Flusso verso est indotto dalla salinità nella primavera boreale favorisce eventi di El Niño estremi

Shizuo Liu1 , Shineng Hu1 , and Michael J. McPhaden2
1Division of Earth and Climate Sciences, Nicholas School of the Environment, Duke University, Durham, NC, USA,
2National Oceanic and Atmospheric Administration/Pacific Marine Environmental Laboratory, Seattle, WA, USA

Lo studio di Liu, Hu e McPhaden si inserisce in un filone di ricerca che sta progressivamente ampliando il quadro teorico classico dell’ENSO, tradizionalmente fondato sul feedback di Bjerknes, sulla dinamica delle onde equatoriali e sui modelli recharge–discharge e delayed oscillator, mostrando che anche la salinità superficiale e subsuperficiale dell’oceano tropicale non è un semplice tracciante passivo, ma può agire come variabile dinamica capace di modulare l’intensità e perfino la probabilità degli eventi estremi. In questo lavoro gli autori identificano, mediante prodotti di rianalisi oceanica e simulazioni large ensemble, un pattern robusto di salinità nel Pacifico occidentale durante la primavera boreale, caratterizzato da anomalie più fresche in fascia equatoriale e più saline nelle zone off-equatoriali; tale configurazione produce un gradiente meridionale del livello sterico del mare, in grado di generare correnti geostrofiche superficiali verso est, spostare il bordo della warm pool e favorire l’innesco di onde di Kelvin equatoriali di downwelling, entrambe condizioni fortemente favorevoli allo sviluppo di El Niño. Il risultato quantitativamente più rilevante è che questo meccanismo, nei loro esperimenti, può aumentare l’ampiezza degli eventi di El Niño di circa il 20% e quasi raddoppiare la probabilità di eventi estremi, suggerendo quindi che parte della non linearità osservata nell’ENSO dipende da processi alieutici e dinamico-stratificativi legati alla salinità che le teorie classiche non rappresentavano in modo esplicito. Gli stessi autori mostrano inoltre che il pattern salino primaverile deriva soprattutto da processi advettivi oceanici forzati da anomalie primaverili dei venti zonali, mentre il contributo dei flussi superficiali di acqua dolce risulta secondario ma non nullo. 

Il valore dello studio emerge ancora meglio se lo si colloca nella letteratura precedente sulla barrier layer del Pacifico tropicale. Già Maes, Picaut e Belamari avevano mostrato nei primi anni 2000 che la stratificazione salina nella warm pool occidentale può favorire l’insorgenza di El Niño, perché una barrier layer più spessa isola termicamente lo strato superficiale caldo, riduce l’entrainment di acqua più fredda dal basso e rende il mixed layer più sensibile ai forcing atmosferici, in particolare ai burst di vento occidentale. Successivamente, Maes ha ribadito che la barrier layer rappresenta un elemento chiave per l’accumulo di calore nel Pacifico equatoriale occidentale e quindi per il precondizionamento del sistema accoppiato oceano-atmosfera. In questa prospettiva, il lavoro di Liu e colleghi non smentisce i meccanismi precedenti, ma li estende: non si limita a dire che la salinità modifica la stratificazione verticale locale, bensì dimostra che una specifica distribuzione meridionale delle anomalie saline può produrre direttamente un segnale dinamico orizzontale, cioè un flusso superficiale verso est associato a variazioni del livello sterico, che aiuta a traslare verso levante il margine della warm pool e a predisporre il bacino all’amplificazione dell’evento. In altre parole, la salinità non agisce soltanto come fattore di “isolamento termico” della superficie oceanica, ma anche come agente dinamico che riorganizza il campo di massa e le correnti del Pacifico tropicale. 

Questa interpretazione è coerente anche con altri studi osservativi e modellistici che hanno documentato un ruolo attivo delle anomalie saline nella modulazione dell’ENSO. Zhao e coautori hanno evidenziato che durante i forti El Niño la fresh pool e la barrier layer tendono a traslare molto più a est, contribuendo allo spostamento orientale del nucleo dell’evento; Guan e colleghi hanno poi mostrato che la struttura zonale delle anomalie di salinità superficiale tropicale influisce in modo differenziato sugli El Niño del Pacifico orientale e su quelli del Pacifico centrale, rafforzando l’idea che la salinità partecipi anche alla cosiddetta ENSO diversity. In parallelo, Zhu et al. avevano già proposto che un’anomalia salina potesse agire da trigger per eventi ENSO, anticipando concettualmente la possibilità che la salinità abbia un ruolo causale, non meramente diagnostico. Il contributo nuovo dello studio del 2026 consiste però nel precisare con maggiore rigore il percorso dinamico: pattern salino primaverile, gradiente sterico meridionale, corrente geostrofica superficiale verso est, avanzamento della warm pool ed eccitazione di onde di Kelvin equatoriali di downwelling. È proprio questa catena di processi a rendere il lavoro particolarmente interessante, perché collega in un unico schema coerente salinità, dinamica del livello del mare, correnti geostrofiche e crescita non lineare di El Niño estremo. 

Le implicazioni previsionali sono altrettanto importanti. Studi recenti mostrano infatti che l’inclusione della sea surface salinity migliora la previsione ENSO ai lead time medio-lunghi e riduce l’impatto della spring predictability barrier, uno dei limiti strutturali più noti della previsione stagionale tropicale. Wang et al. nel 2024 hanno mostrato che la SSS diventa particolarmente utile oltre i sei mesi di anticipo, mentre Pang et al. hanno evidenziato che la salinità superficiale indebolisce in modo marcato la barriera primaverile di predicibilità. Già i lavori di Ballabrera-Poy e poi di Hackert e collaboratori avevano indicato che l’assimilazione di osservazioni di salinità, comprese quelle satellitari Aquarius e SMAP, può migliorare le previsioni accoppiate di ENSO. Ne consegue che il risultato di Liu, Hu e McPhaden non ha soltanto un valore teorico, ma anche operativo: se il pattern salino primaverile del Pacifico occidentale anticipa un rafforzamento delle correnti verso est e una maggiore probabilità di onde di Kelvin favorevoli, allora la sua corretta osservazione e assimilazione nei modelli potrebbe migliorare in modo concreto l’identificazione precoce degli anni a rischio di El Niño forte o estremo. Dal punto di vista concettuale, il messaggio più robusto è che la dinamica ENSO del XXI secolo va interpretata come un sistema in cui temperatura, vento, contenuto di calore e salinità interagiscono in modo strettamente accoppiato; trascurare quest’ultima significa rinunciare a una parte non secondaria della memoria oceanica e della capacità del Pacifico tropicale di precondizionare i propri eventi più intensi. 

Introduzione

L’El Niño–Southern Oscillation rappresenta uno dei principali modi di variabilità interannuale del sistema climatico terrestre e continua a essere un riferimento centrale per comprendere la variabilità globale delle precipitazioni, della circolazione atmosferica e degli estremi climatici su scala planetaria. La letteratura più recente conferma che l’ENSO non è soltanto un fenomeno regionale del Pacifico tropicale, ma un vero nodo dinamico del clima globale, capace di modulare teleconnessioni atmosferiche e oceaniche con effetti che si propagano ben oltre il bacino equatoriale. In questo contesto, capire perché alcuni eventi restino moderati mentre altri evolvano in episodi estremi è diventato un obiettivo prioritario della ricerca. Il quadro teorico classico indica che gli eventi di El Niño più intensi richiedono in genere un precondizionamento favorevole del Pacifico equatoriale, con contenuto di calore oceanico superiore alla norma, seguito dall’azione di burst di vento occidentale primaverili che innescano anomalie calde di temperatura superficiale nel Pacifico centrale e orientale; una volta avviato il processo, il feedback di Bjerknes amplifica ulteriormente il segnale attraverso l’interazione accoppiata tra temperatura superficiale del mare, venti e profondità della termoclina. Questo schema resta fondamentale, ma non esaurisce tutta la complessità del sistema, soprattutto quando si affrontano i casi di El Niño estremo, la loro asimmetria rispetto a La Niña e i limiti previsionali imposti dalla ben nota spring predictability barrier. 

Negli ultimi anni è emerso con crescente chiarezza che la salinità superficiale del Pacifico tropicale, in particolare nel settore occidentale, non può più essere considerata una variabile secondaria o puramente diagnostica. Le osservazioni e le rianalisi mostrano infatti una marcata variabilità interannuale della salinità nel Pacifico occidentale tropicale, e diversi studi hanno evidenziato che l’inclusione della sea surface salinity migliora sensibilmente la previsione ENSO, soprattutto ai lead time medio-lunghi. In particolare, lavori recenti mostrano che la salinità superficiale contribuisce a ridurre l’impatto della spring predictability barrier e che, nei modelli interpretabili di deep learning, la temperatura superficiale domina soprattutto le previsioni a breve-medio termine, mentre la salinità superficiale acquista un ruolo più importante oltre circa 6 mesi e diventa dominante nelle scale temporali ancora più lunghe, oltre i 14 mesi. Questo risultato è molto importante sul piano fisico, perché suggerisce che la salinità contenga una memoria oceanica aggiuntiva, capace di anticipare lo sviluppo successivo dell’ENSO rispetto a quanto faccia da sola la temperatura superficiale. 

La maggior parte degli studi precedenti aveva collegato l’influenza della salinità sull’ENSO soprattutto al ruolo della barrier layer nel Pacifico tropicale occidentale. In questo schema, una forte stratificazione salina limita il mescolamento verticale tra le acque superficiali più calde e quelle subsuperficiali più fredde, favorendo la conservazione del contenuto di calore oceanico nelle prime fasi di sviluppo di El Niño. I lavori di Maes e collaboratori hanno mostrato che questa barriera salina può facilitare l’accumulo di calore necessario alla maturazione dell’evento e, in alcuni contesti modellistici, anticiparne anche l’evoluzione stagionale. Studi successivi hanno inoltre indicato che la struttura spaziale delle anomalie di salinità nel Pacifico tropicale non influisce soltanto sull’intensità di El Niño, ma anche sulla sua asimmetria rispetto a La Niña, attraverso modifiche del mixed layer, della barrier layer thickness e dei processi di mescolamento verticale e di avvezione zonale non lineare. In sostanza, la salinità agisce sia come elemento di stratificazione verticale sia come fattore dinamico capace di alterare l’equilibrio tra contenuto di calore, circolazione superficiale e risposta accoppiata oceano-atmosfera. 

È in questo quadro che il recente studio di Liu, Hu e McPhaden assume particolare rilievo, perché propone un meccanismo fisico nuovo e più esplicito rispetto a quelli tradizionalmente discussi. Gli autori identificano nel Pacifico occidentale un pattern di salinità primaverile, definito sulla media marzo–maggio, costituito da anomalie più fresche in fascia equatoriale e più saline nelle regioni off-equatoriali. Questa configurazione produce un gradiente meridionale del livello sterico del mare che induce una corrente geostrofica superficiale diretta verso est; il risultato è lo spostamento verso levante del bordo della warm pool e la generazione di onde di Kelvin equatoriali di downwelling, due ingredienti dinamici particolarmente favorevoli alla crescita di un episodio di El Niño. Secondo le simulazioni large ensemble analizzate nello studio, questo meccanismo salino può amplificare l’intensità di El Niño di circa il 20% e quasi raddoppiare la probabilità di eventi estremi. Il punto davvero innovativo è che la salinità non viene più interpretata soltanto come modulatore locale della stratificazione verticale, ma come forzante dinamico capace di riorganizzare il campo di massa, le correnti superficiali e la propagazione dei segnali equatoriali. Da questo punto di vista, lo studio amplia la teoria classica dell’ENSO: il precondizionamento del Pacifico tropicale non dipende solo da calore oceanico, termoclina e burst zonali, ma anche dalla distribuzione spaziale della salinità, che può predisporre il sistema a una risposta molto più efficiente e non lineare. 

Nel complesso, questa linea di ricerca suggerisce che l’evoluzione degli eventi estremi di El Niño debba essere riletta in una prospettiva più integrata, nella quale temperatura, salinità, stratificazione, onde equatoriali e circolazione geostrofica cooperano nel determinare intensità, tempistica e prevedibilità dell’evento. Per questo motivo la salinità superficiale, e ancor più la sua struttura tridimensionale, sta assumendo un ruolo crescente sia nella diagnostica climatica sia nei sistemi previsionali di nuova generazione. La conseguenza scientifica più rilevante è che una parte del comportamento non lineare dell’ENSO, inclusa la maggiore probabilità di episodi estremi, potrebbe derivare da processi legati alla salinità finora sottorappresentati nei paradigmi teorici classici e non sempre pienamente assimilati nei modelli operativi. 

2. Dati e Metodi

La struttura metodologica dello studio è costruita per valutare in modo dinamico, e non soltanto statistico, il ruolo della salinità nello sviluppo di El Niño, combinando analisi osservazionali, rianalisi oceaniche e atmosferiche e simulazioni storiche di modelli accoppiati CMIP6. La scelta di utilizzare soprattutto ORAS5 come archivio di riferimento è particolarmente appropriata, perché questa rianalisi oceanica globale dell’ECMWF assimila osservazioni in situ di temperatura e salinità all’interno di un modello oceano–ghiaccio marino, fornendo una ricostruzione coerente dello stato tridimensionale dell’oceano dal 1958 con risoluzione relativamente elevata. In un contesto come quello ENSO, in cui piccole differenze di densità possono tradursi in variazioni del livello sterico, delle correnti geostrofiche superficiali e della posizione della warm pool, l’assimilazione simultanea di temperatura e salinità è essenziale per rappresentare correttamente la dinamica tropicale. Il confronto con altre rianalisi oceaniche, successivamente riportate su una griglia comune, risponde inoltre a un’esigenza metodologica ben nota nella letteratura: ridurre la dipendenza dei risultati da un singolo sistema di assimilazione e verificare che i segnali identificati siano robusti rispetto alle differenze strutturali tra dataset. Questa impostazione è coerente con il crescente uso delle rianalisi oceaniche come strumenti per analizzare i processi accoppiati del Pacifico tropicale, specialmente quando l’obiettivo è ricostruire i gradienti di densità e i segnali subsuperficiali che precedono gli eventi ENSO. 

Sul piano delle variabili superficiali, l’impiego di ERSSTv5 per la temperatura superficiale del mare e di ERA5 per i venti a 10 m fornisce una base osservativa solida e ampiamente validata per descrivere sia l’evoluzione termica del Pacifico equatoriale sia il forcing atmosferico che la accompagna. ERSSTv5 costituisce una delle serie mensili globali più utilizzate per lo studio dell’ENSO grazie alla sua copertura che risale alla metà dell’Ottocento e ai miglioramenti introdotti nella correzione dei bias navali e nella ricostruzione dei campi spaziali, mentre ERA5 garantisce una rappresentazione atmosferica ad alta risoluzione molto utile per diagnosticare le anomalie dei venti zonali primaverili che, secondo lo studio, contribuiscono alla formazione del pattern salino nel Pacifico occidentale. La focalizzazione sulla primavera boreale, definita come media marzo–maggio, è metodologicamente cruciale, perché questa finestra stagionale coincide con la fase in cui il sistema ENSO attraversa la ben nota spring predictability barrier, ma è anche il periodo in cui il Pacifico tropicale viene precondizionato per l’eventuale crescita di un El Niño nella seconda metà dell’anno. In questo senso, la scelta di adottare l’indice Niño3.4 come misura convenzionale dell’ampiezza dell’evento permette di collegare direttamente le anomalie saline primaverili con la risposta termica del Pacifico centrale-orientale nella fase successiva. Non sorprende quindi che gli autori insistano sul valore predittivo della salinità superficiale, in linea con studi recenti che mostrano come l’inclusione della SSS migliori l’abilità di previsione ENSO e attenui la barriera primaverile di predicibilità. 

Particolarmente importante è anche la definizione delle variabili verticali impiegate per descrivere la stratificazione oceanica. La distinzione tra profondità dello strato isotermico, profondità del mixed layer e spessore della barrier layer consente infatti di separare la componente termica da quella alina della stratificazione, evidenziando quando la salinità modifica la densità e quindi la dinamica dello strato superiore anche in presenza di gradienti termici relativamente deboli. Nel Pacifico tropicale occidentale questo aspetto è decisivo, perché la barrier layer può limitare il mescolamento verticale tra acque superficiali più calde e acque subsuperficiali più fredde, contribuendo alla conservazione del contenuto di calore oceanico nelle fasi iniziali di El Niño. La letteratura classica di Ando e McPhaden, poi sviluppata da Maes e collaboratori, aveva già mostrato che la barrier layer non è un semplice dettaglio idrologico, ma una struttura capace di modulare l’accumulo di calore nella warm pool e di favorire l’innesco o il mantenimento degli eventi ENSO. Il fatto che lo studio concentri l’analisi sui primi 400 m della colonna d’acqua è coerente con questa impostazione, poiché è proprio nello strato superiore dell’oceano tropicale che si concentrano le principali anomalie di temperatura, salinità, contenuto di calore e profondità della termoclina rilevanti per l’evoluzione dell’ENSO. 

L’inclusione finale di trenta modelli storici CMIP6 amplia la portata dell’analisi oltre il solo dominio osservativo, permettendo di verificare se il legame tra salinità primaverile del Pacifico occidentale e successiva intensificazione di El Niño sia riprodotto anche nei modelli accoppiati di ultima generazione. Questo passaggio è metodologicamente molto rilevante, perché consente di distinguere un semplice legame contingente osservato nel record storico da un meccanismo fisico più generale, capace di emergere anche in simulazioni indipendenti. Nella logica del lavoro, il confronto tra osservazioni, rianalisi e CMIP6 non serve solo a validare un pattern, ma a testarne la plausibilità dinamica: se i modelli che rappresentano meglio la connessione tra salinità e correnti verso est simulano anche un ENSO più realistico o più intenso, allora la salinità diventa a tutti gli effetti una componente attiva della dinamica ENSO. In questo senso, la sezione metodologica non è un semplice elenco di dataset, ma il fondamento dell’intero impianto interpretativo dello studio, perché costruisce un ponte tra osservazione, teoria e modellistica e consente di trattare la salinità non più come variabile accessoria, bensì come parte integrante del precondizionamento dell’oceano tropicale verso gli eventi estremi di El Niño. 

2.2. Simulazioni CESM2.1

La sezione dedicata alle simulazioni con CESM2.1 rappresenta il passaggio metodologico decisivo con cui gli autori trasformano un legame osservato in un test di causalità fisica. Dopo aver identificato nelle osservazioni, nelle rianalisi oceaniche e nei modelli CMIP6 un pattern di salinità primaverile nel Pacifico occidentale associato a un successivo rafforzamento di El Niño, Liu, Hu e McPhaden costruiscono infatti una serie di esperimenti controllati con il Community Earth System Model 2.1, scelto perché riproduce una variabilità ENSO nel complesso realistica, pur non rappresentando in modo accurato proprio quelle anomalie saline primaverili del Pacifico occidentale che lo studio considera cruciali. Questa scelta è metodologicamente molto importante: usare un modello che simula bene ENSO ma non cattura appieno il segnale salino osservato consente di verificare se l’introduzione esplicita di tale segnale produca una risposta dinamica coerente con le ipotesi fisiche proposte, evitando che il risultato sia semplicemente un artefatto statistico. La letteratura su CESM2 mostra in effetti che il modello riproduce in maniera ragionevole diversi aspetti dell’ENSO, inclusi tempi caratteristici, precursori tropicali ed extratropicali, evoluzione composita degli eventi e teleconnessioni, mentre il lavoro principale del 2025–2026 evidenzia che la debolezza di CESM2.1 sta proprio nella sottorappresentazione delle anomalie saline primaverili del Pacifico occidentale prima di El Niño. 

L’impianto sperimentale è costruito secondo la logica dei large ensembles a condizioni iniziali perturbate, oggi ampiamente utilizzati per separare il segnale forzato dalla variabilità interna caotica. Gli autori selezionano dapprima tre diverse condizioni iniziali oceaniche provenienti da una lunga simulazione di controllo di 200 anni, tutte capaci di evolvere verso eventi di El Niño ma caratterizzate da contenuti di calore oceanico differenti; questa scelta permette di verificare che la risposta al forcing salino non dipenda da un singolo stato di partenza, ma sia robusta rispetto a diversi livelli di precondizionamento termico del Pacifico equatoriale. Per ciascuna di queste condizioni iniziali vengono poi generati due insiemi di 40 membri, perturbando in modo infinitesimale le condizioni iniziali atmosferiche con differenze dell’ordine di 10⁻¹⁴ K, esattamente secondo la filosofia introdotta nel progetto CESM Large Ensemble da Kay e colleghi: perturbazioni fisicamente trascurabili, ma sufficienti a innescare nel tempo traiettorie differenti per effetto della natura caotica dell’atmosfera. Questo approccio è particolarmente adatto allo studio di ENSO, perché consente di quantificare non solo la risposta media al forcing, ma anche il modo in cui tale forcing modifica la distribuzione probabilistica degli eventi, inclusa la coda estrema associata agli El Niño più intensi. 

L’elemento centrale dell’esperimento è il confronto tra un insieme di controllo, in cui il modello evolve liberamente, e un insieme forzato, in cui tra marzo e maggio viene applicato un forcing di salinità nel Pacifico tropicale occidentale superiore, compreso tra 10°S e 10°N, 130°E–180° e 0–400 m, con ampiezza pari al doppio del coefficiente di regressione osservato tra la salinità primaverile e il successivo indice Niño3.4 invernale. La scelta di raddoppiare il coefficiente non ha lo scopo di rendere il forcing più “realistico”, ma di aumentare il rapporto segnale/rumore e quindi mettere in evidenza con maggiore chiarezza il contributo dinamico della salinità agli episodi forti o estremi. In altri termini, gli autori usano un forcing idealizzato ma fisicamente costruito sulle osservazioni per isolare il meccanismo ipotizzato: se le anomalie saline primaverili favoriscono davvero uno spostamento verso est del bordo della warm pool, l’insorgenza di correnti geostrofiche superficiali e la generazione di onde di Kelvin di downwelling, allora la differenza tra ensemble forzato e ensemble di controllo deve emergere in modo sistematico anche in presenza della rumorosità interna del sistema accoppiato. Questa strategia si collega idealmente ai lavori precedenti sulla barrier layer e sul ruolo attivo della salinità nell’ENSO: Maes e collaboratori avevano mostrato che la stratificazione salina del Pacifico occidentale può preservare il contenuto di calore dell’oceano durante la fase iniziale di El Niño, mentre studi più recenti hanno indicato che la struttura zonale delle anomalie di salinità influenza anche l’intensità e l’asimmetria degli eventi ENSO. Il contributo di Liu e colleghi consiste nel fare un passo ulteriore: non limitarsi alla stratificazione verticale, ma testare direttamente un forcing tridimensionale di salinità come innesco dinamico di una risposta oceanica favorevole a El Niño. 

Molto solida è anche la parte statistica e di sensibilità. Gli autori mediano dapprima i 40 membri di ciascun esperimento, poi sottraggono la media dell’ensemble di controllo da quella dell’ensemble forzato, in modo da isolare la risposta imputabile alle anomalie saline primaverili; la significatività delle differenze viene verificata con il test t di Student, ma il lavoro precisa che conclusioni simili emergono anche usando metriche alternative, come il signal-to-noise ratio, segno che il risultato non dipende dal solo formalismo statistico adottato. Inoltre, l’esperimento non si ferma ai casi che evolvono verso El Niño: viene selezionata anche una condizione iniziale che conduce a una La Niña estrema, e su questa vengono eseguiti sia un forcing dello stesso tipo sia un forcing di segno opposto, per valutare se la risposta del sistema sia simmetrica o se la salinità agisca in modo differenziato nelle due fasi dell’ENSO. Questo aspetto è particolarmente rilevante, perché si lega ai lavori recenti che attribuiscono alla salinità un ruolo anche nell’asimmetria ENSO e nella riduzione della spring predictability barrier. Nel complesso, la sezione metodologica su CESM2.1 mostra un impianto sperimentale molto ben costruito: osservazione, regressione, forcing idealizzato, ensemble numerosi, test di significatività e sensitivity tests convergono tutti verso un obiettivo preciso, cioè dimostrare che la salinità primaverile del Pacifico occidentale non è soltanto un indicatore predittivo, ma una componente attiva del precondizionamento che può aumentare l’ampiezza di El Niño e la probabilità di eventi estremi. 

2.3. Calcolo dell’altezza sterica della superficie del mare

In questa sezione gli autori introducono uno dei passaggi metodologici più importanti dell’intero studio, perché il calcolo dell’altezza sterica della superficie del mare consente di tradurre le anomalie di temperatura e salinità in una misura direttamente collegata alle variazioni di densità dell’oceano e quindi alla configurazione del livello del mare. In termini fisici, l’altezza sterica rappresenta la parte del livello marino generata dall’espansione o contrazione della colonna d’acqua dovuta alle modifiche della sua densità: un riscaldamento tende a ridurre la densità e ad aumentare il volume specifico, mentre un incremento di salinità agisce in senso opposto, aumentando la densità e riducendo il volume per unità di massa. Per questo motivo la letteratura distingue classicamente tra componente termosterica e componente alosterica del livello marino sterico. L’IPCC AR6 ribadisce che il livello marino sterico è causato proprio dalle variazioni di densità dell’oceano ed è composto da queste due componenti; inoltre sottolinea che, sebbene su scala globale il contributo medio alosterico sia trascurabile, su scala regionale esso può essere molto rilevante. È esattamente questo il punto che interessa Liu, Hu e McPhaden: non la media globale del livello del mare, ma la struttura regionale del Pacifico tropicale occidentale, dove piccoli gradienti di densità possono generare differenze steriche sufficienti a modificare le correnti superficiali e a precondizionare l’evoluzione dell’ENSO. 

Il metodo adottato nello studio consiste nel calcolare l’altezza sterica integrando verticalmente, nei primi 400 m della colonna d’acqua, l’anomalia di volume specifico derivata dalla densità dell’oceano come funzione di temperatura, salinità e pressione. La scelta di limitare l’integrazione allo strato 0–400 m è fisicamente coerente con la dinamica ENSO, perché è proprio nel basso e medio strato superiore del Pacifico tropicale che si concentrano gran parte delle anomalie di calore, salinità, spessore della barrier layer e segnali ondulatori equatoriali che controllano il precondizionamento degli eventi di El Niño. Una volta ottenuta l’altezza sterica totale, gli autori la scompongono in due contributi separati: quello indotto dalla temperatura e quello indotto dalla salinità. La decomposizione viene effettuata sostituendo, alternativamente, la salinità variabile con la sua climatologia media per isolare il contributo termico, e la temperatura variabile con la propria climatologia per isolare il contributo alino. Questa tecnica, ampiamente usata negli studi sul bilancio regionale del livello del mare, permette di attribuire la variazione di altezza sterica a uno specifico meccanismo fisico anziché limitarsi a osservare il risultato finale. 

Il punto scientificamente più interessante è che, applicata al Pacifico occidentale nella primavera del 2015, questa decomposizione mostra come la salinità non sia un semplice correttivo marginale della struttura termoalina, ma una variabile capace di generare una quota autonoma del segnale sterico. Nel quadro interpretativo dello studio, le anomalie di acqua più fresca in fascia equatoriale e più salata nelle bande off-equatoriali producono infatti un gradiente meridionale di altezza sterica che si traduce in correnti geostrofiche superficiali dirette verso est. Questa corrente, a sua volta, contribuisce allo spostamento verso levante del bordo orientale della warm pool e favorisce la generazione di onde di Kelvin equatoriali di downwelling, entrambe condizioni note per sostenere lo sviluppo di El Niño. Qui la decomposizione termosterica/alosterica diventa quindi molto più di un esercizio descrittivo: è lo strumento con cui gli autori dimostrano che una parte del segnale di livello del mare rilevante per ENSO nasce direttamente dalla salinità. La letteratura recente sul livello marino sterico conferma del resto che, su scala regionale, il contributo alosterico può essere comparabile a quello termosterico o addirittura dominante, specialmente nei contesti in cui la redistribuzione delle masse d’acqua e dei contenuti di acqua dolce modifica in modo efficiente i gradienti di densità. 

Questa impostazione metodologica ha anche implicazioni previsionali importanti. Se la salinità contribuisce direttamente a costruire gradienti sterici che modificano circolazione superficiale, mixed layer e propagazione dei segnali equatoriali, allora la sua corretta osservazione e assimilazione nei modelli non serve solo a migliorare la rappresentazione dello stato oceanico, ma anche a raffinare la previsione ENSO. In effetti, studi sull’assimilazione della sea surface salinity da satellite hanno mostrato che l’inclusione della salinità migliora la struttura di densità vicino alla superficie, rende più realistico il mixed layer, amplifica la risposta delle onde di Kelvin e può estendere la finestra utile delle previsioni ENSO da circa 4 a 7 mesi. In questo senso, la sezione 2.3 fornisce la base diagnostica essenziale per tutto il lavoro: senza la separazione tra contributo termico e contributo salino all’altezza sterica, non sarebbe possibile mostrare con sufficiente rigore che il meccanismo proposto dagli autori passa realmente attraverso una modifica della pressione dinamica superficiale e non soltanto attraverso effetti indiretti sulla stratificazione verticale. 

2.4. Stima della corrente zonale geostrofica

La stima della corrente zonale geostrofica costituisce uno snodo metodologico essenziale dello studio, perché consente di tradurre il segnale sterico associato alle anomalie di temperatura e salinità in una risposta dinamica concreta della circolazione superficiale. In termini fisici, il principio è che i gradienti meridionali dell’altezza della superficie del mare riflettono gradienti di pressione orizzontale che, fuori dalla fascia equatoriale, vengono bilanciati dalla forza di Coriolis, generando così una componente geostrofica della corrente. In prossimità dell’equatore, tuttavia, il parametro di Coriolis tende a zero e la formulazione geostrofica classica perde validità; per questo motivo gli autori ricorrono alla formulazione semi-geostrofica equatoriale su piano beta, già validata da Picaut e collaboratori, i quali mostrarono che le velocità zonali derivate dall’altezza della superficie marina risultavano coerenti con le osservazioni in situ dei correntometri equatoriali nel Pacifico. Questo aspetto è cruciale, perché permette di stimare in modo fisicamente consistente la corrente verso est indotta dalle anomalie saline anche nella stretta fascia equatoriale, dove si gioca una parte decisiva dell’evoluzione ENSO. Nel contesto del lavoro di Liu, Hu e McPhaden, l’applicazione di questo metodo mostra che il pattern salino primaverile del Pacifico occidentale — con acque relativamente più fresche in fascia equatoriale e più saline nelle bande off-equatoriali — costruisce un gradiente meridionale di altezza sterica capace di generare una corrente superficiale diretta verso est. Tale corrente favorisce a sua volta lo spostamento del bordo orientale della warm pool e la generazione di onde di Kelvin equatoriali di downwelling, due processi ben noti per il loro ruolo nel precondizionamento e nell’amplificazione degli eventi di El Niño. In questo senso, la stima della corrente geostrofica non è un dettaglio diagnostico accessorio, ma il passaggio che collega quantitativamente il segnale alino alla risposta dinamica dell’oceano tropicale, mostrando che la salinità può agire non solo attraverso la stratificazione verticale e la barrier layer, ma anche attraverso la riorganizzazione del campo di pressione dinamica superficiale.

2.5. Bilancio del calore oceanico e della salinità

L’analisi del bilancio del calore oceanico e della salinità è altrettanto importante, perché consente di identificare i processi fisici che generano e mantengono le anomalie del Pacifico tropicale occidentale prima dello sviluppo di El Niño. Nella dinamica ENSO, il contenuto di calore dell’oceano superiore rappresenta una delle principali sorgenti di memoria del sistema climatico tropicale, tanto che la variabilità del warm water volume e del contenuto di calore equatoriale precede spesso l’evoluzione successiva delle anomalie di temperatura superficiale e migliora la predicibilità dell’evento attraverso la spring predictability barrier. I bilanci termici mostrano in generale che advezione zonale e meridionale, entrainment, mixing verticale e flussi di superficie cooperano nel ridistribuire il calore nello strato superiore, mentre i bilanci di salinità permettono di distinguere il ruolo del forcing atmosferico superficiale, come precipitazione ed evaporazione, da quello della dinamica oceanica, cioè advezione orizzontale, processi subsuperficiali e rimescolamento verticale. Studi classici sul Pacifico equatoriale occidentale durante TOGA COARE hanno già mostrato che le oscillazioni intrastagionali e i burst di vento occidentale possono modificare simultaneamente i bilanci di calore e di sale, alterando struttura del mixed layer, stratificazione e contenuto di calore; lavori più recenti sul mixed-layer salinity budget nel Pacifico tropicale hanno inoltre evidenziato che, su scala interannuale, tutti i termini principali del bilancio salino portano una firma ENSO ben riconoscibile e che, nella warm pool occidentale, la dinamica oceanica compensa una parte rilevante dell’effetto dei flussi superficiali di acqua dolce. È proprio su questa base che il risultato di Liu e colleghi acquista forza: il loro studio conclude che il pattern salino primaverile favorevole a El Niño deriva soprattutto da processi advettivi oceanici forzati da anomalie dei venti zonali, mentre il contributo dei flussi superficiali di acqua dolce è secondario. Questa conclusione è coerente con la letteratura più recente, secondo cui la salinità tropicale non è un semplice tracciante passivo, ma una variabile capace di modulare il mixed layer, la barrier layer, l’entrainment e quindi la crescita delle anomalie termiche associate all’ENSO. Anche per questo, nei moderni sistemi previsionali l’assimilazione della salinità superficiale e subsuperficiale sta assumendo un ruolo crescente: migliorare il bilancio del calore senza rappresentare correttamente anche il bilancio del sale significa infatti perdere una parte della memoria dinamica del Pacifico tropicale e sottostimare i meccanismi che possono favorire gli eventi di El Niño più intensi.

3.1 Evidenze osservate di un pattern di salinità primaverile boreale che precede El Niño

La sezione dei risultati mostra in modo particolarmente convincente che, nella primavera boreale che precede un evento di El Niño, il Pacifico tropicale occidentale presenta un segnale salino organizzato e fisicamente coerente con una successiva amplificazione dell’evento. Nelle rianalisi oceaniche utilizzate dagli autori, soprattutto ORAS5 ma anche in altri quattro prodotti indipendenti, emerge infatti un marcato gradiente meridionale della salinità dell’oceano superiore: lungo l’equatore la correlazione tra salinità e successivo indice Niño3.4 invernale è negativa, mentre ai lati dell’equatore, soprattutto a nord, la correlazione diventa positiva, e questa struttura si estende dalla superficie fino a qualche centinaio di metri di profondità. Quando tale segnale viene tradotto in altezza sterica indotta dalla salinità, ne risulta un gradiente meridionale del livello del mare che, per equilibrio geostrofico e semi-geostrofico equatoriale, sostiene una corrente superficiale diretta verso est nel Pacifico occidentale tropicale, cioè proprio una configurazione favorevole allo spostamento verso levante della warm pool e all’innesco di condizioni più propizie alla crescita di El Niño. Nel lavoro, la correlazione tra la corrente zonale superficiale primaverile indotta dalla salinità e il Niño3.4 dell’inverno successivo raggiunge 0,57 nel periodo 1958–2023, con significatività statistica elevata. 

L’aspetto più interessante, dal punto di vista fisico, è che questo segnale salino risulta più informativo del corrispondente segnale termico in termini di corrente zonale superficiale. Gli autori mostrano infatti che, pur essendo le anomalie di altezza della superficie marina indotte dalla temperatura generalmente più ampie, il loro gradiente meridionale è molto più debole e quindi genera correnti verso est meno intense, soprattutto in prossimità dell’equatore. In altre parole, non conta solo l’ampiezza dell’anomalia di livello marino, ma la sua geometria meridionale: è proprio la configurazione salina osservata a costruire il tipo di pendenza sterica più efficiente nel produrre un flusso equatoriale orientato verso est. Questo risultato si inserisce bene nella tradizione di studi che hanno mostrato come la stima semi-geostrofica delle correnti equatoriali a partire dall’altezza della superficie del mare sia fisicamente robusta, e soprattutto amplia la visione classica dell’ENSO, in cui il ruolo della salinità era stato spesso relegato a semplice modulatore della stratificazione verticale. Qui, invece, la salinità appare come un agente dinamico capace di riorganizzare il campo di pressione superficiale e quindi la circolazione stessa del Pacifico tropicale. 

Questo risultato è coerente con una parte importante della letteratura precedente, ma ne rappresenta anche un’estensione sostanziale. Gli studi di Maes e collaboratori avevano già mostrato che la barrier layer salina nel Pacifico occidentale può favorire l’innesco di El Niño e preservare il contenuto di calore dell’oceano superiore riducendo il mescolamento verticale con le acque più fredde sottostanti. Più recentemente, Wang et al. hanno evidenziato che la salinità superficiale del mare migliora sensibilmente la previsione ENSO ai lead time medio-lunghi e diventa particolarmente importante oltre circa sei mesi, mentre Pang et al. hanno mostrato che la SSS indebolisce la spring predictability barrier. Il contributo della sezione 3.1 è dunque notevole perché fornisce un meccanismo osservativo preciso che collega queste intuizioni: la salinità non migliora la previsione solo perché conserva memoria della stratificazione, ma anche perché nella primavera boreale può organizzarsi in un pattern capace di forzare direttamente correnti verso est favorevoli allo sviluppo del successivo El Niño. 

Un altro elemento molto rilevante è che la relazione resta robusta per tutte le profondità di integrazione testate tra 0 e 400 m, anche se il massimo della correlazione compare nello strato 0–100 m. Gli autori scelgono comunque di mantenere l’integrazione 0–400 m per catturare anche l’influenza subsuperficiale della salinità sulle correnti superficiali e quindi sullo sviluppo ENSO. Questa scelta ha una logica fisica chiara: nel Pacifico occidentale tropicale le variazioni saline sopra la termoclina sono fortemente influenzate dall’avvezione oceanica, mentre al di sotto della termoclina i segnali diventano più deboli. Inoltre, il fatto che la corrente zonale superficiale primaverile indotta dalla salinità non sia significativamente correlata con il Niño3.4 dell’inverno precedente indica che il segnale non è semplicemente una memoria residua dell’ENSO già trascorso, ma un vero precursore del successivo sviluppo. In questo senso la sezione 3.1 rafforza l’idea che il bordo orientale della warm pool e il fronte salino del Pacifico occidentale siano elementi chiave del precondizionamento ENSO, come già suggerito da studi osservativi sulla variabilità salina della warm pool e sul ruolo dinamico della sua frontiera orientale. 

Figura 1. Evidenza osservativa di un pattern salino primaverile boreale che precondiziona lo sviluppo di El Niño

La figura 1 rappresenta, di fatto, la prima dimostrazione osservativa compatta del meccanismo proposto dagli autori: nel Pacifico tropicale occidentale, durante la primavera boreale che precede un evento di El Niño, emerge un pattern di salinità strutturato in senso meridionale, con anomalie relativamente più fresche in fascia equatoriale e anomalie più saline nelle bande off-equatoriali, soprattutto a nord. Nel pannello a questo assetto compare chiaramente nella sezione latitudine–profondità, mostrando che il segnale non è confinato alla sola superficie ma coinvolge buona parte dell’oceano superiore, estendendosi fino a qualche centinaio di metri. Il fatto che questa configurazione sia stata riconosciuta in ORAS5 e in più rianalisi indipendenti le conferisce un notevole grado di robustezza, e la rende particolarmente interessante perché suggerisce l’esistenza di un precursore salino ricorrente che si manifesta mesi prima del picco invernale dell’ENSO. In altre parole, la figura non mostra soltanto una correlazione statistica, ma individua un’organizzazione tridimensionale della salinità che può essere letta come stato di precondizionamento dell’oceano tropicale occidentale verso un successivo evento caldo nel Pacifico centrale-orientale. 

Il passaggio fisico decisivo è illustrato nei pannelli b e c. Quando questo pattern salino viene convertito in altezza sterica della superficie del mare, emerge un gradiente meridionale della SSH indotta dalla salinità che implica un gradiente di pressione orizzontale; tale gradiente, nel quadro geostrofico e semi-geostrofico equatoriale, sostiene una corrente superficiale zonale verso est lungo il Pacifico occidentale tropicale. È qui che la figura assume il suo significato dinamico più forte: la salinità non viene trattata come semplice tracciante passivo o come variabile accessoria della stratificazione, ma come una grandezza capace di modificare direttamente il campo di densità, il livello sterico e quindi la circolazione superficiale. Questo risultato è coerente con i lavori classici di Picaut e colleghi, che avevano mostrato come le stime geostrofiche delle correnti zonali equatoriali derivate dalla superficie del mare fossero in buona concordanza con le misure in situ, e quindi fossero adatte a diagnosticare la dinamica del Pacifico equatoriale. In questo contesto, la corrente verso est evidenziata nel pannello c va interpretata come un meccanismo favorevole allo spostamento del bordo orientale della warm pool, alla propagazione di anomalie calde verso levante e alla generazione di onde di Kelvin di downwelling, tutti ingredienti ben noti per il rafforzamento della fase iniziale di El Niño. 

Il pannello d rafforza questa lettura mostrando una relazione positiva piuttosto netta tra la corrente zonale superficiale primaverile indotta dalla salinità e il successivo indice Niño3.4 invernale: ciò indica che, al crescere del flusso verso est nel Pacifico occidentale, aumenta anche la probabilità che l’evento ENSO maturi in una fase calda più intensa. Ancora più importante è il pannello e, nel quale la correlazione associata alla componente salina resta superiore a quella della componente termica per l’intera profondità cumulata considerata. Questo suggerisce che, pur essendo spesso più grandi in valore assoluto, le anomalie termiche non costruiscono un gradiente meridionale della superficie sterica efficace quanto quello prodotto dalla salinità; in altre parole, la geometria spaziale del segnale alino conta più dell’ampiezza pura del segnale termico nel generare la corrente zonale favorevole a El Niño. Tale conclusione amplia in modo significativo la letteratura precedente sulla barrier layer del Pacifico occidentale: Maes e collaboratori avevano già dimostrato che la stratificazione salina limita il mescolamento verticale, conserva il calore accumulato nella warm pool e che la rimozione della barrier layer può ridurre o perfino impedire lo sviluppo di El Niño. La figura 1 aggiunge però un tassello nuovo, mostrando che la salinità non agisce soltanto verticalmente, attraverso l’isolamento del mixed layer, ma anche orizzontalmente, attraverso la costruzione di gradienti sterici capaci di forzare correnti geostrofiche superficiali verso est. È proprio questo doppio ruolo, termodinamico e dinamico, che aiuta a capire perché studi recenti abbiano trovato che la sea surface salinity migliora la previsione ENSO e attenua la spring predictability barrier: la salinità contiene una memoria e un segnale dinamico che la sola SST non riesce a rappresentare completamente. 

Nel complesso, la figura 1 può essere letta come una catena causale completa: pattern salino primaverile → gradiente meridionale di altezza sterica → corrente superficiale verso est → maggiore predisposizione allo sviluppo di El Niño. Per questo motivo essa costituisce il fulcro interpretativo dell’articolo, perché traduce una correlazione osservata in un meccanismo fisico plausibile e coerente con la teoria ENSO più aggiornata. 

3.2 Valutazione nei modelli CMIP6

La valutazione nei modelli CMIP6 è particolarmente importante perché consente di capire se il legame osservato tra salinità primaverile del Pacifico occidentale e successivo sviluppo di El Niño rappresenti un semplice segnale contingente del record storico oppure un meccanismo fisico che i modelli climatici sono effettivamente in grado di riprodurre. Ripetendo sulle simulazioni storiche 1950–2014 di 30 modelli accoppiati CMIP6 la stessa diagnostica applicata alle osservazioni, Liu, Hu e McPhaden mostrano che 14 modelli presentano una correlazione debole ma statisticamente significativa tra le correnti zonali superficiali primaverili indotte dalla salinità e il Niño3.4 invernale, mentre 5 modelli raggiungono una correlazione moderata o elevata con una struttura spaziale realistica; nelle osservazioni, per confronto, la correlazione è 0,57 nel periodo 1958–2023. I modelli migliori riproducono inoltre pattern di correlazione tra Niño3.4 invernale, SSH sterica indotta dalla salinità e correnti superficiali molto simili a quelli osservati. Il messaggio scientifico è quindi netto: la connessione salinità–El Niño è simulabile, ma resta fortemente model dependent, e ciò si inserisce bene nel quadro più ampio della letteratura CMIP6, che documenta ancora difficoltà rilevanti nella rappresentazione dell’ENSO, dalla fase stagionale del picco agli errori nei campi di corrente equatoriale e nello stato medio tropicale, tutti aspetti che possono alterare l’efficienza dei feedback accoppiati. 

L’aspetto più interessante della figura associata a questa sezione è però la relazione inter-modello tra la forza del meccanismo salino e l’ampiezza complessiva dell’ENSO. Gli autori trovano infatti una correlazione pari a 0,69 tra l’ampiezza dell’ENSO, misurata attraverso la deviazione standard del Niño3.4 invernale, e la sensibilità dello stesso indice alle correnti zonali superficiali primaverili indotte dalla salinità nel Pacifico occidentale. In termini dinamici, questo significa che i modelli nei quali il segnale salino primaverile riesce più efficacemente a generare flusso verso est e a precondizionare il Pacifico equatoriale tendono anche a simulare un ENSO più intenso. Ancora più significativo è il fatto che la regressione inter-modello intercetti l’asse verticale a circa 0,85 °C, indicando che una variabilità ENSO “di base” esiste anche senza questo meccanismo, ma che la presenza della connessione salinità–ENSO può quasi raddoppiarne l’ampiezza. Le osservazioni si collocano in una posizione intermedia all’interno dello scatter dei modelli, suggerendo che il mondo reale possieda sì questo meccanismo, ma non nella forma estrema di alcuni modelli più sensibili. In questo contesto la scelta di CESM2 per gli esperimenti successivi appare metodologicamente sensata: il modello cattura almeno in parte il segnale osservato, pur sottostimandone l’intensità, e quindi è adatto per testare con esperimenti controllati quanto la salinità contribuisca causalmente alla crescita di El Niño. 

Questi risultati acquistano ancora più valore se messi in relazione con gli studi recenti sul ruolo attivo della salinità nella dinamica ENSO. Guan e colleghi hanno mostrato che la struttura zonale delle anomalie di salinità superficiale nel Pacifico tropicale modula l’intensità e l’asimmetria di El Niño e La Niña, mentre Pang et al. e Wang et al. hanno evidenziato che la sea surface salinity migliora la predicibilità dell’ENSO e attenua la spring predictability barrier, proprio perché aggiunge informazione dinamica e memoria oceanica che la sola SST non contiene. La sezione 3.2 aggiunge dunque un tassello decisivo: non solo la salinità conta per la previsione, ma i modelli che rappresentano meglio questa connessione tendono anche a produrre un ENSO più vigoroso, indicando che una parte non trascurabile della dispersione inter-modello in CMIP6 potrebbe dipendere dalla diversa capacità di simulare il precondizionamento salino del Pacifico occidentale. 

Figura 2

La figura 2 ha un valore cruciale perché sposta il discorso dal piano puramente osservativo a quello modellistico e chiede, in sostanza, se il legame individuato nella figura 1 tra salinità primaverile del Pacifico occidentale e successivo sviluppo di El Niño sia davvero riproducibile dai modelli climatici. Il risultato generale è che la risposta è positiva, ma solo in parte: nella diagnostica applicata a 30 simulazioni storiche CMIP6, gli autori trovano che 14 modelli mostrano una correlazione debole ma statisticamente significativa tra correnti zonali superficiali primaverili indotte dalla salinità e Niño3.4 invernale, mentre 5 modelli raggiungono una correlazione moderata o più alta, con struttura spaziale realistica; le osservazioni, collocate nello stesso diagramma, mostrano un valore di riferimento pari a 0,57. Questo significa che il meccanismo esiste anche nel mondo dei modelli, ma resta fortemente dipendente dalla struttura del singolo sistema accoppiato oceano-atmosfera. 

Nei pannelli a e b si vede che, facendo la media dei sei modelli più convincenti, riemerge una configurazione molto simile a quella osservata: la SSH sterica indotta dalla salinità presenta un gradiente meridionale coerente con la successiva crescita del Niño3.4, e questo gradiente si traduce in una fascia di correnti superficiali verso est tra circa 130°E e 180° lungo la banda equatoriale. È un passaggio fisico molto importante, perché implica che almeno una parte dei modelli CMIP6 riesce a trasformare un’anomalia alina in un segnale dinamico: non soltanto una modifica locale della densità o della barrier layer, ma un vero contributo alla pressione dinamica superficiale e quindi alla circolazione zonale equatoriale. In termini ENSO, questo flusso verso est è favorevole allo spostamento orientale della warm pool, alla propagazione di onde di Kelvin di downwelling e al rafforzamento dei feedback accoppiati che sostengono El Niño. Il fatto che la struttura media dei modelli migliori assomigli così tanto a quella osservata suggerisce che il meccanismo proposto dagli autori non sia un artefatto di reanalisi, ma una modalità fisicamente plausibile del sistema tropicale Pacifico. 

Il pannello c è probabilmente il più importante dell’intera figura, perché mostra che la forza del collegamento salinità–corrente verso est non è solo un dettaglio dinamico, ma si associa direttamente all’ampiezza complessiva dell’ENSOsimulata dai modelli. Gli autori trovano infatti una correlazione inter-modello di 0,69 tra la sensibilità del Niño3.4 invernale alle correnti superficiali primaverili indotte dalla salinità e la deviazione standard del Niño3.4 stesso, cioè la misura dell’ampiezza ENSO. In altri termini, i modelli che trasformano più efficacemente il pattern salino primaverile in flusso zonale verso est tendono anche a simulare un ENSO più intenso. Ancora più interessante è l’intercetta positiva della retta di regressione, circa 0,85 °C, che suggerisce come una variabilità ENSO “di base” possa esistere anche in assenza di questo meccanismo, ma che il contributo della salinità abbia il potenziale di amplificarla quasi fino al doppio nei modelli più sensibili. Le osservazioni si collocano in una posizione intermedia all’interno dello scatter, il che suggerisce che il sistema reale possieda effettivamente questo meccanismo, ma in una forma non estrema. 

Questa lettura è molto coerente con ciò che sappiamo oggi sulla modellistica ENSO in CMIP6. Le valutazioni del progetto CLIVAR 2020 ENSO Metrics Package mostrano che i modelli CMIP6, in media, migliorano rispetto a CMIP5 in diverse metriche ENSO rilevanti, soprattutto nello stato medio tropicale e in alcuni aspetti della variabilità, ma permangono limiti importanti nella simulazione del phase-locking stagionale, dell’asimmetria degli eventi e di altri feedback chiave; questi errori di stato medio e di struttura accoppiata influenzano inevitabilmente anche la capacità dei modelli di rappresentare un meccanismo delicato come quello salino descritto in questo studio. La dispersione vista nel pannello c, quindi, non è casuale: riflette differenze strutturali tra modelli nella rappresentazione del Pacifico tropicale, della termoclina, delle correnti equatoriali e della sensibilità del sistema ai forcing di densità superficiale. 

La figura 2 è anche importante perché si collega direttamente alla letteratura più recente sul ruolo predittivo della sea surface salinity. Studi recenti mostrano che la salinità superficiale migliora la previsione ENSO a lead time medio-lunghi e contribuisce a indebolire la spring predictability barrier, proprio perché contiene memoria oceanica aggiuntiva e influenza la redistribuzione del calore nello strato superiore. In questa prospettiva, la figura 2 aggiunge un tassello decisivo: non solo la salinità migliora le previsioni, ma i modelli che ne rappresentano meglio l’effetto dinamico sulle correnti zonali tendono anche a simulare un ENSO più realistico o comunque più energico. È quindi plausibile interpretare una parte della dispersione inter-modello dell’ampiezza ENSO come effetto della diversa capacità di catturare il precondizionamento salino del Pacifico occidentale. 

Nel complesso, la figura 2 mostra che la connessione salinità primaverile → altezza sterica → corrente verso est → intensificazione di El Niño non è solo un risultato osservativo, ma un criterio utile anche per distinguere i modelli migliori da quelli meno affidabili nella rappresentazione della dinamica ENSO. Per questo la figura non ha soltanto un valore diagnostico, ma anche metodologico: suggerisce che la corretta rappresentazione della salinità tropicale dovrebbe essere considerata una componente essenziale nella valutazione delle prestazioni dei modelli climatici quando si analizza la simulazione di El Niño e, in particolare, degli eventi più estremi. 

Figura 3

La figura 3 è probabilmente la dimostrazione più forte dell’intero lavoro, perché sposta l’argomentazione dal piano osservativo e correlativo a quello propriamente causale: invece di limitarsi a mostrare che un certo pattern salino primaverile precede gli eventi di El Niño, gli autori impongono nel CESM2.1 un forcing di salinità nel Pacifico tropicale occidentale e verificano come il sistema accoppiato oceano-atmosfera reagisca. Il punto di partenza è importante, perché CESM2 riproduce una variabilità ENSO nel complesso realistica, ma non cattura pienamente il segnale salino osservato in primavera; proprio per questo il modello è adatto a testare se l’introduzione esplicita di quel pattern sia in grado di generare una risposta dinamica coerente con la teoria proposta. Nei pannelli a e b si osserva infatti che il forcing alino produce un’anomalia di altezza sterica della superficie del mare e una risposta della SSH totale del modello con struttura spaziale molto simile a quella attesa: segnali positivi in prossimità della fascia equatoriale e negativi ai lati, cioè esattamente il tipo di configurazione che costruisce un gradiente meridionale di pressione dinamica superficiale capace di sostenere un flusso geostrofico verso est. In questo senso, la figura mostra che la salinità non agisce soltanto attraverso la stratificazione verticale e la barrier layer, ma è in grado di modificare direttamente il campo di massa dello strato superiore dell’oceano tropicale. Questo risultato si inserisce bene nella letteratura classica sulla barrier layer del Pacifico occidentale, che già aveva mostrato come la salinità possa preservare il contenuto di calore oceanico e favorire l’innesco di El Niño riducendo il mescolamento verticale con le acque più fredde sottostanti. 

I pannelli c e d costituiscono il passaggio dinamico decisivo, perché i diagrammi di Hovmöller mostrano che alla perturbazione salina corrisponde la comparsa di correnti zonali superficiali verso est tra marzo e l’estate, inizialmente nel Pacifico occidentale e poi in propagazione verso il Pacifico centrale. Nel pannello c il segnale è la componente di corrente indotta dalla salinità, mentre nel pannello d si vede che anche la corrente totale simulata dal modello risponde in modo coerente, segno che il forcing alino viene effettivamente assorbito dalla dinamica completa del sistema accoppiato. Questo aspetto è cruciale, perché conferma il meccanismo ipotizzato dagli autori: un gradiente sterico costruito dalla salinità può produrre un’accelerazione verso est del flusso superficiale equatoriale, spostare il bordo della warm pool e favorire la propagazione di anomalie oceaniche lungo l’equatore. La coerenza di questa catena fisica è in linea sia con gli studi classici sulle correnti geostrofiche equatoriali derivate dall’altezza della superficie del mare, sia con i lavori più recenti che attribuiscono alla salinità un ruolo attivo nell’evoluzione della barrier layer e del mixed layer durante l’ENSO. In particolare, il fatto che il massimo segnale compaia in primavera-estate è perfettamente compatibile con la finestra stagionale nella quale l’ENSO viene precondizionato e nella quale anche la spring predictability barrier rende più difficile la previsione dell’evento, suggerendo che la salinità aggiunga una forma di memoria dinamica che la sola SST non riesce a rappresentare in modo completo. 

Il pannello e mostra poi la conseguenza climatica finale del processo: dopo la risposta di SSH e di corrente superficiale, compaiono anomalie calde di SST nel Pacifico centrale e orientale che si rafforzano dall’estate all’autunno e persistono fino all’inverno successivo. Qui la figura diventa particolarmente convincente, perché chiude la catena causale completa: forcing salino primaverile → anomalia sterica → corrente verso est → riscaldamento equatoriale del Pacifico centrale-orientale. Questo comportamento è pienamente coerente con la dinamica classica di El Niño, in cui una maggiore spinta verso est delle acque superficiali e la propagazione di segnali equatoriali favoriscono la riduzione dell’upwelling freddo e l’amplificazione del feedback di Bjerknes. Tuttavia, rispetto ai paradigmi tradizionali centrati quasi esclusivamente su contenuto di calore, termoclina e burst di vento occidentale, la figura 3 mostra che la salinità può funzionare come un vero forzante dinamico iniziale. Anche i risultati recenti sulla variabilità della barrier layer nel Pacifico equatoriale centrale vanno nella stessa direzione, indicando che le anomalie di salinità e le correnti zonali associate modulano la profondità del mixed layer, la stratificazione verticale e quindi la crescita delle anomalie termiche ENSO-correlate. 

Il pannello f traduce infine questa risposta fisica in un risultato statistico diretto sull’intensità dell’evento: nei tre gruppi di esperimenti, i membri forzati tendono in media a produrre valori più elevati dell’indice Niño3.4 invernale rispetto ai rispettivi controlli, e il numero di eventi estremi di El Niño aumenta in modo marcato in due dei tre casi, passando da 11 a 20 nel primo set e da 1 a 4 nel secondo, mentre nel terzo caso resta invariato a 3. Questo dettaglio è molto importante, perché mostra che il meccanismo salino non opera come un interruttore deterministico, ma come un fattore di amplificazione probabilistica che agisce su uno sfondo già condizionato dallo stato iniziale dell’oceano e dalla variabilità interna del sistema. In altre parole, la salinità non “crea” da sola El Niño, ma può rafforzare in modo sostanziale un evento già potenzialmente in crescita, aumentandone l’ampiezza e la probabilità di rientrare nella coda estrema della distribuzione. È proprio questa conclusione a rendere la figura 3 così rilevante: essa dimostra numericamente che il pattern salino primaverile del Pacifico occidentale è non soltanto un precursore osservativo, ma una componente attiva del precondizionamento che può spingere il sistema verso episodi di El Niño molto più forti. 

3.3 Esperimenti con modelli accoppiati per dimostrare l’influenza della salinità su El Niño

Questa sezione rappresenta il passaggio più decisivo dell’articolo, perché trasforma l’evidenza osservativa e la coerenza inter-modello in una vera verifica causale. Liu, Hu e McPhaden utilizzano infatti esperimenti accoppiati large-ensemble con CESM2 per testare se le anomalie di salinità primaverili del Pacifico tropicale occidentale possano non solo precedere, ma anche rafforzare attivamente lo sviluppo di El Niño. Il risultato principale è che, quando nel modello viene imposto il pattern salino osservato, la risposta dell’altezza sterica della superficie del mare durante la primavera riproduce con buona fedeltà la struttura meridionale tripolare osservata, con anomalie positive lungo l’equatore e anomalie negative ai lati; anche la SSH totale simulata sviluppa un pattern simile, sebbene più debole. In termini fisici, questo significa che la perturbazione di salinità modifica davvero il campo di densità e di pressione dinamica dello strato superiore, non restando confinata a una semplice anomalia diagnostica. 

La conseguenza dinamica più importante è la comparsa di una corrente zonale superficiale anomala verso est nel Pacifico occidentale durante la primavera, risposta che nelle simulazioni non si esaurisce subito ma continua anche nelle stagioni successive. È un passaggio cruciale, perché conferma il meccanismo ipotizzato dagli autori: la salinità costruisce un gradiente sterico meridionale, questo gradiente sostiene una componente geostrofica e semi-geostrofica del flusso equatoriale verso est, e tale anomalia di corrente contribuisce a traslare verso levante il bordo orientale della warm pool. Gli autori mostrano inoltre che questa riorganizzazione favorisce la propagazione di onde di Kelvin di downwelling verso est, altro elemento classico del precondizionamento di El Niño. In sostanza, il forcing salino primaverile non agisce solo sullo stato locale dell’oceano occidentale, ma mette in moto una risposta equatoriale che il sistema accoppiato amplifica attraverso feedback positivi fino all’inverno successivo. 

Il segnale termico che ne deriva è pienamente coerente con questa interpretazione. Nella media dei 120 membrid’ensemble, il modello sviluppa dapprima un riscaldamento attorno alla linea del cambiamento di data e poi un riscaldamento più forte nel Pacifico orientale, cioè una sequenza spazio-temporale tipica di un El Niño in crescita. In termini quantitativi, l’indice Niño3.4 invernale aumenta in media del 22%, passando da +1,44 °C a +1,76 °C a causa del forcing di salinità primaverile; ancora più impressionante è l’aumento degli eventi estremi, che passano da 15 a 27usando la soglia Niño3.4 > 2,5 °C e da 2 a 12 usando la soglia Niño3.4 > 3 °C. Questi numeri sono molto importanti, perché indicano che la salinità non cambia solo l’ampiezza media dell’ENSO, ma modifica anche la coda estrema della distribuzione, cioè la probabilità di eventi davvero eccezionali. È proprio questo il motivo per cui gli autori parlano di un meccanismo in grado di favorire gli Extreme El Niño. 

Un aspetto molto interessante è che la risposta non è simmetrica tra fase calda e fase fredda dell’ENSO. Nei test di sensibilità condotti a partire da uno stato iniziale favorevole a La Niña, l’imposizione dello stesso pattern salino associato a El Niño produce una La Niña più debole, con il Niño3.4 medio invernale che passa da −2,41 °C a −2,14 °C; al contrario, imporre anomalie saline di segno opposto produce soltanto una variazione minima, da −2,41 °C a −2,48 °C. Gli autori interpretano questa risposta come una manifestazione della non linearità del sistema ENSO, probabilmente collegata al fatto che il feedback di Bjerknes tende a essere più debole nelle condizioni di La Niña rispetto a quelle di El Niño forte. Questo punto è coerente con una vasta letteratura sull’asimmetria ENSO, secondo cui i processi accoppiati che amplificano gli episodi caldi estremi non si riflettono in modo speculare negli episodi freddi. 

Forse il risultato più rilevante, sul piano teorico, è che gli esperimenti numerici ridimensionano il ruolo esclusivo attribuito in passato alla barrier layer. La letteratura classica, in particolare il lavoro di Maes et al. (2005), aveva mostrato che la barrier layer salina del Pacifico occidentale può favorire l’accumulo di calore e quindi modulare la crescita di El Niño, mentre studi più recenti su CESM2 hanno evidenziato che un bias verso barrier layer troppo sottile ostacola la corretta simulazione dei grandi eventi. Tuttavia, in questi esperimenti la perturbazione salina non porta a un approfondimento generalizzato della barrier layer nel Pacifico equatoriale occidentale; al contrario, essa cambia poco e nel complesso tende anche a ridursi in parte della regione. Questo porta gli autori a una conclusione molto netta: nelle loro simulazioni, l’effetto dominante della salinità non passa attraverso un semplice ispessimento della barrier layer e un maggiore immagazzinamento di calore, ma soprattutto attraverso la generazione di correnti superficiali verso est e di onde di Kelvin. La barrier layer resta quindi importante come modulatore termodinamico, ma non sembra essere il meccanismo centrale che spiega l’aumento della probabilità di eventi estremi in questo studio. 

Nel complesso, questa sezione amplia in modo significativo il quadro teorico dell’ENSO. Le idee classiche sul precondizionamento di El Niño si basano soprattutto su contenuto di calore oceanico, WWB, profondità della termoclina e feedback di Bjerknes; qui invece la salinità emerge come una variabile dinamica capace di agire a monte, riorganizzando il campo di massa e le correnti dello strato superiore dell’oceano tropicale. Il messaggio finale è che, quando si studiano i meccanismi di innesco e amplificazione di El Niño, soprattutto nella sua forma estrema, non basta concentrarsi solo sulla temperatura o sulla barrier layer: bisogna considerare anche il modo in cui le anomalie saline primaverili del Pacifico occidentale possano generare una risposta geostrofica favorevole, spostare la warm pool, eccitare onde di Kelvin e aprire la strada a una crescita molto più efficiente dell’evento caldo. 

3.4 Un amplificatore o un precursore indipendente?

Questa sezione affronta una questione centrale per l’interpretazione fisica del lavoro: il pattern di salinità primaverile del Pacifico occidentale va considerato un vero precursore autonomo di El Niño, oppure un meccanismo che ne amplifica la crescita quando il sistema è già stato predisposto da altri fattori? L’analisi degli autori porta a una conclusione piuttosto netta: nelle osservazioni attuali la salinità sembra agire soprattutto come booster dell’ampiezza di El Niño, più che come innesco indipendente. Questo risultato va letto sullo sfondo della teoria classica del recharge oscillator, secondo cui il contenuto di calore dell’oceano equatoriale rappresenta il principale precursore oceanico stagionale dell’ENSO, e della vasta letteratura sui westerly wind bursts primaverili, che favoriscono l’avvio delle onde di Kelvin e la crescita delle anomalie calde nel Pacifico centrale-orientale. 

Nel dettaglio, Liu, Hu e McPhaden mostrano che, nel periodo 1958–2023, sia il contenuto di calore oceanico primaverile del Pacifico equatoriale sia le anomalie primaverili del vento zonale nel Pacifico occidentale sono positivamente correlati con il Niño3.4 invernale; la corrente superficiale indotta dalla salinità, invece, risulta solo debolmente legata all’OHC ma è fortemente correlata con le anomalie del vento zonale. Quando gli autori costruiscono una regressione multivariata, OHC e venti zonali insieme spiegano già bene il Niño3.4 invernale, mentre l’aggiunta della corrente indotta dalla salinità non aumenta in modo significativo l’abilità predittiva. In termini dinamici, questo suggerisce che il segnale salino non stia sostituendo i precursori classici, ma stia soprattutto rafforzando la risposta del sistema una volta che i WWB e il precondizionamento termico hanno già predisposto il Pacifico verso una fase calda. È una conclusione coerente anche con studi recenti che attribuiscono alla salinità un forte valore predittivo a lungo termine e un ruolo nel ridurre la spring predictability barrier, pur senza farne necessariamente un forzante indipendente rispetto alla dinamica accoppiata vento–oceano. 

L’analisi del bilancio della salinità rafforza ulteriormente questa lettura. Gli autori trovano che la diminuzione di salinità lungo l’equatore è associata soprattutto al trasporto zonale di sale, mentre l’aumento di salinità nelle fasce off-equatoriali deriva in prevalenza dal trasporto verticale; entrambe le componenti sono coerenti con una risposta oceanica forzata dalle anomalie primaverili dei venti occidentali, che generano correnti equatoriali verso est e una cella di overturning meridionale con upwelling ai lati dell’equatore. Questo quadro si collega bene ai lavori precedenti sulla variabilità salina del Pacifico tropicale, che avevano già mostrato come l’advezione orizzontale e verticale domini buona parte della variabilità della salinità superficiale e subsuperficiale nella warm pool, mentre i flussi di acqua dolce agiscono in modo secondario o modulante. Anche in questo studio, infatti, evaporazione e precipitazione contribuiscono alle anomalie saline, ma meno dell’advezione, mentre mixing, diffusione ed entrainment tendono a smorzare il gradiente meridionale. 

Il significato più ampio di questa sezione è quindi che la salinità primaverile del Pacifico occidentale non va interpretata come un semplice epifenomeno, ma neppure come un sostituto dei precursori classici di El Niño. Piuttosto, essa appare come una variabile dinamica intermedia che traduce e amplifica l’effetto dei WWB e del precondizionamento oceanico in un segnale più efficiente di correnti verso est, spostamento della warm pool e propagazione di onde di Kelvin. In questo senso, la salinità è un tassello fondamentale della catena di sviluppo di El Niño estremo: non necessariamente il primo anello, ma uno dei più efficaci nel trasformare un forcing primaverile favorevole in un evento caldo di grande ampiezza. 

4. Sintesi e discussione

La sezione conclusiva dello studio di Liu, Hu e McPhaden è particolarmente importante perché ridefinisce il ruolo della salinità nella dinamica dell’ENSO: non più semplice variabile ancillare o tracciante passivo della stratificazione tropicale, ma fattore capace di modulare in modo dinamico l’intensità di El Niño attraverso la costruzione di un gradiente meridionale di altezza sterica nel Pacifico occidentale durante la primavera boreale. Gli autori mostrano infatti, combinando osservazioni, rianalisi, analisi CMIP6 ed esperimenti accoppiati con large ensembles, che anche anomalie saline relativamente deboli possono produrre un segnale sterico sufficientemente organizzato da generare correnti superficiali geostrofiche verso est, spostare il bordo orientale della warm pool e favorire onde di Kelvin equatoriali di downwelling, con un effetto medio di amplificazione di El Niño dell’ordine del 20% e con un forte aumento della probabilità di eventi estremi. In questo senso, il lavoro amplia i paradigmi ENSO più classici, centrati soprattutto su contenuto di calore oceanico, profondità della termoclina, burst di vento occidentale e feedback di Bjerknes, aggiungendo un tassello dinamico che fino a tempi recenti era rimasto sottovalutato. 

Uno degli aspetti più originali della discussione è che il meccanismo proposto si distingue chiaramente dalla spiegazione tradizionale fondata quasi esclusivamente sulla barrier layer. La letteratura precedente, in particolare i lavori di Maes e collaboratori, aveva mostrato che la stratificazione salina del Pacifico occidentale può limitare il mescolamento verticale tra acque superficiali calde e acque subsuperficiali più fredde, preservando così il contenuto di calore nell’oceano superiore e favorendo la successiva crescita di El Niño. Liu e colleghi non negano l’importanza di questo processo, ma mostrano che, nei loro esperimenti, l’effetto dominante non passa da un ispessimento sistematico della barrier layer; al contrario, la risposta più robusta è la generazione di correnti superficiali verso est e di onde di Kelvin di downwelling, cioè un percorso eminentemente dinamico. La conclusione è quindi più sottile: la barrier layer può modulare l’evoluzione dell’evento, ma non è necessariamente il meccanismo principale che spiega l’aumento della probabilità degli El Niño estremi. 

La discussione chiarisce inoltre che questo pattern salino primaverile non sembra comportarsi come un precursore completamente indipendente, bensì soprattutto come un amplificatore di condizioni già favorevoli all’evento caldo. Dal confronto statistico con i due precursori classici dell’ENSO, cioè il contenuto di calore del Pacifico equatoriale e le anomalie di vento zonale occidentale, emerge infatti che il segnale salino è solo debolmente legato all’OHC ma fortemente connesso ai westerly wind bursts. Gli autori interpretano questo risultato nel senso che la salinità costituisce una via efficiente attraverso cui i WWB trasmettono il loro effetto all’oceano tropicale: non solo innescando direttamente onde di Kelvin, come noto dalla letteratura, ma anche riorganizzando il campo di salinità e quindi i gradienti sterici e le correnti superficiali. Si tratta di un punto concettualmente molto importante, perché colloca la salinità all’interno della catena fisica WWB → risposta oceanica → amplificazione ENSO, anziché fuori da essa. 

Anche il bilancio della salinità discusso dagli autori va nella stessa direzione. La diminuzione di salinità sull’equatore viene attribuita soprattutto al trasporto zonale, mentre l’aumento off-equatoriale dipende principalmente dal trasporto verticale; entrambi i segnali risultano coerenti con una risposta forzata da venti occidentali anomali in primavera, capaci di generare correnti equatoriali verso est e una cella di overturning meridionale con upwelling ai lati dell’equatore. I flussi superficiali di acqua dolce associati a precipitazione ed evaporazione contribuiscono anch’essi alla struttura del pattern, ma in misura più debole rispetto ai termini advettivi, mentre mixing, diffusione ed entrainment tendono a smorzare il gradiente. Questo quadro è coerente con studi precedenti sulla variabilità salina della warm pool e del Pacifico tropicale, secondo cui l’advezione oceanica gioca spesso un ruolo dominante nella costruzione dei pattern di salinità interannuali più rilevanti per l’ENSO. 

La parte forse più rilevante sul piano applicativo riguarda però la modellistica e la previsione. L’analisi sui 30 modelli CMIP6 indica che la connessione salinità–ENSO è riprodotta solo da una parte dei modelli e con forza molto variabile, ma soprattutto che i modelli nei quali questo legame è più forte tendono anche a simulare un ENSO di ampiezza maggiore. Ne deriva che una sottostima o una sovrastima della variabilità salina superficiale e subsuperficiale può introdurre bias significativi nella rappresentazione degli eventi estremi, cioè proprio quelli di maggiore interesse climatico e socioeconomico. Questo risultato si collega bene agli studi recenti che mostrano come l’inclusione della sea surface salinity migliori la predicibilità ENSO, soprattutto ai lead time medio-lunghi, e contribuisca a ridurre la spring predictability barrier. Da qui la conclusione degli autori: una rappresentazione più accurata del pattern salino primaverile nei sistemi previsionali potrebbe tradursi in un miglioramento concreto della skill stagionale, non solo per l’ampiezza dell’evento ma potenzialmente anche per caratteristiche come pattern spaziale, durata e transizione di fase. 

Nel complesso, questa sezione finale suggerisce una revisione piuttosto profonda del modo in cui viene interpretato il precondizionamento di El Niño. Il contenuto di calore oceanico resta un pilastro della teoria ENSO e i WWB rimangono un ingrediente essenziale dell’innesco, ma la salinità emerge come una variabile dinamica capace di tradurre questi forcing in una risposta più efficiente del sistema oceano-atmosfera tropicale. La sua importanza non risiede tanto nell’essere un fattore autonomo che sostituisce i precursori classici, quanto nell’agire come moltiplicatore dell’efficienza del sistema, soprattutto nella finestra primaverile in cui l’ENSO viene preparato ma resta ancora difficile da prevedere. È proprio in questa prospettiva che il lavoro di Liu, Hu e McPhaden appare particolarmente innovativo: sposta l’attenzione dalla sola stratificazione verticale alla combinazione tra struttura alina, altezza sterica, correnti geostrofiche e onde equatoriali, aprendo una linea di ricerca che potrebbe diventare centrale sia per la diagnostica sia per la previsione dei futuri El Niño estremi. 

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1029/2025GL118731