 3), e un altro in cui esso si sviluppa nel Pacifico nord-occidentale (come in fase 5). In entrambi gli scenari, la struttura inclinata della convezione – descritta da un’inclinazione nord-ovest/sud-est del pattern anomalo – implica che, a nord del centro convettivo, il gradiente zonale della MSE tenda ad assumere valori negativi.

Tuttavia, la configurazione del campo di vento zonale di fondo varia sensibilmente tra le due regioni. Sull’Oceano Indiano settentrionale si osservano venti occidentali intensi e persistenti, coerenti con l’asse del monsone, mentre nel Pacifico occidentale si alternano venti occidentali deboli e correnti orientali, in particolare intorno all’arcipelago filippino. Di conseguenza, l’interazione tra anomalie convettive e campo di fondo porta a effetti differenti nella generazione e nel trasporto della MSE. In particolare, l’advezione della MSE di fondo da parte delle anomalie di vento (il cosiddetto termine zonale attivo) risulta positiva sull’Oceano Indiano, dove la configurazione favorisce un trasporto di energia verso nord del centro convettivo. Al contrario, nel Pacifico occidentale, questo stesso processo può generare effetti sia positivi che negativi, a seconda della posizione relativa delle anomalie convettive e della circolazione zonale di fondo.

Un’ulteriore distinzione emerge considerando l’advezione delle anomalie di MSE da parte del vento zonale medio (termine zonale passivo): essa tende ad assumere valori negativi sull’Oceano Indiano, dove il flusso occidentale si combina con un gradiente positivo di MSE, mentre risulta positiva nel Pacifico, dove i venti si associano a un gradiente negativo. Questo comportamento opposto riflette l’influenza determinante della struttura di fondo nel modulare l’efficienza dei meccanismi di trasporto energetico orizzontale.

Per quanto riguarda le componenti meridionali dell’advezione, anch’esse mostrano sensibilità al contesto regionale. In entrambi gli scenari, l’advezione dell’MSE di fondo da parte delle anomalie di vento meridionale (termine meridionale attivo) tende ad assumere valori positivi, grazie alla presenza di un gradiente latitudinale decrescente della MSE nelle fasce tropicali. Al contrario, l’advezione delle anomalie di MSE da parte del flusso meridionale medio (termine meridionale passivo) può agire in senso opposto, contribuendo a un’erosione della MSE nella regione a nord del centro convettivo.

Questa analisi concettuale, pur non consentendo una quantificazione del peso relativo dei singoli termini, appare coerente con i risultati ottenuti in studi precedenti. In particolare, numerosi autori concordano sull’importanza del termine zonale attivo sull’Oceano Indiano settentrionale, tra cui Jiang et al. (2018), Wang e Li (2020), ma anche Pillai e Sahai (2016) e Adames et al. (2016), seppure con approcci metodologici differenti. I primi non distinguono esplicitamente le componenti zonali, mentre i secondi operano una media composita sull’intero dominio indo-pacifico, giungendo così alla conclusione che anche il termine zonale passivo sia un contributo rilevante, specialmente nel Pacifico. Parallelamente, il ruolo del termine meridionale attivo è stato sottolineato da Wang e Li (2020), sia nel contesto dell’Oceano Indiano sia in quello del Pacifico nord-occidentale, mentre la centralità dell’advezione meridionale nel WNP, rilevata da Pillai e Sahai (2016), sembra dipendere in larga parte proprio dal contributo di questo termine.

Uno dei meccanismi centrali per comprendere la propagazione verso nord del Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) riguarda la generazione di vorticità barotropica, ovvero una circolazione atmosferica che coinvolge tutta la colonna troposferica senza variazioni verticali significative. La Figura 20 rappresenta in modo schematico questo processo, illustrando come la convezione profonda, l’organizzazione verticale dei venti e la struttura baroclinica dell’atmosfera cooperino per produrre anomalie dinamiche a nord del centro convettivo.

Nel pannello (a), viene rappresentata una colonna convettiva attiva, situata in una zona a nord dell’equatore, immersa in un ambiente in cui i venti medi nei bassi strati sono orientati da est e da sud. In presenza di questo specifico profilo verticale del vento – ovvero uno shear verticale – la convezione profonda tende a generare divergenza nei livelli alti della troposfera e convergenza nei bassi strati. Tale struttura verticale produce una separazione netta tra flussi ascendenti e discendenti, che si traduce nella formazione di un campo di vorticità differenziata tra le varie altezze atmosferiche, tipico di una struttura baroclinica. Questo tipo di distribuzione è ricorrente nelle fasi attive del BSISO, soprattutto durante i picchi convettivi organizzati su scala meso-planetaria.

Il pannello (b) fornisce una rappresentazione concettuale della distribuzione meridionale della divergenza e della vorticità nella colonna atmosferica. Entrambe mostrano una configurazione simmetrica rispetto al centro convettivo, ma con variazioni importanti nella direzione nord-sud. In particolare, andando verso nord rispetto al centro convettivo, si osserva una progressiva diminuzione della divergenza nei livelli superiori e un aumento della vorticità nella colonna d’aria. Questo gradiente latitudinale crea le condizioni per l’accumulo di momento angolare atmosferico nella parte settentrionale del sistema, predisponendo l’ambiente alla formazione di una nuova anomalia dinamica.

Il pannello (c) sintetizza le implicazioni dinamiche del processo: in presenza di differenze verticali nei venti zonali e meridionali – cioè shear baroclinico – la struttura convettiva è in grado di generare una vorticità atmosferica che non varia con la quota, detta barotropica, localizzata a nord del sistema originario. Tale vorticità rappresenta un’anomalia ciclonica che tende a rafforzare la circolazione atmosferica in quella regione e ad attrarre verso nord la futura convezione. Questo meccanismo spiega, almeno in parte, la tipica traiettoria nord-occidentale osservata nel BSISO, dove ogni impulso convettivo sembra preannunciare e preparare la strada per quello successivo attraverso la generazione dinamica di nuove aree favorevoli alla convezione.

Questa interpretazione, proposta inizialmente da Jiang e collaboratori e successivamente perfezionata da Bellon e Sobel, evidenzia come la propagazione del BSISO non sia esclusivamente legata a processi termodinamici – come la variabilità dell’umidità o dell’energia potenziale disponibile – ma coinvolga in modo determinante la riorganizzazione della circolazione atmosferica a grande scala. Il sistema convettivo stesso, attraverso la sua interazione con lo shear verticale e con la struttura a due strati dell’atmosfera tropicale, contribuisce a generare i presupposti per la propria migrazione meridionale. In altre parole, il BSISO si comporta come una struttura autoregolante, in grado di modellare il campo atmosferico circostante per sostenere la propria evoluzione spaziale e temporale.

La Tabella 2 sintetizza il segno atteso dei principali contributi dell’advezione orizzontale dell’energia statica umida (MSE) nelle due principali regioni in cui si manifesta la Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO): l’Oceano Indiano settentrionale (Northern IO) e il Pacifico nord-occidentale (Western North Pacific, WNP). Lo scopo di tale analisi è quello di distinguere, in termini qualitativi, quali processi atmosferici – legati al trasporto orizzontale di energia da parte dei venti – favoriscano o ostacolino la propagazione convettiva su scala intrastagionale, tenendo conto della diversa struttura dinamica e termodinamica delle due aree.

I quattro termini considerati nel bilancio orizzontale della MSE rappresentano combinazioni diverse tra vento medio e vento anomalo, applicati al trasporto sia del contenuto energetico medio che delle sue anomalie. In altre parole, si analizzano separatamente gli effetti del trasporto effettuato dalla circolazione di fondo e quello legato alla risposta atmosferica al forcing convettivo. Ogni termine può agire in modo favorevole (valore positivo) o sfavorevole (valore negativo) rispetto al mantenimento o alla propagazione della convezione. Alcuni possono anche variare di segno, riflettendo la complessità regionale della risposta dinamica.

Nel caso dell’Oceano Indiano settentrionale, il primo termine – associato al trasporto dell’energia di fondo da parte dei venti anomali – mostra un segno positivo. Ciò implica che le anomalie di vento generate dalla convezione contribuiscono ad accumulare energia nella colonna atmosferica sopra il centro convettivo, facilitandone così la propagazione verso nord. Al contrario, il secondo termine – relativo al trasporto delle anomalie di energia da parte dei venti medi zonali – risulta negativo, suggerendo che la circolazione atmosferica di fondo tende a disperdere l’energia, ostacolando in parte il consolidamento del disturbo convettivo. Il terzo termine, che rappresenta il trasporto meridionale di energia da parte del vento anomalo, mostra un’influenza favorevole (positiva), evidenziando un’efficace convergenza energetica verso il sistema. Infine, il quarto termine – che riflette l’effetto del trasporto meridionale da parte dei venti medi – è sfavorevole (negativo), indicando una dispersione energetica verso sud da parte della circolazione generale.

Nel Pacifico nord-occidentale, la situazione si presenta più complessa. Il primo termine, che nel bacino indiano era chiaramente positivo, qui assume un segno variabile, a seconda della posizione geografica specifica e della configurazione locale della circolazione. Tale ambiguità riflette l’eterogeneità spaziale del WNP, dove la presenza di isole, catene montuose e l’interazione con le circolazioni tropicali e subtropicali rende più difficile una generalizzazione. Il secondo termine assume invece un segno positivo, indicando che il trasporto delle anomalie energetiche da parte del vento zonale medio, in questa regione, tende a sostenere l’accumulo energetico e quindi la convezione. Anche il terzo termine, come nel Northern IO, è favorevole, suggerendo un contributo attivo del vento meridionale anomalo nel supportare la propagazione convettiva. Il quarto termine, infine, mantiene segno negativo, analogamente al caso indiano, e rappresenta un fattore inibitore legato al trasporto meridionale da parte della circolazione media.

Questa valutazione qualitativa evidenzia alcune distinzioni fondamentali tra le due regioni. L’Oceano Indiano settentrionale si presenta come un ambiente in cui la circolazione anomala gioca un ruolo particolarmente efficace nell’organizzare e mantenere la convezione, mentre la circolazione media tende a controbilanciare parzialmente questo effetto. Nel Pacifico nord-occidentale, invece, si osserva un coinvolgimento più articolato della circolazione di fondo, con una maggiore interazione tra i flussi zonali e meridionali. In questa regione, il secondo e terzo termine risultano sistematicamente positivi, indicando che il supporto alla convezione proviene sia dalla risposta anomala che dalla circolazione atmosferica di fondo.

L’analisi contenuta nella tabella conferma, dunque, l’importanza di un approccio regionale nella comprensione della dinamica del BSISO. Le forzanti dinamiche che favoriscono la propagazione verso nord della convezione intrastagionale non sono uniformi, ma variano sensibilmente in base al contesto geografico e alla configurazione del flusso atmosferico. Questi risultati, coerenti con le conclusioni tratte da Jiang et al. (2018), Adames et al. (2016), Pillai e Sahai (2016), e Wang e Li (2020), sottolineano l’importanza di considerare congiuntamente le componenti anomala e media del flusso orizzontale nel bilancio energetico atmosferico, al fine di comprendere appieno i meccanismi che regolano la vita e la propagazione del BSISO nei diversi settori dell’Asia tropicale e del Pacifico.

5.4 Interazione aria–mare nel contesto del BSISO

Tra i molteplici fattori che influenzano l’evoluzione e la propagazione del Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO), l’interazione tra oceano e atmosfera rappresenta un elemento di crescente interesse, in particolare per la sua capacità di modulare la convezione tropicale su scala intrastagionale. Numerose osservazioni hanno infatti evidenziato che, su queste scale temporali, le anomalie della temperatura superficiale del mare (SST) mostrano una coerenza spaziale e temporale con i disturbi convettivi associati al BSISO. In particolare, si osserva che le anomalie positive della SST tendono a precedere di circa un quarto di ciclo gli episodi convettivi più intensi, segnalando un possibile contributo causale alla loro attivazione (Sengupta et al. 2001; Vecchi e Harrison 2002; Vialard et al. 2012; Roxy et al. 2013).

Due sono i meccanismi principali attraverso i quali la variabilità della SST può influenzare la convezione atmosferica associata al BSISO. In primo luogo, un riscaldamento della superficie marina può modificare la temperatura nello strato limite atmosferico, alterando il bilancio termico verticale e quindi la struttura della convergenza nei bassi strati, un processo ben noto nella teoria di Lindzen e Nigam (1987). In secondo luogo, la variabilità della SST condiziona gli scambi energetici alla superficie, intervenendo direttamente sul flusso di calore latente e sensibile all’interfaccia aria–mare. Questo processo è in grado di modificare localmente il contenuto energetico della colonna atmosferica, influenzando la probabilità di innesco convettivo.

Negli ultimi vent’anni, numerosi studi numerici hanno cercato di quantificare l’effetto dell’accoppiamento aria–mare sul BSISO. Le simulazioni condotte in ambienti accoppiati, ovvero in cui il modello atmosferico interagisce dinamicamente con un modello oceanico, hanno generalmente evidenziato un miglioramento nella rappresentazione del BSISO, sia in termini di intensità del segnale convettivo, sia nella sua realistica propagazione verso nord (Kemball-Cook et al. 2002; Fu et al. 2003; Sharmila et al. 2013). Tuttavia, questo risultato non è universalmente confermato: in alcuni casi, come sottolineato da Neena et al. (2017), l’accoppiamento non produce benefici evidenti, e anzi può introdurre bias strutturali nel sistema simulato.

Una visione ampiamente condivisa nella comunità scientifica è che il BSISO sia essenzialmente un fenomeno atmosferico, governato da instabilità interne e da processi dinamici su larga scala, mentre l’interazione con l’oceano svolge un ruolo modulante, secondario ma non trascurabile. Tale ruolo secondario non va però sottovalutato, poiché l’accoppiamento aria–mare agisce anche sullo stato medio del sistema, modificando le condizioni di fondo – come la distribuzione media della SST o della stabilità atmosferica – che a loro volta influenzano la struttura, la periodicità e la traiettoria del BSISO stesso (Klingaman e Woolnough 2014). Inoltre, è stato evidenziato che l’alta frequenza del coupling, ovvero la capacità del modello di rappresentare tempestivamente le retroazioni tra oceano e atmosfera, può risultare cruciale per una simulazione realistica dei cicli convettivi intrastagionali (Klingaman et al. 2011; Hu et al. 2015).

Le più recenti diagnosi basate su osservazioni hanno cercato di quantificare il contributo effettivo della SST alla propagazione convettiva. Alcuni studi suggeriscono che le anomalie positive di SST che precedono la convezionefacilitano la traslazione verso nord del BSISO, anche se l’ampiezza di tale contributo rimane oggetto di dibattito (DeMott et al. 2013; Wang et al. 2018; Gao et al. 2019). Un’analisi condotta da Wang et al. (2018) sul bilancio dell’umidità nella bassa troposfera sopra il Pacifico nord-occidentale ha mostrato che le tendenze positive di umidità a nord del centro convettivo sono interamente spiegabili attraverso i flussi latenti indotti dalle anomalie di SST, piuttosto che da processi atmosferici interni, i quali tenderebbero invece a generare un impoverimento di umidità. Tuttavia, un’analisi complementare di Gao et al. (2019), basata sul bilancio energetico integrato della colonna atmosferica, ha rivelato che il contributo dei flussi superficiali associati alla variabilità della SST spiega una frazione limitata – circa il 20% – della variabilità della MSE intrastagionale, sia sull’Oceano Indiano settentrionale che nel Pacifico nord-occidentale.

In sintesi, sebbene il ruolo dell’interazione aria–mare nel determinare l’origine e la propagazione del BSISO non sia dominante, essa contribuisce a modulare il contesto energetico e dinamico in cui si sviluppano le anomalie convettive, rafforzando in alcuni casi la coerenza e la persistenza del segnale. L’effetto sinergico tra variabilità atmosferica e feedback oceanici rappresenta quindi una dimensione cruciale per una comprensione più completa del sistema monsonico intrastagionale.

5.5 Trasporto convettivo di quantità di moto (Convective Momentum Transport, CMT)

Un ulteriore elemento dinamico che ha ricevuto crescente attenzione negli studi recenti sulla propagazione del BSISO è rappresentato dal trasporto convettivo di quantità di moto, noto come Convective Momentum Transport (CMT). Questo meccanismo descrive il trasporto verticale della quantità di moto orizzontale da parte delle correnti ascensionali e discendenti all’interno delle torri convettive. Tale processo, oltre a modificare localmente i profili di vento, contribuisce alla redistribuzione della vorticità atmosferica, in particolare nelle configurazioni in cui è presente shear verticale.

Due studi fondamentali hanno messo in luce aspetti distinti del CMT nel contesto del BSISO. Kang et al. (2010) hanno evidenziato il ruolo del CMT nella componente baroclinica del sistema, cioè nella parte della circolazione atmosferica che varia con la quota, mentre Liu et al. (2015) si sono concentrati sulla componente barotropica, che invece coinvolge la colonna atmosferica in modo più uniforme verticalmente. Il lavoro di Kang et al. costituisce un punto di riferimento per l’analisi del CMT in un modello bidimensionale latitudine-altezza, in cui si assume che il trasporto convettivo sia proporzionale alla precipitazione, e quindi legato alla convergenza nei bassi strati e allo shear verticale medio.

Nella loro formulazione, la presenza di convezione profonda genera un’anomalia di convergenza nei bassi strati che, combinata con un profilo verticale inclinato del vento, attiva un trasporto di quantità di moto verso l’alto. Questo processo introduce un trasferimento netto di vorticità baroclinica verso nord, che, come illustrato nella Figura 20, favorisce la formazione di una nuova anomalia ciclonica a latitudini più settentrionali rispetto al centro convettivo iniziale. In termini dinamici, il CMT non solo modifica la circolazione locale, ma favorisce attivamente la migrazione del disturbo convettivo verso nord, contribuendo alla propagazione coerente del BSISO.

Accanto al ruolo dell’atmosfera libera e delle interazioni con l’oceano, è opportuno considerare anche l’eventuale contributo dei processi superficiali terrestri. Alcuni studi modellistici condotti negli anni Ottanta hanno proposto che le proprietà della superficie continentale possano avere un’influenza sulla modulazione del BSISO, soprattutto durante le fasi in cui la convezione si avvicina o interagisce con il subcontinente indiano. In particolare, Webster (1983) ha posto l’accento sull’importanza del flusso di calore sensibile dallo strato limite atmosferico, suggerendo che l’aumento della temperatura superficiale sopra le aree continentali possa attivare o sostenere la convezione. Parallelamente, Goswami e Shukla (1984) hanno sottolineato il ruolo del calore latente rilasciato dalla superficie del suolo, specialmente in presenza di umidità residua dovuta a piogge precedenti.

Tuttavia, l’evidenza osservativa più robusta indica che la propagazione verso nord del BSISO si manifesta con maggiore regolarità e coerenza sopra le superfici oceaniche, in particolare nell’Oceano Indiano settentrionale e nel Pacifico nord-occidentale. Questo fa sì che il contributo effettivo dei processi terrestri alla dinamica intrastagionale resti poco chiaro e difficilmente quantificabile, soprattutto in termini di feedback persistenti e sistematici. Il segnale convettivo sul continente tende infatti ad essere meno organizzato, più sensibile alla variabilità locale del suolo e fortemente modulato dall’orografia e dalla circolazione regionale.

Nel complesso, mentre il CMT si configura come un meccanismo dinamico attivo e integrato nella propagazione del BSISO, il ruolo dei processi superficiali legati alla terraferma appare più episodico e secondario, richiedendo ulteriori approfondimenti attraverso campagne osservative mirate e simulazioni ad alta risoluzione capaci di rappresentare accuratamente il contrasto terra–mare e le condizioni locali dello strato limite.

5.7 Discussione: interpretazioni regionali, analogie con il MJO e il ruolo delle interazioni multiscala nella propagazione del BSISO

La propagazione verso nord del Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) rappresenta un fenomeno complesso, il cui inquadramento teorico richiede la sintesi di molteplici meccanismi dinamici e termodinamici, ciascuno con una rilevanza che può variare in funzione del contesto geografico e stagionale. Un elemento chiave emerso da diverse analisi osservazionali e modellistiche è che i campi atmosferici di fondo – come la distribuzione dello shear verticale del vento, la vorticità barotropica e l’umidità nella bassa troposfera – non sono uniformiall’interno della vasta regione monsonica asiatica. Questo implica che l’efficacia dei singoli meccanismi proposti per spiegare la propagazione del BSISO può risultare altamente dipendente dalla regione considerata.

Ad esempio, l’intensità dello shear verticale orientale è significativamente maggiore sull’Oceano Indiano settentrionale rispetto al Pacifico nord-occidentale, mentre lo shear verticale settentrionale è marcato nel Golfo del Bengala e moderato nel Pacifico, ma quasi assente sul Mar Arabico. Questa eterogeneità implica che la generazione di vorticità barotropica, discussa nella Sezione 5.1, possa assumere caratteristiche diverse nelle varie sotto-regioni. In particolare, secondo Chou e Hsueh (2010), la componente barotropica indotta dallo shear settentrionale risulta importante in tutto il dominio, mentre quella associata allo shear orientale appare rilevante solo sull’Oceano Indiano. Analogamente, l’advezione di umidità nello strato limite, descritta nella Sezione 5.3, è riconosciuta come un meccanismo rilevante per il mantenimento della convezione, sebbene vi siano incertezze sulla sua estensione geografica effettiva: secondo DeMott et al. (2013) potrebbe avere un ruolo su scala regionale, mentre Chou e Hsueh ne limitano l’efficacia al solo Oceano Indiano.

Alla luce di questi risultati, emerge la necessità di stabilire se la propagazione verso nord del BSISO sia guidata da un insieme di processi comuni, validi per l’intera regione monsonica, oppure se sia frutto di una combinazione modulata localmente, in cui l’interazione tra dinamiche atmosferiche e termodinamiche sia sensibile alla latitudine, alla stagione o al tipo di evento. L’assenza di una risposta univoca riflette la complessità di un sistema atmosferico intrastagionale la cui variabilità si manifesta su molteplici scale spaziali e temporali.

Da un punto di vista teorico, è inoltre rilevante considerare le analogie e le differenze tra BSISO e MJO, due fenomeni apparentemente simili ma caratterizzati da traiettorie di propagazione distinte (verso nord nel primo caso, verso est nel secondo). Uno degli interrogativi principali riguarda il motivo per cui la propagazione verso nord della convezione sia particolarmente marcata nel BSISO. L’analisi dei campi di fondo durante il semestre invernale (dicembre–aprile) evidenzia che le configurazioni atmosferiche in quel periodo sono profondamente diverse rispetto a quelle estive, come mostrato nella Figura 21. In inverno, né lo shear verticale né il feedback umidità–convezione sembrano in grado di sostenere un’efficace propagazione meridionale, suggerendo che altri processi siano determinanti.

A tal proposito, alcuni meccanismi proposti per la propagazione del MJO – in particolare il feedback radiativo delle nubi e le interazioni multiscala – sono stati ipotizzati come potenziali fattori anche nel contesto del BSISO. Nell’ambito della moisture mode theory, il feedback radiativo è in grado di rafforzare la convezione mediante il riscaldamento radiativo di onda lunga associato alla presenza di nubi alte, che potenzia i moti verticali ascendenti e il trasporto di umidità. Sebbene questo meccanismo sia ben documentato nel MJO (Raymond 2001; Sobel e Maloney 2012; Adames e Kim 2016; Zhang et al. 2020), il suo ruolo nel BSISO resta ancora poco esplorato e necessita di ulteriori conferme empiriche.

In parallelo, il BSISO presenta una marcata natura multiscala, come mostrato nella Figura 6, in cui la convezione su scala intrastagionale è spesso costituita da un insieme di sistemi convettivi a mesoscala (MCS), integrati in strutture sinottiche più ampie. Le interazioni tra questi sistemi, attraverso scambi di calore, quantità di moto e umidità, rappresentano una dinamica emergente che può contribuire alla coerenza e alla migrazione del sistema convettivo. Tuttavia, mentre per il MJO esiste una letteratura estesa che ha analizzato tali interazioni con modelli teorici e numerici (Biello e Majda 2005; Majda e Stechmann 2009, 2011; Wang e Liu 2011; Thual et al. 2014), le ricerche specifiche sul BSISO risultano ancora limitate.

In conclusione, la propagazione verso nord del BSISO appare come il risultato di un sistema altamente integrato e geograficamente modulato, dove processi atmosferici, oceanici e radiativi interagiscono su più scale. La comprensione completa del fenomeno richiede un’integrazione tra teoria, osservazione e modellistica, con particolare attenzione alle differenze regionali, all’effetto dello stato medio atmosferico e oceanico, e al ruolo delle interazioni tra scale. Solo attraverso questa prospettiva olistica sarà possibile costruire una rappresentazione unificata della dinamica del BSISO, utile sia per il progresso della scienza del clima tropicale sia per il miglioramento delle capacità previsionali stagionali e sub-stagionali nei bacini monsonici.

6.1 Sfide e progressi nella simulazione del BSISO nei modelli climatici globali a lungo termine

La simulazione realistica della Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) rappresenta una delle sfide più rilevanti e persistenti nell’ambito della modellistica climatica tropicale. Il BSISO, con la sua caratteristica propagazione verso nord della convezione su scala intrastagionale, svolge un ruolo centrale nella modulazione delle precipitazioni monsoniche asiatiche e nella variabilità climatica a scala sub-stagionale. Tuttavia, riprodurre in modo fedele il ciclo di vita e la struttura spaziale del BSISO all’interno dei General Circulation Models (GCM) si è rivelato storicamente complesso, a causa di una combinazione di limitazioni nella rappresentazione dei processi convettivi, nella configurazione delle condizioni di contorno e nella risoluzione spaziale.

Diversi studi condotti nell’ultimo decennio (Lin et al. 2008; Sperber e Annamalai 2008; Neena et al. 2017; Nakano e Kikuchi 2019) hanno identificato una serie di carenze comuni nei GCM, tra cui:

1. una sottovalutazione sistematica della variabilità intrastagionale, con ampiezza dell’oscillazione BSISO inferiore di circa il 50% rispetto alle osservazioni;
2. l’incapacità di riprodurre la caratteristica inclinazione nordovest–sudest della banda convettiva associataal sistema;
3. una rappresentazione poco realistica del ciclo stagionale delle precipitazioni tropicali, con implicazioni dirette sulla traiettoria del BSISO.

Nel progetto CMIP3, ad esempio, solo due modelli su diciassette riuscivano a rappresentare correttamente la fascia obliqua di precipitazione tipica del BSISO (Sperber e Annamalai 2008). Sebbene molti modelli siano in grado di simulare la propagazione verso nord (Lin et al. 2008), la riproduzione congiunta della propagazione verso est e verso nord – componente distintiva del BSISO rispetto al MJO – rimane carente (Lawrence e Webster 2002; Jones et al. 2004a).

Tuttavia, nel passaggio dalla terza alla quinta generazione dei modelli CMIP, si sono osservati miglioramenti significativi. Secondo Sperber et al. (2013), i GCM più recenti mostrano una distribuzione spaziale dell’OLR intrastagionale più realistica, sebbene non ancora perfetta. Alcuni modelli riescono a rappresentare la banda convettiva inclinata, ma persistono difficoltà nella simulazione della transizione della convezione dall’Oceano Indiano al Pacifico occidentale, che costituisce una fase critica nella propagazione del BSISO. Nakano e Kikuchi (2019) hanno inoltre evidenziato che circa il 15% degli eventi intrastagionali simulati nei modelli CMIP5 durante l’estate boreale mostrano caratteristiche tipiche del MJO piuttosto che del BSISO, suggerendo una confusione strutturale tra i due fenomeni nei modelli.

Un progresso importante si è registrato con l’impiego di modelli ad alta risoluzione spaziale (almeno 50 km), i quali sembrano offrire una rappresentazione più coerente del ciclo di vita del BSISO (Haarsma et al. 2016). Questi modelli, indipendentemente dall’uso o meno di schemi di parametrizzazione convettiva, sembrano essere più capaci di riprodurre i processi di precipitazione e l’organizzazione convettiva su scala mesoscala (Mizuta et al. 2012; DeMott et al. 2011, 2013; Goswami et al. 2013; Kikuchi et al. 2017). Tuttavia, il motivo per cui i modelli ad alta risoluzione producono risultati migliori non è ancora del tutto compreso. Potrebbe dipendere dalla maggiore capacità di rappresentare la struttura interna della convezione e la sua interazione con lo shear verticale e i gradienti di umidità, ma sono necessarie ulteriori ricerche per chiarire i meccanismi sottostanti e ridurre i bias sistematici ancora presenti.

Infine, come discusso nella Sezione 5.4, il ruolo dell’interazione aria–mare nel migliorare le simulazioni del BSISO appare marginale. Sebbene l’accoppiamento tra atmosfera e oceano possa contribuire alla modulazione del segnale, non rappresenta da solo una condizione sufficiente per garantire la fedeltà del sistema simulato. Ciò rafforza l’idea che la qualità delle simulazioni del BSISO dipenda primariamente da una rappresentazione accurata dei processi atmosferici interni, inclusi la dinamica convettiva, il trasporto di umidità e la generazione di vorticità, oltre che da un’adeguata risoluzione spaziale e temporale.

In conclusione, sebbene siano stati compiuti importanti progressi nella simulazione del BSISO all’interno dei GCM, permangono lacune strutturali che limitano la capacità predittiva dei modelli. La crescente disponibilità di modelli ad alta risoluzione e di schemi fisici più sofisticati offre però prospettive incoraggianti per il futuro, a patto che venga investito in una comprensione più profonda dei meccanismi fondamentali che sostengono la propagazione e la persistenza del BSISO su scala climatica.

Condizioni atmosferiche invernali e limitazioni alla propagazione nordica del BSISO

La Figura 21 riassume i principali campi atmosferici medi durante i mesi invernali boreali (dicembre-aprile, DJFMA), rappresentando la controparte stagionale della climatologia estiva esaminata nella Figura 19. Questa comparazione stagionale è cruciale per comprendere le condizioni ambientali che limitano la propagazione verso nord del Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO), evidenziando le differenze strutturali tra l’inverno e l’estate nell’ambito del sistema monsonico asiatico.

Nel pannello (a), la differenza tra i venti zonali alla quota di 200 hPa e quelli a 850 hPa indica il wind shear verticale zonale. Durante DJFMA, si osserva una predominanza di shear positivo su vaste aree tropicali, ma con intensità decisamente più contenuta rispetto alla stagione estiva. La debolezza dello shear zonale, elemento chiave per l’instabilità barotropica e la generazione di vorticità, limita l’efficacia dei meccanismi che facilitano la migrazione meridiana dei disturbi convettivi nel BSISO.

Il pannello (b) mostra il wind shear verticale meridionale, ovvero la differenza tra i venti meridionali alle stesse quote. Anche in questo caso, le anomalie appaiono frammentate e meno coerenti, soprattutto sul bacino indiano e nel Pacifico occidentale, suggerendo che il contributo della componente meridionale dello shear – spesso cruciale per la generazione di vorticità barotropica attraverso meccanismi come quello discusso nella Figura 20 – è marginale nella stagione invernale.

I pannelli (c), (d) ed (e) forniscono informazioni chiave sul trasporto e sulla distribuzione dell’umidità nella bassa troposfera. In particolare, il vento medio meridionale nello strato limite (900–1000 hPa, pannello c) risulta debole e disorganizzato, in netta contrapposizione con l’intensa circolazione monsonica estiva che veicola umidità verso nord. L’umidità specifica nei bassi strati (pannello d) e nella bassa troposfera (pannello e) mostra una distribuzione centrata principalmente sulle regioni equatoriali, con un gradiente latitudinale ridotto. Questo impedisce l’attivazione efficace dei processi di feedback tra umidità e convezione, come quelli proposti nella teoria del moisture mode e discussi nella Sezione 5.3.

Il pannello (f), infine, presenta il campo vettoriale del vento orizzontale medio nella bassa troposfera (600–900 hPa), mostrando una prevalenza di flussi zonali piuttosto che meridionali. L’assenza di una convergenza meridionale marcata implica una minore capacità di accumulare umidità e generare instabilità a nord dei centri convettivi, come invece accade in estate.

Nel complesso, la Figura 21 evidenzia come la struttura atmosferica media durante la stagione DJFMA non sia favorevole alla propagazione verso nord della convezione associata al BSISO. I principali meccanismi identificati nella letteratura – come lo shear verticale, l’advezione di umidità nello strato limite, la convergenza dei venti e la vorticità barotropica – risultano indeboliti o assenti. Questo porta a concludere che il BSISO è un fenomeno stagionalmente condizionato, la cui espressione più marcata è legata alla configurazione atmosferica estiva e alle dinamiche del monsone asiatico. In inverno, la struttura ambientale è più favorevole a fenomeni come la propagazione zonale dell’MJO, sostenuta da meccanismi distinti come il feedback radiativo delle nubi e le interazioni multiscala.

Predicibilità potenziale del BSISO: risultati modellistici e osservativi

Nel contesto della variabilità sub-stagionale, la predicibilità del Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO) rappresenta un tema di grande rilevanza sia per la comunità scientifica sia per le applicazioni operative. Negli ultimi vent’anni, numerosi studi hanno cercato di stimare il grado di predicibilità potenziale e l’effettiva abilità predittiva del BSISO, utilizzando prevalentemente modelli di circolazione generale (GCM) e approcci diagnostici basati su osservazioni.

In prima istanza, le valutazioni condotte con modelli numerici si sono basate sull’assunzione di un sistema ideale, cioè privo di errori sistematici e perturbazioni esterne, la cosiddetta perfect model assumption. All’interno di questo contesto teorico, è stato generalmente osservato che i campi dinamici atmosferici, come vento e pressione, mostrano una maggiore predicibilità rispetto ai campi convettivi, come la precipitazione. Tale evidenza è supportata da numerosi lavori, tra cui quelli di Waliser et al. (2003) e Liess et al. (2005), che hanno stimato la predicibilità potenziale del BSISO attorno ai 30 giorni tramite GCM atmosferici disaccoppiati dall’oceano.

Il ruolo dell’interazione aria–mare nella modulazione della predicibilità è stato successivamente oggetto di approfondimento. Gli studi di Fu et al. (2007, 2008) hanno evidenziato che l’inclusione del feedback oceano-atmosfera può estendere la predicibilità di circa una settimana, suggerendo un contributo non trascurabile dei processi di scambio superficiale. Tuttavia, tali risultati non sono stati universalmente confermati: Kim e Kang (2008) hanno riportato che l’accoppiamento aria-mare non modifica in modo significativo la predicibilità, segnalando una dipendenza dai modelli e dalle configurazioni numeriche adottate.

Una valutazione più sistematica è stata proposta da Lee et al. (2015) e Wang, S. et al. (2019), i quali, analizzando ensemble di modelli GCM accoppiati (CGCM), hanno stimato un intervallo di predicibilità compreso tra 23 e 55 giorni, con variabilità legata sia alla struttura del modello che all’intensità dell’evento BSISO. In particolare, è emerso che gli eventi più intensi sono associati a finestre di predicibilità più lunghe e che alcuni modelli, come quello del Centro Europeo (ECMWF), tendono a produrre performance superiori.

Dal lato osservativo, una stima indipendente è stata ottenuta da Ding et al. (2011), utilizzando un metodo diagnostico basato sull’esponente di Lyapunov locale non lineare (NLLE). Tale approccio, applicato ai dati atmosferici osservati, ha indicato una predicibilità intrinseca prossima alle cinque settimane, in buon accordo con le stime derivate dai modelli.

Nel loro insieme, questi risultati confermano un aspetto fondamentale della teoria della predicibilità atmosferica: il grado di predicibilità è strettamente legato alla scala temporale del fenomeno considerato. In tal senso, il BSISO – caratterizzato da periodicità comprese tra 30 e 60 giorni – si colloca in una zona di transizione tra la previsione meteorologica e quella stagionale. L’identificazione delle fonti dinamiche e termodinamiche che determinano tale predicibilità, insieme al miglioramento delle simulazioni numeriche attraverso modelli accoppiati ad alta risoluzione, rappresenta una frontiera di ricerca fondamentale per il progresso della previsione sub-stagionale operativa nel bacino indo-pacifico e oltre.

6.2b – Abilità predittiva del BSISO: Stato attuale e prospettive

Rispetto all’intervallo di predicibilità potenziale discusso precedentemente, la maggior parte dei modelli di circolazione generale (GCM) – con la possibile eccezione del modello ECMWF (Wang, S. et al. 2019) – mostra una capacità predittiva significativamente inferiore, suggerendo che vi siano ampi margini per miglioramenti futuri. L’abilità predittiva effettiva, come nel caso della predicibilità potenziale, varia sensibilmente da modello a modello (Fu et al. 2013; Lee et al. 2015; Jie et al. 2017), con prestazioni migliori associate ai campi dinamici rispetto ai campi convettivi. Inoltre, gli eventi più intensi del BSISO tendono a essere meglio previsti rispetto a quelli più deboli (Seo et al. 2005; Jiang et al. 2008; Lee et al. 2015).

Studi basati su simulazioni a modello singolo con temperature superficiali del mare (SST) prescritte hanno evidenziato una finestra predittiva per le precipitazioni compresa tra una e due settimane (Seo et al. 2005). Data la collocazione del BSISO tra le scale temporali sinottiche e stagionali, si ritiene che la previsione accurata delle condizioni al contorno – specialmente delle SST – sia cruciale per rappresentare adeguatamente il fenomeno. Tuttavia, indagini successive (Seo et al. 2009) indicano che l’accoppiamento aria–mare migliora solo marginalmente l’abilità predittiva, e la questione rimane ancora poco approfondita.

Numerose evidenze indicano che le previsioni basate su medie d’ensemble risultano significativamente più affidabili rispetto a quelle fondate su singoli membri (Lee et al. 2015; Jie et al. 2017). Valutazioni più recenti che impiegano modelli GCM accoppiati suggeriscono un intervallo di abilità predittiva per le previsioni d’ensemble compreso tra una e cinque settimane, con il modello ECMWF generalmente associato alle migliori performance, mentre la maggior parte dei modelli si attesta sotto le tre settimane (Lee et al. 2015; Jie et al. 2017; Wang, S. et al. 2019). È interessante notare che una buona abilità predittiva dell’MJO invernale appare correlata positivamente con una maggiore capacità previsionale del BSISO (Neena et al. 2014; Lee et al. 2015; Wang, S. et al. 2019).

La dipendenza dell’abilità predittiva dalla fase del BSISO è stata oggetto di dibattito. Alcuni studi indicano che la fase di break (convezione soppressa) del BSISO è più prevedibile della fase attiva, in particolare nel contesto del monsone indiano, come suggerito da analisi basate su precipitazioni osservate (Goswami e Xavier 2003) e con l’impiego del modello NCEP-CFSv2 (Abhilash et al. 2014). Tuttavia, valutazioni esaustive condotte su una pluralità di modelli non sembrano evidenziare dipendenze significative né dalla fase iniziale né da quella bersaglio (Lee et al. 2015; Wang, S. et al. 2019). Questo suggerisce che la cosiddetta “barriera di previsione MC” (nota nei modelli dell’MJO) non si presenti in modo analogo nella previsione del BSISO (Wang, S. et al. 2019), in apparente contrasto con le problematiche delle simulazioni a lungo termine discusse nella Sezione 6.1.

Parallelamente, sono stati sviluppati numerosi modelli statistici per la previsione del BSISO, sfruttando approcci differenti: dalla regressione lineare multipla (Goswami e Xavier 2003; Jones et al. 2004b; Jiang et al. 2008; Seo et al. 2009), alla decomposizione in valori singolari (Waliser et al. 1999), fino a tecniche di apprendimento non supervisionato come le mappe auto-organizzanti (Chattopadhyay et al. 2008; Borah et al. 2013), e modelli stocastici non lineari a bassa dimensionalità (Chen e Majda 2015). In alcuni casi, tali modelli hanno raggiunto performance comparabili o persino superiori a quelle dei modelli dinamici, soprattutto nel caso del modello sviluppato da Chen e Majda. Anche l’approccio integrato, che combina modelli dinamici e statistici (Fu et al. 2013), appare promettente.

Infine, si pone la questione di come migliorare ulteriormente l’abilità predittiva dei modelli dinamici. Tre aspetti risultano particolarmente critici: in primo luogo, la fisica del modello è spesso imperfetta. Zhang e van Den Dool (2012) hanno mostrato che il passaggio dal CFSv1 al CFSv2 ha portato a un notevole incremento dell’abilità predittiva (da circa una settimana a 2–3 settimane), verosimilmente grazie a miglioramenti nei parametri fisici. In secondo luogo, le condizioni iniziali fornite al modello sono spesso affette da errori significativi. Diversi studi hanno dimostrato che la variabilità intrastagionale (ISO) è sistematicamente sottostimata nei principali dataset di rianalisi, come NCEP (Shinoda et al. 1999), ECMWF (Fu e Wang 2004; Fu et al. 2006), ERA-Interim (Fu et al. 2011), ERA5 (Jiang et al. 2019) e JRA-55 (Kikuchi 2020). È stato dimostrato che l’utilizzo di condizioni iniziali corrette migliora sensibilmente le capacità predittive (Fu et al. 2009; Fu et al. 2011). Infine, l’interazione aria–mare potrebbe non essere ancora adeguatamente rappresentata nei modelli. Come già discusso, una previsione realistica del BSISO richiede l’accurata rappresentazione sia delle condizioni iniziali che di quelle al contorno lungo tutto il ciclo di vita del fenomeno. Tuttavia, il reale contributo dell’accoppiamento aria–mare alla predittività rimane un tema aperto.

7. Sfide future nella comprensione e simulazione del BSISO

Alla luce della sua centralità durante l’estate boreale e del suo impatto su una vasta gamma di fenomeni atmosferici su scale spazio-temporali differenti, comprendere a fondo la natura dell’Oscillazione Intra-Stagionale della stagione monsonica boreale (BSISO) e migliorarne la simulazione nei modelli numerici rappresenta una priorità della ricerca meteorologica tropicale. Nonostante i rilevanti progressi compiuti negli ultimi quattro decenni, numerose sfide teoriche, diagnostiche e modellistiche rimangono aperte e richiedono un’attenzione rinnovata da parte della comunità scientifica.

Una delle aree meno esplorate riguarda l’interazione del BSISO con altri fenomeni atmosferici, sia tropicali sia extratropicali. Sebbene sia noto che il BSISO esercita un’influenza modulante sui disturbi su scala sinottica, come le depressioni a bassa latitudine (LPS), le oscillazioni quindicinali (QBWO) e i cicloni tropicali (TC), i meccanismi attraverso cui tale modulazione si realizza non sono ancora ben compresi. Ancora più incerta è la possibilità che tali disturbi possano generare un feedback dinamico sulla struttura e l’evoluzione del BSISO stesso. Analogamente, l’interazione tra il BSISO e i sistemi meteorologici extratropicali, inclusi i treni d’onda a media latitudine e le oscillazioni planetarie, rappresenta un campo di ricerca promettente, ma poco sviluppato.

Dal punto di vista teorico, resta irrisolta una questione fondamentale: la propagazione verso nord della convezione è un elemento strutturale e necessario per lo sviluppo e il mantenimento del BSISO, o rappresenta solo una manifestazione periferica della sua componente a propagazione zonale, più simile all’MJO? La difficoltà nel spiegare le variazioni interannuali dell’attività complessiva del BSISO suggerisce che i meccanismi di controllo e retroazione siano ancora largamente ignoti, e che sia necessario adottare una visione più olistica e multiscala, in grado di integrare la dimensione dinamica, termodinamica e radiativa del sistema.

A livello modellistico, come discusso nella sezione precedente, le attuali simulazioni numeriche del BSISO mostrano limiti significativi. I modelli climatici globali (GCM), nella loro maggior parte, sottostimano sistematicamente l’ampiezza della variabilità intra-stagionale nella banda 30–60 giorni, e non riescono a rappresentare correttamente la caratteristica inclinazione nordovest–sudest della banda convettiva del BSISO. Inoltre, i GCM tendono a simulare in maniera insufficiente il passaggio della convezione dal bacino dell’Oceano Indiano al Pacifico occidentale, che è invece una componente chiave del ciclo reale del BSISO.

Nelle simulazioni a breve termine, permane un marcato divario tra la predicibilità teorica e l’abilità predittiva effettiva. Questo gap dipende da una pluralità di fattori: la fisica di parametrizzazione nei modelli, le condizioni iniziali derivanti da rianalisi, e la rappresentazione dell’interazione aria–mare (e, potenzialmente, anche aria–terra). Studi recenti hanno inoltre indicato che le simulazioni ad alta risoluzione e le tecniche di data assimilation avanzata potrebbero offrire percorsi promettenti per migliorare l’affidabilità della simulazione del BSISO, sebbene tali approcci restino ancora limitati nella loro applicazione operativa su larga scala.

Infine, una direzione di ricerca futura fondamentale riguarda lo sviluppo di modelli capaci di riprodurre fedelmente le interazioni tra il BSISO e i processi multiscala, inclusi i sistemi convettivi mesoscalari (MCS), la retroazione radiativa delle nubi alte e le oscillazioni sub-stagionali di origine extratropicale. Solo attraverso una comprensione integrata e una modellizzazione sinergica sarà possibile avanzare verso una rappresentazione più realistica del BSISO, con implicazioni dirette sulla previsione dei monsoni asiatici, degli eventi estremi tropicali e sulla variabilità climatica stagionale a livello globale.

https://doi.org/10.2151/jmsj.2021-045