Impatti dei due tipi di La Niña sulla NAO durante l’inverno boreale

Impatti dei due tipi di La Niña sulla NAO durante l’inverno boreale
Wenjun Zhang • Lei Wang • Baoqiang Xiang • Li Qi • Jinhai He
Ricevuto: 12 ottobre 2013 / Accettato: 17 aprile 2014 / Pubblicato online: 4 maggio 2014
Gli autori 2014. Questo articolo è pubblicato con accesso aperto su Springerlink.com

Abstract
Il presente studio distingue due tipi di La Niña, basati sulla distribuzione delle anomalie della temperatura superficiale del mare (SST). La La Niña del Pacifico Centrale (CP) è caratterizzata da un centro di raffreddamento delle SST nel Pacifico centrale, diversamente dalla La Niña del Pacifico orientale (EP), che mostra un’estensione verso ovest dell’anomalia.

Queste due varianti di La Niña influenzano il clima globale in modi significativamente diversi. In risposta alla EP La Niña, il Nord Atlantico e l’Europa Occidentale tendono a sperimentare un pattern atmosferico che ricorda l’Oscillazione del Nord Atlantico (NAO) negativa, con un indebolimento del getto atlantico. Questo si traduce in un inverno più freddo e secco del normale in Europa Occidentale.

Al contrario, la CP La Niña induce una NAO positiva, con un rafforzamento del getto atlantico, risultando in un inverno più caldo e umido nella stessa regione. Esperimenti di modellazione dimostrano che queste differenze climatiche sono dovute ai diversi schemi di raffreddamento delle SST tra i due tipi di La Niña. La confusione tra i segnali dei due fenomeni può complicare la previsione stagionale del clima regionale.

Poiché le anomalie SST associate a La Niña sono osservabili già nell’autunno, è possibile prevedere le anomalie climatiche invernali sull’Europa Occidentale con un anticipo di una stagione.

1 Introduzione
Il fenomeno El Niño-Oscillazione del Sud (ENSO) rappresenta una fluttuazione periodica tra le condizioni calde di El Niño e quelle fredde di La Niña nella temperatura superficiale del mare (SST) nel Pacifico tropicale centrale e orientale. Questo fenomeno, come uno dei più importanti eventi accoppiati oceano-atmosfera, ha notevoli impatti sul clima globale e ha attirato grande attenzione.

Fino ad ora, la connessione dell’ENSO con il clima del Nord Pacifico e Nord America è ben compresa, spesso descritta come la teleconnessione Pacifico-Nord America (PNA). Tuttavia, le risposte climatiche all’ENSO nella regione Nord Atlantico (NA)–Europa Occidentale (WE) sono ancora oggetto di dibattito.

Negli anni ’80 e ’90, si riteneva che le anomalie di precipitazioni e temperature legate all’ENSO fossero quasi assenti nella regione NA–WE. Questa visione è stata supportata da studi successivi che suggerivano la difficoltà di rilevare il segnale climatico dell’ENSO a causa dell’elevata variabilità tra gli eventi. Tuttavia, studi più recenti hanno messo in discussione questa visione, indicando che un segnale significativo di ENSO è presente nella regione europea, nonostante la variabilità. Un El Niño canonico in tarda inverno si accompagna tipicamente a un modello simile a un’Oscillazione del Nord Atlantico (NAO) negativa, con un clima più freddo e secco del normale, mentre La Niña ha un impatto opposto.

Studi recenti hanno identificato un nuovo tipo di El Niño, più frequente negli ultimi decenni, con il massimo centro sulla parte centrale dell’equatore Pacifico. Questo nuovo tipo di El Niño ha impatti climatici distintamente diversi rispetto al tipo convenzionale e si è affermato come il modo dominante dopo la fine degli anni ’90. Questa distinzione ha rilevanza per i suoi distinti impatti climatici, sottolineando l’importanza di riconoscere le diverse varianti di El Niño nel comprendere e prevedere le risposte climatiche globali.La diversità della La Niña è oggetto di interesse anche per il suo impatto sull’atmosfera extratropicale, come ad esempio sull’Asia orientale (Wang et al. 2012). Attualmente, esiste un consenso scientifico sull’occorrenza del nuovo tipo di El Niño; tuttavia, rimane aperto il dibattito su se gli eventi di La Niña possano essere suddivisi in due tipi. Alcuni studi hanno suggerito che la posizione zonale del centro massimo dell’anomalia della SST non mostra cambiamenti evidenti per i singoli eventi di La Niña (Kug et al. 2009; Kug e Ham 2011; Ren e Jin 2011). Al contrario, altri studi hanno sostenuto l’esistenza di due tipi di La Niña (es., Cai e Cowan 2009; Shinoda et al. 2013). Ad esempio, si sostiene che la La Niña del Pacifico centrale (CP) sia chiaramente distinguibile dagli eventi di La Niña del Pacifico orientale (EP) in termini di correnti superficiali oceaniche attraverso l’analisi di recenti dati satellitari (Shinoda et al. 2013). Fino ad ora, la dinamica fondamentale non è ben compresa, quella utilizzata per spiegare le differenze nella generazione e nel mantenimento dei due tipi di ENSO. Data l’incertezza dei meccanismi dinamici, un possibile approccio per distinguerli è indagare la circolazione locale associata e le teleconnessioni extratropicali. Le analisi effettuate in questo documento mostrano che le anomalie atmosferiche invernali nella regione NA–WE sono molto diverse tra i due tipi di La Niña. Il risultato, da un lato, fornirà una possibile prova indiretta dell’esistenza di diverse varianti di La Niña. Dall’altro, si sottolinea la necessità di separare gli eventi di La Niña in due tipi quando si analizzano i loro impatti climatici extratropicali associati. Confondere i loro segnali aumenterebbe la difficoltà nella previsione stagionale del clima, particolarmente nel settore NA–WE.

Lo scopo dello studio è esplorare i diversi modelli di teleconnessione e le loro anomalie climatiche associate nella regione NA–WE per i due tipi di La Niña. Nel resto del documento, la Sezione 2 descrive i dati, la metodologia e gli esperimenti con i modelli. La Sezione 3 illustra i modelli di anomalia SST per i due tipi di La Niña e le risposte atmosferiche associate sul Pacifico tropicale. La Sezione 4 presenta le risposte atmosferiche nella regione NA–WE. Nella Sezione 5, esploriamo i possibili meccanismi per gli impatti climatici che influenzano il clima NA–WE associato ai due tipi di La Niña. La Sezione 6 discute l’asimmetria nelle influenze dell’ENSO sul clima NA–WE. Le principali conclusioni sono riassunte nella Sezione 7.

2 Dati e metodologia
2.1 Osservazioni
I dataset mensili della temperatura superficiale del mare (SST) utilizzati in questo studio coprono il periodo 1951–2009 e sono forniti dalle analisi globali del ghiaccio marino e delle SST del Hadley Centre (HadISST1), gestito dal Met Office Hadley Centre (Rayner et al. 2003). Le circolazioni atmosferiche sono state analizzate usando i dati di rianalisi del National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) (Kalnay et al. 1996). I dati sulle precipitazioni provengono dal Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation (CMAP) (1979–2009) (Xie e Arkin 1996) e dal Global Precipitation Climatology Centre (GPCC) (1951–2009) (Rudolf et al. 2005). Le anomalie delle temperature superficiali sull’Europa occidentale (WE) sono state indagate utilizzando le anomalie della temperatura dell’aria del Climate Research Unit (CRU), versione 4 (CRUTEM4) (1951–2009) (Jones et al. 2012).

Le anomalie per tutte le variabili sono state calcolate come la deviazione dalla media climatologica trentennale (1961–1990). Anche la media del periodo 1971–2000 può essere definita come media climatica, che non influisce sui risultati qualitativi. La media sull’intero periodo (1979–2009) è considerata come media climatica per le precipitazioni del CMAP, dato che i dati sono disponibili solo dopo il 1979. Per eliminare possibili influenze del trend di lungo termine, tutte le anomalie sono state detrendizzate linearmente nel periodo 1951–2009, eccetto per i dati del CMAP nel periodo 1979–2009. I dati non detrendizzati sono stati anche esaminati, risultando in risultati quasi identici.

Per investigare le differenze nell’impatto climatico associato ai due tipi di La Niña, sono state impiegate analisi di composizione e di regressione, utilizzando il test di significatività bilaterale di Student.

2.2 Definizione dei due tipi di eventi La Niña
A differenza dei modelli di anomalia della temperatura superficiale del mare (SST) associati ai due tipi di El Niño, Ren e Jin (2011) hanno suggerito che gli eventi di La Niña sembrano difficili da separare chiaramente in due tipi basandosi sui loro indici. Utilizzando la media DJF (dicembre-febbraio) degli indici ENSO e ENSO Modoki (Ashok et al. 2007), è emerso che metà degli eventi selezionati sono comuni tra i due tipi di La Niña (Tedeschi et al. 2012). Si prevede inoltre che i due tipi di eventi La Niña non possano essere ben distinti basandosi sull’indice definito da Kao e Yu (2009), dato che gli attuali indici del ENSO a due tipi mostrano una grande coerenza (Ren e Jin 2013).

Data l’inefficacia degli attuali indici ENSO nel distinguere i due tipi di eventi La Niña, abbiamo optato per identificare la selezione attraverso un’analisi della distribuzione spaziale dei modelli di anomalia SST. Inizialmente, 17 inverni La Niña sono stati definiti dal Climate Prediction Center (CPC) nel periodo 1951–2009, basandosi su una soglia di -0.5 °C per la media invernale (DJF) dell’anomalia SST di Nin˜o3.4 (5S–5N, 120–170W). Successivamente abbiamo identificato sette inverni La Niña del Pacifico orientale (EP) (1954/55, 1955/56, 1964/65, 1971/72, 1984/85, 1995/96, 2005/06) e sette inverni La Niña del Pacifico centrale (CP) (1973/74, 1974/75, 1975/76, 1983/84, 1988/89, 1998/99, 2000/01). Gli inverni, che presentano una maggiore anomalia SST nel EP (CP) a est (ovest) di 150W durante le fasi di sviluppo e maturità di La Niña, sono classificati negli inverni La Niña EP (CP). La longitudine di 150W è selezionata perché è un confine tra le aree di Nin˜o3 (5S–5N, 150–90W) e Nin˜o4 (5S–5N, 160E–150W), che sono comunemente usate per definire gli eventi ENSO a due tipi. Altri tre anni (1970/71, 1999/00 e 2007/08) sono stati classificati come tipo misto di La Niña, poiché la grande anomalia di raffreddamento SST copre sia il EP che il CP durante la fase matura. Queste caratteristiche saranno ulteriormente discusse nella Sezione 3. L’anno citato corrisponde a anno(0)/anno(1). L’anno di sviluppo dell’evento La Niña e l’anno seguente sono designati rispettivamente come anno(0) e anno(1). Un tipico ENSO tende a svilupparsi durante la stagione primaverile e dura circa un anno. Tuttavia, sono stati osservati eventi La Niña di lunga durata, come quelli selezionati per il 1954–56 e 1973–76 in questo studio. Dopo aver escluso questi eventi, non è stata rilevata alcuna differenza qualitativa che influenzasse le conclusioni.

2.3 Simulazioni
Tutte le simulazioni sono state eseguite utilizzando il Community Atmospheric Model Versione 5 (CAM5) del National Center for Atmospheric Research (NCAR) (Neale et al. 2010). Il CAM5, aggiornato rispetto alla versione precedente, utilizza un core dinamico a volume finito con una risoluzione di 1.9° di longitudine per 2.5° di latitudine e 30 livelli verticali. Nella corsa di controllo (CNTRL), il CAM5 è alimentato da SST stagionali variabili, e i risultati sono utilizzati come stato di riferimento. Sono stati eseguiti una serie di esperimenti sensibili per valutare gli impatti climatici dei diversi modelli di anomalia SST associati ai due tipi di La Niña.

Nella prima simulazione (raffreddamento EP, EP_COOL), l’anomalia fredda di SST durante l’inverno di La Niña EP è sovrapposta alle SST climatologiche mensili da ottobre a febbraio nel Pacifico tropicale (30S–30N, 120E–90W). Tutte le anomalie al di fuori di questa regione sono impostate a zero. Il secondo esperimento (raffreddamento CP, CP_COOL) segue lo schema di EP_COOL, ma l’anomalia di SST corrisponde a quella osservata durante l’inverno di La Niña CP. Il terzo esperimento (riscaldamento CP, CP_WARM) replica gli esperimenti EP_COOL e CP_COOL, ma introduce un’anomalia di SST calda durante l’inverno di La Niña CP nel Pacifico tropicale occidentale. Questo esperimento mira a valutare gli impatti dell’anomalia positiva di SST, significativamente presente sul Pacifico tropicale occidentale durante l’inverno di La Niña CP.

Nel quarto esperimento (raffreddamento e riscaldamento CP, CP_CW), si esaminano le forze combinando le anomalie di raffreddamento e riscaldamento di SST per studiare il loro contributo congiunto sul Pacifico tropicale durante l’inverno di La Niña CP. Il quinto esperimento (raffreddamento Atlantico, AT_COOL) indaga gli effetti delle anomalie di raffreddamento di SST nell’Atlantico tropicale settentrionale, dovuto alle evidenti anomalie di raffreddamento lì osservate durante l’inverno di La Niña CP. Nell’ultimo esperimento (raffreddamento CP e Atlantico, CPAT_COOL), le forzature CP_COOL e AT_COOL sono combinate per valutare i loro effetti sull’atmosfera. Tutte le simulazioni sono state integrate per 15 anni, considerando gli ultimi 10 anni per escludere l’influenza della condizione iniziale e della variabilità interna.

La Tabella 1 riassume gli esperimenti di perturbazione della temperatura superficiale del mare (SST) condotti nello studio, focalizzandosi sugli eventi di La Niña. Ecco una spiegazione dettagliata dei singoli esperimenti:

1. EP_COOL: Questo esperimento applica anomalie di raffreddamento associate agli eventi di La Niña del Pacifico orientale (EP) nella regione tropicale del Pacifico (30°S–30°N, 120°E–90°W).
2. CP_COOL: Analogamente a EP_COOL, ma per gli eventi di La Niña del Pacifico centrale (CP), con anomalie di raffreddamento impostate nella stessa regione del Pacifico.
3. CP_WARM: Estende CP_COOL includendo anomalie di riscaldamento nella regione tropicale del Pacifico (30°S–30°N, 120°E–120°W), per esaminare l’effetto combinato delle temperature SST più calde durante gli inverni di La Niña CP.
4. CP_CW: Combina le forzature di raffreddamento e riscaldamento di CP_COOL e CP_WARM per valutare l’effetto integrato sul clima durante gli inverni di La Niña CP.
5. AT_COOL: Introduce anomalie di raffreddamento nell’Oceano Atlantico tropicale settentrionale (10°S–25°N, 0°–80°W), per indagare gli impatti climatici specifici di queste anomalie di temperatura.
6. CPAT_COOL: Unisce le anomalie di raffreddamento di CP_COOL e AT_COOL, per analizzare gli impati combinati delle anomalie di raffreddamento sia nel Pacifico che nell’Atlantico durante gli inverni di La Niña CP.

Ogni esperimento è progettato per investigare come le diverse configurazioni e localizzazioni delle anomalie SST influenzino l’atmosfera durante gli eventi di La Niña, con particolare attenzione alle differenze tra le varianti orientale e centrale del fenomeno.

Modello di anomalie della temperatura superficiale del mare (SST) e risposta atmosferica associata sul Pacifico tropicale

La Figura 1 mostra l’evoluzione stagionale dell’anomalia della temperatura superficiale del mare (SST) equatoriale (5S–5N) per i tre tipi di La Niña sopra menzionati. L’evoluzione della La Niña dell’Est del Pacifico (EP) è simile all’evento convenzionale di La Niña (Fig. 1a), con l’anomalia della SST che si sviluppa nella parte più estrema dell’EP e raggiunge la sua massima ampiezza durante novembre(0) e dicembre(0). L’evoluzione dei centri massimi indicati dalle croci marcate mostra che l’anomalia SST della La Niña EP si propaga verso ovest a una certa velocità. Durante la fase di sviluppo e maturazione, la La Niña EP si manifesta con una maggiore anomalia di raffreddamento della SST principalmente confinata nell’Est del Pacifico equatoriale a est di 150W.

Al contrario della La Niña EP, la La Niña del Centro del Pacifico (CP) mostra una differenza fondamentale nella struttura dell’anomalia SST e nella sua evoluzione (Fig. 1b). Il suo centro di azione è spostato verso ovest nel Pacifico equatoriale centrale e l’anomalia SST della La Niña CP quasi non si propaga, rappresentando una caratteristica stazionaria. La La Niña CP sembra essere principalmente associata all’interazione locale aria-mare che si sviluppa e si estingue in loco sopra il CP.

Le caratteristiche contrastanti dell’evoluzione dell’anomalia SST associate alla La Niña EP e CP suggeriscono che la loro dinamica sottostante dovrebbe essere diversa, il che fornisce una possibile evidenza per l’esistenza di diversi tipi di La Niña. Questa discussione è stata già affrontata, per esempio, in studi precedenti si sosteneva che la dinamica della termoclina, come dinamica più importante per l’ENSO tradizionale (o EP), sembra giocare un ruolo meno importante nell’ENSO CP (ad es., Kao e Yu 2009).

Per il tipo misto di La Niña (Fig. 1c), il centro dell’anomalia SST inizia nell’EP e si sposta leggermente verso est nella fase di sviluppo. Durante la fase matura, il centro dell’anomalia SST si propaga rapidamente dall’EP al CP. La grande anomalia SST negativa si estende attraverso l’EP e il CP durante l’inverno del tipo misto di La Niña, mescolando le anomalie SST associate alla La Niña EP e CP (non mostrato).

Per indagare ulteriormente il blocco di fase della La Niña, utilizziamo l’anomalia SST di Nin˜o3, Nin˜o4 e Nin˜o3.4 per denotare rispettivamente il tipo EP, CP e misto. Come mostrato in Fig. 2, gli eventi di La Niña EP e CP esibiscono una caratteristica approssimativa durante la fase di sviluppo. Entrambi i tipi di eventi raggiungono il massimo intorno a dicembre(0) con quasi la stessa intensità. Dopo dicembre(0), la La Niña CP entra in una fase di decadimento più lenta rispetto alla La Niña EP. Il tipo misto di La Niña è caratterizzato da un’ampiezza molto più grande e da un ritardo nell’occorrenza della fase matura di un mese rispetto alla La Niña EP e CP. Ancora una volta, il tipo misto di La Niña mostra la sua caratteristica distintiva e sembra necessario classificarli in un unico gruppo. Poiché il centro d’azione del tipo misto di La Niña copre l’EP e il CP come mostrato in Fig. 1, potrebbe mescolare i segnali della La Niña EP e CP in termini di risposta atmosferica extratropicale.La Figura 3 mostra le anomalie composite della temperatura superficiale del mare (SST) e dei venti superficiali durante gli inverni di La Niña EP (Est del Pacifico) e CP (Centro del Pacifico). Durante l’inverno boreale, l’anomalia della SST per la La Niña EP copre il CP e l’EP con il centro massimo che si verifica nell’EP. Non si riscontra quasi nessuna significativa anomalia di riscaldamento della SST in altre aree del Pacifico tropicale. Come risposta di onde di Rossby (Gill 1980) all’anomalia di raffreddamento della SST, una coppia di anomalie anticicloniche si trova su ciascun lato del Pacifico equatoriale centrale, accompagnata da un’anomalia del vento da est all’equatore.

Al contrario, il centro di raffreddamento dell’anomalia SST associata alla La Niña CP è spostato verso ovest nel Pacifico equatoriale centrale a ovest di 150W con un’anomalia SST debole nell’estremo est del Pacifico equatoriale. Come mostrato nella Figura 3, l’ampiezza della La Niña CP sembra essere più forte di quella della La Niña EP, con un significativo riscaldamento dell’anomalia SST che si verifica nel nord-ovest e sud-ovest del Pacifico tropicale. L’ampiezza più debole della La Niña EP è possibilmente associata al suo tasso di decadimento più rapido dell’anomalia SST (Fig. 2).

In confronto con la risposta del vento superficiale alla La Niña EP, la coppia di anomalie anticicloniche che si verifica su entrambi i lati dell’equatore si sposta anche relativamente verso ovest nel Pacifico tropicale occidentale (Fig. 3b). È notevole che l’anomalia dei venti occidentali che si verifica sull’estremo est del Pacifico equatoriale, che non si osserva nella composizione della La Niña EP, potrebbe inibire l’upwelling di raffreddamento e quindi indebolire l’anomalia SST lì.Le anomalie della convezione tropicale associate ai due tipi di La Niña sono attese essere distinte a causa dei loro diversi modelli di anomalia della SST (Figura 4). Poiché i dati sulle precipitazioni sopra l’oceano tropicale sono disponibili dal tardo 1970, la divergenza del vapore acqueo (integrata dalla superficie fino a 300 hPa) è esaminata qui per riflettere approssimativamente l’anomalia delle precipitazioni basata sull’equazione di bilancio del vapore acqueo atmosferico (Yanai et al. 1973). Corrispondendo alla La Niña EP, il centro dell’anomalia convettiva emerge principalmente sopra il CP a ovest del centro dell’anomalia SST negativa (Fig. 4a). Un aumento delle precipitazioni indicato dalla convergenza del vapore acqueo appare a sud e a nord del centro positivo e sopra il Mare delle Filippine.

Durante l’inverno della La Niña CP, il centro delle precipitazioni negative è situato anche sul Pacifico tropicale centrale ma spostato leggermente verso ovest rispetto a quello durante l’inverno della La Niña EP (Fig. 4b). L’intensità della risposta delle precipitazioni alla La Niña CP è ovviamente più forte rispetto a quella alla La Niña EP, che è associata all’anomalia SST più forte per la La Niña CP. Un’altra possibile ragione è legata alla diversa ubicazione dell’anomalia SST. Rispetto all’EP, la convezione sopra il CP è molto più sensibile all’anomalia della SST a causa di una SST di sfondo più elevata (ad es., Kug et al. 2009). Di conseguenza, l’anomalia SST per la La Niña CP può indurre una risposta atmosferica più forte rispetto a quella per la La Niña EP. Un’altra differenza nell’anomalia di convergenza umida è che una cintura di precipitazioni più estesa si allunga verso nord-est dal Mare delle Filippine al CP durante l’episodio della La Niña CP. Le precipitazioni CMAP sono anche esaminate per investigare le anomalie convettive per questi due tipi di composizioni di La Niña dopo il 1979 e la loro differenza è simile a quella indicata dalla divergenza del vapore acqueo eccetto per la regione del Pacifico tropicale nord-occidentale (Fig. 4).

La Figura 1 illustra un diagramma temporale-longitudinale delle anomalie della temperatura superficiale del mare (SST) nell’equatoriale Pacifico (5S–5N) per tre tipologie di La Niña: EP (Est del Pacifico) La Niña, CP (Centro del Pacifico) La Niña, e La Niña mista. Ogni pannello rappresenta le anomalie SST per un tipo specifico di La Niña:

• (a) EP La Niña: Visualizza le anomalie SST che si concentrano principalmente nell’est del Pacifico equatoriale.
• (b) CP La Niña: Mostra le anomalie SST con il centro spostato verso il centro del Pacifico.
• (c) La Niña mista: Combina le caratteristiche delle anomalie SST dei primi due tipi, estendendosi attraverso l’est e il centro del Pacifico equatoriale.

L’asse verticale del grafico copre un periodo di 11 mesi, da luglio dell’anno 0 a maggio dell’anno 1, evidenziando l’evoluzione stagionale delle anomalie. Le linee di contorno indicano i valori che sono significativi al 95% di livello di confidenza. I punti di incrocio rossi segnano le longitudini delle massime anomalie SST, che sono state levigate utilizzando una media mobile a 3 punti.

Questa rappresentazione fornisce una visione chiara dell’evoluzione e della distribuzione geografica delle anomalie di temperatura nei diversi scenari di La Niña lungo l’equatore del Pacifico.

La Figura 2 illustra l’evoluzione mensile composita delle anomalie della temperatura superficiale del mare (SST) nelle regioni Niño3, Niño4, e Niño3.4 per tre tipi di La Niña: EP La Niña (curva rossa), CP La Niña (curva blu), e La Niña mista (curva nera). L’asse orizzontale copre un periodo di 13 mesi, da luglio dell’anno 0 a luglio dell’anno 1.

• La curva rossa, rappresentante la EP La Niña, mostra una pronunciata discesa delle temperature raggiungendo il minimo in dicembre(0), seguita da una graduale risalita.
• La curva blu, per la CP La Niña, segue un andamento simile all’inizio ma con un inizio di recupero più precoce, verso marzo(1).
• La curva nera, indicante la La Niña mista, ha un andamento più irregolare, con una discesa meno marcata ma raggiungendo anch’essa un minimo intorno a gennaio(1), seguito da un recupero simile alla CP La Niña.

Questo grafico dimostra come le diverse varianti di La Niña influenzino le temperature nelle principali regioni Niño del Pacifico, mostrando variazioni significative che sono indicative della forza e posizione di questi fenomeni climatici nel corso dell’anno osservato.

La Figura 3 illustra le composizioni delle anomalie della temperatura superficiale del mare (SST) (rappresentate da ombreggiature e contorni in °C) e delle anomalie dei venti superficiali (rappresentati dai vettori in m/s) durante i mesi di dicembre, gennaio e febbraio (DJF) per due tipi di La Niña:

• (a) EP La Niña (Est del Pacifico)
• (b) CP La Niña (Centro del Pacifico)

Dettagli rilevanti:

• Anomalie SST: Visualizzate con ombreggiature e contorni, con un intervallo di contorno di 0.5 °C. I contorni a zero non sono mostrati e solo le anomalie significative al 95% di livello di confidenza sono rappresentate.
• Anomalie dei venti superficiali: I vettori indicano la direzione e intensità dei venti, con solo valori superiori a 0.6 m/s mostrati per enfatizzare le anomalie più notevoli.

Osservazioni chiave:

• Panello (a) EP La Niña: Presenta una vasta area di anomalie negative della SST nel Pacifico equatoriale orientale, con venti superficiali che indicano un rafforzamento tipico della fase La Niña del vento est-ovest.
• Panello (b) CP La Niña: Mostra anomalie negative della SST spostate più verso il centro del Pacifico, con anomalie dei venti che mostrano differenze nella disposizione e intensità rispetto all’EP La Niña, estendendosi più a est nel Pacifico equatoriale.

Questo confronto evidenzia le distinte influenze oceaniche e atmosferiche tra le varianti di La Niña, fornendo una visione chiara delle differenze nei modelli di temperatura e vento associati a ciascuna configurazione.

4 Risposte atmosferiche sopra l’America del Nord e l’Europa Occidentale

Il contrasto nelle anomalie dell’atmosfera tropicale, in associazione con diversi schemi di anomalie della temperatura superficiale del mare (SST) dei due tipi di La Niña, può risultare in grandi differenze nella circolazione extratropicale e quindi nel clima regionale. In questo articolo, ci concentriamo sulla risposta climatica nel settore NA–WE, in particolare sugli impatti potenziali sul NAO associati a questi due tipi di La Niña, poiché è la modalità dominante di variabilità climatica nel settore NA–WE. In generale, gli eventi ENSO raggiungono il loro picco durante l’autunno inoltrato e l’inverno, tuttavia, gli impatti climatici associati sulla regione NA e WE sono rilevanti durante la fine dell’inverno. Per illustrare la stagionalità del segnale ENSO, l’indice NAO è definito come la differenza nella pressione atmosferica a livello del mare (SLP) normalizzata e mediazionalmente zonale sopra il settore NA–WE. Questo semplice indice NAO è dimostrato descrivere bene le caratteristiche spaziali-temporali associate al NAO. Per la La Niña EP, l’indice NAO appare in uno stato normale in ND(0). Durante il periodo JFM(1), un valore negativo corrisponde a un pattern NAO-like negativo indicativo di un’anomalia di alta pressione in latitudine media e un’anomalia di bassa pressione nei subtropici. Questa configurazione si inverte da AM(1). Per la La Niña CP, la risposta atmosferica in N(0) è caratterizzata da un debole pattern NAO-like negativo. Il cambiamento del segno dell’indice NAO nei 3 mesi successivi si manifesta con un pattern NAO-like positivo, dimostrando un’anomalia di bassa pressione a nord e un’anomalia di alta pressione a sud. Come mostrato, un segno opposto della risposta atmosferica è osservato in inverno per i due tipi di La Niña, e la differenza è più evidente in JF(1). Per individuare il segnale robusto, definiremo “inverno” come il periodo JF quando si indagano le risposte atmosferiche sopra il settore NA–WE ai due tipi di La Niña. Una teleconnessione prominente associata agli eventi ENSO è stata definita come il modello PNA accompagnato da un’intensificazione del minimo delle Aleutine durante la fase calda di ENSO. Corrispondente alla fase fredda di ENSO, un’anomalia positiva della SLP copre il Nord Pacifico indicando un Minimo delle Aleutine indebolito durante entrambi i tipi di eventi La Niña. Rispetto al composito La Niña EP, l’anomalia SLP significativamente positiva è leggermente spostata verso sud-est per il composito La Niña CP. Tuttavia, le loro differenze nella SLP sono pronunciate sopra il settore NA–WE. Durante l’inverno per la La Niña EP, un’anomalia di alta pressione significativamente elevata a nord e un’anomalia di bassa pressione significativamente bassa a sud si estendono zonalmente dal centro dell’Atlantico Nord all’Europa. Questa risposta dell’anomalia SLP assomiglia al pattern NAO-like negativo. Tuttavia, il segnale della La Niña CP è grossomodo opposto a quello della La Niña EP. Un’anomalia significativa di bassa (alta) pressione a nord (sud) si estende zonalmente dall’ovest all’est dell’NA, che corrisponde a un pattern NAO-like positivo.

Come mostrato dalle altezze geopotenziali composite a 300 hPa (Fig. 6c, d), un modello di anomalia simile è rilevabile anche nella troposfera superiore sopra il Nord Pacifico e le regioni NA–WE. Le caratteristiche barotropiche sono evidenziate nella risposta atmosferica ai due tipi di La Niña nelle regioni di media latitudine. Il risultato è coerente con lo studio precedente (Ting 1996), nel quale si evidenzia che il riscaldamento tropicale può causare una risposta barotropica nella circolazione atmosferica delle zone extratropicali.

È suggerito che il getto subtropicale sia di importanza fondamentale nel collegare la teleconnessione ENSO e NAO (Graf e Zanchettin 2012). Qui, le anomalie del vento zonale composito a 200 hPa sono esposte per esaminare il cambiamento nel flusso a getto per i due tipi di La Niña (Fig. 7). In associazione con la La Niña EP, le anomalie del vento zonale a 200 hPa sopra il Nord Pacifico mostrano una struttura tripolare e si inclinano leggermente verso sud-est (Fig. 7a). Nella media latitudine del Nord Pacifico, anomalie significativamente negative suggeriscono un indebolimento del getto subtropicale dell’Asia Orientale. Queste anomalie si estendono zonalmente dal Pacifico occidentale e rimangono a ovest di 60W. Una struttura di anomalia quasi opposta nel vento zonale a 200 hPa emerge sopra il NA. Il getto atlantico è significativamente indebolito come indicato da un’anomalia negativa nel vento zonale a 200 hPa (Fig. 7a), corrispondente a una risposta atmosferica NAO-like negativa (Fig. 6a, c).

Durante la La Niña CP, una struttura tripolare simile nelle anomalie del vento zonale a 200 hPa appare sopra il Nord Pacifico, tuttavia, la posizione è spostata verso l’equatore. Le anomalie si estendono zonalmente dal Nord Pacifico e si estendono molto verso est fino al NA. Il getto atlantico è significativamente rafforzato e si estende più a est raggiungendo WE, il che corrisponde alle anomalie atmosferiche NAO-like positive come mostrato in Fig. 6b, d. Si può vedere che i due tipi di La Niña potrebbero portare a una risposta approssimativamente opposta nel getto atlantico, coerente con un modello NAO-like opposto sopra il NA (Figs. 5, 6).Numerosi studi hanno dimostrato che il NAO contribuisce significativamente alla temperatura superficiale e alle precipitazioni sopra l’Europa Occidentale (WE) durante l’inverno (vedi la revisione di Jones et al. 2003). Le risposte atmosferiche approssimativamente opposte ai due tipi di La Niña sopra il NA possono risultare in anomalie climatiche diametralmente opposte sopra il WE. Come previsto, le anomalie nella temperatura dell’aria superficiale e nelle precipitazioni mostrano modelli molto diversi (Fig. 8). Durante l’inverno di La Niña EP, il getto atlantico indebolito associato alla fase negativa del NAO tende a trasportare aria insolitamente fredda e secca verso il WE. Di conseguenza, si verifica un inverno più freddo del normale sul WE, dove la temperatura superficiale dell’aria anomala può raggiungere i -2 °C (Fig. 8). Contemporaneamente, le precipitazioni sono ridotte nella maggior parte delle regioni del WE, mentre la regione sud-occidentale, inclusa Spagna e Portogallo, riceve precipitazioni eccessive, probabilmente associate al vento zonale rafforzato a sud del getto atlantico (Fig. 7a). In confronto, il WE sperimenta un inverno più caldo del normale durante l’inverno di La Niña CP. Questo è dovuto al fatto che il getto atlantico potenziato attraverso il NA, relativo alla fase positiva del NAO, tende a trasportare aria relativamente calda e umida verso il WE. Le anomalie delle precipitazioni sono caratterizzate da una struttura dipolare con aumento (diminuzione) al nord (sud) del WE. Come dimostrato in Fig. 8, il WE sperimenta anomalie climatiche molto diverse corrispondenti ai due diversi tipi di La Niña. Pertanto, è necessario considerare i due tipi di eventi La Niña quando si comprendono i loro impatti climatici.

La Figura 4 illustra i compositi di divergenza dell’umidità integrata verticalmente (rappresentata con ombreggiature e contorni neri in mm/giorno) e le precipitazioni CMAP (contorni in rosa in mm/giorno) durante il periodo DJF per due tipi di La Niña: EP (El Niño del Pacifico orientale) in (a) e CP (El Niño del Pacifico centrale) in (b).

Dettagli Chiave:

• Ombreggiature e Contorni Neri: Indicano la divergenza dell’umidità, segnalando aree dove l’umidità è prevalentemente trasportata fuori dalla regione. Le aree ombreggiate evidenziano valori che superano il 90% e il 95% dei livelli di confidenza, denotando alta affidabilità nelle misure.
• Contorni Rosa: Rappresentano le precipitazioni misurate attraverso il CMAP, con intervalli di contorno di 1 e 2 mm/giorno. I contorni a zero sono omessi, evidenziando così solo le effettive precipitazioni misurate.

Differenze tra (a) e (b):

• Pannello (a) – EP La Niña:
  • Mostra una significativa concentrazione di divergenza di umidità e precipitazioni nel Pacifico centrale e orientale. Questo indica una maggiore instabilità atmosferica o modifiche nei percorsi delle tempeste durante gli eventi di EP La Niña.
• Pannello (b) – CP La Niña:
  • Presenta anomalie di divergenza dell’umidità e precipitazioni più diffuse, che si estendono in modo più equatoriale attraverso il Pacifico. Le zone di precipitazione, indicate dai contorni rosa, sono meno concentrate rispetto a quelle in EP La Niña, suggerendo una distribuzione differente delle piogge e impatti climatici diversificati a terra.

In conclusione, questa figura evidenzia come i due diversi tipi di La Niña influenzino differente le condizioni atmosferiche e le precipitazioni nelle regioni colpite, con particolare enfasi sulla distribuzione e intensità delle anomalie di umidità e precipitazioni durante questi eventi climatici.

La Figura 5 illustra l’evoluzione mensile composita dell’indice NAO per due tipi di La Niña: EP La Niña (linea continua) e CP La Niña (linea tratteggiata). L’asse delle ascisse copre un periodo di 7 mesi da novembre dell’anno 0 a maggio dell’anno 1.

Interpretazione dei dati:

• EP La Niña (linea continua): Mostra un andamento marcatamente negativo durante l’inverno, con un valore minimo a gennaio (Jan(1)) di circa -2.5. Questo indica una forte fase negativa del NAO, tipicamente associata a inverni più freddi e secchi in Europa e condizioni più miti e umide nel sud-est degli Stati Uniti.
• CP La Niña (linea tratteggiata): Presenta un picco positivo nei mesi invernali, raggiungendo un massimo a gennaio (Jan(1)) di circa +2. Questo indica una forte fase positiva del NAO, generalmente legata a inverni più miti e piovosi in Europa e condizioni più fredde e asciutte nel sud-est degli Stati Uniti.

Analisi generale:

• Tendenze Stagionali: I due tipi di La Niña mostrano effetti opposti sull’indice NAO durante l’inverno, suggerendo impatto climatico contrastante nelle regioni influenzate dal NAO.
• Variazioni Tra i Tipi di La Niña: Le significative differenze nell’indice NAO tra EP e CP La Niña evidenziano come i due fenomeni possano modulare diversamente i pattern atmosferici sopra l’Atlantico Nord e influenzare il clima in modo diverso a seconda del tipo di La Niña.

Questa figura è essenziale per comprendere come le variazioni nel tipo di La Niña possano influenzare la configurazione del NAO e, di conseguenza, il clima in vasti settori del pianeta durante i mesi invernali.

La Figura 6 illustra i compositi delle anomalie della pressione a livello del mare (SLP) e delle altezze geopotenziali a 300 hPa per i mesi di gennaio e febbraio (JF) associati ai due tipi di La Niña: EP (El Niño del Pacifico orientale) e CP (El Niño del Pacifico centrale).

Dettagli dei Pannelli:

• Pannello (a) – SLP per EP La Niña: Mostra le anomalie di pressione al livello del mare durante un evento di EP La Niña. Le zone rosse e arancioni indicano pressioni più basse del normale, mentre le zone verdi e blu indicano pressioni più alte del normale.
• Pannello (b) – SLP per CP La Niña: Presenta le anomalie di SLP per un evento di CP La Niña, con una distribuzione simile di anomalie di alta e bassa pressione, ma con differenti intensità e localizzazioni rispetto all’EP La Niña.
• Pannello (c) – Altezze geopotenziali a 300 hPa per EP La Niña: Mostra le anomalie di altezza a 300 hPa, con contorni che rappresentano incrementi di 30 m. Le anomalie positive (zone rosse e arancioni) suggeriscono altezze maggiori rispetto alla media, e quelle negative (verdi e blu) indicano altezze inferiori.
• Pannello (d) – Altezze geopotenziali a 300 hPa per CP La Niña: Simile al pannello (c), ma per il tipo CP La Niña, con alcune differenze nella localizzazione e intensità delle anomalie.

Interpretazione:

• Anomalie di Pressione (a, b): Le anomalie di SLP riflettono cambiamenti nella circolazione atmosferica che possono influenzare i pattern meteorologici, come la distribuzione di piogge e temperature. Una pressione più bassa del normale è spesso associata a condizioni più umide e instabili, mentre una pressione più alta può indicare condizioni più secche e stabili.
• Anomalie di Altezza (c, d): Le anomalie nelle altezze geopotenziali a 300 hPa sono indicativi della posizione e della forza delle correnti a getto e delle grandi celle di circolazione atmosferica. Altezze più elevate possono corrispondere a un rafforzamento delle correnti a getto e a condizioni atmosferiche più dinamiche.

Significato:

Le ombreggiature nei pannelli indicano i valori che superano il 90% e il 95% dei livelli di confidenza, mostrando aree dove le anomalie sono statisticamente significative. I dati evidenziati suggeriscono forti differenze nel comportamento atmosferico durante gli eventi di La Niña EP rispetto a quelli di CP, riflettendo come variazioni nelle condizioni oceaniche possano avere impatto distinti sulla circolazione atmosferica globale.

La Figura 7 illustra i compositi delle anomalie del vento zonale (m/s) a 200 hPa durante i mesi di gennaio e febbraio (JF) per due tipi di La Niña: EP (El Niño del Pacifico orientale) in (a) e CP (El Niño del Pacifico centrale) in (b). Le anomalie del vento zonale indicano variazioni nei venti che soffiano da ovest verso est a livelli alti nell’atmosfera.

Dettagli dei Pannelli:

• Pannello (a) – Anomalie di Vento Zonale per EP La Niña:
  • Le zone in rosso indicano dove i venti sono più forti rispetto alla norma, mentre le zone in blu indicano dove i venti sono più deboli.
  • Anomalie positive significative (più forti del normale) sono evidenti principalmente sopra l’Atlantico settentrionale e parti dell’Asia.
  • Anomalie negative (più deboli del normale) si osservano sopra il Pacifico nord-orientale e parti dell’America del Nord.
• Pannello (b) – Anomalie di Vento Zonale per CP La Niña:
  • Le anomalie positive sono visibili sopra il centro del Pacifico nord e l’Asia, estendendosi in modo più uniforme rispetto al pannello (a).
  • Anomalie negative appaiono principalmente sopra il Pacifico nord-orientale e l’Atlantico orientale.

Interpretazione:

• Anomalie Positive: Indicano un rinforzo dei venti zonali, che può influenzare la distribuzione delle precipitazioni e i pattern meteorologici, potenziando la formazione di sistemi di bassa pressione e l’intensità delle tempeste in queste regioni.
• Anomalie Negative: Suggeriscono un indebolimento dei venti zonali, che può portare a condizioni atmosferiche più stabili e meno perturbate in quelle aree.

Significato Statistico:

• Le ombreggiature indicano i valori che superano il 90% e il 95% dei livelli di confidenza, suggerendo che queste anomalie sono statisticamente significative e non dovute al caso.

Queste mappe sono essenziali per comprendere come le diverse configurazioni di La Niña influenzino i grandi pattern di circolazione atmosferica globale, e come questi cambiamenti possano avere impatto sostanziale sui sistemi climatici globali.

La Figura 8 illustra i compositi delle anomalie di temperatura dell’aria superficiale e delle precipitazioni per i mesi di gennaio e febbraio (JF) durante gli eventi di La Niña EP (El Niño del Pacifico orientale) e CP (El Niño del Pacifico centrale).

Dettagli dei Pannelli:

• Pannello (a) – Temperature superficiale per EP La Niña:
  • Rappresenta anomalie positive di temperatura (in verde) concentrate principalmente nella regione settentrionale dell’Eurasia, indicando temperature superiori alla media.
  • Le anomalie negative (in blu) si trovano nella parte nord-occidentale dell’Europa, segnalando temperature inferiori alla media.
• Pannello (b) – Temperature superficiale per CP La Niña:
  • Mostra un’ampia estensione di anomalie positive (in rosso) che coprono gran parte dell’Eurasia, con valori che raggiungono fino a +2,5 °C, indicando un inverno molto più caldo del normale.
• Pannello (c) – Precipitazioni per EP La Niña:
  • Illustra le anomalie di precipitazione, con aree di maggiori precipitazioni (in rosso) concentrate sul Mediterraneo e alcune regioni dell’Europa orientale.
  • Le zone di minori precipitazioni (in verde) si trovano in Scandinavia e parte dell’Europa occidentale.
• Pannello (d) – Precipitazioni per CP La Niña:
  • Visualizza un pattern alterato di precipitazione con aree di maggiori precipitazioni (in verde) nel nord dell’Europa e minori precipitazioni (in rosso) nel Mediterraneo e in alcune parti dell’Europa orientale.

Interpretazione:

• Anomalie di Temperatura: Le mappe di temperatura mostrano come le variazioni legate ai due tipi di La Niña possano causare significative fluttuazioni di temperatura in diverse regioni dell’Eurasia durante l’inverno.
• Anomalie di Precipitazione: Le mappe delle precipitazioni evidenziano come i cambiamenti nei pattern di precipitazione siano significativi a seconda del tipo di La Niña, influenzando direttamente l’umidità disponibile e le condizioni meteorologiche generali.

Significato Statistico:

• Le ombre in ogni pannello indicano i valori che superano il 90% e il 95% dei livelli di confidenza, confermando che queste anomalie sono statisticamente significative. Questo sottolinea come i diversi tipi di La Niña influenzino in modo distinto il clima globale, con impatto specifico su temperature e precipitazioni durante i mesi invernali.

La Figura 9 illustra la risposta media dell’ensemble della pressione al livello del mare (SLP) in hPa durante i mesi di gennaio e febbraio (JF) a vari scenari di forzanti legati a La Niña, specificamente per diverse configurazioni: EP_COOL, CP_COOL, CP_WARM, e CP_CW. I contorni indicano intervalli di 2 hPa.

Analisi dei Pannelli:

• Pannello (a) – EP_COOL:
  • Mostra la risposta SLP per un raffreddamento nel Pacifico Est (EP). Le aree con anomalie positive di pressione (in rosso) indicano zone di alta pressione, mentre le anomalie negative (in blu) indicano bassa pressione. Questo scenario potrebbe corrispondere a condizioni più fredde del normale nel Pacifico Est.
• Pannello (b) – CP_COOL:
  • Rappresenta la risposta SLP a un raffreddamento nel Pacifico Centrale (CP). Similmente al pannello (a), vengono mostrate zone di alta e bassa pressione. Questa configurazione differisce per la distribuzione e l’intensità delle anomalie rispetto a EP_COOL, mostrando come il raffreddamento in diverse aree del Pacifico possa influenzare diversamente la pressione atmosferica.
• Pannello (c) – CP_WARM:
  • Mostra la risposta SLP a un riscaldamento nel Pacifico Centrale. Le aree in rosso indicano un aumento della pressione, suggerendo una configurazione di alta pressione in risposta al riscaldamento. Questo scenario può portare a cambiamenti significativi nei pattern di circolazione atmosferica e meteorologica.
• Pannello (d) – CP_CW:
  • Visualizza la risposta SLP a una combinazione di raffreddamento e riscaldamento nel Pacifico Centrale. Le zone di alta e bassa pressione mostrano come le interazioni complesse tra riscaldamento e raffreddamento in regioni specifiche possano avere effetti cumulativi o opposti sulla pressione atmosferica.

Interpretazione Generale:

Questi pannelli dimostrano come differenti tipi di anomalie termiche (raffreddamento o riscaldamento) nel Pacifico possano modificare significativamente la pressione atmosferica a scala globale. Le risposte variano notevolmente a seconda della localizzazione e della natura della forzante termica, riflettendo l’importante ruolo dei cambiamenti oceanici nella configurazione della circolazione atmosferica globale. Le aree di alta pressione sono tipicamente associate a condizioni atmosferiche più stabili e secche, mentre le aree di bassa pressione possono favorire condizioni più instabili e umide.

Significato Statistico:

Le anomalie rappresentate con ombreggiature mostrano i valori che superano il 90% e il 95% dei livelli di confidenza, indicando che le risposte visualizzate sono statisticamente robuste e non casuali.

Cinque Meccanismi per gli Impatti Contrapposti sull’Atlantico del Nord e sull’Europa Occidentale di Due Tipi di La Niña

Diverse anomalie della temperatura superficiale del mare (SST) durante i due tipi di La Niña sono possibilmente responsabili delle anomalie atmosferiche simili alla NAO approssimativamente opposte. Per verificarlo, sono stati realizzati quattro esperimenti, come descritto nella Sezione 2. La Figura 9 mostra che le simulazioni EP_COOL inducono un’anomalia atmosferica negativa simile alla NAO, con una alta SLP a nord e una bassa SLP a sud dell’Atlantico Nord. Queste anomalie corrispondono strettamente alla composizione osservata di La Niña EP.

Con la forzatura CP_COOL, si verifica una risposta atmosferica positiva simile alla NAO sull’Atlantico Nord, che corrisponde ai modelli di anomalie osservati durante l’inverno di La Niña CP. Le risposte sono simili anche nella troposfera superiore, suggerendo che differenti modelli di anomalie di raffreddamento delle SST per i due tipi di La Niña possono causare risposte opposte simili alla NAO.

Gli studi hanno sottolineato l’importanza del riscaldamento del Pacifico occidentale. L’esperimento CP_WARM mostra un trenino d’onda circonglobale che indica un impatto minore sulla risposta positiva simile alla NAO per la La Niña CP. La simulazione CP_CW rivela che le risposte sono un misto delle risposte CP_COOL e CP_WARM, largamente simili a quelle della forzatura CP_COOL.

Inoltre, è noto che il riscaldamento del Pacifico tropicale ha effetti sulle anomalie delle SST dell’Atlantico tropicale, che influenzano l’atmosfera dell’Atlantico Nord. La Figura 3 mostra che durante gli inverni di La Niña EP, non si osservano anomalie significative delle SST sull’Atlantico tropicale, ma si verifica un robusto riscaldamento delle SST sull’Atlantico orientale del Nord. Al contrario, durante gli inverni di La Niña CP, si osservano significative anomalie fredde delle SST sull’Atlantico tropicale settentrionale e anomalie di riscaldamento delle SST sull’Atlantico occidentale del Nord.

In sintesi, le SST dell’Atlantico tropicale possono agire come mediatore per collegare l’anomalia delle SST del Pacifico tropicale e l’atmosfera dell’NA, influenzando così le risposte atmosferiche attraverso il feedback vento-evaporazione-SST.

Una nuova serie di esperimenti (AT_COOL) è stata eseguita per esaminare l’effetto potenziale dell’anomalia di raffreddamento delle SST sull’Atlantico tropicale settentrionale durante l’inverno della La Niña CP. Le risposte atmosferiche nella troposfera inferiore e superiore nelle simulazioni AT_COOL, mostrate nelle Figure 11a e c, rispetto alla corsa di controllo, indicano che la forzatura AT_COOL può innescare anomalie atmosferiche positive simili alla NAO, suggerendo un contributo significativo di quest’anomalia al contesto atmosferico NA durante l’evento La Niña CP.

Tuttavia, il Minimo delle Aleutine è rafforzato sotto l’effetto dell’anomalia SST AT, implicando che l’effetto forzante predominante proviene dal Pacifico tropicale piuttosto che dalle SST locali. In un ulteriore esperimento (CPAT_COOL), dove le forzature CP_COOL e AT_COOL sono applicate congiuntamente, si osserva un indebolimento del Minimo delle Aleutine e si verificano anomalie atmosferiche positive simili alla NAO sotto la forzatura CPAT_COOL. Queste risposte atmosferiche sono molto simili a quelle osservate con le forzature CP_COOL e CP_CW, ma mostrano un leggero miglioramento nella regione NA-WE rispetto al modello osservato.

Questi esperimenti di modellazione indicano che i due tipi di La Niña hanno impatti differenti sull’atmosfera NA-WE attraverso la teleconnessione atmosferica. Le anomalie delle SST dell’Atlantico tropicale associate alla La Niña CP influenzano anche le anomalie atmosferiche NA. Nonostante gli esperimenti simulati suggeriscano che le anomalie atmosferiche contrastanti nella NA sono principalmente dovute a diversi modelli di anomalie di raffreddamento delle SST per i due tipi di La Niña, il meccanismo dinamico su come le SST tropicali influenzino l’atmosfera NA-WE rimane una questione aperta.

Inoltre, si sostiene generalmente che l’atmosfera sopra il Pacifico Nord sia collegata al riscaldamento del Pacifico tropicale e alle anomalie atmosferiche NA-WE. Ulteriori studi sono necessari per comprendere i meccanismi dietro le anomalie atmosferiche contrastanti sull’Oceano Atlantico con questi due tipi di La Niña.

La figura mostra le risposte medie dell’ensemble dell’altezza geopotenziale a 300 hPa a quattro differenti tipi di forzature legate a La Niña, come indicato nei pannelli (a) EP_COOL, (b) CP_COOL, (c) CP_WARM, e (d) CP_CW. Le contornature sono intervallate di 20 metri.

1. (a) EP_COOL: Questo pannello rappresenta l’effetto del raffreddamento delle SST nell’Equatorial Pacific. Le anomalie positive (rosso e rosa) e negative (blu e verde) indicano significative modificazioni del pattern atmosferico, con impatti potenziali sulla formazione di sistemi di alta e bassa pressione.
2. (b) CP_COOL: Mostra l’effetto di un raffreddamento nell’area del Central Pacific. Le anomalie qui rappresentate suggeriscono un ampio anticiclone rafforzato sul Pacifico settentrionale e un’estensione delle anomalie verso l’Atlantico Nord, influenzando potenzialmente l’oscillazione della pressione atlantica (NAO).
3. (c) CP_WARM: In contrasto con i pannelli precedenti, qui si osserva l’effetto del riscaldamento delle SST nel Central Pacific. Le estese anomalie positive (in rosso) suggeriscono un forte anticiclone, modulando la circolazione atmosferica in modo distinto dai casi di raffreddamento.
4. (d) CP_CW: Combinazione di effetti di raffreddamento e riscaldamento nel Central Pacific. Le risposte mostrano un mix delle configurazioni osservate nei pannelli (b) e (c), con una complessa interazione tra aree di alta e bassa pressione.

Queste mappe sono cruciali per analizzare come specifiche variazioni nella temperatura oceanica possano influenzare l’atmosfera a grande scala, evidenziando come cambiamenti nelle SST possano alterare movimenti dei grandi sistemi di pressione atmosferica.

La figura 11 illustra le risposte medie dell’ensemble per la pressione a livello del mare (SLP) e per l’altezza geopotenziale a 300 hPa sotto specifiche forzature durante i mesi invernali (gennaio e febbraio, JF). Questi dati sono fondamentali per analizzare come determinate condizioni delle temperature superficiali del mare (SST) influenzano l’atmosfera a grande scala.

Dettagli dei Pannelli:

• (a) e (c) AT_COOL Forcing:
  • (a) SLP Response: Visualizza le anomalie della pressione a livello del mare risultanti dalla forzatura AT_COOL, caratterizzata dal raffreddamento delle SST nell’Atlantico tropicale settentrionale. Le anomalie sono mostrate con una scala di colori che varia da -4 a +4 hPa, rappresentando cambiamenti significativi nella circolazione atmosferica.
  • (c) Geopotential Height at 300 hPa: Presenta le anomalie di altezza geopotenziale a 300 hPa, con intervalli di contorno di 20 metri. Queste anomalie riflettono variazioni nella dinamica della troposfera superiore che possono influenzare i modelli di circolazione a larga scala.
• (b) e (d) CPAT_COOL Forcing:
  • (b) SLP Response: Illustra le risposte della pressione a livello del mare alla forzatura combinata CP_COOL e AT_COOL. Il pattern complesso di alta e bassa pressione è indicativo di una interazione significativa tra le forzature del Pacifico e dell’Atlantico.
  • (d) Geopotential Height at 300 hPa: Simile al pannello (c), ma in risposta alla forzatura CPAT_COOL. Le anomalie mostrate sottolineano come le interazioni tra raffreddamenti e riscaldamenti nelle diverse regioni oceaniche modellino l’altezza geopotenziale ai livelli superiori dell’atmosfera.

Significato Generale:

Queste visualizzazioni sono essenziali per comprendere come specifiche anomalie delle SST influenzino diversi aspetti dell’atmosfera, tra cui la pressione a livello del mare e le altezze geopotenziali. Indicano come variazioni localizzate nelle temperature oceaniche possano avere effetti a cascata su pattern atmosferici di vasta scala, influenzando così il clima regionale e globale. Le risposte osservate in questi pannelli aiutano a isolare gli effetti delle singole forzature e delle loro combinazioni, offrendo preziosi insight sui meccanismi di teleconnessione atmosferica.

6 Discussione: Asimmetria negli impatti dell’ENSO sul clima nel settore NA-WE

Un’indagine discussa precedentemente mostra che i due tipi di La Niña hanno impatti approssimativamente opposti sull’atmosfera nel settore NA-WE. Un modello simile alla NAO negativamente significativo (positivo) è osservato durante gli inverni di La Niña EP (CP). Lo studio precedente (Graf e Zanchettin 2012) ha confrontato gli impatti climatici associati agli eventi El Niño EP e CP e ha suggerito che i due tipi di El Niño portano a risposte atmosferiche nettamente diverse nella regione NA-WE. Si è scoperto che un modello NAO-like negativamente significativo si verifica nella regione NA-WE durante l’inverno di El Niño CP, mentre nessun segnale evidente è trovato durante l’inverno di El Niño EP.

Per ispezionare chiaramente la simmetria tra le fasi calde e fredde dell’ENSO, la Fig. 12a, b mostra la relazione tra NAO e i due tipi di ENSO, rispettivamente. Gli eventi El Niño EP identificati sono 1951, 1957, 1965, 1972, 1976 e 1997; e gli eventi El Niño CP selezionati sono 1968, 1977, 1986, 1994, 2002 e 2009. Alcuni eventi El Niño sono esclusi nella loro definizione perché le eruzioni vulcaniche contemporanee hanno anche un impatto importante sul clima delle medie latitudini (Graf e Zanchettin 2012). L’anomalia SST sulla regione Niño3 è usata per denotare gli eventi ENSO EP poiché l’anomalia SST dominante è confinata all’est dell’equatore Pacifico. Analogamente, ci si riferisce all’indice Niño4 come agli eventi ENSO CP considerando la loro anomalia SST che si verifica principalmente sull’equatore centrale del Pacifico.

Come mostrato in Fig. 12a, un indice NAO negativo appare nella maggior parte degli inverni di La Niña EP. Il loro indice NAO composito raggiunge -2,1, che è statisticamente significativo al livello di confidenza del 95%. Tuttavia, quattro dei sei eventi El Niño EP favoriscono l’occorrenza di un modello NAO-like negativo, e altri due eventi corrispondono a un modello NAO-like positivo (Fig. 12a). Il loro risultato composito mostra un indice NAO leggermente negativo, che non è significativo al livello di confidenza del 95%. Questo è coerente con lo studio precedente (Graf e Zanchettin 2012) suggerendo che la risposta atmosferica all’El Niño EP sulla regione NA-WE sembra essere originata per caso. Di conseguenza, l’effetto di El Niño EP sul NAO sembra essere asimmetrico rispetto all’effetto di La Niña EP durante l’inverno.A differenza degli eventi ENSO EP, gli eventi ENSO CP mostrano linearità nei loro impatti climatici sul settore NA-WE (Fig. 12b). Sei dei sette eventi La Niña CP tendono a risultare in un’anomalia atmosferica positiva simile alla NAO, mentre cinque dei sei eventi El Niño CP favoriscono la comparsa di un indice NAO negativo. Le loro composizioni sono entrambe significative al livello di confidenza del 95%, indicando che le anomalie atmosferiche NA-WE durante gli inverni ENSO CP non sono molto probabilmente dovute al caso. Si può osservare che la risposta atmosferica NA-WE all’anomalia SST CP è molto diversa da quella all’anomalia SST EP. La Figura 13 mostra la relazione tra l’indice NAO e l’anomalia SST tropicale indicata dalla correlazione lineare. Come mostrato nella Fig. 13, l’indice NAO è significativamente correlato con l’anomalia SST CP vicino a 150-180W. Suggerisce che un’anomalia SST positiva sul CP è solitamente accompagnata da un’anomalia atmosferica negativa simile alla NAO, e viceversa. Tuttavia, non esiste una correlazione significativa tra l’indice NAO e l’anomalia SST EP. Solo la parte lineare della relazione può essere esaminata nell’analisi di correlazione. Il segnale di La Niña EP sulla regione NA-WE è facilmente trascurato utilizzando un’analisi di correlazione. È una possibile ragione per cui il segnale ENSO tradizionale (o EP) è difficile da rilevare nell’Atlantico Nord e nelle terre adiacenti. Altri metodi come la composizione devono essere utilizzati per rilevare la relazione non lineare. Tuttavia, i meccanismi fisici non sono chiari per l’asimmetria e meritano uno studio futuro.

La figura 12 presenta due grafici a dispersione che esaminano la relazione tra gli indici delle temperature superficiali del mare (SST) di El Niño e La Niña e l’indice dell’Oscillazione dell’Atlantico Nord (NAO).

Spiegazione dei pannelli:

• (a) Relazione tra l’indice Nino3 e l’indice NAO durante l’inverno (DJF) per gli eventi EP El Niño e EP La Niña:
  • I triangoli rossi rappresentano gli eventi di El Niño dell’EP (Eastern Pacific), mentre i triangoli blu rappresentano gli eventi di La Niña dell’EP.
  • I cerchi pieni rappresentano le medie composte degli indici NAO associati agli eventi El Niño EP (rosso) e La Niña EP (blu).
  • L’asse delle x mostra l’indice Nino3, che misura l’anomalia della temperatura nell’area est dell’Oceano Pacifico equatoriale.
  • L’asse delle y mostra l’indice NAO, che indica le condizioni di pressione atmosferica nell’Atlantico Nord e influisce sul clima in Europa e Nord America.
• (b) Relazione tra l’indice Nino4 e l’indice NAO durante l’inverno (DJF) per gli eventi CP El Niño e CP La Niña:
  • Simile al pannello (a), ma i dati sono per la regione del Pacifico Centrale (CP).
  • I triangoli indicano gli eventi El Niño (rosso) e La Niña (blu) del CP.
  • I cerchi pieni rappresentano le medie composte degli indici NAO associati a questi eventi.
  • L’asse delle x mostra l’indice Nino4, che misura l’anomalia della temperatura nell’area centrale dell’Oceano Pacifico equatoriale.

Interpretazione:

Questi grafici sono utilizzati per analizzare come gli eventi El Niño e La Niña nelle diverse regioni del Pacifico influenzino l’indice NAO, e quindi potenzialmente il clima in Europa e Nord America. In entrambi i pannelli, le medie composite (cerchi pieni) aiutano a identificare se c’è una tendenza generale in termini di impatto degli eventi El Niño o La Niña sull’indice NAO, contribuendo alla comprensione delle connessioni a larga scala tra l’Oceano Pacifico e l’atmosfera dell’Atlantico.

La figura 13 mostra le anomalie della temperatura superficiale del mare (SST) durante i mesi di dicembre, gennaio e febbraio (DJF) che sono state regressate sull’indice dell’Oscillazione dell’Atlantico Nord (NAO) per i mesi di gennaio e febbraio (JF) dal 1950/1951 al 2009/2010.

Elementi chiave della figura:

• Contorni in gradi Celsius (°C): Le linee di contorno rappresentano le anomalie della temperatura superficiale del mare, con intervalli di contorno di 0,1°C. Questi contorni aiutano a visualizzare come varia la temperatura del mare in relazione alle variazioni dell’indice NAO.
• Sfumature di grigio: Le aree ombreggiate indicano la forza statistica della regressione. Le aree con ombreggiatura chiara indicano una regressione che supera il livello di confidenza del 90%, mentre le aree con ombreggiatura scura indicano una regressione che supera il livello di confidenza del 95%. Queste sfumature aiutano a identificare le regioni in cui le anomalie della temperatura del mare sono più strettamente correlate con l’indice NAO.
• Distribuzione geografica: L’analisi copre un vasto tratto di oceano dal Mar Arabico (60°E) fino all’est dell’Oceano Pacifico (90°W).

Interpretazione:

Questa figura fornisce una visualizzazione dell’impatto dell’indice NAO sulle temperature superficiali degli oceani durante l’inverno. Le anomalie di temperatura mostrate possono riflettere come le variazioni nella circolazione atmosferica associata alla NAO influenzino il riscaldamento o il raffreddamento delle acque marine in varie parti del mondo. Per esempio, una forte correlazione negativa (indicata da contorni negativi) in una regione specifica suggerisce che un alto indice NAO potrebbe corrispondere a temperature superficiali più fredde del normale in quella regione, e viceversa.

In sintesi, la figura 13 illustra una correlazione significativa tra l’indice NAO e le anomalie della SST, evidenziando come le variazioni climatiche influenzate da fenomeni atmosferici largamente scalari si manifestino in cambiamenti termici negli oceani. Questo tipo di analisi è cruciale per comprendere meglio le interazioni tra l’atmosfera e l’oceano, e come queste interazioni possano influenzare il clima globale.

La figura 14 illustra le anomalie della temperatura superficiale del mare (SST) durante l’autunno (SON – Settembre, Ottobre, Novembre) per due tipi di La Niña: EP (Eastern Pacific) La Niña e CP (Central Pacific) La Niña. Questa figura è composta da due pannelli che mostrano le distribuzioni geografiche delle anomalie di temperatura correlate a ciascun tipo di La Niña.

Dettagli dei pannelli:

• (a) EP La Niña:
  • Visualizza le anomalie delle SST durante gli eventi di EP La Niña.
  • Le aree colorate in blu rappresentano anomalie negative di temperatura (più fredde del normale), mentre le aree in arancione indicano anomalie positive (più calde del normale).
  • I contorni mostrano intervalli di 0,5°C, ma i contorni zero sono omessi.
  • Le anomalie sono significative al livello di confidenza del 95%, il che significa che le anomalie mostrate sono statisticamente significative e non sono mostrate se non superano questo livello di confidenza.
• (b) CP La Niña:
  • Simile al pannello (a), ma per gli eventi di CP La Niña.
  • Anche qui, il blu indica regioni più fredde del normale e l’arancione indica regioni più calde del normale.
  • Le anomalie che non sono statisticamente significative al livello del 95% non sono visualizzate.

Interpretazione:

Le due mappe forniscono un confronto visivo di come le anomalie di temperatura differiscono tra i due tipi di La Niña in termini di posizione e intensità.

• Nel pannello (a), le anomalie negative si estendono più estesamente attraverso il Pacifico orientale, tipico per gli eventi di EP La Niña, che influenzano una vasta area con temperature più fredde del normale nell’oceano.
• Nel pannello (b), le anomalie negative e positive sono più concentrate intorno al Pacifico centrale, caratteristico degli eventi di CP La Niña, con un modello più confinato di anomalie di temperatura.

Questa distinzione è importante per comprendere le differenti influenze climatiche regionali di ciascun tipo di La Niña, che possono avere impatti variabili su fenomeni meteorologici come precipitazioni e temperature in diverse parti del mondo.

7 Conclusioni

Similmente ai fenomeni di El Niño precedentemente discussi, questo studio ha dimostrato che la La Niña dovrebbe essere classificata in due tipi (EP La Niña e CP La Niña) considerando i loro impati climatici nettamente diversi. La EP La Niña è caratterizzata da un centro di anomalia della SST raffreddante confinato a est dei 150W nell’EP e da una debole anomalia della SST osservata sul CP. Al contrario, il centro di anomalia della SST associato alla CP La Niña è spostato verso ovest nel CP a ovest dei 150W e si trova una piccola anomalia di raffreddamento della SST sull’EP. I due tipi di La Niña mostrano caratteristiche molto diverse nell’evoluzione dell’anomalia della SST.

Per la EP La Niña, l’anomalia della SST inizia nell’EP e si propaga verso ovest durante la fase di sviluppo e maturazione, mentre la CP La Niña mostra una caratteristica stazionaria con la sua anomalia della SST che si sviluppa e decade in situ sul CP. Queste differenze nella posizione zonale dell’anomalia della SST e nelle loro evoluzioni suggeriscono la possibilità di dinamiche sottostanti diverse.

Sebbene i due tipi di La Niña possano produrre una risposta simile nell’atmosfera sopra il Pacifico nord, si trovano schemi di teleconnessione nettamente diversi sopra il settore NA-WE. Per la EP La Niña, la regione NA-WE sperimenta le anomalie climatiche che assomigliano a un modello NAO negativo accompagnato da un indebolimento del getto atlantico. Questo getto indebolito tende a inibire un forte trasporto di aria calda e umida dal mare Atlantico e causa un inverno più freddo e secco del normale sulla regione WE. Tuttavia, anomalie atmosferiche approssimativamente opposte appaiono sul settore NA-WE durante l’inverno di CP La Niña, che sembra una fase NAO positiva con rafforzamento del getto atlantico. Il getto forte tende a portare più aria calda e umida dal mare all’area WE e risulta in un inverno più caldo e umido del normale lì.

Una serie di esperimenti di modellizzazione indica che i modelli NAO-like contrastanti sono principalmente attribuiti a diversi modelli di raffreddamento della SST per i due tipi di La Niña. Le analisi fornite qui hanno mostrato che è necessario separare la La Niña in due tipi considerando la loro diversa posizione e evoluzione dell’anomalia della SST, e soprattutto, gli impati climatici molto diversi sulle extratropici.

https://www.researchgate.net/publication/271737956_Impacts_of_two_types_of_La_Nina_on_the_NAO_during_boreal_winter