In un affascinante viaggio attraverso i meandri della meteorologia, gli scienziati hanno dedicato sette anni alla raccolta e all’analisi di dati forniti dai National Centers for Environmental Prediction, allo scopo di decifrare il bilancio del momento angolare atmosferico (AAM) sia su scala globale che zonale. Questo studio minuzioso ha portato alla creazione di un bilancio composito che rivela le variazioni intrastagionali, quelle oscillazioni che si manifestano nell’arco di 30-70 giorni, durante l’inverno boreale. Utilizzando metodi di regressione per interpretare la tendenza dell’AAM globale, gli scienziati sono stati in grado di generare mappe dettagliate che illustrano le variazioni di parametri cruciali come la radiazione infrarossa di uscita, il vento a 200 hPa, lo stress superficiale e la pressione a livello del mare attraverso i diversi stadi del ciclo dell’AAM.

Il cuore di questa ricerca si concentra sulle dinamiche che regolano i cambiamenti dell’AAM, mettendo in luce il ruolo significativo giocato sia dalle forze di torsione dell’attrito che da quelle montane. È emerso che queste forze contribuiscono in modo simile alla tendenza dell’AAM, con la torsione dell’attrito che raggiunge il suo apice in concomitanza con le anomalie dei venti easterly superficiali nei subtropici di entrambi gli emisferi. D’altra parte, la torsione montana mostra il suo picco in momenti di deboli anomalie ma di segno simile, nelle medie latitudini dell’emisfero settentrionale e nelle regioni subtropicali dell’emisfero meridionale.

Questo studio distingue tra il bilancio zonale medio, dove emerge che la convergenza meridionale del trasporto dell’angolo di momento relativo verso nord e la torsione dell’attrito dominano il palcoscenico. Durante il ciclo globale dell’AAM, le anomalie zonali dell’AAM si dirigono dalle regioni equatoriali verso i subtropici, guidate principalmente dai trasporti di momento. Questi trasporti sono strettamente legati alla covarianza spaziale tra le perturbazioni filtrate (30-70 giorni) e il flusso climatologico della troposfera superiore. Intrigantemente, la parte zonalmente asimmetrica di queste perturbazioni si manifesta con l’inizio della convezione sull’Oceano Indiano e raggiunge il culmine quando questa convezione si attenua sull’Oceano Pacifico occidentale.

Il racconto si arricchisce ulteriormente esplorando come il segnale nel momento angolare relativo AAM sia integrato da uno in ‘‘Terra’’ AAM, legato alle redistribuzioni meridionali della massa atmosferica. Queste redistribuzioni avvengono preferenzialmente sopra il continente asiatico, in correlazione con il segnale convettivo che si muove verso est per 30-70 giorni. Questo fenomeno è anticipato da un’onda di Kelvin, che si propaga verso est dall’oceano Pacifico equatoriale fino alla topografia del Sud America, per poi viaggiare verso le latitudini più alte lungo le Ande. Questo movimento genera una torsione sulle Ande, influenzando significativamente tanto l’AAM regionale quanto quello globale.

Attraverso questa narrazione, emerge chiaramente come la comprensione delle dinamiche dell’AAM offra preziose intuizioni sulle forze invisibili che modellano il nostro clima, evidenziando l’importanza cruciale di fenomeni spesso trascurati nella vasta tela della meteorologia globale.

Oscillazioni Intrastagionali del Momento Angolare Atmosferico: Un Approccio Innovativo

1. Introduzione

Nel cuore dell’Oceano Indo-Pacifico, nella zona nota come “warm pool”, si verifica un fenomeno affascinante e ciclico: ogni 50 giorni, la convezione tropicale si intensifica, iniziando sull’Oceano Indiano e spostandosi poi verso est fino al Pacifico centrale. Questa sequenza di eventi fa parte dell’oscillazione di Madden-Julian (MJO), un modello climatico globale identificato per la prima volta negli anni ’70 da Madden e Julian. La loro scoperta ha aperto una nuova finestra sulla comprensione dei ritmi naturali della Terra, collegando fenomeni apparentemente isolati in una narrazione globale di interazione dinamica tra atmosfera e oceani.

Un altro tassello di questa complessa trama climatica è stato aggiunto quando Langley e collaboratori, negli anni ’80, hanno osservato che la lunghezza del giorno terrestre (LOD) variava su una scala temporale simile a quella dell’MJO. Questa coincidenza ha suggerito un legame profondo tra i cicli atmosferici e la rotazione del nostro pianeta, un legame che Madden ha ulteriormente esplorato, attribuendo alle forze di torsione dovute all’attrito nell’Oceano Pacifico, scaturite dalle fluttuazioni convettive, un ruolo chiave nei cambiamenti della LOD e del momento angolare atmosferico (AAM).

La ricerca successiva ha confermato e ampliato questa comprensione. Weickmann e colleghi hanno verificato il legame tra l’AAM globale e la convezione tropicale, sottolineando anche l’importanza delle forze di torsione montane, in particolare durante l’inverno boreale. Questi studi hanno gettato le basi per una nuova indagine: come si scambia il momento angolare tra l’atmosfera e la Terra solida su una scala intrastagionale, tra i 30 e i 70 giorni?

Il nostro studio mira a bilanciare il budget dell’AAM, avvalendosi della consolidata affidabilità delle stime della tendenza dell’AAM globale. Lo scambio di momento angolare avviene attraverso stress sia normali che tangenziali all’interfaccia tra atmosfera e terra, manifestandosi sotto forma di forze di torsione montane e di attrito. La proporzionata influenza di queste forze cambia con la scala temporale, un fenomeno che esploriamo nel contesto specifico delle oscillazioni intrastagionali.

Precedenti studi sul budget globale dell’AAM si sono concentrati su casi isolati, principalmente durante l’inverno boreale. Questi lavori hanno rivelato pattern interessanti e talvolta contraddittori, evidenziando la necessità di un approccio più strutturato. Attraverso un metodo composito e l’uso di un filtro passabanda di 30-70 giorni, puntiamo a delineare comportamenti coerenti e riproducibili, illuminando così il ruolo e l’interazione delle diverse forze di torsione.

Quest’indagine si propone di rispondere a tre domande fondamentali: quali forze di torsione predominano nel contesto delle oscillazioni intrastagionali? Dove e come si manifestano? E infine, quali dinamiche determinano la loro tempistica e distribuzione spaziale?

La risposta a queste domande ci avvicinerà a una comprensione più profonda e integrata dei meccanismi che governano il clima del nostro pianeta, offrendoci nuove prospettive sulle intricate danze di venti, onde e rotazioni che plasmano il nostro mondo.

Per affrontare le sfide poste dai primi due interrogativi è fondamentale disporre di dati precisi; il terzo interrogativo, invece, richiede una profonda comprensione delle dinamiche atmosferiche che generano le forze di torsione, incluse le dinamiche dei trasporti del momento angolare. Sebbene un’analisi dettagliata dei vari processi dinamici capaci di produrre forze di torsione globali di attrito e montane sia stata già fornita in lavori precedenti, in questo contesto ci limiteremo a esaminare brevemente alcune questioni dinamiche legate a interpretazioni alternative dei cambiamenti intrastagionali del momento angolare atmosferico (AAM).

È noto il collegamento tra l’AAM globale e la convezione tropicale su scale temporali intrastagionali; tuttavia, le cause fondamentali che stanno dietro alla variabilità convettiva tropicale rimangono un mistero non completamente risolto. Alcuni dati osservazionali sembrano essere in linea con la teoria dell’onda Kelvin frizionale–CISK (instabilità condizionale del secondo tipo), sebbene esistano anche altre teorie. Indipendentemente dalle sue cause, un segnale convettivo intrastagionale può influenzare l’oscillazione dell’AAM attraverso la sua componente sia simmetrica che asimmetrica rispetto alla zonalità. Alcuni ricercatori hanno evidenziato l’importanza di quest’ultima e il ruolo dominante delle perturbazioni a vortice di 30–70 giorni, mentre altri hanno sottolineato il contributo significativo della forzatura convettiva media zonale. Questo dibattito verrà approfondito nella sezione di discussione.

Un’interpretazione alternativa dei cambiamenti intrastagionali dell’AAM è stata proposta da alcuni studiosi, che hanno dimostrato come una vacillazione del solco inclinato, interagendo con la topografia dell’emisfero settentrionale, possa generare scale temporali di circa 40 giorni in un modello barotropico semplice. Questo tipo di vacillazione è stata osservata anche in modelli di circolazione generale più complessi, nonostante una variabilità convettiva tropicale relativamente debole. È interessante notare come un’oscillazione dell’AAM extratropicale, che si verifica su periodi di circa 40 giorni, sia stata rilevata anche nei dati globali dell’AAM, un fenomeno che nel nostro studio potrebbe essere mascherato dall’oscillazione molto più grande e apparentemente guidata dai tropici.

Il lavoro che proponiamo si basa sulle fondamenta poste da studi precedenti sul bilancio del momento angolare atmosferico, con un’attenzione particolare al bilancio zonale e al ruolo cruciale dei trasporti indotti da perturbazioni del vento di 30–70 giorni. Adottando un approccio simile a quello di lavori precedenti, ma introducendo l’analisi di un bilancio composito, presentiamo i dati e le tecniche di analisi per poi dettagliare i bilanci compositi dell’AAM globale e zonale. Esaminiamo le caratteristiche sinottiche del ciclo composito dell’AAM globale, inclusi convezione tropicale, trasporto del momento medio zonale, stress superficiale e anomalie di massa atmosferica, evidenziando anche il ruolo dello stato di base da novembre a marzo. Nella conclusione, ritorniamo alle domande iniziali per presentare le nostre conclusioni finali, chiudendo così il cerchio su un’indagine complessa ma estremamente rivelatrice dei meccanismi che regolano le dinamiche atmosferiche del nostro pianeta.

Dati e Calcoli: La Base del Nostro Studio sul Momento Angolare Atmosferico

Nel cuore della nostra indagine sul momento angolare atmosferico, c’è una ricca fonte di dati fornita dal Centro Nazionale per le Previsioni Ambientali (NCEP). Questo tesoro di informazioni comprende le analisi giornaliere del vento vettoriale, raccolte su 12 livelli di pressione dal dicembre 1984 al dicembre 1992. Questi dati non sono soltanto numeri astratti: rappresentano il respiro dell’atmosfera terrestre, catturando le sue molteplici sfumature attraverso varie altitudini e latitudini.

Per mappare in modo più preciso il terreno su cui questi venti danzano, abbiamo utilizzato un campo di pressione superficiale, meticolosamente interpolato per adattarsi a una orografia dettagliata. Questa base topografica ci permette di calcolare con maggiore accuratezza come il momento angolare atmosferico relativo si muova e cambi, rivelando i delicati equilibri che sostengono il clima del nostro pianeta.

La nostra analisi si spinge oltre, implementando calcoli complessi per tracciare la divergenza meridionale di questo momento angolare. È come se stessimo seguendo le correnti di un vasto oceano aereo, cercando di comprendere dove e come le sue acque si muovono più velocemente o rallentano, accumulandosi o disperdendosi. In questo sforzo, abbiamo adottato un approccio leggermente diverso dai nostri predecessori, calcolando lo stress superficiale zonale con un occhio di riguardo per le differenze tra terra e mare.

Uno strumento fondamentale per osservare le tempeste invisibili e le correnti di convezione nei tropici è la radiazione infrarossa di lunga onda (OLR), osservata dai satelliti. Questi dati ci danno un’istantanea di come il calore viene emesso dalla superficie terrestre verso lo spazio, offrendoci indizi preziosi sui movimenti convettivi che si agitano nelle profondità atmosferiche.

Nel nostro discorso, adotteremo termini quali “anomalia di convezione positiva” e “negativa” per descrivere queste dinamiche, usando il linguaggio del visibile per parlare di processi invisibili. Le anomalie negative e positive di OLR ci parlano di aree dove la convezione è rispettivamente più intensa o meno attiva, come macchie luminose e oscure su un tessuto in continuo cambiamento.

Al centro di tutto ciò, c’è il tentativo di quantificare il momento angolare atmosferico specifico totale, un compito che ci porta a sommare le forze invisibili che danno forma al vento e alla pressione attraverso il globo. Anche se la parte legata alla distribuzione della massa atmosferica domina in termini di magnitudo, è la sua variazione, più sottile ma cruciale, a catturare la nostra attenzione. È un ricordo che, in questo intricato balletto tra terra e cielo, ogni movimento, per quanto minore possa sembrare, svolge un ruolo vitale nel mantenere l’equilibrio del sistema climatico globale.

Nel nostro studio sul momento angolare atmosferico, abbiamo navigato attraverso un mare di dati complessi, cercando di decifrare i misteri nascosti nei venti e nella pressione che avvolgono il nostro pianeta. Questa esplorazione ci ha condotto attraverso diverse dimensioni, dalla verticale alla zonale, gettando luce sui delicati equilibri che regolano l’atmosfera terrestre.

La nostra avventura inizia con la raccolta di dati giornalieri, una serie di analisi che ci permettono di scrutare il cuore pulsante dell’atmosfera attraverso le sue molteplici strati e latitudini. Immaginate di poter vedere le correnti d’aria come flussi colorati che si intrecciano e si svolgono intorno al globo, ognuno portando con sé una storia di movimento e cambiamento.

Il fulcro della nostra indagine riguarda due aspetti fondamentali del momento angolare: uno legato alla dinamica dell’aria in movimento e l’altro influenzato dalla distribuzione della massa atmosferica. Questi due aspetti, sebbene invisibili all’occhio umano, sono le forze che plasmano i venti, modellano le tempeste e influenzano i pattern climatici su scala globale.

Per quantificare questi fenomeni, abbiamo tessuto insieme i dati raccolti, calcolando come il momento angolare si distribuisce e varia attraverso l’atmosfera. Ciò ci ha portato a esprimere i nostri risultati in “Hadleys”, un’unità di misura che ci offre una visione globale dell’energia in gioco.

Uno degli scogli più ardui che abbiamo dovuto navigare è stata la stima della forza di Coriolis. Questa forza, invisibile ma potente, deriva dalla rotazione della Terra e gioca un ruolo cruciale nel direzionare i venti e i movimenti d’acqua sul nostro pianeta. Abbiamo affrontato questa sfida con metodi indiretti, integrando le variazioni di pressione atmosferica osservate attraverso le diverse latitudini, per catturare l’ombra di questa forza sulla danza atmosferica.

Lungo il percorso, abbiamo incontrato numerose insidie e fonti di errore – dalla variabilità nelle osservazioni alla complessità dei calcoli matematici. Queste sfide, tuttavia, non hanno fatto altro che accrescere la nostra determinazione a comprendere meglio le dinamiche che animano l’atmosfera terrestre.

Come marinai in un oceano sconosciuto, abbiamo tracciato la nostra rotta attraverso i flutti del momento angolare, guidati dalla stella polare della curiosità scientifica. Il nostro viaggio ci ha rivelato non solo la complessità e la bellezza delle forze naturali che regolano il nostro clima, ma anche l’ingegnosità e la persistenza necessarie per esplorarle. Questa esplorazione, benché ricca di sfide, illumina il cammino verso una comprensione più profonda dei venti che tessono il manto del nostro pianeta.

Immaginate di poter sentire il battito del cuore della Terra nel movimento dei suoi venti e mari, una pulsazione così delicata che influisce perfino sulla durata del giorno. Questo è ciò che la Figura 1 cerca di catturare: una danza silenziosa tra la rotazione del nostro pianeta e il soffio circolante dell’atmosfera che lo avvolge.

Il grafico che abbiamo davanti è un resoconto visivo di come la lunghezza di un giorno sulla Terra — quel preciso lasso di tempo che misuriamo in ore, minuti e secondi — può allungarsi o accorciarsi per frazioni di millisecondi a causa del dinamico scambio di energia con l’atmosfera. Questa misura non è costante come potremmo pensare; essa oscilla, quasi impercettibilmente, in risposta al flusso e al riflusso del momento angolare atmosferico.

Al centro del grafico, dove il giorno e l’atmosfera sembrano sincronizzarsi, si registra il cambiamento più significativo nella durata del giorno — un piccolo scostamento temporale, ma abbastanza grande da essere catturato dai nostri strumenti. E mentre il tempo si estende a sinistra e a destra lungo l’asse orizzontale, vediamo una rappresentazione di come la Terra anticipi o ritardi questo battito in risposta al sussurro dei venti.

La linea che serpeggia nel grafico rappresenta questa relazione, salendo e scendendo in modo simile a come le onde dell’oceano lambiscono la riva. Ogni punto lungo questa linea è una narrazione di quando il giorno ha trattenuto il respiro, estendendosi per una frazione di millisecondo, perché l’atmosfera ha versato o trattenuto un po’ della sua energia rotazionale.

Quindi, la prossima volta che guarderai l’orologio, pensa a questo: ogni secondo è una sinfonia cosmica, una marcia in cui l’intero pianeta e il suo sottile mantello d’aria si muovono in un abbraccio coordinato, un balletto tanto armonioso quanto complicato che definisce la musica del nostro tempo.

Tecniche di Analisi di Regressione: Disvelare il Ciclo del Momento Angolare Atmosferico

Nel cuore della nostra analisi, vi è una tecnica raffinata, un metodo di indagine statistica che abbiamo applicato con cura per decifrare il comportamento del nostro pianeta: l’analisi di regressione. Come esploratori dei dati atmosferici, abbiamo utilizzato questo strumento per rilevare e illustrare come le varie caratteristiche atmosferiche si relazionano con il ritmo oscillante del momento angolare atmosferico globale, che segue un ciclo di 30-70 giorni.

Il nostro viaggio inizia con la creazione di una serie di mappe dettagliate, ognuna rappresentando un giorno diverso, estendendosi per un arco di tempo che abbraccia ritardi fino a 25 giorni. Queste mappe non sono statiche; sono frame che, messi in sequenza, ci raccontano la storia di come l’atmosfera terrestre evolve nel tempo, giorno dopo giorno, come un film che mostra la crescita di una pianta in un timelapse.

Per fare ciò, abbiamo adattato un filtro sofisticato ai nostri dati, uno che ci consente di concentrarci sui segnali che cadono nell’ambito temporale che va dai 30 ai 70 giorni. Abbiamo esaminato sette distinte stagioni invernali, partendo dal lontano 1985 e giungendo fino ai primi anni ’90, estrapolando pattern significativi da questo corposo volume di informazioni.

Con occhio critico, abbiamo poi valutato la forza dei legami che abbiamo scoperto, utilizzando un benchmark statistico per determinare quale delle nostre osservazioni fosse effettivamente significativa. Come astrologi che scrutano il cielo alla ricerca di costellazioni, abbiamo cercato e mappato quelle configurazioni di dati che non erano semplicemente casuali, ma che invece formavano un disegno più ampio e significativo.

Quando abbiamo osservato le danze dei venti attraverso le nostre mappe sinottiche, abbiamo deciso di evidenziare solo quei movimenti che emergevano con chiarezza dalla casualità, come un ballerino che si distingue per la sua grazia tra la folla.

E così, con pazienza e precisione, abbiamo sommato e confrontato, costruendo una somma di parti che ci ha rivelato il bilancio completo del momento angolare atmosferico. Il nostro racconto è uno di connessioni e corrispondenze, un resoconto di come ogni variabile si intreccia con le altre in una sinfonia di interazioni che si estende sopra la nostra testa, visibile solo attraverso gli occhi della matematica e della statistica.

Nella Figura 2, ci imbattiamo in due grafici che catturano l’essenza di come le forze invisibili plasmino il movimento della nostra atmosfera. Come due righelli che misurano la forza invisibile del momento angolare atmosferico, queste visualizzazioni ci offrono una finestra sul modo in cui la rotazione della Terra e i suoi rilievi interagiscono con il mare d’aria che la circonda.

Nel primo grafico, abbiamo tre tracciati: uno robusto che dipinge la tendenza reale, come le impronte lasciate dalla Terra nel suo viaggio intorno al Sole; un altro, tratteggiato, come una previsione del percorso che potrebbe seguire, basato su modelli accuratamente calibrati; e infine, un sottile contorno che segna la differenza tra questi due percorsi, quasi a ricordarci l’umiltà necessaria nel prevedere i movimenti della natura.

Scendendo al secondo grafico, vediamo l’interazione di tre forze: la forza di attrito, che come la resistenza dell’acqua agisce sulla pelle di un nuotatore, influisce sull’aria che lambisce la superficie terrestre; la forza montana, che emerge imponente come una catena montuosa che si staglia all’orizzonte, modellando il flusso dell’aria che vi si infrange contro; e infine, la forza di Coriolis, tratteggiata, che con la discrezione di un sottile filo d’argento riflette l’influenza sottile ma potente della rotazione del nostro pianeta.

Questi due grafici, nella loro silenziosa bellezza, raccontano una storia di equilibri e flussi, un racconto di come ogni alito di vento e ogni montagna sulla Terra contribuiscano a scrivere il diario della nostra atmosfera, un diario che racchiude i segreti del tempo stesso.

Il Bilancio del Momento Angolare Atmosferico Globale: Un Puzzle di Venti e Pressioni

Immaginate che la rotazione della Terra e il soffio dei suoi venti possano essere raccolti in un’unica cifra, il Totale del Momento Angolare Atmosferico Globale (TAM). Questo numero ci dice quanto velocemente il pianeta gira, ma anche come questa rotazione viene influenzata dall’impeto dei venti e dalla pressione che essi esercitano. Il nostro studio ha tessuto insieme queste due forze per capire meglio come cambiano nel tempo e come influenzano la durata di un giorno, quell’unità di tempo che diamo per scontata ma che in realtà è un delicato equilibrio di movimenti celesti.

Nella nostra ricerca, la Figura 1 ha rivelato una danza sincronizzata tra il TAM e la durata del giorno. Abbiamo scoperto che, come in una coppia di pattinatori sul ghiaccio, quando uno si muove, l’altro segue, e un piccolo cambiamento nel TAM può causare una variazione misurabile, seppur piccola, nella Lunghezza del Giorno (LOD). Il nostro lavoro ha confermato ciò che altri avevano già osservato: il movimento dell’aria sopra di noi non è solo una questione di meteo, ma un influente coreografo del tempo.

Esaminando la Figura 2, abbiamo mappato i picchi e le valli del TAM, rivelando come e quando il momento angolare raggiunge i suoi apici e le sue flessioni. Abbiamo notato che la tendenza osservata di questo movimento è come un battito cardiaco, che pulsa regolarmente con un picco chiaro al giorno zero e rallenta ai giorni -21 e +21. È stata una scoperta che ci ha mostrato il ritmo naturale dell’atmosfera, ma anche quanto la nostra comprensione sia ancora approssimativa.

Guardando più da vicino, abbiamo visto le forze di torsione dell’attrito e delle montagne agire quasi in parallelo, ciascuna con il proprio ruolo distintivo. La forza di attrito, come una spinta dolce, precede di poco quella più imponente delle montagne, che si fa sentire con tutto il suo peso. Eppure, nonostante i nostri migliori sforzi, un residuo, un’ombra di incertezza, è rimasto, suggerendo che potrebbe esserci ancora più da scoprire sulla forza delle montagne, in particolare sulle Ande, quelle maestose sentinelle che forse non abbiamo rappresentato a sufficienza.

Infine, abbiamo osservato come la massa atmosferica si sposti, un flusso di aria che, convergendo verso l’equatore, parla di un mondo in continuo movimento, di un equilibrio tra il dare e il prendere, tra le zone lontane dai tropici e quelle vicine all’equatore.

Attraverso queste pagine di dati e diagrammi, ci siamo avvicinati un po’ di più a comprendere come il respiro del nostro pianeta influenzi la danza del tempo, in un intricato balletto di forze tanto vasto quanto la stessa Terra.

Il Bilancio Zonale del Momento Angolare Atmosferico: Un’introspezione nei Venti Equatoriali e Polari

a. Componente Relativa

La nostra esplorazione del momento angolare atmosferico ci porta in un viaggio dalle calde cinture equatoriali alle fredde estremità polari del nostro pianeta. Nella sezione precedente, abbiamo affrontato il grande mistero di come le forze sottili come l’attrito e la topografia montana modellino la rotazione terrestre. Ma ora ci concentriamo su una storia ancora più dinamica, quella del flusso stesso dell’atmosfera, raccontata attraverso le anomalie dell’AAM zonale e globale.

La Figura 3 ci ha fornito una sequenza temporale, una serie di immagini che raccontano come queste anomalie prendono vita intorno all’equatore e poi intraprendano un viaggio verso i poli. Il punto culminante di questa narrazione è quando queste onde di energia raggiungono i loro picchi nelle latitudini di 10°N e 15°S, creando una sorta di simmetria tra le emisferi del nostro globo.

Nella Figura 4a, abbiamo confrontato la nostra previsione matematica con la realtà osservata, una sorta di controllo di qualità sulla nostra previsione. Il grafico mostra quanto bene la nostra formula preveda la tendenza dell’AAM relativo. Come due immagini sovrapposte, una rappresenta ciò che abbiamo misurato e l’altra ciò che avevamo previsto. La Figura 4b, poi, evidenzia le discrepanze tra queste due immagini, mostrando dove i nostri calcoli si discostano dalla realtà osservata, soprattutto nelle latitudini più vicine all’equatore.

Ciò che abbiamo scoperto è che le tendenze più forti si manifestano laddove il sole batte più diretto, nelle regioni equatoriali, e da lì in poi, come un fiume che fluisce verso il mare, l’energia si sposta verso i poli. Questo flusso crea un’immagine quasi speculare intorno all’equatore, con l’emisfero settentrionale, avvolto nel suo manto invernale, che si dimostra leggermente più reattivo.

Attraverso queste analisi, stiamo dipingendo un quadro sempre più dettagliato di come il vento e la pressione si intrecciano in un complesso tango che determina la durata dei nostri giorni. È un racconto che va oltre la semplice statistica, toccando il cuore pulsante di come la Terra si muove e respira, un racconto che si svolge su una scala che solo la scienza può davvero narrare.

Immaginate il nostro pianeta come una grande palla che ruota, guidata non solo dalla forza della sua inerzia, ma anche dal delicato tocco delle forze invisibili che noi chiamiamo momento angolare atmosferico (AAM). Per capire questa danza, abbiamo osservato come le tendenze previste per il movimento di questo momento si allineassero con ciò che effettivamente accade, specialmente sopra le vastità dell’emisfero settentrionale. Qui, abbiamo trovato una sincronia quasi perfetta, con solo piccoli errori che emergono, sorprendentemente, vicino all’equatore e che si spingono verso i più tranquilli subtropici dell’emisfero australe.

La nostra narrazione si snoda tra mappe e grafici che rappresentano il flusso di energia dell’AAM dalla linea dell’equatore verso i poli del nostro globo, dove il calore si dissipa nel freddo dello spazio. In queste rappresentazioni, abbiamo scoperto che mentre l’emisfero settentrionale ci mostra un bilancio equilibrato, è il movimento di questo flusso di energia e le forze di torsione sulla superficie terrestre che richiedono una maggiore attenzione da parte nostra.

Nel nostro studio, figurato nella rappresentazione grafica numero 5, ci imbattiamo in un interessante scenario: le forze che abbiamo calcolato non si annullano in un perfetto equilibrio, come potremmo aspettarci guardando il bilancio medio d’inverno. Invece, ciò che abbiamo previsto e ciò che osserviamo mostrano entrambi movimenti definiti verso i poli, come se seguendo un richiamo antico, l’energia atmosferica viaggiasse lungo latitudini stabilite da forze primordiali.

Inoltre, le zone equatoriali giocano un ruolo cruciale come punti di partenza per questa energia, che poi si diffonde verso i territori più a nord e a sud. Il modo in cui questo flusso di energia si muove sembra precedere di poco le forze di torsione superficiale, specialmente nei subtropici, come un’eco che precede il grido originale.

Ci sorprende poi scoprire che le forze di torsione più significative non provengono dalle aspre terre settentrionali, ma piuttosto dalle latitudini meridionali, laddove le maestose Ande si innalzano verso il cielo. Questa scoperta ci invita a riconsiderare il nostro modello e a riflettere su quanto ancora ci sia da imparare sull’interazione tra la superficie della Terra e l’atmosfera che la avvolge.La nostra ricerca, raccontata attraverso una sinfonia di dati e analisi, ci avvicina un po’ di più alla comprensione di come il mondo respira. E mentre cerchiamo di far quadrare i conti in questo grande bilancio del cielo, ci rendiamo conto che ogni scoperta ci apre nuove domande, in una storia senza fine di scoperta e meraviglia.

La Figura 3 è come una mappa del tesoro che traccia le impronte invisibili del movimento dell’aria attorno al nostro globo. In questo diagramma, seguiamo le variazioni nel Momento Angolare Atmosferico (AAM) relativo, non uniformemente distribuito, ma raggruppato in bande zonali che si avvolgono attorno alla Terra come anelli di un gigante albero spaziale.

L’asse che attraversa il grafico da sinistra a destra ci fa viaggiare nel tempo, spaziando da 25 giorni prima a 25 giorni dopo un momento centrale. Il nostro sguardo può scorrere lungo questo asse per vedere come e quando il nostro pianeta ha sperimentato cambiamenti significativi nell’AAM, con alcuni giorni che anticipano questi cambiamenti e altri che li seguono.

Guardando verso l’alto o verso il basso, ci muoviamo da un polo all’altro, partendo dalle regioni artiche del nord fino a toccare quelle antartiche del sud. Lungo queste latitudini, scopriamo zone dove il momento angolare dell’aria è più intenso o meno, a seconda delle oscillazioni atmosferiche. Dove la grafica si addensa e diventa più scura, troviamo anomalie positive, segni che l’AAM è maggiore della media, quasi come se l’atmosfera prendesse un respiro più profondo. Dove invece il tratteggio si fa più leggero o incrociato, l’atmosfera si allenta, e l’AAM scende al di sotto della norma, come un sospiro che si disperde nell’immensità dello spazio.

La curva che serpeggia attraverso il grafico ci mostra la somma di tutte queste variazioni per ogni giorno, ci dà la narrazione complessiva di come il momento angolare fluttui in risposta a forze invisibili e a meccanismi complessi che ancora cerchiamo di comprendere appieno.

Questo diagramma non è solo una rappresentazione statica, ma un racconto dinamico che ci dice di come, in ogni momento e in ogni luogo, la Terra e la sua atmosfera siano in un dialogo costante, una danza continua che definisce la vita sul nostro pianeta tanto quanto la luce del sole e l’acqua del mare.

La Figura 4 ci presenta due quadri che catturano l’essenza della nostra indagine sul Momento Angolare Atmosferico (AAM). Come un doppio ritratto del tempo e dello spazio, questi pannelli (a) e (b) mettono in luce la danza del nostro pianeta con i suoi venti.

Nel primo quadro, il pannello (a), troviamo due tessiture: una è la trama di ciò che abbiamo realmente osservato, che come un manto di neve fresca sul terreno, si adagia sull’immagine mostrando dove il movimento dell’aria ha superato o non ha raggiunto le aspettative. È come guardare le onde del mare dalla spiaggia; le zone più scure sono le creste più alte, quelle chiare sono le valli più basse.

Poi c’è il disegno fatto dai nostri modelli, i contorni tracciati con attenzione che ci dicono dove ci aspettavamo che l’AAM fosse più forte o più debole. Questi contorni sono come le linee di una mappa che ci guidano attraverso le previsioni della scienza, mostrandoci i sentieri che avevamo predetto.

Il secondo quadro, il pannello (b), ci rivela le differenze tra le nostre aspettative e la realtà, come un artista che mette a confronto l’opera finita con la sua visione iniziale. Qui le linee ci parlano del residuo del bilancio, dei pezzi mancanti del puzzle che ancora non si adattano, suggerendoci dove potremmo migliorare la nostra comprensione del mondo.

Questi pannelli, con le loro ombre e luci, i loro spessori e tratteggi, sono una narrazione visiva del nostro tentativo di interpretare il respiro del pianeta. Attraverso la loro analisi, cercavamo indizi, tracce sottili lasciate dal movimento dell’aria intorno alla Terra, per dipanare la matassa dei suoi cicli e dei suoi ritmi. È una storia di sincronie e scarti, di aspettative e sorprese, che si snoda lungo l’asse del tempo da un polo all’altro, un’avventura scientifica in cui ogni numero e ogni ombra aggiungono un pezzo al mosaico del nostro inestimabile clima.

La Figura 5 ci svela un intricato mosaico di movimenti atmosferici, un quadro in due parti che disegna le forze invisibili plasmate dal movimento del nostro pianeta.

Nella prima parte, il pannello (a), abbiamo uno scenario in cui le forme si contorcono e si avvolgono attorno a un invisibile asse terrestre. Qui, linee eleganti descrivono i luoghi in cui il Momento Angolare Atmosferico si sta accumulando o disperdendo, delineando i flussi e i riflussi di energia intorno alla nostra sfera. Ombre e luci si sovrappongono a questi flussi, rivelando il sommarsi delle forze di attrito, delle imponenti montagne e del movimento di Coriolis che, insieme, spingono e tirano l’atmosfera in una danza complessa. I contorni solidi emergono dove l’energia è in eccesso, mentre le tratteggiate ci segnalano dove manca.

Nel secondo pannello, (b), la storia diventa più dettagliata, districando le forze che prima si mescolavano. Qui, si possono vedere chiaramente le aree dominate dalle montagne che, con la loro massa silenziosa, esercitano un’influenza potente, mentre l’ombreggiatura ci racconta di un mondo di attrito, di superfici terrestri che frenano delicatamente l’aria sopra di loro.

Queste due visioni ci danno gli indizi su come le forze della natura collaborino e talvolta competano, creando modelli che si muovono in simbiosi con il ruotare del giorno e della notte. Ogni linea e ogni ombra sono una testimonianza di questo dialogo continuo, con l’energia che scorre dalle equatorie zone tropicali verso le latitudini più fredde, come onde che si infrangono e si ritirano sulla riva del nostro mondo atmosferico.

In questo intricato paesaggio di movimenti, possiamo quasi sentire il pulsare della Terra, un ritmo sottile che echeggia attraverso le mappe che abbiamo creato. Ogni ombra e contorno è una storia, un pezzo di un puzzle più grande che riveliamo pezzo dopo pezzo, nel nostro ininterrotto viaggio di scoperta.

Nella Figura 6, ci imbattiamo in un intricato schema di pressione atmosferica che si estende come un nastro attraverso le varie fasce di latitudine del nostro pianeta. Come un direttore d’orchestra che solleva la sua bacchetta per guidare il flusso della musica, così le anomalie della pressione a livello del mare dirigono la sinfonia del movimento atmosferico.

Queste anomalie non sono casuali; si muovono al ritmo del Momento Angolare Atmosferico (AAM) globale relativo. Il loro pattern viene visualizzato in un assortimento di contorni, con linee solide che danzano attraverso il grafico per rappresentare le zone di alta pressione e linee tratteggiate che scivolano tra di loro indicando aree di bassa pressione. Queste variazioni di pressione sono sottili, misurate in frazioni di un ettapascal, ma la loro danza è di fondamentale importanza per il clima del nostro mondo.

Le frecce nere che attraversano il grafico non sono lì per decorazione; esse indicano la direzione delle anomalie dell’AAM zonale. Quando una freccia punta a destra, ci sta sussurrando di un incremento del movimento dell’aria verso est, mentre una freccia a sinistra racconta la storia di correnti che si dirigono verso ovest.

Accanto a questo campo di frecce, una curva serpeggiante cattura un altro attore chiave in questa storia: l’AAM della Terra stessa, che si piega e fluttua al ritmo dell’AAM relativo. Questa relazione è tanto intima quanto è complessa, rivelando come la massa dell’aria si redistribuisca e influenzi la rotazione del nostro pianeta.

Questa figura, quindi, non è solo un insieme di linee e simboli; è una rappresentazione visiva del dialogo tra la Terra e l’aria che la avvolge. Ogni contorno e ogni freccia sono una nota in una partitura più ampia che racconta come il pianeta respira e come queste boccate influenzino la durata dei giorni. Con un occhio attento possiamo iniziare a vedere il ritmo e il flusso del nostro mondo, un ritmo che è costantemente in movimento e perpetuamente affascinante.

Componente “Terra” del Bilancio del Momento Angolare Atmosferico: Ritmi Atmosferici e Flussi di Pressione

Nel profondo studio della rotazione terrestre, abbiamo dedicato un’attenzione particolare alla componente “Terra” del Momento Angolare Atmosferico. Questa sfaccettatura del nostro pianeta ballerino si occupa di come i flussi d’aria, spostandosi su e giù, avanti e indietro, modellano la distribuzione della massa atmosferica, incidendo sul giroscopio naturale che è la Terra.

Con uno sguardo alla Figura 6, abbiamo mappato le anomalie della pressione a livello del mare e come queste influenzano le grandi oscillazioni del Momento Angolare. Abbiamo notato che le aree equatoriali, con il loro peso climatico, giocano un ruolo chiave nel definire queste variazioni: sono il cuore pulsante dell’integrale globale, la chiave che spiega come il nostro mondo respiri e si torca su se stesso.

Le frecce che attraversano il grafico indicano il movimento complesso dell’AAM relativo, segnalando un affascinante fenomeno: picchi di attività che emergono a latitudini precise e si propagano, portando con sé una danza di alta e bassa pressione. Questi picchi si manifestano innanzitutto nelle calde fasce dell’equatore, poi si espandono verso le zone più temperate, seguendo un ritmo sincronizzato con il grande orologio celeste.

I nostri ritrovamenti offrono un contrasto con le teorie precedenti, suggerendo che il ritardo tra l’AAM relativo e quello “Terra” è maggiore di quanto precedentemente ipotizzato. Abbiamo osservato che le correnti equatoriali dell’alta atmosfera danno il via a questo movimento ben prima che si possano notare cambiamenti significativi a livello del suolo, come un eco che precede il suono principale. Solo quando queste correnti migrano lontano dall’equatore, diventano più omogenee, creando gradienti di pressione che generano nuovi equilibri.

Mentre nelle latitudini medie il processo è più rapido, l’equatore agisce con maggiore ritardo. Così come in un valzer, i passi iniziano più lentamente nell’alta troposfera e poi prendono velocità quando raggiungono la pista da ballo a livello del mare.

Queste scoperte sono come nuovi capitoli nella cronaca del nostro pianeta, ogni scoperta ci porta più vicini a una comprensione completa dei moti che si nascondono dietro il volto apparentemente immutabile del cielo. Attraverso questa narrazione dettagliata, continuamo a esplorare e apprezzare la maestosa danza della Terra e della sua atmosfera, un duetto straordinario che determina il ritmo dei nostri giorni.

Nelle zone equatoriali, dove l’aria si scalda e si innalza, le anomalie della pressione superficiale possono trovare la loro radice in variazioni insolite della convezione tropicale. In particolare, queste anomalie tendono a raggiungere il loro apice sopra il caldo bacino del Pacifico occidentale, un luogo che si anima con un’intensa attività atmosferica proprio quando la pressione al suolo appare più bassa.

Questa frenesia convettiva, che riscalda l’aria e la spinge verso l’alto, è come una coreografia naturale che risponde al battito di tamburi lontani, interagendo con i venti che scorrono sopra di essa. Non è una coincidenza isolata, ma parte di un balletto globale che coinvolge anche il trasferimento di massa tra le silenziose zone polari e il trambusto tropicale.

La narrazione si fa ancora più affascinante quando ci imbattiamo nelle onde Kelvin, queste straordinarie ondulazioni che attraversano l’oceano Pacifico con incredibile rapidità. Sono come messaggeri che annunciano cambiamenti, marcando il punto in cui le anomale condizioni convettive dei tropici prendono una svolta decisiva. Ma dietro questo veloce passaggio, c’è qualcosa di più grande in gioco: un reale spostamento di massa, un riordino del peso dell’aria su scala mondiale che influisce sulla pressione atmosferica ben oltre l’area immediata dell’onda.

Nella prossima sezione, la 6d, preparati a esplorare questi fenomeni con maggiore dettaglio, poiché sveleremo come le sfumature di questi pattern globali si intreccino per creare il vasto e dinamico mosaico che è il nostro clima.

La Figura 7 ci invita a uno spettacolare viaggio aereo sopra la fascia equatoriale, dove le nubi si raccolgono e si disperdono come fumo su un palcoscenico. È un grafico che mostra come le regioni tra 5° Nord e 15° Sud si illuminano e si oscurano nel gioco della radiazione infrarossa di lunga onda (OLR), che è una sorta di termometro che ci dice quanto calore la Terra sta mandando nello spazio.

Le zone ombreggiate e scure sul grafico segnalano le aree di intensa attività convettiva, luoghi dove le nubi temporalesche si elevano, portando con sé il calore e l’umidità. È qui che la Terra sembra sudare di più, emettendo meno energia verso l’oscurità dello spazio. Queste ombre, come macchie d’inchiostro, sono sparse lungo un nastro che si estende da un’estremità all’altra del grafico, rivelando i punti caldi dell’attività convettiva.

I contorni che percorrono il grafico sono come altitudini su una mappa topografica, indicando dove l’energia si accumula e dove si disperde. Le linee tratteggiate segnano valli di bassa energia, mentre le linee solide indicano creste dove l’energia è più intensa. Non c’è una linea per lo zero; solo le creste e le valli contano in questo paesaggio di energia.

Lungo il fondo, numeri e gradi segnano la longitudine, disegnando un arco intorno alla Terra, mentre il margine destro del grafico sale e scende con i giorni, mostrandoci quando le variazioni di energia hanno avuto luogo. Sulla sinistra, un’altra scala ci svela la media di queste misure di energia, dando un senso di come le cose cambiano nel tempo, ben oltre un singolo luogo o momento.

Quindi, la Figura 7 non è solo un insieme di linee e ombre: è una cronaca vivente dell’energia che fluisce tra cielo e terra, una finestra aperta sul respiro del nostro pianeta che, nel suo silenzio spaziale, parla attraverso la lingua del calore e della luce.

Caratteristiche Sinottiche Durante il Ciclo del Momento Angolare Atmosferico

a. Convezione Tropicale

I nostri studi sul bilancio del Momento Angolare Atmosferico (AAM) ci hanno condotto a indagare come le forze invisibili che spingono i cambiamenti nell’AAM si intrecciano con gli effetti che generano pressione sulla superficie terrestre. Ora volgiamo lo sguardo alle dinamiche globali, analizzando la danza delle nuvole e dei venti attraverso le lenti dell’AAM zonale e globale.

Il palcoscenico su cui si svolge questa rappresentazione è la fascia tropicale, dove le attività convettive oscillano, danzando sul ritmo imposto dalle piscine calde oceaniche tra novembre e marzo. Questo movimento di massa e calore verso l’alto è una chiave di volta nei nostri tentativi di comprendere i cambiamenti dell’AAM. Il loro ritmo è incapsulato nel tracciato della Figura 7, dove l’Oscillazione Madden-Julian (MJO) si mostra come una corrente fluttuante che trascina l’umidità e il calore dall’Africa verso l’immensa piscina calda indo-pacifica, e oltre.

La propagazione verso est, che caratterizza l’MJO, appare più regolare e persistente rispetto ai modelli basati su osservazioni più localizzate. Il nucleo di questa attività convettiva, evidenziato da un’area di anomalie intense, si manifesta con forza al di là della linea del cambio di data, con la zona calda del Pacifico occidentale che funge da punto di massima attività.

Ma la storia non si ferma qui: queste variazioni di convezione, che si rivelano attraverso anomalie nel calore irradiato, sono legate a un ciclo più ampio, uno che coinvolge i movimenti asimmetrici zonali dell’atmosfera e gioca un ruolo critico nel bilancio complessivo dell’AAM. L’MJO non è solo un fenomeno isolato, ma una componente fondamentale che risuona attraverso l’intera circolazione atmosferica.

Guardando oltre l’immagine istantanea di un singolo evento convettivo, vediamo un pattern emergente di forzatura convettiva che giunge al suo apice intorno ai giorni -15 e +16, quando la nuvolosità anomala raggiunge le sue estremità sopra l’oceano Indiano orientale. Tuttavia, è il giorno 0 che segna il punto culminante del ciclo, quando l’anomalia positiva della convezione, un indice di intenso rimescolamento atmosferico, si sposta attraverso l’area di più forte convezione stabile sopra l’Indonesia e le acque calde che si stendono da 80°E a 150°E.

In questo capitolo della narrazione climatica, vediamo come le grandi masse d’aria ascendenti e la calura dei mari tropicali non siano semplicemente delle caratteristiche isolate, ma dei veri e propri attori che modulano la rotazione del nostro pianeta, inserendosi in un balletto cosmico che influenza il fluire del tempo sulla Terra.

b Venti e Trasporti Meridionali a 200 hPa Durante il Ciclo dell’AAM

Nell’affascinante danza dei venti ad alta quota, osserviamo un modello di convergenza che si sposta metodicamente verso i poli, rivelando una danza di forze invisibili che contribuiscono alla circolazione generale dell’atmosfera. Analizzando i dati relativi ai venti a circa 12 chilometri sopra la superficie terrestre, abbiamo rilevato come le variazioni nella velocità e nella direzione dei venti contribuiscano a queste convergenze di momento angolare, con implicazioni significative per il bilancio complessivo dell’AAM.

Per compiere questo viaggio di scoperta, abbiamo utilizzato osservazioni raccolte nel corso di diversi inverni, da fine 1985 a inizio 1992, per studiare come i flussi di aria calda e umida si muovessero e come il loro incontro con diverse fasce atmosferiche portasse a cambiamenti nella distribuzione del movimento atmosferico.

La Figura 8a ci mostra una rappresentazione dettagliata di questo fenomeno, mettendo in evidenza come i flussi di momento a un livello specifico dell’atmosfera possano essere confrontati con i modelli di flusso integrati verticalmente. È emerso che, nelle regioni più vicine all’equatore, i due approcci danno risultati molto simili, ma mano a mano che ci spostiamo verso le latitudini più elevate, le differenze diventano più evidenti, con variazioni che possono arrivare fino a una settimana di distacco temporale.

In questo contesto, abbiamo deciso di concentrare la nostra attenzione sulle dinamiche dei tropici e dei subtropici, regioni cruciali per la comprensione dei grandi movimenti atmosferici. Qui, tra i vortici e i flussi dei venti, possiamo cominciare a scorgere i tratti di un modello più ampio, una trama che si estende ben oltre il singolo dato o evento, intrecciando la forza dei venti tropicali con le sottili correnti dei subtropici in una rete complessa che influisce sulla rotazione stessa del nostro pianeta.

Esplorando il complesso mosaico del bilancio del Momento Angolare Atmosferico, ci imbattiamo nella Figura 8b, che ci rivela quanto delle variazioni nel flusso dell’aria sia dovuto al dialogo tra le normali condizioni atmosferiche e le perturbazioni che si verificano su un periodo di 30-70 giorni. Questa figura dimostra che gran parte di ciò che accade nei tropici e nei subtropici può essere catturato attraverso questo dialogo; in altre parole, l’interazione tra le normali condizioni e le fluttuazioni stagionali ha un ruolo predominante.

Passando poi alla Figura 8c, vediamo dove le nostre previsioni non coincidono perfettamente con la realtà, specialmente nelle latitudini settentrionali. Ciò potrebbe essere causato da una serie di fattori dinamici, ma scendendo nel dettaglio, scopriamo che sono le grandi perturbazioni atmosferiche, quelle che durano più di dieci giorni e hanno un impatto nel range di 30-70 giorni, a lasciare il segno.

Guardando ai contributi relativi alle anomalie del vento, emerge la curiosità di capire se il movimento verso i poli sia principalmente spinto da condizioni medie, come potrebbe essere il trasporto di perturbazioni dalla cella di Hadley, o se invece siano le interazioni tra i vortici atmosferici a guidare questi cambiamenti. L’analisi dettagliata mostra che sia le condizioni medie che i vortici contribuiscono in modo simile al trasporto medio zonale, con gli eddy che creano effetti specchiati da un equatore all’altro, mentre le condizioni medie generano movimenti asimmetrici che attraversano l’equatore diretti verso l’emisfero settentrionale.

Ora siamo pronti a scoprire come le perturbazioni zonali influenzino le grandi onde atmosferiche, dando vita alle variazioni osservate nella convergenza del flusso. La Figura 9 ci porta in un viaggio visivo attraverso una sequenza di mappe che illustrano le perturbazioni negli eddy su un periodo di 30-70 giorni, mescolate con le condizioni climatiche tipiche tra novembre e marzo, per alcuni giorni selezionati del ciclo dell’AAM. E, in parallelo, vediamo come queste perturbazioni si sovrappongano ai valori di OLR, indicando i punti in cui l’atmosfera è particolarmente attiva, con una forte convezione che porta calore e umidità verso l’alto.

Immaginate di osservare il nostro pianeta dall’alto, concentrandoti su una fascia sottile di atmosfera a 200 millibar. La Figura 8 è come una radiografia di questa fascia, che mostra dove e come il movimento dell’aria sta cambiando in altezza.

Nel primo pannello, (a), la mappa ci mostra le zone dove i venti stanno trasportando il movimento zonale dell’aria, e quelle zone sono evidenziate con ombre più scure. È come se stessimo guardando le correnti di un fiume dall’alto, le zone più scure indicano dove la corrente è più forte.

Il pannello (b) ci porta dentro la meccanica di questo processo. Qui vediamo il risultato di una specie di dialogo tra il normale andamento dei venti e le perturbazioni che avvengono su un intervallo di tempo che va dai 30 ai 70 giorni. Le parti ombreggiate ci dicono che, in quelle aree, le variazioni temporanee stanno influenzando notevolmente il flusso normale.

Infine, il pannello (c) ci rivela la differenza tra quello che vediamo nel flusso totale e l’effetto di queste variazioni. È un po’ come quando la musica di sottofondo e la melodia principale si fondono perfettamente, tranne che in alcune zone, dove il contrasto diventa più evidente.

In sintesi, la Figura 8 non ci racconta solo una storia di venti e movimento, ma ci mostra anche come i normali ritmi dell’atmosfera si intrecciano con le variazioni temporanee, creando un mosaico dinamico che gioca un ruolo cruciale nella grande coreografia dell’atmosfera terrestre.

La Figura 9 è come una serie di tre fotografie scattate da un satellite invisibile che cattura le complesse danze atmosferiche ad altissima quota. Ogni immagine ci presenta un giorno diverso nel ciclo vitale dell’atmosfera terrestre, svelandoci forme e pattern che si disegnano sul blu del cielo.

Nel primo scatto, (a), siamo quattro giorni prima del picco di un particolare battito nel cuore pulsante dell’atmosfera, dove le ombre sulle mappe rivelano i luoghi in cui la corrente aerea a grande scala, quella che non possiamo sentire né vedere da terra, si intensifica. Queste zone ombreggiate, piene di azione e movimento, ci indicano dove la funzione di corrente è più forte.

Il secondo momento, (b), ci mostra il giorno in cui l’atmosfera ha raggiunto una tregua nella sua lotta, cinque giorni dopo il punto cruciale. È come se stessimo guardando un oceano dall’alto, le zone più scure indicano i luoghi dove le onde – le onde dell’aria – si alzano più alte.

Il terzo frame, (c), ci trasporta sedici giorni oltre, in un mondo dove il ritmo della convezione atmosferica ha cambiato ancora una volta il suo passo. Qui, vediamo le strutture nascoste che governano le piogge e le tempeste, rivelate dalla linea di contorno spessa che circonda le aree di attività convettiva intensa.

A completare queste immagini, sui lati delle mappe ci sono dei profili che sembrano piccole montagne e valli. Queste non sono altro che rappresentazioni di come il flusso di aria ad alta quota si è distribuito in quelle giornate, con le punte che spiccano verso l’esterno rappresentando l’azione più intensa.

Nel suo insieme, la Figura 9 non solo racconta una storia di venti e temperature, ma illustra anche come la natura, attraverso i suoi cicli e le sue perturbazioni, traccia un disegno più ampio, uno che influenza ogni raggio di sole e ogni goccia di pioggia sulla superficie del nostro pianeta.

Le curve a lato delle mappe nella Figura 9 tracciano un viaggio attraverso le anomalie dei venti che si sviluppano in alto nella troposfera. Ci dicono una storia di come, in determinati giorni, l’atmosfera sovrasta la piscina calda dell’oceano, ora enfatizzando un brusio di attività, ora quietandosi in un sussurro. In questi momenti, sembra che le correnti atmosferiche raccolgano energia dalle regioni equatoriali per poi disperderla nei cieli più distanti dei subtropici, una narrazione ripresa dai simboli “1” che seguono queste correnti.

La mappa stessa ci fornisce un’affascinante visione delle dinamiche atmosferiche. Qui vediamo la rappresentazione grafica delle forze che spingono e tirano l’aria attraverso le varie latitudini. Ombre scure tratteggiano le aree di attività rilevante e i contorni decisi incorniciano le zone di intensa attività convettiva, caratterizzate da fitta nuvolosità e precipitazioni abbondanti.

Quello che queste immagini e linee raccontano è un susseguirsi di modelli di flusso che mutano nel corso dei giorni, con doppi anticicloni e cicloni che si manifestano alternativamente tra l’emisfero orientale e quello occidentale, in un gioco di equilibri che si fa più marcato con la forte convezione sopra l’Indonesia e più sfumato quando la scena si sposta verso Sud America e Africa.

I cambiamenti nei modelli degli eddy sono sottili, ma significativi. Sono le piccole variazioni nell’inclinazione delle onde atmosferiche totali a fare la differenza, specialmente in quei punti sottolineati dalle frecce evidenti sulle mappe. Queste variazioni alimentano o indeboliscono i “pozzi” atmosferici di movimento a seconda che il modello degli eddy sia amplificato o meno.

Questi risultati mettono in luce come l’evolvere delle anomalie nella convezione attraverso la zona calda possa trasformarsi in una serie di ondulazioni asimmetriche zonali che si spostano poleward in un movimento simmetrico. Alcune parti di queste correnti sono direttamente influenzate dalle condizioni medie climatiche, mentre altre nascono dall’interazione di vortici e onde atmosferiche a bassa frequenza. In definitiva, è una rivelazione di come l’atmosfera terrestre, in tutta la sua complessità, organizza il suo ritmo e la sua struttura per modulare la rotazione del nostro pianeta.

c. Torsione del Vento Superficiale Durante il Ciclo dell’AAM

Nel panorama delle forze che modellano il clima del nostro pianeta, la torsione del vento superficiale è un attore chiave. Le nostre osservazioni hanno messo in luce una sorta di danza ritardata tra i movimenti dell’aria in alta quota e quelli che strofinano la superficie della Terra. Nei subtropici, questo ritardo coreografico si manifesta in una successione precisa: la spinta superficiale segue le variazioni più in alto di circa una decina di giorni, mentre più al nord, presso i 45° di latitudine, i passi sono quasi sincronizzati.

Se immaginiamo questi flussi d’aria come onde sonore che si propagano attraverso l’atmosfera, le differenze di tempo tra l’arrivo del suono e l’eco che ne segue variano con il luogo da cui si ascolta. E questa variazione dipende in parte da quanto l’aria “resiste” a muoversi, una resistenza che cambia drasticamente da equatore ai poli.

La Figura 10 ci svela le forme che prende questa resistenza al movimento dell’aria: dove l’aria strofina contro l’aria e l’acqua sottostanti, creando pattern di stress sulla superficie del mare nei giorni più critici di massima e minima attività convettiva sopra l’immensa vasca calda oceanica. Nei subtropici, l’Atlantico e il Pacifico mostrano variazioni significative, rivelando che questo strofinio dell’aria non è un fenomeno isolato al solo Pacifico ma ha un respiro più globale.

Le mappe evidenziano due momenti distinti: un giorno di massima attività, quando i cicloni e gli anticicloni si fanno più marcati, e un giorno di quiete, quando la dinamica si attenua. L’attività convettiva, la danza delle nuvole e delle piogge, si espande vasta sull’Indonesia in un giorno, per poi ritirarsi e crescere altrove, su Sud America e Africa, in un altro.

Queste scene non sono semplici istantanee: esse mostrano come le inclinazioni sottili delle onde atmosferiche, l’angolazione dei venti, contribuiscano al flusso generale di aria e momento. E nel mezzo di tutto questo, la componente meridionale del vento al suolo traccia il passaggio di una cella di Hadley più o meno vigorosa, che a sua volta segue il ritmo delle nuvole tropicali.

La storia che emerge da queste osservazioni è quella di una vasta rete di comunicazione atmosferica: un’onda di pressione che cavalca l’equatore, una massa d’aria che si riorganizza e una serie di anomalie che si muovono in tandem con le oscillazioni della zona calda indo-pacifica. È una narrazione che non solo spiega i momenti di forte pioggia e brillante sole, ma getta anche luce sulle sottili forze che mantengono in movimento il nostro mondo.

d. Massa Atmosferica Durante il Ciclo dell’AAM

Nella danza climatica della Terra, il peso dell’aria—la massa atmosferica—segue un ritmo preciso scandito dal ciclo del Momento Angolare Atmosferico. La Figura 6 ci ha svelato come, proprio come i battiti di un cuore, ci sia un movimento costante di massa tra le regioni calde dei tropici e le zone più fredde extratropicali. Questo movimento di massa è strettamente legato alla pressione superficiale nei tropici, che agisce come una sorta di timone per l’inerzia dell’intera atmosfera.

La Figura 11a ci porta in un viaggio lungo l’equatore, mostrandoci le anomalie della pressione al livello del mare e collegandole a quelle che si verificano nelle latitudini settentrionali elevate. È come se un gigantesco respiro sollevasse e abbassasse la pressione dell’aria, con il continente asiatico come palcoscenico principale per questo scambio di massa.

La mappa mostra momenti di crescente e decrescente pressione—le zone ombreggiate che si addensano sull’Asia e si spostano poi con un ritmo che rispecchia l’onda di un’onda Kelvin equatoriale, fermata solamente dall’incontro con le imponenti Ande. È una rappresentazione visiva di come la Terra trasferisca il peso dell’aria da un’area all’altra, come un maestro d’orchestra che dirige una sinfonia di pressioni e venti.

Nella Figura 11b, queste variazioni di pressione sono messe in rilievo con anomalie nella radiazione infrarossa di lunga onda che segnalano le nuvole e la convezione sopra la piscina calda dell’oceano. Queste anomalie di convezione, una danza di nuvole e pioggia, non solo seguono ma anche guidano le variazioni di pressione, mostrando un’intima connessione tra i temporali tropicali e i sottili cambiamenti della pressione al suolo.

Man mano che queste perturbazioni di convezione si muovono attraverso l’oceano, provocano una cascata di effetti che raggiunge fino in fondo alla superficie terrestre, richiedendo un riallineamento della pressione dell’aria proprio al livello dove noi viviamo e respiriamo. In sostanza, la Figura 11b illustra un affascinante dialogo tra le tempeste sopra i mari caldi e i sussulti di pressione che percorrono il mondo, una conversazione che plasma il clima e la circolazione dell’aria attorno al globo.

La Figura 10 ci invita a osservare una danza invisibile che si svolge tra il vento e il mare. In questo doppio ritratto, le frecce svolazzanti ci raccontano di come il vento accarezza e talvolta spinge con forza la superficie degli oceani. Ogni freccia è un piccolo narratore della forza del vento: la sua direzione indica dove soffia il vento, e la sua lunghezza racconta di quanta energia sta trasmettendo al mare sottostante.

Nel primo pannello (a), ci troviamo in un giorno di grande attività, con il vento che modella gli oceani nel momento più intenso di convezione. Qui le frecce formano una trama densa, una mappa di forze che si estende da un capo all’altro del mondo. Queste non sono semplici fluttuazioni; sono i segni visibili di come l’atmosfera e l’oceano si parlano in un linguaggio di pressione e movimento.

Il secondo pannello (b) ci porta avanti di alcune settimane, in un momento più tranquillo, quando le tempeste si sono calmate e il vento sembra rilassarsi. Le frecce qui sono più sporadiche e leggere, dipingendo un quadro di calma relativa dopo la tempesta.

In entrambe le scene, i contorni delineano le aree dove lo stress del vento raggiunge una soglia nota, servendo da punto di riferimento per misurare le variazioni della spinta del vento da regione a regione.

Questi pannelli non sono solo mappe meteorologiche; sono rappresentazioni di un balletto globale dove ogni movimento del vento e ogni variazione della pressione giocano una parte nel grande spettacolo della dinamica terrestre. Con questa conoscenza, possiamo iniziare a comprendere come il soffio del vento e il ribollire delle nuvole lontano sopra le nostre teste siano connessi agli intricati meccanismi che mantengono il nostro pianeta in un costante e vivace equilibrio.

La Figura 12 dipinge una sequenza di eventi meteorologici che si svolge nel cielo sopra il Pacifico, un po’ come se fosse una partita a scacchi tra aria e mare. In un arco di tempo che va dal giorno +16 al giorno +115, ci viene mostrato un quadro dinamico di nubi e pressioni che si muovono su una scacchiera che abbraccia metà del globo.

Nei pressi della Nuova Guinea, un cambiamento si sta delineando; è come se una cortina si stesse abbassando sulla scena di un teatro di nuvole e pioggia, silenziando la convezione che normalmente anima la regione. E mentre questo silenzio si diffonde, altrove, vicino alla linea del cambio di data, le nuvole seguono un ritmo più indolente, cambiando con una lentezza quasi teatrale.

Sotto questo cielo in trasformazione, un impulso di pressione si fa strada attraverso l’acqua blu profondo dell’oceano Pacifico. Non è un fenomeno caotico, ma una perturbazione che porta con sé un modello, uno schema che si sposta verso est lungo l’equatore, e che sembra sfumare man mano che si allontana, come onde che si dissipano dalla riva.

Quando questo viaggiatore atmosferico incontra l’imponente presenza delle Ande, cambia direzione, dirigendosi verso i poli lungo la costa americana, sebbene una parte di essa riesca a sfuggire attraverso il passaggio di Panama.

È qui che il ritratto si completa con la raffigurazione di un’onda Kelvin, un’entità che è al contempo una creatura del mare e una dell’aria, che segue prima la linea immaginaria dell’equatore, poi l’ostacolo naturale delle montagne. Quest’onda, con la sua potente influenza, è la maestra che dirige i cambiamenti di pressione lungo le Ande, come un direttore che solleva e abbassa la bacchetta in tempi precisi per far sì che la musica suoni giusto.

E sotto la superficie di questo balletto di pressioni e onde si nasconde un fenomeno più sottile: l’aggiustamento geostrofico. È la risposta dell’atmosfera ai cambiamenti nei venti dei subtropici, un processo che fa sì che la massa dell’aria si riorganizzi, seguendo le nuove condizioni imposte dalla danza dei venti e delle nuvole.

In conclusione, la Figura 12 non è solo una serie di immagini; è un capitolo in una storia più grande, quella della circolazione atmosferica del nostro pianeta, una storia che racconta di come l’aria sopra di noi si muove in risposta all’incessante gioco di forze che modella il clima della Terra.

7 Discussione e Conclusioni sul Ciclo del Momento Angolare Atmosferico

All’inizio della nostra esplorazione avevamo posto tre domande fondamentali, e ora possiamo tentare di rispondere con un po’ più di chiarezza.

La prima riguardava il contributo del torque di frizione e quello montano nello scambio di momento angolare tra l’atmosfera e la Terra solida, entro la fascia temporale di 30-70 giorni che ci interessava. Le indagini hanno confermato il loro ruolo cruciale, sebbene la ripartizione esatta tra i due rimanga avvolta in una certa incertezza, a causa di errori ancora presenti nei bilanci globali. La nostra lente si è quindi concentrata sull’emisfero meridionale, dove sospettiamo che la maggior parte di questi errori risieda, specialmente nella misurazione del torque montano, complicato dalla sfida di rappresentare fedelmente le complesse orografie delle Ande.

Il secondo quesito ci ha condotti a esaminare il carattere regionale e il tempismo dei torques all’interno del ciclo dell’AAM. Uno dei risultati più inaspettati è stata l’entità del torque montano attorno alle Ande, che supera notevolmente quello delle medie latitudini dell’emisfero settentrionale. Questo fenomeno sembra essere il risultato di un complesso intreccio di onde di Rossby e di variazioni di massa lungo la cordigliera occidentale sudamericana, scatenate da un’onda di Kelvin atmosferica.

Infine, la terza questione si è concentrata sul torque di frizione nei subtropici, che emerge come il protagonista principale del torque globale. Questo aspetto si divide tra una componente convettiva locale sopra l’Oceano Pacifico e una remota, particolarmente marcata nell’Atlantico e in Africa. Nel frattempo, nell’emisfero meridionale, il torque di frizione è un po’ più timido e pare derivare principalmente da aree come l’Australia, l’est del Pacifico e il Sud America.

La discussione ci ha permesso di intravedere come le terre emerse influenzino i ritmi dell’atmosfera con un effetto più immediato rispetto alle masse d’acqua, che comunicano il loro stress ai confini oceanici in un modo che potrebbe spiegare il piccolo scarto temporale tra le variazioni dell’AAM e quelle della lunghezza del giorno. Il nostro viaggio ci ha svelato un mosaico di forze in gioco, dove terra e cielo, monti e venti, si intrecciano in un dialogo complesso che continua a modellare il delicato equilibrio del nostro pianeta.

Dando uno sguardo al ciclo invernale del Momento Angolare Atmosferico, abbiamo osservato un intreccio dinamico di venti e onde che scambiano energia tra la Terra e la sua atmosfera. La nostra analisi ha iniziato a svelare alcuni dei processi chiave che regolano questo scambio.

Immagina di poter vedere il pianeta da un osservatorio sospeso nel cielo. Intorno al giorno -10, un potente ingranaggio meteorologico, la cella di Hadley, si mette in moto con più energia del solito, facendo risuonare le note alte delle anomalie convettive sopra l’estesa regione calda indo-pacifica. In questo periodo, i venti a bassa quota sembrano prendere un respiro profondo, introducendo una pausa nei ritmi abituali dei venti tropicali e subtropicali.

Questo comportamento del vento è stato in parte attribuito all’azione dei cosiddetti trasporti degli eddy, flussi d’aria che portano con sé impulsi di energia a livello intrasstagionale. E proprio in questi giorni, assistiamo alla massima dispersione del momento da parte degli eddy a 200 metri d’altezza.

Mentre la cella di Hadley guadagna forza, la narrazione climatica si snoda dalla Figura 13a alla sua fase diametralmente opposta nella Figura 13c. Al giorno -10, una fonte di movimento atmosferico si sta formando vicino all’equatore, innesca un circolo d’aria in alto che si adatta al nuovo input di energia. Giunti al giorno +4, la cella di Hadley raggiunge un picco di attività, mentre le più grandi anomalie di convezione corrispondono alle regioni tradizionalmente più attive nei mesi invernali.

In questo scenario si svela un gioco di forze: un pozzo di momento ancora presente vicino ai 20 gradi e una cella di Hadley che non si sta più semplicemente adattando, ma che viene influenzata da una nuova spinta convettiva che indebolisce gli impulsi di vento da est più a nord.

La parte tropicale della storia ci mostra come le fonti di momento create dal trasporto si allontanino dall’equatore, mentre i movimenti di massa ad alta quota si fanno più incisivi e penetrano più in basso, allontanandosi dalla fonte iniziale. Ora, il modello di circolazione d’aria che prende forma a 10 gradi di latitudine mostra la sostituzione di un circolo diretto guidato da convezione e trasporto con un circolo indiretto, il frutto dei movimenti indotti dai trasporti.

In questa narrazione, è come se la Terra stessa respirasse, con l’atmosfera che si gonfia e si ritrae al ritmo di venti e onde, raccontando la storia di un mondo costantemente in movimento.

A metà del ciclo del Momento Angolare Atmosferico (AAM), ci troviamo in un periodo di transizione: la convezione sull’Oceano Indiano si fa più lieve e quella sul Pacifico occidentale inizia a calare. Sopra l’equatore, l’aria alta si muove velocemente verso ovest, mentre vicino alla superficie i venti sembrano perdere slancio. Questi movimenti nell’alta atmosfera continuano a dirigersi verso i poli, trascinando con sé l’aria in superficie. Intanto, un’onda atmosferica parte dal Pacifico occidentale, un messaggero che annuncia cambiamenti nella distribuzione della massa dell’aria tra l’equatore e le latitudini medie.

Nel quadro complessivo delle oscillazioni AAM di 30-70 giorni, i cambiamenti locali delle nuvole e delle piogge nella regione calda indo-pacifica sono come le lancette di un orologio, dettate dal ritmo del Madden-Julian Oscillation. Queste variazioni climatiche generano movimenti nell’aria che iniziano sopra l’Oceano Indiano equatoriale e si diffondono come un eco attraverso il pianeta. Nel contesto stagionale, queste onde d’aria modellano il trasporto di momento atmosferico, spingendo i venti dai tropici verso i poli, e dando vita a un continuo fluire di energie.

La risposta dell’atmosfera a questi movimenti d’aria, che dipende dalla latitudine, e la reazione dei venti superficiali al gioco delle nuvole, si fondono per creare una torsione globale della frizione. Tuttavia, restano ancora molte domande aperte su come tutti questi pezzi si incastrino perfettamente nel puzzle del clima terrestre. Gli scienziati devono ancora decifrare i retroscena di questo grande spettacolo, in cui la superficie del nostro pianeta e l’atmosfera interagiscono, influenzandosi a vicenda.

In particolare, dobbiamo ancora capire fino a che punto i trasporti degli eddy, quei fiumi d’aria che scorrono appena sotto il confine della stratosfera, influenzino da soli le principali dinamiche del ciclo AAM globale. Forse, potremmo avventurarci ancora più in profondità in questa indagine con l’aiuto di modelli numerici semplificati, che ci permettano di simulare e comprendere meglio come un’onda che oscilla possa plasmare l’aria che respiriamo.

Esplorando le variazioni del Momento Angolare Atmosferico (AAM) su un ciclo intrasstagionale, il nostro studio getta una luce nuova rispetto a precedenti ricerche che si sono avvalse di modelli più semplici, come quelli su un pianeta completamente coperto d’acqua o modelli baroclinici basilari. Questi ultimi studi, pur fornendo intuizioni preziose, potrebbero non aver catturato alcuni dei processi fisici cruciali che abbiamo identificato, soprattutto per quanto concerne i movimenti di massa e i trasporti atmosferici. Una delle differenze più notevoli riguarda il movimento polare delle anomalie dell’AAM, un fenomeno che abbiamo osservato ma che non è stato replicato in tali studi precedenti.

Arrivando alle conclusioni, diventa evidente che i trasporti dell’AAM giocano un ruolo fondamentale nel legame tra il Madden-Julian Oscillation (MJO) e l’AAM. Abbiamo scoperto che le anomalie del vento filtrate nella troposfera superiore, evolvendo attraverso un flusso climatologico che varia zonalmente, sono responsabili della maggior parte di questi trasporti. Questa dinamica conferisce al collegamento MJO-AAM un carattere lineare, permettendoci di delineare con accuratezza l’oscillazione attraverso metodi compositi e di regressione lineare.

Tuttavia, mentre possiamo quasi chiudere il cerchio su questa particolare oscillazione, ci troviamo di fronte a nuove sfide quando cerchiamo di comprendere i trasporti non lineari che avvengono nelle medie latitudini settentrionali. Questi aspetti richiedono un’analisi più approfondita e sofisticata, suggerendo che, nonostante i progressi fatti, il nostro viaggio alla scoperta dei segreti dell’atmosfera terrestre è tutt’altro che concluso.

Nella Figura 11, ci troviamo di fronte a un’immagine che è come un diario di bordo dell’atmosfera terrestre, tracciando le trame di pressione e di convezione attraverso le linee del tempo e della longitudine. Il pannello (a) ci presenta uno spaccato delle anomalie della pressione a livello del mare, con una lente di ingrandimento sui tropici e, sovrapposto, uno sguardo alle latitudini settentrionali. Le zone stipple mostrano dove la pressione spicca verso l’alto, mentre le aree tratteggiate o incrociate ci svelano dove si abbassa. È una danza di alti e bassi che si snoda lungo il globo, raccontandoci di masse d’aria che si spostano e cambiano, oscillando tra l’equatore e le regioni polari.

Nel pannello (b), la narrazione si arricchisce con i dettagli dell’OLR, che ci parla dell’energia irradiata dalla Terra nello spazio. Anche qui, la puntinatura evidenzia gli eccessi, mentre le tratteggiature marcano i deficit, offrendoci indizi sulle regioni dove le nuvole si addensano e dove si diradano, rivelando tempeste in fermento e cieli sereni.

Guardando entrambi i pannelli, diventiamo spettatori di un fenomeno globale in cui pressione e convezione si intrecciano in una reciproca influenza. Si dipana così una storia di movimenti e cambiamenti, un puzzle climatico dove ogni pezzo è connesso agli altri, e dove ogni variazione ha un suo posto e una sua ragione nel grande schema del clima del nostro pianeta.

Immaginate di scorrere un album di fotografie aeree del nostro pianeta, con scatti che catturano l’evoluzione di tempeste e cieli sereni sul Pacifico, in quattro giorni consecutivi.

Giorno +6: In questa prima immagine, un pattern di pressione elevata sembra disegnare un arco delicato al largo delle coste sudamericane, mentre al centro del Pacifico le nuvole si addensano, suggerendo una scena carica di pioggia imminente.

Giorno +9: Scorrendo avanti, l’occhio cattura il movimento est dell’aria densa, mentre l’energia convettiva segue una traiettoria simile, ancora intensa ma con un leggero slittamento ad est, quasi come se la terra respirasse e con il suo respiro spostasse nuvole e pressioni.

Giorno +12: Nella terza istantanea, la pressione continua il suo viaggio attraverso l’oceano, accompagnata da un’orchestra di convezione che ora sembra rinvigorita più a est, una testimonianza del dinamismo incessante dell’atmosfera terrestre.

Giorno +15: Nell’ultimo scatto, l’attenzione è rapita dalle anomalie di pressione che si rivelano più nette e diffuse attraverso il Pacifico centrale ed orientale. Le nuvole si estendono, diffuse, portando con sé promesse di pioggia anche più a est.

Insieme, queste quattro immagini ci offrono un racconto visivo della natura mutevole del nostro clima e del suo comportamento imprevedibile. È come osservare le maree, ma in aria: masse d’aria che si sollevano e cadono, e con loro le sorti del tempo.

La Figura 13 è una specie di fumetto meteorologico che ci guida attraverso un viaggio dinamico nell’atmosfera del nostro pianeta, mostrandoci come cambia il flusso di aria durante le oscillazioni del Momento Angolare Atmosferico (AAM) globale.

Giorno -10: Siamo a una svolta, dove il momento atmosferico raggiunge un punto di minimo. L’aria si muove in maniere insolite: da un lato abbiamo venti più forti da ovest, indicati dai cerchi con punti, e dall’altro venti più deboli da est, mostrati dai cerchi con le ‘x’. Le doppie cerchiature sottolineano dove questi venti raggiungono il loro picco. Nella parte alta dell’immagine, frecce in movimento illustrano come il momento si stia spostando, con i cerchi ‘1’ che segnalano dove il vento zonale sta crescendo a causa di questi spostamenti.

Giorno -4: La situazione si intensifica, con un forte aumento della torsione frizionale – la forza che frena il flusso d’aria come un’attrito – e della convergenza del vento. I cerchi indicano la presenza di nubi pesanti e pioggia nell’area estesa tra il Medio Oriente e parte del Pacifico.

Giorno +6: La scena finale mostra il culmine di quest’attività con i venti occidentali che si spingono al massimo sull’equatore e una diminuzione di nubi e pioggia su una vasta area, lasciando intuire una pausa nell’incessante danza atmosferica.

In ogni pannello, la curva in basso suggerisce come la pressione al livello del mare entra nella danza, accompagnando il ritmo imposto dal ciclo dell’AAM.

Insieme, queste tre istantanee ci forniscono una finestra sulla danza invisibile che si svolge sopra di noi. Le frecce e i segni ci permettono di intravedere i passi di questa danza, capendo meglio come l’aria si muova, dove si accumula e dove si dirada, e infine come tutti questi elementi si legano al ritmo più grande del clima globale.

Appendice A: Stima del Coefficiente di Attrito Terrestre

Nel tentativo di ricreare i risultati di uno studio precedente durante l’inverno iniziale del 1985, abbiamo adottato un approccio diverso per calcolare le forze di attrito generate dal vento sulla superficie terrestre. Al posto di affidarci direttamente ai dati di un modello di circolazione generale, abbiamo optato per un metodo basato sull’analisi dei venti superficiali. Questa scelta ci ha portato a scoprire discrepanze significative, soprattutto nelle zone dove la terraferma predomina.

Approfondendo il confronto con uno studio di White del 1992, che si basava su dati di pressione superficiale e stress del vento derivati dalle previsioni meteorologiche, abbiamo notato differenze particolarmente evidenti nel calcolo del torque di frizione. L’analisi di White includeva l’effetto dell’attrito delle onde di gravità, un fattore che il nostro studio non considerava. Nonostante ciò, i calcoli sui torques montani concordavano sorprendentemente bene, mentre quelli sul torque di frizione evidenziavano discrepanze più marcate.

Questa osservazione ci ha portati a rivedere la nostra assunzione iniziale che prevedeva un unico coefficiente di attrito sia per le superfici terrestri che per quelle oceaniche. Ajustando il coefficiente di attrito specifico per la terra a un valore di 6.5 x 10-3, abbiamo ottenuto risultati che si allineavano più strettamente con le osservazioni, sebbene persistessero ancora delle differenze.

Questa esperienza mette in luce quanto sia complesso rappresentare gli effetti dell’attrito superficiale nel nostro pianeta, che non possono essere adeguatamente catturati da un semplice set di numeri. Nonostante ciò, l’approccio semplificato adottato ha dimostrato di essere sufficientemente valido per gli scopi del nostro studio, come suggerito dalla corrispondenza stretta tra i nostri calcoli e le variazioni stagionali del Momento Angolare Atmosferico relativo globale, soprattutto nell’emisfero settentrionale. Questa avventura attraverso i dati e i modelli ci svela ancora una volta l’immensa complessità e la bellezza sottostante ai sistemi dinamici del nostro pianeta.

Appendice B: La Danza dei Trasporti di Momento: Il Duello tra Eddy Zonali e Perturbazioni Medie Zonali

All’interno del vasto teatro atmosferico, dove i venti si intrecciano in un balletto continuo, la Figura B1 ci offre una finestra privilegiata su un aspetto fondamentale di questa coreografia: la convergenza del flusso di momento. Qui, si distingue il contributo di due distinti gruppi di danzatori: gli eddy zonali e le perturbazioni medie zonali. Entrambi giocano ruoli cruciali nel trasporto di momento attraverso l’atmosfera, ma con stili marcatamente diversi.

La componente degli eddy, come vediamo nella Figura B1a, è come un ensemble che esegue movimenti simmetrici da una parte all’altra dell’equatore, creando un’armonia di fonti e pozzi di momento che si rispecchiano perfettamente. Questi eddy zonali, con i loro passi calcolati, sono responsabili di una parte significativa del trasporto di momento, seguendo percorsi definiti dalla struttura sinottica del clima, già descritti nel corpo principale del nostro studio.

Dall’altro lato del palcoscenico, nella Figura B1b, le perturbazioni medie zonali disegnano pattern asimmetrici. Questi movimenti non sono meno importanti, ma introducono una variazione nel tema, suggerendo un dialogo più complesso con l’ambiente climatico. I trasporti causati da questa componente, illustrati non nella convergenza del flusso ma nei movimenti stessi (Figura B1c), rivelano come il vento zonale medio di perturbazione, in sinergia con la cella di Hadley climatologica, porti a oscillazioni di trasporto particolarmente evidenti alle latitudini più settentrionali.

Questa sottile interazione tra i trasporti degli eddy zonali e quelli medi zonali ci racconta di una rete di influenze reciproche, dove le grandi correnti stagionali, come la cella di Hadley e il getto zonale medio invernale, giocano un ruolo chiave. In questo contesto, i trasporti medi zonali non sono semplicemente un sottofondo alla narrazione principale degli eddy, ma agiscono come una forza che modifica e arricchisce la storia, aggiungendo profondità e complessità alla trama di forze che guidano l’oscillazione del Momento Angolare Atmosferico.

Alla fine, quello che emerge da questo studio non è solo una maggiore comprensione di come il momento si muova attraverso l’atmosfera, ma anche una più profonda ammirazione per la complessa bellezza dei processi dinamici che sostengono il sistema climatico del nostro pianeta.

Appendice C: Il Ritardo Temporale tra la Convergenza del Flusso di Momento e il Torque di Frizione

Nel tentativo di comprendere meglio le dinamiche del ciclo del Momento Angolare Atmosferico (AAM) su una scala temporale di 30-70 giorni, ci siamo avventurati in un’analisi più dettagliata della fase relativa tra i vari componenti del bilancio AAM zonale. Una parte fondamentale di questa indagine riguarda la relazione tra la convergenza del flusso di momento e il torque di frizione, due forze invisibili che danzano insieme nel vasto cielo sopra di noi.

In questa appendice, abbiamo esplorato come le anomalie del vento filtrate influenzano la distribuzione del momento nell’atmosfera e come questo si relaziona con il torque di frizione, un’azione simile all’attrito che il vento esercita sulla superficie terrestre. Abbiamo cercato di semplificare la nostra comprensione, lasciando da parte alcuni dei giocatori più complicati come i torque di Coriolis e montano, per concentrarci sulla coreografia principale.

Abbiamo poi approssimato la torsione di frizione come se fosse la risposta dell’atmosfera a questo delicato tocco sulla sua superficie, un po’ come un dito che sfiora l’acqua, creando onde che si propagano lontano. Questo tocco, o torque di frizione, viene visto come un’influenza diretta sul vento stesso che si muove attraverso l’atmosfera, con l’idea che ci sia un ritardo di fase tra queste due forze, che varia a seconda della posizione sulla Terra.

Sorprendentemente, le nostre osservazioni suggeriscono che alle medie e alte latitudini, dove le forze in gioco sono bilanciate in modo diverso rispetto ai tropici, il ritardo tra il flusso di momento e il torque di frizione potrebbe essere minimo o addirittura inesistente. Nei tropici, tuttavia, dove il ballo delle forze atmosferiche suona una melodia diversa, ci aspettiamo un ritardo più marcato, forse di circa un quarto di ciclo, o circa 12 giorni.

Questa panoramica ci offre un’affascinante visione di come gli intricati meccanismi che governano il nostro clima si intrecciano e interagiscono, seguendo un ritmo che è sia prevedibile che misteriosamente complesso. In effetti, quest’analisi sottolinea quanto ancora ci sia da scoprire e comprendere sulle danze nascoste che si svolgono nella vastità dell’atmosfera terrestre.

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