Effetti dell’Oscillazione del Sud El Niño e dell’Oscillazione Quasi-Biennale sulle temperature polari nella stratosfera
C. I. Garfinkel1 e D. L. Hartmann1
Ricevuto il 29 gennaio 2007; revisionato il 20 giugno 2007; accettato il 3 luglio 2007; pubblicato il 13 ottobre 2007.
[1] I dati di rianalisi sono utilizzati per studiare gli effetti dell’Oscillazione Quasi-Biennale (QBO) e dell’Oscillazione del Sud El Niño (ENSO) sulla stratosfera. Durante l’inverno boreale nell’Artico, i mesi di El Niño Caldo (WENSO) risultano essere significativamente più caldi e i mesi di El Niño Freddo (CENSO) significativamente più freddi rispetto alla climatologia. Anche la QBO mostra di avere un grande effetto sulla stratosfera artica durante la tarda autunno/inizio inverno; i poli della QBO Occidentale (WQBO) sono più freddi, e quelli della QBO Orientale (EQBO) sono più caldi. Nella prima metà dei 50 anni di interesse, WENSO e EQBO tendono a essere correlati nel tempo, rendendo così difficile districare i loro segnali. Per isolare ciascun effetto dall’altro, sono stati realizzati dei compositi dei mesi QBO sotto condizioni ENSO quasi neutre, che mostrano un effetto chiaro nella tarda autunno/inizio inverno. A causa della bimodalità della QBO, produrre un composito significativo dei mesi ENSO sotto una QBO quasi neutra è difficile, poiché il numero di mesi disponibili è piuttosto piccolo. Per distinguere l’ENSO dalla QBO e per studiare ulteriormente la QBO, confrontiamo compositi di mesi con quattro diverse combinazioni di anomalie QBO e ENSO, confermando che l’ENSO ha un effetto significativo sul vortice polare. Questi raggruppamenti sono stati studiati anche dopo aver rimosso i 2 anni successivi a una delle tre maggiori eruzioni vulcaniche durante i 50 anni di dati e solo durante l’era satellitare post-1979. Questi compositi mostrano effetti distinti di ENSO e QBO di magnitudine comparabile.
1. Introduzione
[2] Molto è stato scritto sugli effetti extratropicali della QBO. Holton e Tan [1980] furono i primi a notare che l’altezza geopotenziale media zonale ad alte latitudini è significativamente inferiore durante la fase occidentale della QBO a 50 mbar rispetto alla fase orientale. Hanno ipotizzato che la QBO moduli la posizione della linea di vento critica, influenzando così la propagazione delle onde planetarie dalla troposfera alla stratosfera. Da allora, molti studi basati su modellazione [ad es., Hampson e Haynes, 2006; Pascoe et al., 2006; Naito e Yoden, 2006; Kinnersley e Tung, 1999] e studi basati sui dati [ad es., Ruzmaikin et al., 2005; Baldwin e Dunkerton, 1998] hanno analizzato gli effetti della QBO sul vortice polare, e al livello di dettaglio discusso in questo documento, hanno raggiunto conclusioni simili. Baldwin e Dunkerton [1998] scoprirono che la QBO a 25 mbar ha la maggiore influenza sull’Antartide, e che la QBO a 40 mbar influenza maggiormente l’Artico. Hampson e Haynes [2006] trovarono che la QBO a 48 mbar dà la massima risposta extratropicale dell’emisfero nord. Baldwin et al. [2001] hanno riassunto gran parte del lavoro iniziale fatto sull’argomento.
[3] van Loon et al. [1982] e van Loon e Labitzke [1987] tentarono di discernere l’effetto che l’ENSO ha sulla stratosfera polare dell’emisfero nord e di differenziare tra gli effetti della QBO e dell’ENSO, usando i dati. Tuttavia, tentativi simili di Hamilton [1993] mostrarono che il segnale dell’ENSO non era separabile dal segnale della QBO in modo statisticamente significativo. Più recentemente, Sassi et al. [2004] hanno forzato un Modello di Circolazione Generale (GCM) con temperature superficiali del mare (SST) osservate dal 1950 al 2000 e hanno scoperto che mentre WENSO porta a una stratosfera polare significativamente più calda, CENSO è statisticamente indistinguibile dalla media. L’effetto era più pronunciato dalla tarda inverno alla primavera inoltrata.Manzini et al. [2006] e Garcia-Herrera et al. [2006] hanno confrontato i risultati di modelli forzati con temperature superficiali del mare (SST) osservate e dati ERA-40 dal 1980 al 1999, scoprendo che mentre gli inverni WENSO erano significativamente più caldi dei mesi di ENSO neutro nella stratosfera artica, il raffreddamento durante CENSO era più debole; Manzini et al. [2006] hanno trovato che il segnale si propagava verso il basso nel corso dell’inverno, tanto che il segnale nella stratosfera superiore era più pronunciato all’inizio dell’inverno e l’effetto nella stratosfera inferiore più forte alla fine dell’inverno. Taguchi e Hartmann [2006] hanno forzato un GCM per 9125 giorni con condizioni perpetue di gennaio sotto condizioni SST WENSO e CENSO nel Pacifico, riscontrando più Riscaldamenti Stratosferici Improvvisi e un vortice più disturbato sotto condizioni WENSO rispetto a quelle CENSO. Nessuno di questi modelli include una QBO realistica, dimostrando così che, almeno nei modelli, l’ENSO influenza il vortice polare anche in assenza della QBO.
[4] I lavori che hanno discusso le evidenze osservative generalmente hanno notato che l’influenza della QBO oscura gran parte del segnale ENSO che potrebbe esistere, osservando che WENSO tende ad essere allineato in fase con EQBO a 50 mbar durante la stagione invernale. Questo sembrava dissuadere molti di loro dal commentare sulla significatività del cambiamento ENSO notato, e anche coloro che hanno proceduto a valutare la significatività non ne hanno trovata. L’unica eccezione è lo studio di Camp e Tung [2007b], dove l’Analisi Discriminante Lineare è utilizzata per mostrare che il segnale ENSO è di magnitudine comparabile a quello della QBO. Pertanto, finora i modelli sono stati il principale strumento utilizzato per differenziare in modo statisticamente significativo gli effetti del QBO(ENSO) da quelli dell’ENSO(QBO).[5] Anche i vulcani potrebbero influenzare la stratosfera polare. Free e Angell [2002], Rind et al. [1992] e altri hanno scoperto che la stratosfera inferiore tropicale è stata influenzata dalle eruzioni del Pinatubo, El Chichón e Agung, sebbene sia meno chiaro se anche la midstratosfera polare sia stata influenzata. Per eliminare e isolare qualsiasi possibile effetto che i vulcani potrebbero avere, tutte le analisi che hanno prodotto risultati significativi sono state eseguite sia con che senza i due anni successivi a ciascuna delle eruzioni vulcaniche.
[6] L’obiettivo di questo articolo è di estrarre gli effetti indipendenti di ENSO e QBO attraverso una semplice analisi composita. Per fare ciò, esaminiamo i dati di rianalisi degli ultimi 50 anni e anche per l’era satellitare più recente, e analizziamo quando la temperatura nella stratosfera polare artica è statisticamente significativamente diversa dalla climatologia. Questo articolo tocca anche brevemente se ENSO o QBO abbiano un effetto sul vortice polare antartico.
La Tabella 1a mostra il confronto tra le fasi di QBO occidentale (WQBO) e orientale (EQBO) nella regione artica durante i mesi di ottobre, novembre e dicembre (OND), sotto condizioni neutre di ENSO.
- Indici ENSO: La tabella è divisa in due colonne basate su diversi indici ENSO:
- La prima colonna considera gli indici ENSO minori di 0,3.
- La seconda colonna considera gli indici ENSO minori di 0,5. Questo indice rappresenta l’intensità delle condizioni di El Niño o La Niña, con valori vicini allo zero che indicano condizioni neutre.
- Categorie di QBO: Ci sono tre categorie di intensità di QBO:
- QBO > 0,4: fase WQBO moderatamente forte.
- QBO > 0,7: fase WQBO più forte.
- QBO > 1,0: fase WQBO molto forte.
- Risultati: Ogni cella contiene tre numeri:
- Il primo numero è il punteggio t, che misura la differenza statistica tra WQBO e EQBO. Un valore t alto indica una differenza significativa.
- Il secondo numero è il numero di gradi di libertà (df), che dipende dal numero di osservazioni utilizzate.
- Il terzo numero è la differenza delle medie delle temperature tra WQBO ed EQBO, espressa in gradi Celsius.
- Significatività: I valori t in grassetto indicano che la differenza è statisticamente significativa al 95%, il che significa che la probabilità che la differenza sia dovuta al caso è inferiore al 5%.
Questa tabella evidenzia il confronto tra le fasi di WQBO ed EQBO nella stratosfera artica sotto condizioni ENSO neutrali, mostrando se c’è una differenza significativa nelle temperature tra le due fasi di QBO.
2. Dati
[7] I dati mensili prodotti dal Centro Europeo per le Previsioni Meteorologiche a Medio Termine (ECMWF) sono utilizzati. Il dataset ERA-40 è utilizzato per i primi 45 anni, e l’analisi è estesa al presente utilizzando l’analisi operativa ECMWF TOGA. ERA-40 è una rianalisi di seconda generazione ed è più accurata rispetto alle rianalisi di prima generazione precedenti [Uppala et al., 2005]. Tutti i test statistici che risultano in risultati significativi quando eseguiti sull’intero arco dei 50 anni di dati sono ripetuti per l’era satellitare più breve.
[8] Al momento della stesura di questo documento, i dati ECMWF TOGA sono accessibili fino a gennaio 2007 incluso. Gli indici ENSO e QBO di febbraio 2007 erano tali per cui non sarebbero stati inclusi in nessuno dei compositi menzionati di seguito. I mesi da marzo ad agosto non sono utilizzati in questa analisi. Pertanto, tutti i dati pertinenti dal periodo settembre 1957 ad agosto 2007 sono inclusi in questa analisi, risultando in 50 anni di dati.
[9] Le medie mensili climatologiche sono state prima sottratte dai dati ECMWF delle 12:00 UTC. Successivamente, è stata calcolata l’anomalia di temperatura media zonale, ponderata per area, a nord del 70° a 10 mbar in entrambi gli emisferi per ogni mese nei 50 anni di dati. Questa temperatura media è quindi utilizzata come proxy per la forza del vortice polare ed è la quantità esaminata nel resto di questo documento. Infine, solo quei mesi con gli indici QBO e ENSO negli stati desiderati, e che cadono nella stagione desiderata, sono composti insieme.
[10] Per il vortice dell’emisfero nord, quando si studiano gli effetti dell’ENSO, si esamina l’inverno esteso di NDJF (novembre/dicembre/gennaio/febbraio), e per studiare gli effetti del QBO, si esamina il periodo di tarda autunno/inizio inverno di ONDJ (ottobre/novembre/dicembre/gennaio). Labitzke et al. [2006], Camp e Tung [2007a], Ruzmaikin e Feynman [2002] e altri hanno trovato un impatto significativo del ciclo solare sul vortice polare, prevalentemente in febbraio e marzo. I venti stratosferici superiori possono anche influenzare la forza del vortice polare di tarda inverno [Gray, 2003]. Per evitare questi problemi, i nostri compositi QBO escludono completamente i mesi di tarda inverno. Per il vortice dell’emisfero sud, si studia il periodo di riscaldamento primaverile di OND (ottobre/novembre/dicembre).
[11] L’indice ENSO utilizzato è l’indice Nino3 del CPC/NCEP (http://www.cpc.noaa.gov/data/indices/sstoi.indices). Abbiamo anche riprodotto alcuni dei risultati qui sotto utilizzando l’indice Nino3.4, l’indice Nino4, l’indice Nino1.2 e l’indice Cold Tongue del JISAO, che media su un’area più ampia rispetto all’indice Nino 3.4 (http://jisao.washington.edu/data/cti/). Le differenze nei grafici e nei diagrammi nelle sezioni 5 e 6 tra i vari indici erano minime, con i risultati da Nino1.2 i più differenti dagli altri quattro.
[12] L’indice QBO utilizzato è la media zonale del vento zonale, media dell’area tra 10°S e 10°N, dai dati ECMWF a 50 mbar e 20 mbar. Pascoe et al. [2005] hanno scoperto che l’ERA-40 descrive accuratamente la stratosfera tropicale fino a 5 mbar, e Baldwin e Gray [2005] hanno trovato che l’ERA-40 descrive accuratamente il QBO anche a livelli superiori a 10 mbar. L’indice QBO dell’Università Libera di Berlino (FUB) a 50 mbar è anche utilizzato in vari punti per confermare i risultati ottenuti con l’indice ERA-40. La correlazione tra i due è 0,96.
La Tabella 1b presenta un’analisi simile alla Tabella 1a, ma con una modifica significativa: esclude i dati relativi ai due anni successivi a ciascuna eruzione vulcanica. Questo serve a isolare gli effetti del QBO e dell’ENSO sulle temperature polari nella stratosfera senza l’influenza potenziale delle perturbazioni vulcaniche.
- Categorie di QBO: La tabella è divisa in tre righe che rappresentano differenti intensità del QBO:
- QBO > 0.4: Una fase di QBO occidentale moderatamente forte.
- QBO > 0.7: Una fase di QBO occidentale più forte.
- QBO > 1.0: Una fase di QBO occidentale molto forte.
- Indici ENSO: Le colonne sono divise in base a due soglie dell’indice ENSO:
- ENSO < 0.3: Condizioni ENSO quasi neutre, molto vicine alla normalità.
- ENSO < 0.5: Condizioni ENSO ancora considerate neutre, ma con una variazione leggermente più ampia.
- Risultati:
- Ogni cella della tabella contiene tre numeri:
- Primo numero: Valore del punteggio t, che indica la significatività statistica della differenza tra le condizioni WQBO e EQBO. Un valore più alto suggerisce una differenza più marcata e statisticamente rilevante.
- Secondo numero: Numero di gradi di libertà (df) utilizzati nel test statistico.
- Terzo numero: Differenza media in gradi Celsius tra le temperature misurate durante le fasi WQBO ed EQBO.
- Ogni cella della tabella contiene tre numeri:
- Significatività: Se il punteggio t è in grassetto, indica che la differenza è statisticamente significativa al 95%. Questo significa che è molto probabile che la differenza osservata non sia dovuta al caso.
Questa tabella fornisce quindi una visione chiarificatrice sull’effetto comparato delle fasi del QBO in condizioni ENSO neutre, eliminando le variabili introdotte dalle eruzioni vulcaniche, per una comprensione più precisa dell’interazione tra questi fenomeni climatici e meteorologici.
La Figura 1 presenta compositi delle anomalie di temperatura e geopotenziali di ottobre, novembre e dicembre sull’emisfero nord (NH) a 10 hPa sotto condizioni quasi neutre di ENSO (limite combinato: |ENSO| < 0.4, |QBO| > 0.7). Ecco una spiegazione dettagliata di ciascuno dei pannelli presentati nella figura:
- Pannelli WQBO (fase occidentale del QBO) e EQBO (fase orientale del QBO):
- I primi due pannelli in alto mostrano rispettivamente le anomalie di temperatura e geopotenziale durante la fase WQBO.
- I secondi due pannelli al centro rappresentano le anomalie durante la fase EQBO.
- In ciascun pannello, le anomalie di temperatura sono rappresentate sul lato sinistro e quelle geopotenziali sul lato destro.
- Pannello di differenza (EQBO-WQBO):
- Gli ultimi due pannelli in basso mostrano la differenza tra le condizioni EQBO e WQBO per le anomalie di temperatura (a sinistra) e geopotenziali (a destra).
- Proiezione e unità di misura:
- Tutti i plot sono rappresentati utilizzando una proiezione polare stereografica, con temperature espresse in gradi Celsius e geopotenziali in km m/s².
- Risoluzione e intervallo latitudinale:
- Oltre a includere tutti i 50 anni di dati, le figure mostrano latitudini a partire da 5°N, con linee di latitudine tratteggiate sottili a 15°N, 30°N, 45°N, 60°N e 75°N.
- Analisi delle anomalie:
- Le aree in rosso e giallo indicano anomalie positive (temperature o geopotenziali più alti del normale), mentre le aree in blu indicano anomalie negative (temperature o geopotenziali più bassi del normale).
- Le anomalie di temperatura e geopotenziali sono strettamente correlate, poiché le variazioni di temperatura possono influenzare i valori geopotenziali e viceversa.
Questa analisi dettagliata aiuta a comprendere le differenze nelle condizioni atmosferiche tra le fasi WQBO ed EQBO e il loro impatto combinato sul clima dell’emisfero nord durante i mesi di ottobre, novembre e dicembre sotto condizioni ENSO quasi neutre.
[13] Seguendo Hampson e Haynes [2006], l’indice QBO a 50 mbar è applicato all’Artico, e seguendo Naito [2002] e Baldwin e Dunkerton [1998], il QBO a 20 mbar è applicato all’Antartide. Abbiamo provato ad applicare il QBO a 50 mbar all’Antartide e non abbiamo osservato alcun segnale, confermando quanto riportato da Naito [2002].
[14] Tutti gli indici sono stati normalizzati per la loro deviazione standard su tutti i 593 mesi da settembre 1957 a gennaio 2007 prima dell’uso. Un mese è considerato un mese QBO o ENSO se l’indice ENSO/QBO supera una certa frazione di una deviazione standard dal suo valore medio. Questo limite inferiore varia da 0,2 deviazioni standard fino a 1,2 deviazioni standard nelle varie comparazioni presentate qui, al fine di testare la sensibilità dei risultati all’esclusione o inclusione di mesi ENSO/QBO moderati. Nel resto di questo documento, le unità degli indici sono deviazioni standard, ma queste unità sono omesse per brevità.
[15] I test t di Student possono essere utilizzati quando la popolazione da cui è estratto il campione è normalmente distribuita. L’ispezione visiva degli istogrammi delle anomalie di temperatura a 10 mbar da DJF, NDJF e ONDJF nell’Artico conferma che appaiono gaussiani. Tre test quantitativi sono stati utilizzati anche per testare la normalità della distribuzione. I primi due sono test Monte Carlo sulla curtosi e l’asimmetria attese quando 150 (corrispondenti a 3 mesi di DJF moltiplicati per 50), 200 (corrispondenti a 4 mesi di NDJF moltiplicati per 50) e 250 (corrispondenti a 550 mesi di ONDJF) numeri sono estratti casualmente da una distribuzione gaussiana pura. Il terzo è un test chi-quadrato di adattamento comparando gli istogrammi di DJF, NDJF e ONDJF a una gaussiana. I dettagli di questi test non sono mostrati. Questi test dimostrano che le anomalie di temperatura da 70°N verso il polo sono normalmente distribuite, giustificando così l’uso dei test t di Student. Tuttavia, in Antartide, due dei tre test indicano che le anomalie di temperatura in OND a 10 mbar non sono normalmente distribuite.
[16] Il livello di 10 mbar è stato scelto come compromesso tra due vincoli. Il primo vincolo deriva dall’ipotesi di base di questo documento che la modulazione del vortice polare sia simultanea alle condizioni di ENSO o QBO. Il meccanismo presunto attraverso cui i vortici polari anomali sono indotti sotto QBO e ENSO è attraverso la convergenza del flusso di calore anomalo nella stratosfera polare (la veridicità di questa ipotesi non viene esaminata qui). Newman et al. [2001] hanno scoperto che la temperatura del vortice polare a 50 mbar dipende dal flusso di calore nel mese e mezzo precedente. Tuttavia, quando viene scelta la temperatura del vortice polare a un livello più alto, dove il rilassamento radiativo avviene più rapidamente, è possibile considerare tempi di anticipo più brevi (Newman et al. [2001] hanno trovato una scala temporale di smorzamento di 15 giorni tra la temperatura a 10 mbar e il flusso di calore). Pertanto, è desiderabile scegliere un livello il più alto possibile. Inoltre, Baldwin e Dunkerton [1999] e Limpasuvan et al. [2004, 2005] hanno dimostrato che le anomalie nel vortice polare si propagano verso il basso con una scala temporale di discesa dalla stratosfera superiore alla superficie di 3 settimane. La propagazione verso il basso avviene a causa della natura dell’interazione tra l’onda e il flusso medio. La rottura dell’onda avviene prima ad altezze superiori. Man mano che i venti si indeboliscono, la rottura dell’onda avviene a quote inferiori. Quindi, più alto è il livello scelto, minore è il ritardo che ci si aspetterebbe tra l’osservazione delle condizioni anomale di ENSO e QBO e il vortice osservato più debole/più forte. Il secondo vincolo è che si è scoperto che ERA-40 presenta imprecisioni sopra il livello di 10 mbar, e in particolare sopra il livello di 5 mbar [Randel et al., 2004]. Pertanto, 10 mbar è il livello ottimale per i nostri scopi.[17] Abbiamo testato l’ipotesi che ENSO/QBO influenzino le temperature polari durante lo stesso mese in cui sono osservati. Abbiamo cercato risposte delle temperature polari a ENSO e QBO nei mesi simultanei e anche nei mesi posticipati di un mese rispetto agli indici ENSO/QBO. Come previsto, i compositi simultanei hanno mostrato la risposta più grande.
[18] Nella nostra analisi, combiniamo mesi consecutivi in cui è attesa la stessa risposta a QBO/ENSO (per esempio, NDJF sono combinati nell’Artico quando è attesa una risposta a ENSO). Questo aumenta il numero di gradi di libertà nell’analisi, permettendo così che piccole differenze siano significative. Tuttavia, se si concatenano mesi consecutivi, il numero di gradi di libertà potrebbe essere inferiore al numero di mesi se l’autocorrelazione da mese a mese è significativa. Una ragione per aspettarsi persistenza nelle anomalie di temperatura polare non dovute alla forzatura da ENSO/QBO potrebbe essere dovuta al lento ritorno alla climatologia a seguito di un Riscaldamento Stratosferico Improvviso; tuttavia, studiare il livello di 10 mbar, e non i livelli stratosferici inferiori, riduce questo effetto.
[19] I gradi di libertà sono calcolati usando la formula di Bretherton et al. [1999], dove N* è il numero di mesi, e r(Dt) è l’autocorrelazione al ritardo Dt, che generalmente è scelto essere di un mese. Il numero migliore da usare è l’autocorrelazione da mese a mese per i 3 o 4 mesi di ottobre fino a febbraio che sono effettivamente utilizzati in una data analisi.
[20] Per il vortice polare artico, i gradi di libertà corretti per un composito OND sono l’86% del numero di mesi di dati; per un composito NDJF, è il 98%, e per un composito ONDJ, è il 92%. Tuttavia, non utilizziamo mesi consecutivi perché solo i mesi nella fase appropriata di ENSO e QBO sono inclusi in un composito. Quindi, desideriamo realmente l’autocorrelazione per 10–50 mesi distribuiti in modo pseudocasuale attraverso il set di dati, il che permetterebbe più gradi di libertà rispetto ai numeri sopra menzionati.[21] Nella pratica, per l’analisi dell’Artico, riduciamo i gradi di libertà per l’autocorrelazione al ritardo di un mese su tutto il record. Questo produce un numero effettivo di gradi di libertà pari al 91,7% del numero di mesi esistenti. Poiché stiamo adottando un approccio conservativo, i risultati che mancano di poco la significatività potrebbero in realtà essere significativi.
[22] Per l’Antartide, la correzione per un composito OND a causa dell’autocorrelazione al ritardo di un mese è del 87%. Inoltre, l’Antartide presenta un’alta autocorrelazione al ritardo di 12 mesi; ad esempio, la correzione necessaria se si prende un composito solo di novembre è del 68%. Pertanto, il 68%, e non l’87%, è usato come correzione per i compositi antartici nel resto di questo documento. Questa alta autocorrelazione non era unica all’era pre-satellitare; l’autocorrelazione nelle anomalie di temperatura è rimasta elevata anche nell’era satellitare (post 1979) (in contrasto, l’autocorrelazione delle anomalie geopotenziali è diminuita notevolmente nell’era post-satellite). Questa curiosità non è stata ulteriormente indagata e sembra essere un artefatto dell’ERA-40.[23] Infine, abbiamo anche provato ad assegnare 1 grado di libertà (DOF) quando 2 o 3 mesi consecutivi rientrano nella stessa fase di ENSO/QBO, e 2 gradi di libertà quando 4 mesi consecutivi rientrano nella stessa fase di ENSO/QBO, utilizzando la temperatura media di quei mesi come temperatura di questo DOF. Abbiamo poi esaminato se i compositi nelle sezioni 5 e 6 che fornivano risultati significativi sarebbero rimasti tali. In generale, il segnale non è cambiato, il numero di gradi di libertà è diminuito notevolmente, ma anche la varianza all’interno di ciascun campione è diminuita. La significatività è leggermente diminuita per alcuni risultati, ma tutti i risultati mostrati come significativi in questo documento sono rimasti tali, eccetto per il caso di QBO sotto ENSO neutro nella Tabella 1 dove la significatività è stata largamente persa.
[24] La sezione 3 affronta l’influenza dell’ENSO senza rimuovere il QBO. Per brevità, una sezione simile che dettaglia l’influenza del QBO senza rimuovere l’ENSO non è inclusa poiché i nostri risultati sono coerenti con i lavori precedenti, con gli effetti dominanti a fine autunno e inizio inverno [Hampson e Haynes, 2006]. La sezione 4 studia il grado di correlazione tra ENSO e QBO. Le sezioni 5 e 6 tentano di isolare le rispettive influenze di ENSO e QBO. Figure e tabelle sono incluse quando si ottengono risultati significativi. Per i risultati significativi, le aree geografiche che si riscaldano o si raffreddano a 10 mbar sono confrontate con quelle aree che si riscaldano o si raffreddano a 30 mbar, per vedere se il segnale è completamente barotropico.
La Figura 2 mostra degli istogrammi degli indici QBO registrati dai dati ERA-40 a 50 hPa e 20 hPa, elaborati per un periodo di 593 mesi. Gli istogrammi sono rappresentati per diverse configurazioni temporali e livelli di pressione atmosferica. Ecco una spiegazione dettagliata di ciascun pannello:
- Primo pannello (in alto a sinistra): Mostra l’istogramma di tutti i mesi a 20 hPa. La linea tratteggiata mostra la frequenza delle diverse valutazioni dell’indice QBO, espressa come numero di occorrenze, su una scala da -2 a +2 deviazioni standard.
- Secondo pannello (in alto a destra): Mostra l’istogramma di tutti i mesi a 50 hPa. La distribuzione dell’indice QBO è rappresentata con una scala da -2 a +2 deviazioni standard, indicando come la frequenza delle diverse valutazioni dell’indice varia nel corso dell’anno.
- Terzo pannello (in basso a sinistra): Rappresenta l’istogramma dell’indice QBO a 20 hPa, ma limitato ai mesi di ottobre, novembre e dicembre. Questo mostra come l’indice QBO si distribuisca durante questi mesi specifici, fornendo un focus stagionale sul comportamento dell’indice.
- Quarto pannello (in basso a destra): Mostra l’istogramma dell’indice QBO a 50 hPa per i mesi da ottobre a febbraio, coprendo così un periodo più esteso della stagione invernale. L’istogramma evidenzia la distribuzione dell’indice QBO durante questi mesi specifici.
Le unità sono in deviazioni standard, il che significa che gli indici QBO sono normalizzati rispetto alla media del periodo osservato. Questo aiuta a comprendere come l’indice QBO varia rispetto alla sua media nel tempo e tra diversi livelli di pressione atmosferica.
In sintesi, questi istogrammi forniscono un’analisi visiva della varianza e della distribuzione dell’indice QBO nel tempo, su diversi livelli di altitudine e durante specifici periodi dell’anno, aiutando a identificare i pattern stagionali e la variabilità dell’indice QBO nel contesto climatico a lungo termine.
La Tabella 2a mostra i dati relativi ai mesi WENSO (Warm El Niño–Southern Oscillation) nell’Artico durante i mesi di novembre, dicembre, gennaio e febbraio (NDJF) sotto condizioni neutrali di QBO (Oscillazione Quasi-Biennale). Ecco una spiegazione dettagliata della tabella:
- Indici ENSO: La tabella è divisa in tre colonne in base alla forza dell’indice ENSO:
- ENSO > 0.4
- ENSO > 0.7
- ENSO > 0.9
- Indici QBO: Le righe sono divise in base a due soglie dell’indice QBO:
- QBO < 0.3
- QBO < 0.5
- Dati nella Tabella:
- Ogni cella contiene quattro numeri.
- Il primo numero indica la media della temperatura durante i mesi WENSO rispetto alla media climatologica, in gradi Celsius.
- Il secondo numero è il numero di gradi di libertà (ndf) utilizzato nell’analisi statistica per determinare la significatività.
- Il terzo numero rappresenta il valore t di un test statistico che indica se la differenza di temperatura è statisticamente significativa.
- Il quarto numero è il numero totale di mesi WENSO che soddisfano i criteri di selezione specificati per quella cella.
- Ogni cella contiene quattro numeri.
La tabella fornisce un’analisi dettagliata di come le temperature nell’Artico variano durante gli eventi WENSO più intensi e sotto diverse condizioni di QBO, offrendo insight su come queste due oscillazioni climatiche interagiscono e influenzano le temperature artiche durante l’inverno.
La Tabella 2b è simile alla Tabella 2a ma esclude i mesi influenzati da eruzioni vulcaniche. La tabella mostra l’effetto del fenomeno El Niño (ENSO) e dell’Oscillazione Quasi-Biennale (QBO) sulle temperature dell’Artico, come misurato durante i mesi di novembre, dicembre, gennaio e febbraio (NDJF) sotto condizioni neutrali di QBO. Ecco una spiegazione dettagliata dei dati presentati:
- Indici ENSO e QBO:
- Le colonne sono suddivise in base alla forza dell’indice ENSO (>0.4, >0.7, >0.9), con valori più alti che indicano El Niño più intensi.
- Le righe distinguono i valori dell’indice QBO, divisi in due categorie (<0.3 e <0.5), che indicano le fasi di attività ridotta del QBO.
- Dati nella tabella:
- Ogni cella contiene tre numeri:
- Primo numero: Media della differenza di temperatura, in gradi Celsius, tra i mesi WENSO e la climatologia normale.
- Secondo numero: Numero di gradi di libertà utilizzato nell’analisi statistica.
- Terzo numero: Numero totale di mesi WENSO che soddisfano i criteri specificati per quella cella.
- Nella cella sotto “ENSO > 0.4” e “QBO < 0.3”, la temperatura media è 0.6°C sopra la norma climatologica, con 9 mesi che soddisfano questi criteri.
- Ogni cella contiene tre numeri:
- Significato dei risultati:
- La tabella aiuta a capire come le temperature nell’Artico variano in risposta a differenti intensità di El Niño, in assenza di disturbi dovuti a eruzioni vulcaniche, e in condizioni di QBO relativamente inattive.
- Questi dati sono utili per analizzare l’impatto specifico di ENSO e QBO sul clima artico durante l’inverno, escludendo altri fattori esterni come le eruzioni vulcaniche.
La Tabella 2b fornisce quindi una visione più chiara dell’impatto diretto di ENSO e QBO sulle temperature invernali dell’Artico, aiutando i ricercatori a isolare e comprendere meglio le dinamiche specifiche di queste interazioni climatiche.
La Tabella 2c è simile alla Tabella 2a, ma esclude i dati raccolti durante l’era pre-satellitare. Questa tabella mostra l’effetto delle fasi El Niño (ENSO) e dell’Oscillazione Quasi-Biennale (QBO) sulle temperature dell’Artico durante i mesi di novembre, dicembre, gennaio e febbraio (NDJF) sotto condizioni di QBO neutrale. Ecco una spiegazione dettagliata dei dati presentati nella tabella:
- Indici ENSO e QBO:
- Le colonne sono divise in base alla forza dell’indice ENSO:
- ENSO > 0.4
- ENSO > 0.7
- ENSO > 0.9
- Le righe sono divise in base a due livelli dell’indice QBO:
- QBO < 0.3
- QBO < 0.5
- Le colonne sono divise in base alla forza dell’indice ENSO:
- Dati nella Tabella:
- Ogni cella contiene tre numeri:
- Il primo numero rappresenta la differenza media in gradi Celsius tra i mesi WENSO e la climatologia normale.
- Il secondo numero è il numero di gradi di libertà utilizzato nell’analisi statistica.
- Il terzo numero è il numero totale di mesi WENSO che rientrano nei criteri specificati per quella cella.
- Ogni cella contiene tre numeri:
- Significato dei Risultati:
- La tabella fornisce un’analisi di come le temperature nell’Artico variano durante eventi El Niño più o meno intensi, in condizioni di QBO relativamente inattive, escludendo i dati dell’era pre-satellitare per concentrarsi su misurazioni più recenti e potenzialmente più accurate.
- I risultati aiutano a comprendere l’impatto combinato di ENSO e QBO sul clima artico durante i mesi invernali, mostrando come variano le temperature in risposta a queste oscillazioni climatiche in un contesto moderno, senza l’influenza dei dati storici meno affidabili.
In conclusione, la Tabella 2c offre una visione dettagliata dell’interazione tra ENSO e QBO e il loro impatto sulle temperature invernali dell’Artico, utilizzando dati esclusivamente del periodo satellitare per una maggiore precisione e affidabilità nelle misurazioni.
3. Analisi dell’ENSO Senza Rimuovere il QBO
[25] I mesi vengono aggregati come mesi ENSO se il valore assoluto del loro indice Nino3 è maggiore di un certo limite. Questo limite viene variato per esaminare la sensibilità dei risultati all’esclusione o inclusione di mesi ENSO moderati. Non sono osservati segnali significativi in Antartide.
[26] Per l’Artico, viene utilizzato un composito NDJF. WENSO ha prevalso in 48 dei 200 mesi NDJF durante questi 50 anni, quando il limite è fissato a 0.75. La temperatura media a 10 mbar, a nord del 70°, è aumentata di 2.45°C rispetto alla climatologia, il che è significativo al livello del 98%. 55 mesi NDJF avevano un indice Nino3 inferiore a 0.75, e la loro anomalia media di temperatura stratosferica è di 2.29°C, che è significativa al livello del 97.5%. La differenza tra le medie di CENSO e WENSO è significativa sopra il livello del 99%. Per WENSO, risultati significativi sono ottenuti per tutti i valori di limite sopra 0.55, con un picco di significatività per limite = 0.80. Per CENSO, risultati significativi sono ottenuti per tutti i valori di limite sopra 0.45, con un picco di significatività a limite = 0.85 e di nuovo a limite = 1.4. Se vengono utilizzati solo i dati dell’era satellitare, il segnale di WENSO aumenta notevolmente e diventa ancora più significativo, ma il segnale di CENSO si riduce leggermente e la perdita di 22 anni di dati comporta che non si raggiunga la significatività. Grafici e diagrammi che dimostrano questi risultati non sono mostrati per brevità.
La Figura 3 rappresenta i compositi delle anomalie di temperatura e geopotenziali per i mesi di novembre, dicembre, gennaio e febbraio (NDJF) sull’emisfero nord a 10 hPa, sotto condizioni quasi neutre di QBO (con un indice ENSO maggiore di 0.7 e un indice QBO inferiore a 0.5). Ecco una spiegazione dettagliata di ciascun pannello:
- Primi due pannelli (WENSO) – in alto:
- Mostrano le anomalie di temperatura (a sinistra) e geopotenziali (a destra) durante i mesi di WENSO, un periodo caratterizzato da un forte El Niño.
- Le aree in rosso indicano temperature più alte del normale, mentre le aree in blu indicano temperature più basse del normale.
- I colori caldi (rosso) nei geopotenziali indicano valori più alti del normale e i colori freddi (blu) valori più bassi.
- Secondi due pannelli (CENSO) – al centro:
- Rappresentano le anomalie durante i mesi di CENSO, un periodo caratterizzato da un forte La Niña.
- Analogamente, il pannello a sinistra mostra le anomalie di temperatura e quello a destra le anomalie geopotenziali.
- Ultimi due pannelli (CENSO-WENSO) – in basso:
- Questi pannelli mostrano la differenza tra le condizioni di CENSO e WENSO per le anomalie di temperatura (a sinistra) e geopotenziali (a destra).
- Le aree in rosso indicano dove le anomalie di CENSO sono maggiori rispetto a quelle di WENSO, e le aree in blu dove sono minori.
La scala dei colori a destra di ogni coppia di pannelli quantifica l’intensità delle anomalie in gradi Celsius per la temperatura e in unità non specificate (probabilmente metri al secondo quadrato o simili) per i geopotenziali. Questa figura è utile per visualizzare l’impatto delle fasi opposte di ENSO sulla temperatura e sulla struttura della pressione atmosferica nell’alto strato dell’atmosfera durante l’inverno.
4. Correlazione tra QBO e ENSO
[27] Xu [1992] ha mostrato che QBO e ENSO non erano correlati nel periodo di tempo dal 1951 al 1986, e Kane [2004] è giunto alla stessa conclusione a partire da dati più recenti, ma molti altri hanno supposto o dimostrato che esiste una connessione tra i due, in particolare nella stagione invernale boreale. Quindi, prima di cercare di separare gli effetti di QBO e ENSO, esaminiamo prima la correlazione tra i due indici dal settembre 1957 al gennaio 2007. Gli indici sono definiti in modo tale che quando si verifica EQBO in tandem con WENSO (la direzione comunemente assunta), la correlazione è negativa. Viene utilizzato il QBO a 50 mbar.
[28] Il coefficiente di correlazione tra i nostri indici QBO e ENSO per tutti i 593 mesi è 0,02; la correlazione campionaria è essenzialmente zero. La correlazione tra i due indici a partire dal 1957 fino ad agosto 1982 (il 300° mese) è 0,25, e la correlazione dal 1957 fino a dicembre 1990 (il 400° mese) è 0,16. La correlazione dal 300° al 593° mese è 0,16, e la correlazione dal 400° al 593° mese è 0,26. Pertanto, la correlazione non è stazionaria nel tempo. Tuttavia, i mesi più rilevanti per questo studio sono quelli dell’inverno boreale; quindi valutiamo anche se la correlazione frequentemente assunta sia non stazionaria anche nell’inverno boreale.[29] Il coefficiente di correlazione tra QBO e ENSO per i mesi di NDJF per l’intero periodo di 50 anni è 0,035. Se le date di inizio e fine utilizzate per questa correlazione sono scelte in modo da massimizzare il valore assoluto della correlazione, pur scegliendo un periodo di almeno 20 anni, una scelta astuta degli anni può fornire un coefficiente di correlazione di 0,35 durante la prima metà del periodo e che si avvicina a 0,25 nella seconda metà del periodo. Risultati simili sono stati ottenuti per OND: durante la prima metà del periodo, EQBO e WENSO possono essere interpretati come statisticamente significativamente correlati (coefficiente di correlazione negativo), mentre nella seconda metà del periodo, EQBO e CENSO sembrano correlati (coefficiente di correlazione positivo).
[30] Pertanto, la correlazione non è stazionaria, e qualsiasi spiegazione fisica/dinamica proposta per il collegamento tra QBO e ENSO dovrebbe spiegare questo comportamento non stazionario. I lavori precedenti che hanno trovato una correlazione sono stati eseguiti nei primi anni ’90, prima che esistessero i dati più recenti, e quindi hanno tratto conclusioni prematuramente. La nostra conclusione è che l’alta correlazione nella prima parte del periodo sia molto probabilmente avvenuta per caso.
La Figura 4 mostra un diagramma che illustra le categorie esaminate nella sezione 6 del documento, specificamente per quanto riguarda l’Artico e l’Antartico. Il diagramma presenta quattro coppie di interazioni tra gli indici ENSO e QBO, che sono state esaminate per vedere come si correlano con le condizioni climatiche nelle regioni polari. Ecco una spiegazione dettagliata della figura:
- Categorie:
- WENSO/EQBO e WENSO/WQBO: Queste categorie rappresentano i mesi in cui si verifica un El Niño caldo (WENSO) in combinazione con le fasi orientale (EQBO) e occidentale (WQBO) dell’Oscillazione Quasi-Biennale.
- CENSO/EQBO e CENSO/WQBO: Queste categorie rappresentano i mesi in cui si verifica un La Niña freddo (CENSO) in combinazione con le fasi orientale e occidentale dell’Oscillazione Quasi-Biennale.
- Comparazioni:
- Per l’Artico, le quattro comparazioni circolate nel diagramma sono effettuate per studiare come queste combinazioni influenzano il clima artico.
- Per l’Antartico, oltre alle quattro comparazioni menzionate, viene effettuata anche una comparazione diagonale aggiuntiva.
- Risultati delle Comparazioni:
- Le comparazioni indicate dagli ovali pieni (linee continue) hanno fornito risultati significativi per l’Artico, suggerendo che queste specifiche combinazioni di ENSO e QBO hanno un impatto statistico rilevante sul clima artico.
- Le comparazioni indicate dagli ovali tratteggiati (linee tratteggiate) non hanno fornito risultati significativi per l’Artico, indicando che queste combinazioni di ENSO e QBO non mostrano un impatto statistico rilevante.
Questa figura è quindi utilizzata per visualizzare quali specifiche interazioni tra ENSO e QBO sono state esaminate e quali hanno mostrato un impatto significativo sul clima dell’Artico, con un riferimento aggiuntivo all’analisi condotta anche per l’Antartico.
La Tabella 3a presenta un confronto tra le condizioni climatiche nell’Artico durante i mesi di novembre, dicembre, gennaio e febbraio (NDJF) per differenti combinazioni di ENSO e QBO. Nello specifico, confronta WENSO/WQBO (Warm El Niño–Southern Oscillation durante una fase occidentale del QBO) con CENSO/WQBO (Cold El Niño–Southern Oscillation durante una fase occidentale del QBO) sotto vari livelli di intensità di ENSO. Ecco una spiegazione dettagliata dei dati nella tabella:
- Indici ENSO e QBO:
- Le colonne sono divise in base alla forza dell’indice ENSO:
- ENSO > 0.4
- ENSO > 0.8
- ENSO > 1.2 Questi valori indicano soglie crescenti di intensità per l’evento ENSO.
- Le colonne sono divise in base alla forza dell’indice ENSO:
- Righe per i livelli QBO:
- QBO > 0.4
- QBO > 0.6
- QBO > 0.8 Queste soglie indicano differenti livelli di intensità per la fase occidentale del QBO.
- Dati nella tabella:
- Ogni cella contiene quattro numeri:
- Primo numero: Differenza media di temperatura, in gradi Celsius, tra i mesi WENSO e CENSO durante la fase WQBO.
- Secondo numero: Numero di mesi WENSO che soddisfano i requisiti specificati.
- Terzo numero: Numero di mesi CENSO che soddisfano i requisiti specificati.
- Quarto numero: Indica il valore t del test statistico che misura la differenza tra le medie, fornendo una misura della significatività statistica della differenza osservata.
- Ogni cella contiene quattro numeri:
Questa tabella fornisce un quadro utile per capire come variano le temperature nell’Artico tra i periodi di El Niño caldo e freddo sotto condizioni simili di QBO, e come queste differenze siano influenzate dall’intensità di ENSO.
La Tabella 3c rappresenta dati simili a quelli della Tabella 3b, ma limitati solo ai dati dell’era satellitare. Questa tabella confronta le condizioni climatiche nell’Artico per diverse combinazioni di ENSO e QBO durante i mesi di novembre, dicembre, gennaio e febbraio (NDJF), utilizzando solo i dati raccolti durante l’era satellitare, che ha fornito misurazioni più precise e affidabili. Ecco una spiegazione dettagliata dei dati nella tabella:
- Indici ENSO e QBO:
- Le colonne sono suddivise in base alla forza dell’indice ENSO:
- ENSO > 0.4
- ENSO > 0.8
- ENSO > 1.2 Questi valori rappresentano diversi gradi di intensità dell’evento El Niño.
- Le colonne sono suddivise in base alla forza dell’indice ENSO:
- Righe per i livelli QBO:
- QBO > 0.4
- QBO > 0.6
- QBO > 0.8 Questi livelli indicano differenti intensità della fase QBO, con soglie crescenti.
- Dati nella tabella:
- Ogni cella contiene quattro numeri:
- Primo numero: Differenza media di temperatura, in gradi Celsius, tra i mesi con una specifica combinazione di ENSO e QBO, rispetto alla media climatologica.
- Secondo numero: Numero di gradi di libertà (ndf) usati nell’analisi statistica per quella specifica combinazione.
- Terzo numero: Valore t del test statistico che indica la significatività della differenza di temperatura osservata.
- Quarto numero: Numero totale di mesi che rientrano nei criteri specificati per quella combinazione di ENSO e QBO.
- Ogni cella contiene quattro numeri:
Questa tabella è utile per analizzare come variano le temperature nell’Artico durante i mesi invernali sotto diverse condizioni di ENSO e QBO, utilizzando solo i dati raccolti durante l’era satellitare per garantire la massima precisione e affidabilità delle misurazioni.
5. Analisi di QBO/ENSO per Condizioni Quasi Neutrali di ENSO/QBO
5.1. Effetti del QBO sotto ENSO Quasi Neutro
[31] I mesi vengono aggregati come mesi QBO se il valore assoluto del loro indice QBO è maggiore di un certo limite. Questo limite varia per esaminare la sensibilità dei risultati all’esclusione o inclusione di mesi QBO moderati. I mesi sono inclusi solo se il loro Indice Nino3 è al di sotto di un secondo limite. Anche questo secondo limite varia per verificare la sensibilità. Il limite associato al QBO è il minimo QBO ancora qualificabile come non neutro, e il limite associato all’ENSO è il massimo ENSO ancora considerato neutro. Viene eseguito un test della differenza delle medie tra WQBO ed EQBO per vedere se emerge una differenza statisticamente robusta tra i due.
[32] Per l’Antartide, per un indice QBO di 20 mbar, è presente un effetto notevole, ma non è significativo al 95% per nessuna combinazione di limiti o mesi da ottobre a dicembre.[33] Per l’Artico, i mesi di tarda autunno e inizio inverno, ovvero ottobre, novembre e dicembre, sono combinati e l’analisi è effettuata su questa concatenazione. La Tabella 1a contiene le statistiche t e i gradi di libertà per un ampio intervallo di limiti. Le prime due righe della Tabella 1a sono tutte significative. La Tabella 1b contiene lo stesso grafico ma esclude i primi 24 mesi dopo un’eruzione vulcanica. La ridotta significatività è minore e è dovuta al numero ridotto di gradi di libertà presi in considerazione, poiché il segnale sottostante in realtà si rafforza. Infine, va notato che la maggior parte dell’effetto si trova nei mesi di EQBO. I mesi di EQBO, per un ampio intervallo di limiti, sono significativamente diversi dalla climatologia (non mostrato), ma i mesi di WQBO non lo sono. Questa discrepanza nella forza della risposta è evidente anche nella Figura 1, dove il cambiamento di temperatura è maggiore e più centrato sul polo in EQBO rispetto a WQBO. Il declino del segnale da jQBOj > 0.7 a jQBOj > 1.0 è possibilmente coerente con Naito et al. [2003], dove un forcing WQBO troppo forte porta a un aumento dei Riscaldamenti Stratosferici Improvvisi e quindi a temperature più elevate rispetto a un forcing WQBO leggermente più debole. Naito et al. [2003] hanno scoperto che questo effetto era rilevante solo per ampiezze WQBO non realistiche.
[34] Includere gennaio nel composito porta a una significatività uniformemente inferiore e, in alcuni casi, rende risultati fortemente significativi al 95% non significativi (non mostrato). Quindi, questo composito è limitato alla tarda autunno.[35] Infine, questa analisi è ripetuta utilizzando solo i dati dell’era satellitare. Il segnale diminuisce sostanzialmente e non si raggiunge la significatività statistica al 95%. La massa di aria fredda centrata appena fuori dal polo in WQBO rimane più o meno della stessa forza e dimensione, ma il riscaldamento associato a EQBO è molto più debole rispetto a quando si utilizza l’intero periodo.
[36] La Figura 1 mostra le anomalie geopotenziali e di temperatura per i compositi di EQBO e WQBO nel caso di jQBOj > 0.7 e jENSOj < 0.4. Vengono utilizzati tutti i 50 anni. I grafici per tutte le combinazioni di limiti che producono risultati significativi appaiono simili, con quello che sembra essere un Alto delle Aleutine più debole in WQBO, e una risposta leggermente più simmetrica in EQBO. I grafici appaiono qualitativamente simili se prodotti al livello di 30 mbar, anche se l’ampiezza delle anomalie di temperatura e geopotenziali è minore in EQBO ma maggiore in WQBO.
La Tabella 3b è simile alla Tabella 3a ma esclude i dati relativi ai due anni successivi a eruzioni vulcaniche, per evitare possibili distorsioni dovute agli impatti climatici di tali eventi. Questa tabella analizza le differenze di temperatura nell’Artico durante i mesi di novembre, dicembre, gennaio e febbraio (NDJF) per diverse combinazioni di ENSO e QBO, con l’obiettivo di isolare l’effetto delle sole dinamiche atmosferiche senza l’influenza di eventi esterni significativi. Ecco una spiegazione dettagliata:
- Indici ENSO e QBO:
- Le colonne sono divise in base alla forza dell’indice ENSO:
- ENSO > 0.4
- ENSO > 0.8
- ENSO > 1.2 Questi valori indicano diversi livelli di intensità per l’evento El Niño.
- Le colonne sono divise in base alla forza dell’indice ENSO:
- Livelli QBO:
- QBO > 0.4
- QBO > 0.6
- QBO > 0.8 Queste soglie rappresentano diversi gradi di attività dell’Oscillazione Quasi-Biennale.
- Dati nella tabella:
- Ogni cella contiene quattro numeri:
- Il primo numero è la differenza media di temperatura in gradi Celsius tra i mesi WENSO e CENSO durante la fase WQBO.
- Il secondo numero è il numero di gradi di libertà (ndf) utilizzati per l’analisi statistica di quella combinazione.
- Il terzo numero è il valore t del test statistico, che indica la significatività della differenza di temperatura osservata.
- Il quarto numero è il numero totale di mesi che rientrano nei criteri specificati per quella combinazione di ENSO e QBO.
- Ogni cella contiene quattro numeri:
Questa tabella è utile per analizzare come variano le temperature nell’Artico durante i mesi invernali sotto diverse condizioni di ENSO e QBO, escludendo i periodi post-vulcanici per una maggiore chiarezza dei dati atmosferici puri.
La Figura 5 presenta le anomalie di temperatura e geopotenziali a 10 mbar nell’emisfero nord (NH) durante i mesi di novembre, dicembre, gennaio e febbraio (NDJF) sotto condizioni di QBO occidentale (WQBO), suddivise secondo la fase di ENSO. Ecco una spiegazione dettagliata per ogni pannello della figura:
- Prima fila (WENSO) – in alto:
- Anomalie di Temperatura (T) a sinistra: Mostra le aree con temperature più alte o più basse rispetto alla media climatologica. Le aree rosse indicano temperature più alte del normale, mentre le aree blu mostrano temperature più basse.
- Anomalie Geopotenziali (Φ) a destra: Rappresentano variazioni nella pressione atmosferica. Le aree in rosso indicano alte pressioni rispetto alla norma, mentre le aree in blu indicano basse pressioni.
- Seconda fila (CENSO) – al centro:
- Anomalie di Temperatura a sinistra: Analoga rappresentazione di anomalie termiche durante la fase fredda di ENSO (La Niña). La distribuzione di caldo e freddo può variare notevolmente rispetto alla fase calda (El Niño).
- Anomalie Geopotenziali a destra: Simile alla prima fila, ma specifica per le condizioni di La Niña, mostrando come la pressione atmosferica differisce dalla norma.
- Terza fila (CENSO-WENSO) – in basso:
- Differenze di Anomalie di Temperatura a sinistra: Questo pannello mostra la differenza nelle anomalie di temperatura tra i mesi di CENSO e WENSO, evidenziando dove le differenze sono maggiori. Le aree rosse indicano dove CENSO ha temperature più alte rispetto a WENSO, e viceversa per le aree blu.
- Differenze di Anomalie Geopotenziali a destra: Mostra le differenze nelle anomalie di pressione tra CENSO e WENSO. Anche qui, il rosso indica dove la pressione durante CENSO è più alta rispetto a WENSO e il blu il contrario.
Questi grafici sono utili per visualizzare come le fasi di ENSO influenzino le condizioni meteorologiche e climatiche durante l’inverno nell’emisfero nord sotto specifiche condizioni di QBO. La scala di colori a destra di ogni pannello quantifica le anomalie in gradi Celsius per la temperatura e in unità di geopotenziale (probabilmente metri al secondo quadrato).
5.2. Effetti dell’ENSO in condizioni di QBO Quasi Neutro
[37] L’analisi dell’ENSO in mesi con un QBO neutro è complessa. È relativamente semplice analizzare il QBO sotto un ENSO neutro perché l’indice Nino3 è approssimativamente gaussiano e quindi la probabilità che sia compreso tra -0.5 e 0.5 è alta. L’indice QBO, d’altro canto, è fondamentalmente bimodale (vedi Figura 2; la bimodalità è più marcata più in alto nella stratosfera) e quindi è quasi sempre presente come influenza sulla circolazione.
[38] Una tabella simile a quelle presenti in questo studio che valuta la significatività della differenza delle medie tra WENSO e CENSO sotto un QBO neutro non è inclusa poiché non si raggiunge una significatività del 95%. I pochi mesi ENSO non-QBO che si sono verificati sono avvenuti principalmente durante WENSO, e non durante CENSO, per una vasta gamma di combinazioni di limiti. La Tabella 2 mostra che i mesi di WENSO sotto QBO neutro sono significativamente più caldi della climatologia durante NDJF. La significatività è mantenuta anche se i dati delle eruzioni vulcaniche e dell’era pre-satellitare sono rimossi, come visto nella Tabella 2b e Tabella 2c. L’ampiezza del segnale effettivamente cresce quando il composito è limitato a NDJ, indicando che i nostri risultati non sono contaminati dall’effetto del ciclo solare in febbraio.
[39] La Figura 3 mostra le anomalie geopotenziali e di temperatura per i compositi di CENSO e WENSO nel caso di jENSOj > 0.7 e jQBOj < 0.5. Ci sono stati 11 mesi di WENSO e 8 mesi di CENSO che soddisfano questa combinazione di limiti nei 50 anni di dati. Il segnale di WENSO è simmetrico zonalmente al livello di 10 mbar. Se questo grafico viene riprodotto al livello di 30 mbar, il riscaldamento in WENSO è meno simmetrico zonalmente e più simile al numero d’onda 1. Inoltre, il raffreddamento in CENSO, che è appena esistente a 10 mbar, è più evidente a 30 mbar; appare anche come il numero d’onda 1, ma con le regioni di riscaldamento/raffreddamento in WENSO che si trasformano in regioni di raffreddamento/riscaldamento in CENSO.
La Tabella 4a confronta le differenze climatiche nell’Artico tra i mesi di ottobre, novembre e dicembre (OND) durante periodi di CENSO (Cold El Niño-Southern Oscillation) sotto condizioni di QBO occidentale (WQBO) e QBO orientale (EQBO). Ecco come interpretare i dati presentati:
- Colonne – Indici ENSO:
- Le colonne sono divise in base alla forza dell’indice ENSO negativo, indicando un evento La Niña di intensità crescente:
- ENSO < -0.4
- ENSO < -0.8
- ENSO < -1.1 Questi valori rappresentano soglie decrescenti, con -1.1 che indica una La Niña particolarmente forte.
- Le colonne sono divise in base alla forza dell’indice ENSO negativo, indicando un evento La Niña di intensità crescente:
- Righe – Livelli QBO:
- Le righe rappresentano differenti soglie di attività del QBO:
- QBO > 0.4
- QBO > 0.7
- QBO > 1.0 Ogni soglia indica un’intensità crescente del QBO occidentale (WQBO) confrontata con il QBO orientale (EQBO) durante i mesi CENSO.
- Le righe rappresentano differenti soglie di attività del QBO:
- Dati nella tabella:
- Ogni cella della tabella contiene quattro numeri:
- Il primo numero è la differenza media delle temperature in gradi Celsius tra CENSO/WQBO e CENSO/EQBO.
- Il secondo numero è il valore t del test statistico, che indica la significatività della differenza di temperatura osservata.
- Il terzo numero rappresenta il numero di mesi in cui si verificano le condizioni di WQBO che soddisfano i criteri specificati.
- Il quarto numero rappresenta il numero di mesi in cui si verificano le condizioni di EQBO che soddisfano i criteri specificati.
- Ogni cella della tabella contiene quattro numeri:
Questa tabella è particolarmente utile per analizzare come diverse configurazioni di ENSO e QBO influenzino il clima artico durante specifici periodi dell’anno, mostrando differenze significative tra le fasi del QBO durante eventi di La Niña.
6. Analisi di ENSO/QBO per QBO/ENSO non neutri
[40] Questa sezione cercherà di isolare gli effetti di ENSO e del QBO attraverso lo studio di 4 diversi compositi: WENSO/WQBO, WENSO/EQBO, CENSO/EQBO e CENSO/WQBO. Un mese viene inserito in una di queste quattro categorie se gli indici ENSO e QBO superano una certa soglia. Ognuna di queste quattro viene confrontata con le due che hanno la fase opposta per uno solo dei suoi indici, per un totale di 4 confronti. Per l’Antartide, viene fatto un confronto diagonale. Viene utilizzato il test t di Student per la differenza delle medie.
6.1. Artico
[41] I compositi per le 4 categorie sopra menzionate sono creati per una gamma di limiti. Queste quattro categorie sono poi confrontate tra loro. Non possiamo ottenere una significatività per singoli mesi del calendario. Pertanto, viene utilizzato un composito di tutti i mesi con una risposta attesa simile. Come menzionato nella sezione 2, per i confronti in cui il QBO è tenuto costante ma l’ENSO è cambiato, viene esaminato il nucleo della stagione invernale, novembre – febbraio (NDJF). Per i confronti in cui l’ENSO è tenuto costante ma il QBO è cambiato, viene esaminata la stagione di tarda autunno/inizio inverno, ottobre – gennaio (ONDJ). Due dei quattro confronti danno risultati significativi e, per questi due, viene eseguita un’analisi più dettagliata.
6.1.1. WENSO/EQBO Versus CENSO/EQBO: Determinare l’effetto dell’ENSO quando solo i mesi EQBO sono inclusi
[42] I mesi di NDJF sono composti insieme, e viene effettuato un test t per la differenza tra le medie. I limiti sono variati individualmente da 0.4 fino a 1.2 per il QBO e da 0.4 fino a 1.0 per l’ENSO. Il segnale è inesistente, indicando che l’ENSO ha un effetto debole e non significativo quando le condizioni EQBO sono prevalenti.
La Tabella 4b è simile alla Tabella 4a, ma con una differenza chiave: i dati relativi ai due anni successivi a eruzioni vulcaniche sono stati esclusi per evitare possibili distorsioni dovute agli impatti climatici di questi eventi. La tabella esamina le differenze di temperatura nell’Artico durante i mesi di ottobre, novembre e dicembre (OND) per condizioni di CENSO (Cold El Niño-Southern Oscillation) sotto QBO occidentale (WQBO) e QBO orientale (EQBO), ma senza l’influenza aggiuntiva delle eruzioni vulcaniche.
- Colonne – Intensità di ENSO:
- Le colonne sono divise basandosi su diversi livelli di intensità della condizione fredda di ENSO (La Niña):
- ENSO < -0.4
- ENSO < -0.8
- ENSO < -1.1 Questi valori indicano diversi gradi di intensità, con -1.1 rappresentante una La Niña molto forte.
- Le colonne sono divise basandosi su diversi livelli di intensità della condizione fredda di ENSO (La Niña):
- Righe – Livelli di QBO:
- QBO > 0.4
- QBO > 0.7
- QBO > 1.0 Ogni soglia indica un’intensità crescente del QBO.
- Dati nella tabella:
- Ogni cella contiene quattro numeri:
- Il primo numero è la differenza media di temperatura in gradi Celsius tra i mesi CENSO/WQBO e CENSO/EQBO.
- Il secondo numero è il valore t del test statistico, che indica la significatività della differenza di temperatura osservata.
- Il terzo numero è il numero di mesi WQBO che soddisfano i requisiti specificati.
- Il quarto numero è il numero di mesi EQBO che soddisfano i requisiti specificati.
- Ogni cella contiene quattro numeri:
Questa tabella è utile per valutare come le fasi del QBO influenzino il clima artico sotto condizioni di La Niña, specialmente eliminando le potenziali variabili confuse causate dalle eruzioni vulcaniche.
La Tabella 4c è simile alla Tabella 4b, ma utilizza esclusivamente i dati dell’era satellitare. Questo approccio mira a fornire un’analisi basata su misure più precise e recenti. La tabella esamina le differenze di temperatura nell’Artico durante i mesi di ottobre, novembre e dicembre (OND) per condizioni di CENSO (Cold El Niño-Southern Oscillation) sotto QBO occidentale (WQBO) e QBO orientale (EQBO), specificatamente utilizzando i dati raccolti durante l’era satellitare. Ecco una spiegazione dettagliata:
- Colonne – Intensità di ENSO:
- Le colonne sono organizzate per mostrare differenti gradi di intensità di La Niña:
- ENSO < -0.4
- ENSO < -0.8
- ENSO < -1.1 Questi valori indicano soglie decrescenti di intensità, con -1.1 che rappresenta una La Niña molto forte.
- Le colonne sono organizzate per mostrare differenti gradi di intensità di La Niña:
- Righe – Livelli di QBO:
- QBO > 0.4
- QBO > 0.7
- QBO > 1.0 Ogni soglia rappresenta un’intensità crescente del QBO, sia in fase occidentale che orientale.
- Dati nella tabella:
- Ogni cella contiene quattro numeri:
- Il primo numero rappresenta la differenza media di temperatura in gradi Celsius tra i mesi CENSO/WQBO e CENSO/EQBO.
- Il secondo numero è il valore t del test statistico, che indica la significatività della differenza di temperatura osservata.
- Il terzo numero è il numero di mesi WQBO che soddisfano i requisiti specificati.
- Il quarto numero è il numero di mesi EQBO che soddisfano i requisiti specificati.
- Ogni cella contiene quattro numeri:
Questa tabella è particolarmente utile per analizzare l’effetto delle diverse fasi del QBO durante eventi di La Niña nell’Artico, utilizzando solo dati dell’era satellitare per una maggiore precisione nelle misurazioni e nell’analisi.
6.1.2. WENSO/WQBO contro CENSO/WQBO: Determinare l’effetto dell’ENSO quando solo i mesi WQBO sono inclusi
[43] I mesi di NDJF sono composti insieme, e viene effettuato un test t per la differenza tra le medie. Una vasta gamma di limiti è esaminata sia per il QBO che per l’ENSO. Vedi la Tabella 3a per i risultati. Risultati significativi sono ottenuti per l’indice QBO fino a 0.8, ma escludendo i mesi con un indice QBO tra 0.6 e 0.8 riduce la significatività. Questo declino è coerente con quanto trovato da Naito et al. [2003], ma Naito et al. [2003] hanno scoperto che questo effetto era rilevante solo per ampiezze WQBO non realistiche. Man mano che l’indice ENSO aumenta per un dato indice QBO, la dimensione del segnale aumenta. Per alcune combinazioni di limiti, si raggiunge una significatività superiore al 99.9%. Quando rimuoviamo febbraio dai nostri compositi, e consideriamo solo NDJ, la significatività è ridotta ma ancora raggiunta. Questo indica che i nostri risultati non sono contaminati dall’effetto del ciclo solare in tarda inverno.
[44] Per eliminare la possibile influenza delle eruzioni vulcaniche su questo risultato, i due anni successivi a un’eruzione vulcanica sono esclusi. Vedi la Tabella 3b. La differenza media di temperatura non cambia sistematicamente, ma poiché il numero di gradi di libertà è ridotto, i punteggi t calano; la significatività è comunque raggiunta, però, per una vasta gamma di limiti. Infine, vengono utilizzati solo i dati post-satellite dal 1979 in poi. Questo appare nella Tabella 3c. I punteggi t sono ulteriormente erosi ma la significatività esiste ancora per una gamma di limiti.
[45] La Figura 5 mostra la temperatura e il geopotenziale per il composito del prolungato inverno di NDJF per la combinazione di limiti (QBO > 0.6, jENSOj > 0.8). L’anomalia in WENSO non è simmetrica zonalmente. Questa caratteristica simile all’onda-1 è comune ai grafici di una vasta gamma di combinazioni di limiti mostrati nella Tabella 3 che sono altamente significativi (grafici non mostrati). Se questa stessa combinazione di limiti è rappresentata a 30 mbar, il segnale di WENSO diventa ancora più simile a un’onda-1, mentre il segnale di CENSO rimane simmetrico zonalmente ma si indebolisce leggermente.
6.1.3. CENSO/WQBO contro CENSO/EQBO: Determinare l’effetto del QBO quando solo i mesi CENSO sono inclusi
[46] Il segno della differenza di temperatura tra CENSO/WQBO e CENSO/EQBO si inverte tra l’inizio e la fine dell’inverno, cosicché CENSO/EQBO è più caldo nella prima metà dell’inverno e CENSO/WQBO è più caldo nella seconda metà. Questo riscaldamento in WQBO nella seconda metà dell’inverno non è significativo al 95% e non viene ulteriormente indagato.
[47] I mesi di ONDJ sono composti insieme, e viene effettuato un test t per la differenza tra le medie. Vedi la Tabella 4a; esiste una differenza significativa tra EQBO e WQBO per un ampio intervallo di limiti. La Tabella 4b esclude i mesi entro 2 anni da un’eruzione vulcanica. La Tabella 4c include solo dati dell’era satellitare dal 1979 in poi. Gran parte della tabella non raggiunge più la significatività al 95%, ma la maggior parte sì. La dimensione del segnale aumenta man mano che i dati dell’era pre-satellitare vengono rimossi.
[48] Un grafico della temperatura e del geopotenziale per il composito esteso di ONDJ appare nella Figura 6 per la combinazione di limiti (jQBOj > 0.6, ENSO < 0.8). A 10 mbar, il riscaldamento in EQBO appare debole, e il raffreddamento in WQBO forte. A 30 mbar, i due sono di magnitudine approssimativamente uguale, con la differenza tra i due (WQBO-EQBO) che raggiunge ancora un picco di 6°C. Le anomalie di disturbo appaiono simmetriche zonalmente a entrambi i livelli.
La Figura 6 mostra le anomalie di temperatura e geopotenziali durante i mesi di ottobre, novembre, dicembre e gennaio (ONDJ) a 10 mbar nell’emisfero nord (NH), sotto condizioni di CENSO, composte in base alla fase del QBO. La combinazione di limiti è QBO > 0.6 e ENSO < 0.8. Ecco una spiegazione dettagliata per ogni pannello della figura:
- Prima fila (WQBO) – a sinistra:
- Anomalie di Temperatura (T) a sinistra: Mostra zone con temperature più alte o più basse rispetto alla media climatologica. Le aree in rosso indicano temperature più alte del normale, mentre le aree in blu indicano temperature più basse.
- Anomalie Geopotenziali (Φ) a destra: Rappresentano variazioni della pressione atmosferica a 10 mbar. Le aree in rosso indicano alte pressioni rispetto alla norma, mentre le aree in blu indicano basse pressioni.
- Seconda fila (EQBO) – al centro:
- Anomalie di Temperatura a sinistra: Mostra un pattern simile a quello di WQBO, ma con una distribuzione leggermente diversa delle anomalie di temperatura, che può riflettere l’influenza della fase opposta del QBO.
- Anomalie Geopotenziali a destra: Simile al pannello di WQBO, ma con potenziali differenze legate alla fase del QBO.
- Terza fila (EQBO-WQBO) – in basso:
- Differenze di Anomalie di Temperatura a sinistra: Questo pannello mostra la differenza nelle anomalie di temperatura tra i mesi EQBO e WQBO, evidenziando dove le differenze sono maggiori. Le aree rosse indicano dove EQBO ha temperature più alte rispetto a WQBO, e viceversa per le aree blu.
- Differenze di Anomalie Geopotenziali a destra: Mostra le differenze nelle anomalie di pressione tra EQBO e WQBO. Il rosso indica dove la pressione durante EQBO è più alta rispetto a WQBO e il blu il contrario.
Questi grafici sono utili per visualizzare come le fasi del QBO influenzino le condizioni meteorologiche e climatiche durante i mesi di ONDJ sotto condizioni di CENSO nell’emisfero nord. La scala di colori a destra di ogni pannello quantifica le anomalie in gradi Celsius per la temperatura e in unità di geopotenziale (probabilmente metri al secondo quadrato).
6.1.4. WENSO/WQBO contro WENSO/EQBO: Determinare l’effetto del QBO quando solo i mesi WENSO sono inclusi
[49] Simile al confronto tra CENSO/WQBO e CENSO/EQBO, il segno delle anomalie di temperatura tra WENSO/WQBO e WENSO/EQBO si inverte tra OND (ottobre, novembre, dicembre) e JFM (gennaio, febbraio, marzo); quindi i due periodi vengono valutati separatamente. In OND, solo combinazioni di limiti con indici QBO estremi sono significative al 95%. I risultati sono estremamente sensibili all’esclusione o inclusione di un determinato mese. In JFM, il riscaldamento di WQBO rispetto a EQBO non è significativo al 95% per nessuna combinazione di limiti. Il QBO ha un’influenza debole sulle temperature polari quando prevalgono le condizioni di WENSO; quindi non vengono mostrati grafici o figure.
La Tabella 5a presenta un confronto delle anomalie di temperatura nell’Antartico durante i mesi di ottobre, novembre e dicembre (OND) tra le condizioni di CENSO con QBO occidentale (WQBO) e WENSO con QBO orientale (EQBO), stratificate per diversi livelli di intensità di ENSO. Ecco una spiegazione dettagliata dei vari elementi della tabella:
- Colonne – Intensità di ENSO:
- Le colonne sono divise in base ai livelli di intensità dell’ENSO:
- ENSO > 4
- ENSO > 6
- ENSO > 8 Questi valori rappresentano soglie crescenti di ENSO, indicando eventi WENSO più intensi.
- Le colonne sono divise in base ai livelli di intensità dell’ENSO:
- Righe – Livelli di QBO:
- QBO > 0.4
- QBO > 0.6
- QBO > 0.8 Ogni soglia rappresenta un’intensità crescente del QBO. Le condizioni CENSO/WQBO sono confrontate con WENSO/EQBO per ciascun livello.
- Dati nella tabella:
- Primo numero: punteggio t delle differenze di temperatura non filtrate.
- Secondo numero: numero di gradi di libertà (df) per il test statistico.
- Terzo numero: differenza di temperatura media tra i due (CENSO/WQBO – WENSO/EQBO).
- Quarto numero: numero di mesi che soddisfano i requisiti per WQBO/CENSO.
- Quinto numero: numero di mesi che soddisfano i requisiti per EQBO/WENSO.
- Sesto numero: differenza di temperatura nella temperatura filtrata passa-basso.
- La differenza di temperatura è di -2.5°C con un punteggio t di -2.5 e 42 gradi di libertà.
- 18 mesi WQBO/CENSO e 22 mesi EQBO/WENSO rientrano nei requisiti specificati.
- La differenza filtrata è di -2.2°C.
Questa tabella è particolarmente utile per esaminare come diverse configurazioni di ENSO e QBO influenzino le temperature in Antartico durante specifici periodi dell’anno, evidenziando le differenze significative tra le condizioni di WENSO e CENSO sotto diverse fasi del QBO.
6.2. Antartide
[50] Un’analisi simile può essere eseguita per l’Antartide. Il vortice è troppo rigido e la forza delle onde troppo debole per avere un effetto sul vortice dell’emisfero australe in pieno inverno. Tuttavia, durante il riscaldamento primaverile, quando il vortice è indebolito dalla termodinamica, il QBO e l’ENSO possono modulare la forza delle onde e la resistenza del vortice. Di conseguenza, i mesi di maggior influenza sono ottobre, novembre e dicembre, la stagione di disgregazione del vortice. Per un indice QBO definito a 20 mbar, si osserva una risposta evidente nel confronto CENSO/WQBO versus CENSO/EQBO e nel confronto WENSO/WQBO versus CENSO/WQBO (le stesse forze che hanno influenzato maggiormente l’Artico). Entrambi questi confronti si avvicinano alla significatività al 95% per alcuni limiti, ma la risposta è più debole in Antartide rispetto all’Artico; gli altri due confronti nella Figura 4 mostrano ancora meno differenza. I dettagli non sono mostrati.
[51] Viene effettuato anche il confronto WENSO/EQBO versus CENSO/WQBO. Questo è un confronto “diagonale” nella Figura 4, non fatto per l’Artico, ma incluso per l’Antartide perché la risposta dell’Antartide a ENSO e QBO è più debole rispetto alla risposta dell’Artico. Vedi la Tabella 5. Una significatività del 99% è raggiunta per un’ampia gamma di limiti. I due anni successivi alle tre principali eruzioni vulcaniche non sono stati rimossi per le Tabelle 5a e 5b. Il sesto elemento per ogni combinazione di limiti nella Tabella 5a sarà discusso di seguito; gli altri cinque elementi sono gli stessi delle tabelle precedenti. Vedi la Figura 7 per i grafici delle temperature e del geopotenziale per i limiti (jQBOj > 0.6, jENSOj > 0.8). Il segnale appare simmetrico zonalmente. Se viene prodotto un grafico simile solo per i dati dell’era satellitare, il segnale in WENSO/EQBO si intensifica e il segnale in CENSO/WQBO si indebolisce. A 30 mbar, il segnale CENSO/WQBO appare più simile a un’onda-1 e entrambi i segnali sono più deboli.[52] Prima di trarre conclusioni, è necessario aggiungere diverse avvertenze. La serie temporale della temperatura in Antartide mostra una sostanziale variabilità a frequenze molto basse (con un picco intorno ai 15 anni). Per indagare ulteriormente, i dati vengono filtrati con un filtro Butterworth per isolare la variabilità a bassa frequenza. I dati filtrati passa-basso sono poi sottoposti allo stesso processo di composizione utilizzato per generare la Tabella 5a. Viene quindi calcolata la differenza nell’anomalia di temperatura dei dati passa-basso tra WENSO/EQBO e CENSO/WQBO, inclusa nella Tabella 5a come sesto numero mostrato per ogni combinazione di limiti. Se si confronta il terzo elemento con il sesto per ogni combinazione di limiti, è evidente che metà del segnale osservato nel terzo elemento della Tabella 5a è dovuto al segnale a bassa frequenza, e non a variabilità che potrebbe essere associata a ENSO/QBO. Di conseguenza, i punteggi t nel primo elemento della Tabella 5a sono sovrastime della variabilità associata a ENSO/QBO. Per testare ciò, può essere creato un grafico simile alla Tabella 5a utilizzando il complemento ad alta frequenza dei dati filtrati passa-basso. I punteggi t per una tale tabella non sono significativi (non mostrati). La variabilità a bassa frequenza appare visivamente distinta da qualsiasi variazione associata all’introduzione dei dati satellitari negli anni ’70 o alla formazione del buco dell’ozono negli anni ’80. Una seconda avvertenza è che l’esclusione/inclusione dei mesi vulcanici ha un’influenza maggiore sull’Antartide rispetto all’Artico (non mostrato). Un terzo “problema” è che la temperatura del vortice polare antartico non sembra essere normalmente distribuita durante questa stagione, quindi le statistiche t non sono formalmente valide. L’ultimo problema è l’alta autocorrelazione annuale discussa nella sezione 2. L’Artico non mostra nessuna di queste complicazioni. Questi problemi sollevano seri dubbi sulle conclusioni tratte dai dati ECMWF in Antartide a 10 mbar.
[53] ENSO e il QBO a 20 mbar potrebbero avere un effetto sulla disgregazione del vortice polare antartico, ma l’effetto è più debole rispetto all’effetto sul vortice artico. Altre fonti di dati dovrebbero essere esaminate prima di poter raggiungere conclusioni definitive.
7. Discussione e Conclusione
[54] L’ENSO ha un effetto sulle temperature stratosferiche invernali a 10 mbar nell’Artico che è indipendente dall’influenza del QBO. Questo è evidente quando si osserva l’ENSO quando il QBO è in fase occidentale o in stato neutro. Quando il QBO a 50 mbar è in fase orientale, l’influenza dell’ENSO sembra ridotta. Il pattern spaziale della risposta all’ENSO ai livelli di 10 mbar e 30 mbar sembra più simile a un’onda-1.
[55] Il QBO a 50 mbar ha anche un effetto sulle temperature stratosferiche di tardo autunno a 10 mbar nell’Artico, indipendente dall’ENSO. Questo è evidente quando si osserva il QBO sia quando l’ENSO è neutro sia quando l’ENSO è nella sua fase fredda. Quando l’ENSO è nella sua fase calda, l’influenza del QBO sembra ridotta. Il pattern spaziale della risposta al QBO sembra essere zonalmente simmetrico.
[56] Il QBO a 20 mbar e l’ENSO potrebbero anche influenzare il vortice polare antartico durante la stagione di disgregazione del vortice, sebbene l’effetto sia minore rispetto all’effetto corrispondente nell’Artico. Non si possono trarre conclusioni definitive dai dati utilizzati.
[57] È possibile estrarre un segnale ENSO non contaminato dal QBO e un segnale QBO non contaminato dall’ENSO. I due segnali sono di grandezza comparabile. I risultati ritenuti significativi per l’intero periodo sono significativi anche per l’era satellitare, e si è scoperto che i vulcani non hanno avuto molto effetto su questi risultati.
[58] Sembra che quando si hanno condizioni di WENSO o EQBO, l’influenza dell’altro fattore sia indebolita. Camp e Tung [2007a] hanno raggiunto conclusioni simili studiando gli effetti relativi del ciclo solare e del QBO in tarda inverno. Quando un effetto spinge il vortice verso uno stato indebolito, l’effetto dell’altro fattore all’interno di questo campione è ridotto. Questo suggerisce che la risposta non è lineare.
La Tabella 5b analizza le differenze di temperatura nell’Antartide durante i mesi di ottobre, novembre e dicembre (OND), confrontando le condizioni di CENSO/WQBO con quelle di WENSO/EQBO sotto diversi livelli di intensità dell’ENSO. Questi dati si concentrano esclusivamente sui dati dell’era satellitare. Ecco una spiegazione dettagliata:
- Colonne – Intensità di ENSO:
- ENSO > 4
- ENSO > 6
- ENSO > 8 Ogni colonna rappresenta un threshold diverso per l’intensità dell’ENSO, indicando un aumento progressivo dell’intensità dell’ENSO.
- Righe – Intensità del QBO:
- QBO > 0.4
- QBO > 0.6
- QBO > 0.8 Queste soglie indicano intensità crescenti del QBO. Si confrontano le condizioni di CENSO/WQBO con quelle di WENSO/EQBO per ogni soglia di QBO.
- Dati nella tabella:
- Ogni cella contiene vari numeri. Il primo numero rappresenta il punteggio t delle differenze di temperatura non filtrate tra CENSO/WQBO e WENSO/EQBO.
- Il secondo numero è il numero di gradi di libertà usati nel test statistico.
- Il terzo numero è la differenza media di temperatura tra CENSO/WQBO e WENSO/EQBO.
- I due numeri successivi indicano il numero di mesi che soddisfano i criteri per CENSO/WQBO e WENSO/EQBO rispettivamente.
- L’ultimo numero rappresenta la differenza di temperatura nei dati filtrati passa-basso tra i due gruppi comparati.
Ad esempio, nella colonna ENSO > 4 per QBO > 0.4, la differenza di temperatura è -1.8°C con un punteggio t di -2.7 e 10 mesi di CENSO/WQBO e 10 mesi di WENSO/EQBO soddisfano i requisiti specificati, con una differenza di temperatura filtrata passa-basso di -2.2°C.
Questa tabella è utile per analizzare come le diverse configurazioni di ENSO e QBO influenzino le temperature in Antartide durante i mesi di OND, utilizzando solo i dati dell’era satellitare per ottenere una visione più moderna e possibilmente più accurata delle dinamiche climatiche.
La Figura 7 illustra le anomalie di temperatura e geopotenziali durante i mesi di ottobre, novembre e dicembre (OND) a 10 mbar nell’emisfero sud, sotto specifiche condizioni di ENSO e QBO. Le combinazioni di limiti per questa analisi sono QBO > 0.6 e ENSO > 0.8. Ecco una spiegazione dettagliata per ogni pannello della figura:
- Prima fila (WQBO/CENSO):
- A sinistra (Temperatura): Mostra un’area di significativa anomalia fredda (colori blu) centrata intorno al polo sud, circondata da un’area meno fredda (colori più chiari).
- A destra (Geopotenziale): Illustra anomalie positive di geopotenziale (aree rosse) centrato sul polo, indicando un vortice più forte e pressioni più alte in questa configurazione.
- Seconda fila (EQBO/WENSO):
- A sinistra (Temperatura): Presenta un’area centrata di anomalie calde (colori rossi) intorno al polo, indicando un riscaldamento significativo rispetto alla configurazione di WQBO/CENSO.
- A destra (Geopotenziale): Mostra anomalie di geopotenziale negative (colori blu) che indicano una diminuzione della pressione rispetto alla configurazione WQBO/CENSO, che può suggerire un vortice più debole.
- Terza fila (Differenza EQBO/WQBO – WENSO/CENSO):
- A sinistra (Temperatura): Rappresenta la differenza diretta delle anomalie di temperatura tra i due stati, con aree rosse che indicano dove EQBO/WENSO è più caldo rispetto a WQBO/CENSO e aree blu dove è più freddo.
- A destra (Geopotenziale): Illustra la differenza delle anomalie di geopotenziale, con le aree rosse che mostrano dove EQBO/WENSO presenta geopotenziali più alti rispetto a WQBO/CENSO e viceversa per le aree blu.
Questa analisi aiuta a visualizzare come le fasi del QBO (Westerly e Easterly) combinato con le condizioni di ENSO (Warm e Cold) influenzano il clima dell’emisfero sud, particolarmente nel contesto del vortice polare antartico. Le linee tratteggiate mostrano le latitudini a intervalli regolari fino al limite meridionale visualizzato di 5°S.
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2007jd008481