La Niña, riscaldamenti stratosferici improvvisi e NAO: come ENSO può mascherare la risposta del Nord Atlantico nelle previsioni stagionali C3S

La comprensione delle interazioni tra stratosfera tropicale ed extratropicale, variabilità oceanica e circolazione troposferica rappresenta uno dei problemi più complessi e al tempo stesso più promettenti della moderna previsione atmosferica alle scale sub-stagionali e stagionali. In questo contesto si inserisce lo studio di Martínez-Andradas, de la Cámara, Zurita-Gotor e Butler, pubblicato nel 2025 su Geophysical Research Letters con il titolo La Niña Obscures the North Atlantic Response to Sudden Stratospheric Warmings in C3S Seasonal Forecasts. Gli autori affrontano un interrogativo di notevole rilevanza dinamica e previsionale: in quale misura lo stato dell’El Niño–Southern Oscillation, e in particolare la presenza di La Niña, modifica la risposta della circolazione del Nord Atlantico a un riscaldamento stratosferico improvviso? Utilizzando l’ampio insieme di previsioni stagionali multi-modello del Copernicus Climate Change Service, C3S, lo studio dimostra che non è sufficiente conoscere l’avvenuta perturbazione del vortice polare per dedurre automaticamente l’evoluzione successiva della troposfera. Il segnale stratosferico interagisce infatti con lo stato dinamico preesistente dell’atmosfera, e l’ENSO costituisce uno dei principali fattori in grado di modificare, rafforzare o mascherare tale risposta.

I riscaldamenti stratosferici improvvisi, generalmente indicati con l’acronimo SSW, costituiscono alcune delle più spettacolari perturbazioni della circolazione atmosferica invernale dell’emisfero boreale. Durante questi eventi il vortice polare stratosferico, normalmente caratterizzato in inverno da intensi venti occidentali che circondano l’Artico, può indebolirsi drasticamente, deformarsi, spostarsi dal Polo oppure dividersi in due strutture distinte. Nei major SSW il processo può culminare nell’inversione dei venti zonali climatologicamente occidentali nella stratosfera polare. Tuttavia, l’importanza meteorologica degli SSW non deriva soltanto dall’eccezionalità della perturbazione stratosferica. Una vasta letteratura scientifica ha infatti dimostrato che le anomalie associate al vortice polare possono propagarsi verso gli strati inferiori dell’atmosfera e modificare la circolazione troposferica per diverse settimane. Lo studio classico di Baldwin e Dunkerton del 2001 rappresentò una tappa fondamentale nella comprensione di questo processo, mostrando che grandi anomalie della circolazione stratosferica possono essere seguite, nell’arco di circa due mesi, da modificazioni persistenti dei regimi atmosferici troposferici e delle distribuzioni di probabilità della Arctic Oscillation e della North Atlantic Oscillation.

Questa propagazione verso il basso non deve essere interpretata come una semplice trasmissione verticale lineare dell’anomalia. L’accoppiamento stratosfera–troposfera coinvolge una complessa riorganizzazione dell’interazione tra flusso medio, onde planetarie, onde sinottiche e corrente a getto. Quando il vortice polare viene fortemente perturbato e l’anomalia stratosferica riesce a raggiungere la bassa stratosfera, aumenta statisticamente la probabilità che nella troposfera si sviluppi una configurazione assimilabile alla fase negativa del Northern Annular Mode e, nel settore atlantico, della North Atlantic Oscillation. Tale configurazione è frequentemente associata a un indebolimento del gradiente di pressione tra le latitudini subtropicali e subpolari dell’Atlantico settentrionale e a uno spostamento verso latitudini più basse della corrente a getto extratropicale e della storm track nordatlantica. Ne consegue una redistribuzione delle traiettorie delle perturbazioni, delle masse d’aria e delle anomalie di temperatura e precipitazione su vaste aree dell’emisfero boreale.

In termini climatologici, questo rappresenta ciò che viene spesso definito come la risposta troposferica “canonica” a un SSW. In seguito a un forte indebolimento del vortice polare, la probabilità di NAO negativa tende ad aumentare e il getto nordatlantico mostra una maggiore propensione a spostarsi verso sud. Le conseguenze possono estendersi dall’Atlantico settentrionale all’Europa, al Mediterraneo, all’Asia settentrionale e al Nord America. Non si tratta tuttavia di una relazione deterministica. Un SSW non implica automaticamente una NAO negativa, né determina necessariamente un’irruzione fredda in una specifica regione. L’effetto principale consiste piuttosto in una modifica delle probabilità dei diversi regimi atmosferici. Questo aspetto è essenziale per una corretta interpretazione meteorologica: la stratosfera modifica lo spazio delle configurazioni troposferiche più probabili, ma la realizzazione effettiva dipende anche dall’evoluzione interna della troposfera e dalle condizioni di fondo presenti nel sistema climatico.

La notevole variabilità della risposta costituisce infatti uno dei risultati più importanti emersi negli ultimi anni. Afargan-Gerstman e Domeisen, analizzando 26 SSW, hanno mostrato che circa due terzi degli eventi erano seguiti dalla risposta canonica, caratterizzata dallo spostamento verso sud del getto atlantico, mentre circa un terzo mostrava una risposta differente, con uno spostamento verso nord della corrente a getto. Lo studio evidenziava inoltre come le condizioni atmosferiche nel Pacifico settentrionale potessero contribuire a determinare il segno della successiva risposta atlantica attraverso la propagazione e l’interazione delle perturbazioni sinottiche tra Pacifico e Atlantico. Questo risultato ha rappresentato un importante superamento della visione secondo cui la troposfera del Nord Atlantico risponderebbe passivamente allo stato della stratosfera: la risposta è invece il prodotto di un’interazione tra il forcing stratosferico e la dinamica troposferica già esistente.

Il successivo lavoro di Martínez-Andradas, de la Cámara e Zurita-Gotor, pubblicato nel 2023 sul Journal of Climate, ha approfondito proprio questa differenza tra SSW seguiti da uno spostamento equatoriale del jet e SSW associati invece a una risposta verso il polo. Utilizzando le rianalisi per il periodo 1950–2020, gli autori hanno riscontrato che gli eventi seguiti dalla risposta canonica presentavano un segnale del Northern Annular Mode più intenso e persistente nella bassa stratosfera. Al contrario, la risposta non canonica del getto mostrava legami con anomalie della circolazione sul Pacifico settentrionale centrale, a loro volta connesse alla fase fredda dell’ENSO, cioè La Niña. Il risultato suggeriva quindi già l’esistenza di un legame tra condizioni tropicali del Pacifico, stato della circolazione pacifica extratropicale e capacità di un SSW di produrre la tipica risposta negativa della NAO.

Il nuovo studio di Martínez-Andradas e colleghi del 2025 porta questa interpretazione a un livello ulteriore grazie all’utilizzo delle previsioni stagionali C3S. L’ampia numerosità degli ensemble disponibili nei sistemi previsionali permette infatti di disporre di un campione di SSW molto più vasto rispetto a quello fornito dalla sola osservazione atmosferica. Questo aspetto è cruciale. I major SSW sono eventi relativamente poco frequenti e il record osservativo moderno comprende un numero limitato di casi, rendendo difficile separare statisticamente l’influenza della stratosfera da quella dell’ENSO e dalla variabilità interna della troposfera. Un grande ensemble multi-modello consente invece di confrontare numerose realizzazioni atmosferiche caratterizzate da condizioni oceaniche simili ma evoluzioni stratosferiche differenti, fornendo una sorta di laboratorio numerico nel quale è possibile isolare con maggiore efficacia le diverse componenti della variabilità. Lo studio C3S dimostra che i modelli stagionali riescono a riprodurre una parte sostanziale dell’eterogeneità della risposta troposferica agli SSW osservata nelle rianalisi.

Il risultato probabilmente più significativo è che gli SSW aumentano la probabilità di uno spostamento verso l’equatore del getto nordatlantico e di una configurazione NAO negativa sia durante El Niño sia durante La Niña. Pertanto, La Niña non elimina il meccanismo di accoppiamento stratosfera–troposfera. È proprio questa distinzione a essere fondamentale. Se si osservasse soltanto il composito atmosferico successivo agli SSW durante gli inverni di La Niña, si potrebbe erroneamente concludere che il segnale stratosferico sia debole o assente. Confrontando invece membri dell’ensemble caratterizzati dallo stesso stato ENSO, ma distinguendo quelli nei quali avviene un SSW da quelli nei quali il vortice non subisce un analogo collasso, emerge che anche durante La Niña l’SSW tende a spostare la circolazione verso una configurazione relativamente più meridionale e verso valori relativamente più negativi della NAO. La differenza è che il punto di partenza della circolazione è diverso.

Questo concetto può essere interpretato come una sovrapposizione dinamica tra due influenze atmosferiche che agiscono simultaneamente sul Nord Atlantico. L’ENSO modifica la circolazione planetaria attraverso una serie di teleconnessioni generate dalle anomalie della convezione tropicale, dalla redistribuzione del riscaldamento diabatico e dalla conseguente emissione e propagazione di onde di Rossby. L’influenza dell’ENSO non rimane confinata al Pacifico tropicale, ma può raggiungere il Pacifico settentrionale, la stratosfera e successivamente il settore euro-atlantico. La review di Domeisen, Garfinkel e Butler sull’interazione tra ENSO e stratosfera ha mostrato come la teleconnessione ENSO–stratosfera comprenda numerosi meccanismi, con differenze sostanziali tra El Niño e La Niña e una significativa dipendenza dallo stato della circolazione extratropicale.

Durante El Niño, in termini medi, la configurazione della circolazione può risultare più favorevole all’indebolimento del vortice polare stratosferico e a una successiva risposta troposferica orientata verso la fase negativa dei modi anulari. Durante La Niña, invece, parte della risposta atmosferica di fondo tende a opporsi alla configurazione tipicamente prodotta dalla propagazione verso il basso di un’anomalia stratosferica negativa. Quando sopraggiunge un SSW, dunque, la forzante stratosferica e quella associata a La Niña possono esercitare sul Nord Atlantico influenze di segno opposto. Il risultato finale osservato non è necessariamente l’annullamento fisico dell’effetto del SSW, ma una sua parziale compensazione nella circolazione totale. È precisamente in questo senso che gli autori utilizzano il concetto di “oscuramento” o masking: La Niña maschera il segnale canonico del SSW perché modifica preventivamente lo stato medio su cui il forcing stratosferico deve agire.

Durante El Niño, al contrario, le due influenze risultano mediamente più concordi. Il segnale associato al SSW tende quindi a emergere con maggiore chiarezza nel campo atmosferico totale. Il getto nordatlantico può mostrare uno spostamento meridionale più evidente e la firma negativa della NAO può risultare più facilmente riconoscibile. Lo studio del 2025 indica inoltre che lo spostamento equatoriale del jet associato agli SSW è maggiore durante El Niño rispetto a La Niña e suggerisce che una parte di questa differenza possa derivare dalla maggiore o minore intensità delle anomalie nella bassa stratosfera. Questo punto assume particolare rilievo perché numerosi lavori precedenti hanno evidenziato come la persistenza delle anomalie stratosferiche alle quote inferiori rappresenti uno dei fattori maggiormente associati alla possibilità di osservare una successiva risposta troposferica.

La bassa stratosfera può infatti essere considerata un’importante regione di transizione nell’accoppiamento verticale. Una perturbazione molto intensa nella media o alta stratosfera non garantisce necessariamente un forte impatto superficiale se l’anomalia non persiste e non penetra efficacemente verso quote inferiori. Al contrario, anomalie più durature nella bassa stratosfera possono interagire per settimane con il flusso troposferico sottostante, alterando la posizione del jet e il comportamento delle onde sinottiche. La risposta superficiale dipende quindi non soltanto dall’intensità iniziale del riscaldamento stratosferico, ma anche dalla struttura verticale dell’evento, dalla persistenza del segnale, dal flusso d’onda successivo all’SSW e dallo stato troposferico nel quale il segnale discendente viene inserito.

Questa interpretazione permette anche di comprendere perché classificare rigidamente gli SSW come eventi che “producono freddo” oppure “non producono freddo” costituisca una semplificazione eccessiva. La risposta primaria interessa i regimi della circolazione su larga scala. Una NAO negativa e uno spostamento meridionale del getto possono favorire determinate configurazioni meteorologiche, ma la distribuzione concreta delle anomalie termiche dipende dalla longitudine dei blocchi anticiclonici, dalla posizione delle depressioni, dall’estensione delle masse d’aria continentali, dalla configurazione delle onde planetarie e da numerosi altri fattori. Due SSW caratterizzati da una perturbazione stratosferica apparentemente simile possono quindi produrre conseguenze molto diverse sull’Europa occidentale, centrale o mediterranea.

Sul piano climatico europeo, la posizione del jet nordatlantico riveste un’importanza fondamentale perché governa in larga misura la traiettoria delle perturbazioni provenienti dall’Atlantico. Quando il getto e la storm track si spostano verso sud, le regioni mediterranee possono trovarsi più frequentemente lungo il percorso dei sistemi depressionari, mentre l’Europa settentrionale può sperimentare una riduzione della normale attività ciclonica atlantica. Gli SSW sono stati associati, in media, a un aumento della probabilità di condizioni fredde in alcune regioni dell’Eurasia settentrionale e a modificazioni significative della distribuzione delle precipitazioni, compreso un aumento delle precipitazioni sull’Europa meridionale. Il lavoro di Martínez-Andradas et al. richiama esplicitamente questo quadro e sottolinea che tali impatti sono probabilistici e fortemente dipendenti dallo stato atmosferico concomitante.

Per il Mediterraneo ciò significa che l’eventuale influenza di un SSW dovrebbe essere valutata all’interno di un quadro molto più ampio rispetto alla sola evoluzione del vento zonale stratosferico. La fase ENSO, lo stato precedente della NAO, la posizione del getto, la configurazione delle onde planetarie, il blocking atlantico ed euroasiatico e la persistenza delle anomalie della bassa stratosfera costituiscono tutti elementi potenzialmente rilevanti. La ricerca più recente suggerisce pertanto di abbandonare interpretazioni lineari del tipo “SSW uguale NAO negativa” in favore di una valutazione condizionata: un SSW modifica la probabilità della NAO negativa, ma l’entità dello spostamento dipende dal background climatico nel quale avviene l’evento.

Il ruolo del Pacifico assume inoltre un significato particolare. Afargan-Gerstman e Domeisen avevano già evidenziato che il comportamento della storm track pacifica può contribuire a determinare la risposta successiva dell’Atlantico attraverso la propagazione delle perturbazioni sinottiche. Il lavoro del 2023 di Martínez-Andradas e colleghi aveva poi collegato la risposta non canonica del jet atlantico a specifiche anomalie sul Pacifico settentrionale centrale e alla presenza di La Niña. Lo studio del 2025 chiude idealmente questo percorso scientifico mostrando, attraverso l’enorme campione offerto dalle previsioni stagionali C3S, che il legame non rappresenta soltanto una curiosità statistica del limitato record osservativo, ma compare anche nei sistemi modellistici.

Un altro aspetto fondamentale riguarda la prevedibilità. La stratosfera è ormai riconosciuta come una componente importante della previsione sub-stagionale, proprio perché alcune anomalie del vortice polare hanno tempi di decadimento relativamente lunghi rispetto alla normale memoria della troposfera. Dopo un SSW, la persistenza del segnale stratosferico può fornire informazioni utili sull’evoluzione media della circolazione per alcune settimane. Tuttavia, la presenza di una maggiore prevedibilità potenziale non significa necessariamente che ogni previsione deterministica diventi più accurata. L’utilità del segnale è soprattutto probabilistica: conoscendo lo stato della stratosfera e le altre forzanti a lenta evoluzione, è possibile modificare le probabilità assegnate ai differenti scenari troposferici.

Da questo punto di vista, ENSO e stratosfera non dovrebbero essere trattati come predittori indipendenti. Lo studio C3S mostra precisamente che considerarli separatamente rischia di condurre a una rappresentazione incompleta della prevedibilità. Un inverno di La Niña con vortice polare molto forte, un inverno di La Niña interessato da un major SSW e un inverno di El Niño interessato dallo stesso tipo di evento stratosferico non costituiscono situazioni dinamicamente equivalenti. La risposta del Nord Atlantico deriva dall’interazione delle diverse componenti e non dalla semplice somma di segnali climatologici isolati.

Questo problema assume ulteriore importanza per i sistemi di previsione stagionale. I modelli devono infatti rappresentare correttamente sia la teleconnessione ENSO sia la dinamica del vortice polare, la propagazione delle onde planetarie, l’accoppiamento stratosfera–troposfera e la risposta del jet nordatlantico. Errori sistematici in uno di questi elementi possono propagarsi lungo l’intera catena causale. Studi recenti dedicati ai sistemi sub-stagionali hanno evidenziato come rimangano differenze modellistiche nella rappresentazione della stratosfera extratropicale e del suo accoppiamento con la troposfera, confermando che questo settore costituisce ancora un’importante frontiera di sviluppo per le previsioni atmosferiche.

L’approccio multi-modello del C3S è particolarmente utile proprio perché consente di verificare quali caratteristiche emergano sistematicamente attraverso sistemi previsionali differenti. Il fatto che i modelli riescano a riprodurre una maggiore presenza di risposte caratterizzate da un jet spostato verso nord dopo gli SSW durante gli inverni di La Niña rafforza l’ipotesi secondo cui la modulazione ENSO sia una componente reale e fisicamente significativa del sistema, e non soltanto il risultato casuale del ridotto numero di SSW presenti nelle osservazioni. Al tempo stesso, gli autori sottolineano implicitamente la necessità di interpretare i compositi con attenzione: il segnale atmosferico assoluto osservato dopo un SSW può apparire modesto anche quando l’effetto dinamico dell’SSW, valutato rispetto a un appropriato stato di controllo, è significativo.

È proprio questo uno dei contributi concettuali più importanti dello studio. In climatologia delle teleconnessioni, il significato di una risposta atmosferica dipende fortemente dal riferimento rispetto al quale essa viene calcolata. Durante La Niña, confrontare semplicemente la circolazione successiva agli SSW con una climatologia generale può nascondere parte del segnale, perché la climatologia condizionata a La Niña possiede già caratteristiche differenti. Il confronto tra membri SSW e membri non-SSW all’interno dello stesso background ENSO permette invece di isolare più efficacemente il contributo specifico della perturbazione stratosferica. È quindi possibile che un composito mostri una NAO non particolarmente negativa in termini assoluti, pur essendo la circolazione nettamente più negativa rispetto a ciò che sarebbe avvenuto, statisticamente, in assenza del riscaldamento stratosferico.

Questo principio possiede importanti implicazioni per l’interpretazione operativa delle previsioni. In presenza di La Niña, un eventuale SSW non dovrebbe essere considerato irrilevante soltanto perché il composito storico suggerisce una risposta superficiale meno evidente. Il suo impatto deve piuttosto essere valutato come uno spostamento delle probabilità rispetto allo stato atmosferico condizionato da La Niña. Analogamente, durante El Niño una risposta post-SSW particolarmente marcata potrebbe derivare in parte dalla sovrapposizione costruttiva tra la teleconnessione tropicale e quella stratosferica. Separare questi contributi è essenziale per evitare di attribuire interamente alla stratosfera un segnale che nasce invece dall’interazione di più sorgenti di prevedibilità.

Anche gli estremi meteorologici devono essere considerati in questa prospettiva. Lo studio evidenzia che l’interazione tra le modificazioni dinamiche prodotte dagli SSW e il background termodinamico associato all’ENSO influenza le probabilità regionali di condizioni fredde e umide. Ciò significa che l’effetto di un SSW non può essere descritto soltanto mediante un indice medio come la NAO. Gli impatti locali dipendono dalla combinazione tra circolazione e stato termico preesistente dell’atmosfera e degli oceani. Due configurazioni dinamicamente simili possono pertanto produrre anomalie superficiali differenti se inserite in differenti condizioni ENSO.

Nel quadro più generale della scienza delle previsioni sub-stagionali e stagionali, questi risultati sostengono una visione sempre più orientata verso la cosiddetta previsione condizionata. Non è sufficiente chiedersi quale sia la risposta media a un SSW, quale sia la risposta media a El Niño o quale sia la risposta media a La Niña. Diventa necessario chiedersi quale sia la risposta a un SSW quando esso si verifica durante El Niño, durante La Niña, con un determinato stato della bassa stratosfera, in presenza di uno specifico regime pacifico e con una determinata configurazione iniziale del getto atlantico. L’aumento delle dimensioni degli ensemble e il miglioramento dei modelli climatici permettono progressivamente di affrontare queste interazioni multiple, trasformando la previsione stagionale da una semplice ricerca di segnali medi a un’analisi delle distribuzioni condizionate di probabilità.

In definitiva, La Niña Obscures the North Atlantic Response to Sudden Stratospheric Warmings in C3S Seasonal Forecasts rafforza una concezione dell’atmosfera invernale boreale come sistema fortemente interconnesso, nel quale tropici, stratosfera ed extratropici non possono essere studiati come componenti indipendenti. Un SSW modifica la probabilità dei regimi troposferici del Nord Atlantico, ma il modo in cui tale perturbazione si manifesta alla superficie dipende dallo stato climatico nel quale essa viene inserita. La Niña può contrastare e rendere meno evidente lo spostamento verso sud del getto e la tendenza alla NAO negativa tipicamente associati agli SSW; El Niño può invece favorire una sovrapposizione più costruttiva tra il segnale tropicale e quello stratosferico. Il messaggio fondamentale non è dunque che La Niña impedisca alla stratosfera di influenzare la troposfera, bensì che la risposta atmosferica osservabile rappresenti il risultato finale dell’interferenza tra forzanti differenti.

Questa distinzione è di grande valore anche per l’interpretazione delle previsioni meteorologiche a lunga scadenza. Gli SSW rimangono una delle più importanti sorgenti di prevedibilità oltre la scala meteorologica convenzionale, ma il loro utilizzo efficace richiede una valutazione simultanea dello stato dell’ENSO, della circolazione pacifica, della bassa stratosfera e del getto nordatlantico. Il futuro della previsione sub-stagionale sembra quindi risiedere sempre meno nella ricerca di una singola “chiave” capace di determinare l’inverno e sempre più nell’identificazione delle interazioni tra molteplici sorgenti di prevedibilità. In questo quadro, la relazione tra La Niña, vortice polare, riscaldamenti stratosferici improvvisi e NAO rappresenta un esempio particolarmente chiaro di come la moderna dinamica atmosferica stia progressivamente passando da interpretazioni lineari e deterministiche a una visione probabilistica, condizionata e multicomponente del sistema climatico.

1. Introduzione

La previsione dell’evoluzione atmosferica alle scale temporali comprese tra alcune settimane e diversi mesi costituisce una delle sfide più complesse della moderna scienza del clima. A differenza della previsione meteorologica a breve e medio termine, fortemente dipendente dalla conoscenza dello stato iniziale dell’atmosfera, la prevedibilità sub-stagionale e stagionale deriva in misura sostanziale dall’esistenza di componenti del sistema climatico caratterizzate da una memoria più lunga rispetto alla troposfera. Gli oceani, la criosfera, l’umidità del suolo, la copertura nevosa e le interazioni tra queste componenti rappresentano pertanto importanti sorgenti di informazione predittiva, poiché evolvono su scale temporali più lente e possono esercitare un’influenza persistente sulla circolazione atmosferica. In questo quadro, l’El Niño–Southern Oscillation, o ENSO, costituisce probabilmente il più importante modo di variabilità climatica interannuale del sistema tropicale atmosfera-oceano e una delle principali fonti di prevedibilità stagionale a scala globale. Tuttavia, negli ultimi decenni è diventato sempre più evidente che anche la stratosfera rappresenta una componente fondamentale del sistema di previsione, capace di introdurre memoria e prevedibilità aggiuntive soprattutto durante l’inverno delle medie e alte latitudini.

Il riconoscimento del ruolo della stratosfera ha profondamente modificato la tradizionale concezione della dinamica atmosferica extratropicale. Per lungo tempo la stratosfera è stata considerata soprattutto come uno strato atmosferico che rispondeva passivamente alle perturbazioni generate nella troposfera. Oggi è invece noto che la relazione è bidirezionale. Le onde planetarie generate nella troposfera possono propagarsi verticalmente nella stratosfera, depositare momento e calore e modificare la circolazione polare; a sua volta, la stratosfera perturbata può esercitare un’influenza persistente sulla troposfera sottostante, modificando la corrente a getto, le storm track, i regimi di blocco e i principali modi di variabilità atmosferica. Questo accoppiamento stratosfera–troposfera rappresenta uno dei meccanismi attraverso i quali la prevedibilità atmosferica può estendersi oltre l’orizzonte tipico delle previsioni meteorologiche convenzionali. Diversi studi hanno infatti dimostrato che una corretta rappresentazione della stratosfera nei sistemi previsionali può migliorare la capacità di anticipare alcune configurazioni della circolazione extratropicale su scale temporali sub-stagionali e stagionali.

Tra le manifestazioni più spettacolari di questa dinamica figurano i riscaldamenti stratosferici improvvisi, comunemente indicati come Sudden Stratospheric Warmings o SSW. Tali eventi rappresentano perturbazioni estreme del vortice polare stratosferico invernale dell’emisfero boreale e sono caratterizzati da un rapido aumento della temperatura della stratosfera polare accompagnato da un marcato indebolimento dei venti occidentali circumpolari. Nei major SSW, secondo la definizione comunemente utilizzata, la circolazione zonale media può arrivare a invertirsi alle alte latitudini della stratosfera. Questi eventi sono il risultato di una forte interazione tra le onde planetarie provenienti dalla troposfera e il flusso medio stratosferico: quando un intenso flusso di attività ondulatoria raggiunge la stratosfera e viene assorbito o dissipato, esso trasferisce momento al flusso zonale, rallentando i venti occidentali del vortice polare e inducendo una circolazione meridionale anomala accompagnata da riscaldamento dinamico sulle regioni polari.

L’importanza meteorologica degli SSW deriva soprattutto dalla loro capacità di influenzare la circolazione troposferica molto tempo dopo l’inizio della perturbazione stratosferica. Il lavoro fondamentale di Baldwin e Dunkerton dimostrò che le grandi anomalie della circolazione stratosferica possono propagarsi progressivamente verso la bassa stratosfera ed essere seguite da anomalie persistenti nei principali modi di variabilità troposferica. Nei circa 60 giorni successivi a forti perturbazioni stratosferiche, la distribuzione della pressione superficiale tende statisticamente a proiettare sulla fase negativa dell’Arctic Oscillation e della North Atlantic Oscillation, accompagnata da modificazioni della posizione delle storm track e della probabilità di episodi meteorologici estremi alle medie latitudini. Questo risultato ha contribuito in maniera decisiva a trasformare gli SSW da semplice fenomeno della dinamica stratosferica a importante sorgente di prevedibilità meteorologica sub-stagionale.

La risposta troposferica media a un SSW presenta una struttura relativamente ben definita. Sul settore nordatlantico, l’indebolimento del vortice polare e la successiva propagazione verso il basso delle anomalie del Northern Annular Mode tendono a essere associati a una fase negativa della North Atlantic Oscillation. Tale configurazione corrisponde, in termini dinamici, a una diminuzione del gradiente di pressione zonale tra le latitudini subtropicali e quelle subpolari e a uno spostamento verso sud della corrente a getto guidata dalle perturbazioni. La storm track nordatlantica tende quindi a occupare latitudini più meridionali rispetto alla climatologia, modificando profondamente il percorso delle depressioni extratropicali e la distribuzione delle anomalie di temperatura e precipitazione sull’Europa e sul bacino del Mediterraneo. In media, le condizioni successive agli SSW possono favorire anomalie fredde su porzioni dell’Eurasia settentrionale e degli Stati Uniti orientali, condizioni relativamente miti sulla Groenlandia e sul Canada orientale e una maggiore probabilità di precipitazioni sull’Europa meridionale e sul Mediterraneo occidentale.

È tuttavia fondamentale sottolineare che tali relazioni sono di natura probabilistica e non deterministica. Un SSW non implica necessariamente la formazione di una NAO negativa né garantisce condizioni fredde su una particolare regione europea. Esso modifica piuttosto la distribuzione delle probabilità dei possibili regimi atmosferici successivi. La stratosfera perturbata altera lo stato dinamico nel quale la troposfera evolve, aumentando la probabilità di determinate configurazioni ma senza imporre una singola soluzione. Questo concetto risulta essenziale per interpretare correttamente il significato meteorologico degli SSW: l’influenza stratosferica non consiste in una trasmissione rigida e lineare del segnale verso la superficie, bensì in una modulazione della dinamica troposferica attraverso interazioni con le onde, i jet e i regimi atmosferici già presenti.

La forte variabilità tra un evento e l’altro rappresenta infatti una delle caratteristiche più importanti dell’accoppiamento stratosfera–troposfera. Sebbene la risposta media sia robusta, alcuni SSW sono seguiti da una pronunciata e persistente NAO negativa, mentre altri producono soltanto una debole risposta troposferica o addirittura un’evoluzione apparentemente opposta alla climatologia composita. Analisi basate sulle rianalisi hanno mostrato che circa due terzi degli SSW sono seguiti dal comportamento definito “canonico”, caratterizzato da uno spostamento verso l’equatore del jet nordatlantico, mentre circa un terzo è associato a uno spostamento verso il polo. Questo risultato sottolinea come l’identificazione dell’avvenuto SSW rappresenti soltanto il primo passo nella previsione delle conseguenze troposferiche.

Numerosi studi hanno quindi cercato di individuare quali caratteristiche dell’evento stratosferico determinino la capacità del segnale di raggiungere la superficie. Una particolare attenzione è stata rivolta alla persistenza delle anomalie nella bassa stratosfera. Karpechko ha evidenziato come non tutti i major SSW presentino la stessa capacità di propagare verso il basso il segnale dinamico e come gli eventi caratterizzati da anomalie più persistenti nella bassa stratosfera mostrino generalmente un impatto troposferico più chiaro e duraturo. La ragione fisica risiede nel fatto che la bassa stratosfera possiede tempi di rilassamento più lunghi e può quindi mantenere un’anomalia del flusso zonale per diverse settimane, interagendo continuamente con le onde troposferiche e modificando le condizioni al contorno dinamiche per il jet extratropicale.

La struttura verticale dell’anomalia del Northern Annular Mode appare quindi di particolare importanza. Gli SSW capaci di produrre una risposta troposferica canonica tendono a mostrare un segnale NAM negativo più forte e persistente nella bassa stratosfera rispetto agli eventi nei quali il jet nordatlantico si sposta verso nord. L’analisi di Martínez-Andradas e collaboratori basata sulle rianalisi 1950–2020 ha mostrato che gli eventi seguiti da uno spostamento equatoriale del getto presentano un segnale NAM nella bassa stratosfera significativamente più pronunciato e persistente rispetto agli eventi associati a una risposta verso il polo. In modo particolarmente interessante, le differenze tra i due gruppi diventano riconoscibili già prima della data centrale del riscaldamento, suggerendo che parte della successiva risposta superficiale possa essere collegata alla struttura dinamica dell’atmosfera esistente prima dell’SSW stesso.

Anche la classificazione morfologica degli SSW è stata studiata come possibile fonte di differenze nella risposta alla superficie. Tradizionalmente gli eventi vengono distinti tra displacement, nei quali il vortice viene fortemente spostato rispetto al Polo, e split, nei quali il vortice si divide in due principali centri di circolazione. Sebbene le due categorie presentino differenze nella struttura delle onde planetarie e nella configurazione del vortice, le evidenze complessive non indicano una differenza sistematica sufficientemente robusta negli impatti troposferici. Ciò suggerisce che caratteristiche quali la durata dell’anomalia nella bassa stratosfera, l’intensità del segnale anulare e lo stato della troposfera possano essere più importanti della semplice distinzione geometrica tra displacement e split.

La troposfera, infatti, non costituisce uno sfondo passivo sul quale si sovrappone il segnale stratosferico. Regimi atmosferici preesistenti, episodi di blocking e anomalie della corrente a getto possono favorire oppure ostacolare la propagazione verso il basso dell’influenza di un SSW. Studi dedicati al cosiddetto downward coupling hanno evidenziato l’importanza dello stato iniziale della circolazione troposferica nel determinare l’evoluzione successiva. Un blocco già sviluppato in determinate regioni può essere rinforzato dalla perturbazione stratosferica, mentre configurazioni troposferiche di segno opposto possono attenuarne la firma. In questo senso, l’accoppiamento stratosfera–troposfera è meglio descritto come un processo di interazione tra anomalie su scale temporali differenti piuttosto che come un semplice trasferimento unidirezionale dell’informazione.

Alcuni precursori troposferici sono stati associati in maniera ricorrente agli SSW con una più pronunciata propagazione verso il basso. Tra questi rientrano il rafforzamento dell’anticiclone siberiano, anomalie negative del NAM già presenti nella troposfera e nella bassa stratosfera e un aumento dell’attività delle onde planetarie. Il ruolo dell’anticiclone siberiano è particolarmente interessante perché può influenzare la propagazione verticale delle onde stazionarie e quindi predisporre il vortice polare a un successivo indebolimento. Analogamente, una troposfera che si trova già in una configurazione favorevole alla NAO negativa può facilitare la continuità verticale del segnale successivo all’SSW, mentre un forte stato opposto può contribuire a mascherarne o modificarne la risposta.

Questa prospettiva conduce direttamente al ruolo dell’ENSO. Le anomalie di temperatura superficiale del Pacifico tropicale associate a El Niño e La Niña producono profonde modificazioni della convezione tropicale e della distribuzione del riscaldamento diabatico. Tali anomalie generano onde di Rossby che si propagano dalle regioni tropicali verso le medie e alte latitudini, costruendo teleconnessioni capaci di influenzare il Pacifico settentrionale, il Nord America, l’Atlantico settentrionale e l’Europa. ENSO non costituisce quindi soltanto un fenomeno oceanico tropicale, ma rappresenta una sorgente di perturbazione dell’intera circolazione atmosferica planetaria.

La teleconnessione ENSO si estende inoltre alla stratosfera. La sintesi di Domeisen, Garfinkel e Butler ha mostrato come El Niño sia generalmente associato a una maggiore propagazione delle onde planetarie verso la stratosfera extratropicale, a una Brewer-Dobson circulation mediamente più intensa e a un vortice polare boreale più caldo e debole. Durante La Niña, le anomalie tendono spesso ad avere segno opposto, anche se la risposta risulta meno robusta e può mostrare importanti deviazioni dalla linearità. La stessa review sottolinea che la lunghezza limitata delle serie osservative rende difficile separare con precisione il segnale ENSO dalla variabilità interna e dalle interazioni con QBO, MJO, ciclo solare e altri modi di variabilità.

La connessione tra ENSO e vortice polare può essere interpretata attraverso una sequenza dinamica nella quale le anomalie della convezione tropicale modificano la struttura dei treni d’onda troposferici, alterando la propagazione verticale delle onde planetarie verso la stratosfera. Durante El Niño, la riorganizzazione della circolazione del Pacifico settentrionale può favorire una maggiore attività d’onda verso il vortice polare, determinandone mediamente un indebolimento e un riscaldamento. Durante La Niña, la configurazione media tende invece a essere maggiormente compatibile con un vortice più freddo e intenso. La risposta non è tuttavia perfettamente simmetrica, poiché El Niño e La Niña differiscono non soltanto per il segno delle anomalie di temperatura oceanica, ma anche per posizione, intensità e distribuzione longitudinale della convezione tropicale associata.

Questa asimmetria è particolarmente importante nel dibattito sulla frequenza degli SSW durante le differenti fasi ENSO. Diversi esperimenti modellistici hanno riscontrato una frequenza maggiore di SSW durante El Niño rispetto alle condizioni neutre e una frequenza minore o poco modificata durante La Niña. Il record delle rianalisi ha tuttavia prodotto risultati meno univoci, mostrando in alcuni casi un incremento degli eventi durante entrambe le fasi ENSO. Le conclusioni dipendono in parte dalla definizione utilizzata per identificare un SSW, dalla durata del periodo analizzato e dall’eventuale presenza di altri fattori di variabilità, come la QBO. La limitata numerosità degli eventi osservati costituisce quindi un ostacolo sostanziale: anche un record di diverse decine di inverni contiene soltanto poche decine di major SSW, ulteriormente suddivisi tra differenti stati ENSO.

Il problema assume un significato ancora maggiore quando si considera la risposta del Nord Atlantico. ENSO possiede infatti una propria teleconnessione con la circolazione euro-atlantica, parzialmente indipendente dagli SSW. Durante la seconda parte dell’inverno boreale, El Niño tende mediamente a favorire una configurazione più simile alla NAO negativa, accompagnata da uno spostamento verso sud del getto nordatlantico e da una maggiore attività ciclonica sull’Europa meridionale. La Niña tende invece, in media, a produrre un segnale di segno opposto, maggiormente compatibile con una NAO positiva e con un getto collocato più a nord. Queste relazioni non devono essere interpretate come deterministiche, ma costituiscono tendenze statistiche robuste su grandi campioni.

I meccanismi attraverso i quali ENSO può raggiungere il settore nordatlantico sono molteplici. Una parte della teleconnessione viene trasmessa direttamente attraverso la troposfera mediante treni quasi stazionari di onde di Rossby che originano dalle anomalie convettive tropicali e attraversano il Pacifico settentrionale e il Nord America. Un’altra parte può coinvolgere la stratosfera: ENSO modifica l’intensità del vortice polare e la circolazione stratosferica, e le successive anomalie possono propagarsi verso il basso influenzando l’Atlantico. Questi percorsi non si escludono reciprocamente e possono anzi interagire. Ciò rende la relazione tra ENSO e NAO particolarmente complessa, perché la risposta finale osservata sull’Atlantico può rappresentare la sovrapposizione di componenti troposferiche e stratosferiche con tempi di evoluzione differenti.

Anche la stagionalità svolge un ruolo fondamentale. La teleconnessione ENSO–Nord Atlantico tende generalmente a essere più evidente nella seconda metà dell’inverno, quando il treno d’onda quasi stazionario originato dal Pacifico tropicale ha raggiunto una struttura più consolidata e la circolazione stratosferica può contribuire maggiormente al collegamento tra Pacifico e Atlantico. Per questo motivo, la relazione tra El Niño e NAO negativa risulta spesso più chiara tra gennaio e marzo rispetto all’inizio dell’inverno. Tale evoluzione stagionale rappresenta un ulteriore elemento da considerare quando si tenta di distinguere l’influenza diretta dell’ENSO da quella esercitata da un eventuale SSW.

La relazione tra ENSO e risposta troposferica agli SSW diventa particolarmente interessante proprio perché i due fenomeni possono produrre segnali concorrenti o concordi. Un SSW tende statisticamente a favorire una NAO negativa e uno spostamento meridionale della corrente a getto. El Niño produce mediamente una tendenza dello stesso segno durante la seconda parte dell’inverno, mentre La Niña tende a favorire una configurazione opposta. Di conseguenza, durante El Niño il forcing stratosferico associato a un SSW può sovrapporsi costruttivamente al background ENSO, rendendo la risposta nordatlantica più evidente. Durante La Niña, invece, la risposta stratosferica può trovarsi a competere con uno stato medio della troposfera che tende verso una NAO più positiva e un getto più settentrionale.

È precisamente in questo contesto che acquistano importanza i risultati di Martínez-Andradas et al. del 2023. Gli autori hanno mostrato che gli SSW seguiti da uno spostamento non canonico verso il polo del jet nordatlantico si verificano con maggiore frequenza durante condizioni riconducibili alla fase fredda dell’ENSO. Lo studio ha inoltre individuato anomalie nella regione centrale del Pacifico settentrionale come possibili precursori della risposta del jet. Tali anomalie risultano a loro volta collegate alla presenza di La Niña, suggerendo che il Pacifico possa svolgere un ruolo fondamentale nel determinare se l’effetto stratosferico riesca a emergere chiaramente sull’Atlantico oppure venga contrastato dalla circolazione preesistente.

Questa interpretazione modifica significativamente il modo in cui dovrebbe essere valutato un SSW durante un inverno di La Niña. Il fatto che la circolazione successiva all’evento non assuma una configurazione fortemente negativa della NAO non implica necessariamente che il SSW non abbia esercitato alcuna influenza. È possibile che l’evento abbia effettivamente spostato la distribuzione delle probabilità verso una configurazione più meridionale del jet, ma che tale spostamento sia stato parzialmente compensato dal background troposferico associato a La Niña. In altre parole, il risultato atmosferico osservato rappresenterebbe la somma di influenze dinamiche di segno opposto.

Questa distinzione tra risposta assoluta e risposta relativa è fondamentale. Immaginiamo, concettualmente, che durante La Niña la circolazione di fondo favorisca un jet particolarmente settentrionale. Un SSW potrebbe determinare uno spostamento significativo verso sud senza che la posizione finale del jet diventi necessariamente meridionale rispetto alla climatologia generale. Se si osservasse soltanto lo stato finale, si potrebbe concludere erroneamente che il segnale stratosferico sia assente; confrontando invece membri dell’ensemble con e senza SSW all’interno dello stesso stato ENSO, l’influenza dell’evento diventerebbe evidente. Questo è il principio del “mascheramento” affrontato nello studio di Martínez-Andradas e collaboratori del 2025.

Il lavoro pubblicato su Geophysical Research Letters mostra infatti che i sistemi stagionali C3S riproducono una variabilità della risposta troposferica agli SSW simile a quella delle rianalisi e, in particolare, una maggiore probabilità di osservare un jet spostato verso il polo dopo gli SSW durante gli inverni di La Niña. Tuttavia, quando gli autori confrontano membri dell’ensemble caratterizzati dallo stesso stato ENSO, gli SSW aumentano la probabilità di uno spostamento equatoriale del jet e di una NAO negativa sia durante El Niño sia durante La Niña. La Niña non elimina quindi il segnale stratosferico: tende piuttosto a mascherarlo perché esercita sullo stato medio del Nord Atlantico un’influenza di segno opposto.

Questa conclusione possiede importanti implicazioni concettuali e previsionali. Essa suggerisce che la risposta atmosferica agli SSW debba essere valutata condizionatamente allo stato delle altre principali sorgenti di variabilità. Il valore informativo di un SSW non è identico in tutti gli inverni, perché la troposfera sulla quale il segnale discendente agisce può trovarsi in configurazioni molto differenti. L’ENSO rappresenta uno dei principali fattori di questa dipendenza, ma non è l’unico. QBO, MJO, copertura nevosa eurasiatica, ghiaccio marino, stato del Pacifico settentrionale e variabilità interna del getto possono contribuire a modificare la risposta osservata.

La review di Domeisen e collaboratori evidenzia proprio come le teleconnessioni ENSO verso la stratosfera possano dipendere dall’interazione con la QBO, con la variabilità intrastagionale tropicale e con altre componenti climatiche. Ciò rende problematica qualsiasi interpretazione esclusivamente lineare del sistema. Un El Niño non rappresenta sempre la stessa forzante e una La Niña non costituisce semplicemente l’immagine speculare di El Niño. L’intensità dell’evento, la posizione delle anomalie delle temperature superficiali marine, la distribuzione della convezione tropicale e lo stato preesistente dell’atmosfera possono determinare teleconnessioni sostanzialmente differenti.

La natura non lineare della risposta ENSO è importante anche per il vortice polare. Sebbene in media El Niño sia associato a un vortice più caldo e debole e La Niña a condizioni più fredde e intense, i singoli inverni possono discostarsi notevolmente da questo comportamento. Non tutti gli El Niño producono un vortice disturbato e non tutti gli inverni di La Niña presentano un vortice forte. Inoltre, la stessa frequenza degli SSW può dipendere dal metodo utilizzato per classificare le fasi ENSO e gli eventi stratosferici. La conseguenza è che la previsione stagionale deve necessariamente assumere una struttura probabilistica e basarsi su grandi ensemble in grado di campionare numerose possibili evoluzioni atmosferiche.

Da questo punto di vista, l’utilizzo del database C3S rappresenta un elemento metodologico particolarmente significativo dello studio. Le rianalisi forniscono una descrizione realistica dell’atmosfera osservata ma contengono un numero inevitabilmente limitato di eventi. I grandi ensemble dei sistemi stagionali permettono invece di ottenere centinaia di realizzazioni nelle quali condizioni oceaniche e climatiche comparabili possono essere associate a differenti evoluzioni stratosferiche. Il numero molto più elevato di SSW simulati consente quindi di separare statisticamente in maniera più robusta l’influenza dell’ENSO da quella degli SSW e di verificare se le caratteristiche osservate nel record reale emergano anche nei modelli.

Il fatto che la modulazione da parte di La Niña sia riprodotta nel grande ensemble C3S rappresenta un importante elemento a sostegno dell’interpretazione fisica. Secondo il lavoro del 2025, una proporzione di risposte non canoniche del jet comparabile a quella osservata nelle rianalisi compare anche nelle previsioni stagionali, mentre la probabilità di osservare un jet relativamente settentrionale dopo un SSW aumenta nelle condizioni di La Niña. Ciò suggerisce che la relazione osservativa tra La Niña e risposta non canonica degli SSW non sia semplicemente un artefatto statistico prodotto dal piccolo campione disponibile nelle rianalisi.

Il problema è particolarmente rilevante per la prevedibilità stagionale. Gli effetti dell’ENSO e degli SSW operano infatti su scale temporali differenti ma possono produrre variazioni della circolazione nordatlantica di ampiezza comparabile. L’ENSO fornisce una forzante relativamente lenta, prevedibile con diversi mesi di anticipo, mentre gli SSW costituiscono eventi episodici che possono alterare improvvisamente la traiettoria della circolazione atmosferica nel corso dell’inverno. La previsione dell’insorgenza di un SSW e della sua successiva propagazione verso il basso può quindi modificare sensibilmente una previsione stagionale formulata sulla base dello stato oceanico.

Un esempio concettuale è rappresentato proprio da un inverno di La Niña. Una previsione stagionale elaborata prima dell’inverno potrebbe assegnare una probabilità maggiore a una NAO positiva sulla base delle teleconnessioni ENSO. Se successivamente si sviluppasse un forte SSW con persistenza nella bassa stratosfera, la distribuzione delle probabilità potrebbe spostarsi in direzione opposta. La previsione aggiornata dovrebbe quindi tenere conto del conflitto tra il forcing stagionale associato a La Niña e il forcing sub-stagionale proveniente dalla stratosfera. Il risultato finale non sarebbe necessariamente una NAO negativa, ma la probabilità della fase negativa potrebbe diventare significativamente maggiore rispetto a quanto previsto considerando esclusivamente ENSO.

Durante El Niño, invece, le due sorgenti di prevedibilità possono risultare maggiormente concordi. Una teleconnessione ENSO favorevole a una NAO negativa e uno SSW che produce un segnale NAM negativo persistente nella bassa stratosfera possono contribuire nella stessa direzione, rendendo più evidente lo spostamento equatoriale del jet. Ciò offre una possibile interpretazione del risultato secondo cui gli impatti troposferici degli SSW possono essere meglio previsti durante gli inverni di El Niño rispetto a quelli di La Niña.

Tuttavia, la capacità dei modelli stagionali di rappresentare correttamente queste interazioni rimane imperfetta. La letteratura ha mostrato che diversi sistemi previsionali tendono a sottostimare l’ampiezza delle teleconnessioni ENSO nella troposfera del Pacifico settentrionale e del Nord Atlantico, mentre possono sovrastimare la relazione tra ENSO e intensità del vortice polare stratosferico. Questa discrepanza evidenzia un problema importante: un modello potrebbe simulare correttamente il segno medio di una teleconnessione ma attribuire un peso eccessivo o insufficiente ai differenti percorsi dinamici attraverso i quali essa si manifesta.

Per migliorare le previsioni stagionali diventa quindi necessario valutare separatamente, ma anche congiuntamente, la rappresentazione della convezione tropicale, dei treni d’onda di Rossby, della propagazione verticale dell’attività ondulatoria, del vortice polare, della bassa stratosfera e del getto nordatlantico. Un errore in uno qualsiasi di questi elementi può modificare l’intera catena delle teleconnessioni. Per esempio, un modello che rappresentasse un vortice eccessivamente sensibile a El Niño potrebbe sovrastimare il contributo stratosferico alla teleconnessione euro-atlantica anche in presenza di una risposta troposferica ENSO troppo debole.

La presenza di grandi ensemble offre però la possibilità di affrontare questi problemi in termini probabilistici. Invece di chiedersi se un determinato modello “preveda” oppure “non preveda” la NAO successiva a un SSW, è possibile valutare come cambia la distribuzione delle probabilità tra i membri con e senza SSW, distinguendo ulteriormente tra El Niño, La Niña e condizioni neutrali. Tale approccio permette di separare il segnale medio dal rumore della variabilità interna e consente una valutazione più realistica del contributo fornito dalla stratosfera alla prevedibilità.

La ricerca moderna sulla prevedibilità sub-stagionale si sta quindi progressivamente spostando da un’impostazione deterministica verso una concezione condizionata. Non esiste una risposta universale a un SSW indipendente dal contesto atmosferico, così come non esiste una risposta nordatlantica invariabile a El Niño o La Niña. Piuttosto, ciascuna sorgente di prevedibilità modifica le probabilità dei diversi stati della circolazione e interagisce con le altre sorgenti presenti. La previsione più efficace nasce pertanto dalla valutazione congiunta dello stato dell’oceano, della troposfera e della stratosfera.

In questo quadro, la posizione della corrente a getto nordatlantica costituisce una variabile fondamentale perché rappresenta uno dei principali collegamenti tra la dinamica atmosferica su larga scala e gli impatti meteorologici regionali. Piccoli spostamenti latitudinali del jet possono determinare variazioni significative nelle traiettorie delle depressioni, nella frequenza dei regimi di blocking e nella distribuzione delle precipitazioni sull’Europa. Uno spostamento verso sud può favorire un maggiore passaggio di sistemi ciclonici alle latitudini dell’Europa meridionale e del Mediterraneo, mentre un getto più settentrionale tende a concentrare maggiormente l’attività perturbata sull’Atlantico settentrionale e sull’Europa nordoccidentale.

Questo rende il problema della modulazione ENSO–SSW particolarmente rilevante anche dal punto di vista degli impatti. Se La Niña tende a mantenere il jet più settentrionale mentre un SSW tende a spostarlo verso sud, il bilancio tra i due segnali può determinare importanti differenze nella probabilità di precipitazioni, episodi di freddo e configurazioni di blocco sull’Europa. Il lavoro del 2025 sottolinea infatti che le differenze associate alle due fasi ENSO non riguardano soltanto gli indici di circolazione, ma si riflettono anche sulle probabilità regionali di estremi freddi e umidi.

Tutto ciò evidenzia perché lo studio dell’interazione tra ENSO e SSW abbia un’importanza che va oltre la pura dinamica atmosferica. Comprendere come una perturbazione del vortice polare interagisca con lo stato del Pacifico tropicale significa migliorare la capacità di interpretare le previsioni per l’Europa e il Nord Atlantico con diverse settimane di anticipo. Significa inoltre poter distinguere situazioni nelle quali il segnale stratosferico ha una maggiore probabilità di emergere chiaramente da quelle nelle quali viene contrastato da altre sorgenti di variabilità.

Lo studio di Martínez-Andradas e collaboratori si inserisce pertanto in una linea di ricerca che considera la prevedibilità atmosferica come il risultato dell’interazione tra differenti “finestre di memoria” del sistema climatico. L’oceano tropicale fornisce memoria su scale stagionali; la stratosfera perturbata può fornire memoria su scale di settimane o mesi; la troposfera determina l’evoluzione meteorologica immediata e può amplificare o attenuare i segnali provenienti dagli altri componenti. Il valore aggiunto della previsione deriva dalla capacità di combinare correttamente queste informazioni.

L’obiettivo centrale dello studio diventa quindi quello di determinare se i sistemi stagionali inclusi nel Copernicus Climate Change Service siano in grado di riprodurre la risposta della circolazione del Nord Atlantico agli SSW e, soprattutto, di comprendere in quale misura tale risposta venga modulata dalla fase dell’ENSO. La domanda fondamentale non consiste semplicemente nello stabilire se La Niña sia associata a una maggiore frequenza di risposte non canoniche, ma nel verificare se La Niña modifichi realmente il meccanismo attraverso il quale gli SSW influenzano la troposfera oppure se, al contrario, il segnale stratosferico continui a essere presente ma venga nascosto dallo stato medio della circolazione nordatlantica.

Il grande dataset multi-modello C3S offre un’opportunità particolarmente adatta per affrontare questa domanda. La dimensione dell’ensemble consente di separare statisticamente le influenze di ENSO e SSW in maniera difficilmente ottenibile utilizzando il solo record osservativo. Allo stesso tempo, il confronto tra differenti sistemi operativi permette di verificare quanto robustamente i modelli stagionali rappresentino l’accoppiamento stratosfera–troposfera e la sua dipendenza dalle condizioni tropicali. Gli autori colmano quindi una lacuna importante, poiché una valutazione sistematica della capacità dell’ensemble C3S di rappresentare simultaneamente gli impatti degli SSW e la loro modulazione da parte dell’ENSO non era stata precedentemente realizzata.

La questione assume infine un significato più generale per l’evoluzione della previsione stagionale moderna. Gli SSW dimostrano che eventi atmosferici relativamente improvvisi possono modificare una previsione basata su condizioni climatiche lentamente variabili; ENSO dimostra invece che l’oceano tropicale può predisporre l’atmosfera a determinate configurazioni con mesi di anticipo. Quando queste due sorgenti agiscono simultaneamente, il loro contributo non può essere interpretato isolatamente. La previsione del Nord Atlantico e dell’Europa richiede dunque una visione integrata nella quale la dinamica tropicale, la propagazione delle onde planetarie, lo stato del vortice polare e la variabilità interna della troposfera vengono considerati come parti di un unico sistema atmosferico accoppiato.

In questa prospettiva, il concetto secondo cui La Niña possa “oscurare” la risposta del Nord Atlantico agli SSW non implica una perdita dell’influenza stratosferica, ma descrive una situazione di interferenza tra sorgenti di variabilità. Il contributo dell’SSW può essere dinamicamente presente anche quando il campo atmosferico finale non mostra la classica configurazione fortemente negativa della NAO. Questo risultato invita quindi a superare l’interpretazione semplicistica basata esclusivamente sul segno finale degli indici atmosferici e a valutare invece quanto la circolazione sia stata modificata rispetto allo stato che sarebbe stato probabilmente osservato in assenza dell’evento stratosferico. Il lavoro di Martínez-Andradas et al. del 2025 mostra proprio che, nei sistemi C3S, gli SSW aumentano la probabilità di una NAO negativa e di un getto spostato verso l’equatore sia durante El Niño sia durante La Niña, mentre durante quest’ultima fase l’effetto appare meno evidente nel campo complessivo perché lo stato ENSO esercita un’influenza opposta sul Nord Atlantico.

La comprensione di questa sovrapposizione dinamica rappresenta uno dei passaggi più importanti verso previsioni sub-stagionali e stagionali più affidabili. Non si tratta più di chiedersi quale singolo indice determinerà l’evoluzione dell’inverno, ma di comprendere come le diverse componenti del sistema climatico interagiscano tra loro modificando continuamente la probabilità dei possibili scenari atmosferici. ENSO, vortice polare, SSW, NAO e corrente a getto nordatlantica costituiscono quindi elementi interconnessi di un sistema nel quale le teleconnessioni tropicali e le anomalie stratosferiche possono rafforzarsi, contrastarsi o mascherarsi reciprocamente. È proprio questa complessità a rendere l’analisi congiunta di ENSO e stratosfera una delle aree più promettenti per il miglioramento della prevedibilità meteorologica oltre le tradizionali scale del medio termine.

2. Dati e metodi

L’analisi della modulazione esercitata dall’El Niño–Southern Oscillation sulla risposta del Nord Atlantico ai riscaldamenti stratosferici improvvisi richiede un insieme di dati sufficientemente ampio da consentire la separazione statistica di processi atmosferici che, nel record osservativo, risultano relativamente poco frequenti e fortemente interdipendenti. I major Sudden Stratospheric Warmings, infatti, rappresentano eventi episodici della circolazione invernale boreale e il numero di casi contenuti nelle rianalisi moderne è inevitabilmente limitato. Una semplice suddivisione degli eventi osservati tra El Niño, La Niña e condizioni ENSO neutrali riduce ulteriormente la numerosità dei campioni, rendendo difficile stabilire con elevata robustezza statistica se le differenze nella successiva evoluzione del Nord Atlantico siano realmente associate allo stato ENSO oppure derivino dalla variabilità interna dell’atmosfera. Per superare almeno in parte questo limite, lo studio utilizza il vasto archivio di previsioni stagionali del Copernicus Climate Change Service, C3S, che riunisce simulazioni provenienti da diversi sistemi operativi di previsione stagionale. L’approccio multi-modello rappresenta un elemento centrale della metodologia, poiché permette di analizzare numerose realizzazioni indipendenti dell’atmosfera e, contemporaneamente, di verificare se i risultati emergano attraverso modelli caratterizzati da formulazioni dinamiche, parametrizzazioni fisiche e bias climatologici differenti.

Il sistema C3S costituisce una delle più importanti infrastrutture operative per la previsione stagionale europea. Il servizio combina gli output di diversi sistemi di previsione avanzati e rende disponibili sia le previsioni in tempo reale sia gli hindcast utilizzati per determinarne la climatologia e valutarne l’abilità. La documentazione del Copernicus Climate Change Service sottolinea che i sistemi partecipanti presentano inevitabilmente differenti errori modellistici; proprio per questo, la combinazione di più modelli può fornire una rappresentazione più realistica dell’incertezza rispetto all’utilizzo di un singolo sistema. Il principio alla base della previsione multi-modello è quindi particolarmente appropriato per un problema quale l’interazione ENSO–SSW, nel quale la variabilità interna può essere paragonabile o persino superiore all’ampiezza del segnale ricercato.

Nello studio vengono utilizzati sei sistemi appartenenti al Centro Euro-Mediterraneo sui Cambiamenti Climatici, CMCC, al Deutscher Wetterdienst, DWD, a Environment and Climate Change Canada, ECCC, al Centro Europeo per le Previsioni Meteorologiche a Medio Termine, ECMWF, a Météo-France e al Met Office del Regno Unito. Tale selezione fornisce quindi una combinazione di alcuni dei principali sistemi globali di previsione stagionale attualmente impiegati in ambito operativo. Il National Centers for Environmental Prediction non viene incluso poiché, nella configurazione disponibile per l’analisi considerata, i dati verticali raggiungono solamente il livello di 200 hPa. Questa limitazione è incompatibile con gli obiettivi dello studio, dato che l’identificazione dei major SSW richiede necessariamente una rappresentazione della media stratosfera fino almeno a 10 hPa. Il requisito verticale costituisce un aspetto metodologico essenziale: lo studio non analizza esclusivamente la circolazione troposferica, ma deve seguire contemporaneamente l’evoluzione del vortice polare stratosferico e la risposta del getto nordatlantico.

I sistemi selezionati corrispondono alle versioni più aggiornate disponibili alla metà del 2024 nel database utilizzato dagli autori. Sebbene le configurazioni specifiche differiscano da centro a centro, il valore scientifico dell’approccio multi-modello risiede proprio nella possibilità di verificare la robustezza del segnale attraverso differenti rappresentazioni numeriche del sistema climatico. I modelli stagionali accoppiati simulano l’evoluzione simultanea dell’atmosfera, dell’oceano e, a seconda del sistema, di altre componenti del sistema Terra. Le piccole differenze nelle condizioni iniziali tra i membri dell’ensemble producono traiettorie atmosferiche progressivamente divergenti, permettendo di campionare la distribuzione probabilistica delle possibili evoluzioni climatiche. Le previsioni stagionali non devono quindi essere interpretate come tentativi di determinare lo stato meteorologico di un singolo giorno con diversi mesi di anticipo, ma come strumenti destinati a stimare le probabilità di anomalie e regimi climatici su intervalli mensili o stagionali.

L’analisi considera sia gli hindcast sia, per alcuni sistemi, le previsioni disponibili. Gli hindcast, o previsioni retrospettive, rivestono un’importanza fondamentale nella climatologia dei modelli stagionali. Un modello numerico possiede infatti una propria climatologia che può differire da quella osservata a causa di bias nella rappresentazione della circolazione atmosferica, della temperatura oceanica, della convezione tropicale o del vortice polare stratosferico. Confrontare direttamente una previsione modellistica con la climatologia osservata potrebbe quindi confondere il segnale previsto con gli errori sistematici del modello. Gli hindcast permettono invece di ricostruire la distribuzione climatologica specifica di ciascun sistema e di interpretare le previsioni in termini di anomalie rispetto al comportamento medio del modello stesso. Tale procedura è particolarmente importante nella previsione stagionale, dove gli errori sistematici possono diventare rilevanti rispetto all’ampiezza del segnale prevedibile.

Gli autori utilizzano le inizializzazioni del 1° novembre che proseguono fino al mese di maggio, ottenendo così una rappresentazione continua dell’intero inverno boreale e dell’inizio della primavera. La scelta di novembre come punto iniziale è particolarmente adatta allo studio degli SSW, poiché permette di seguire l’evoluzione del vortice polare fin dall’inizio della stagione dinamicamente attiva e di identificare eventuali eventi compresi tra novembre e marzo. Allo stesso tempo, l’estensione fino a maggio consente di verificare il ritorno della circolazione stratosferica occidentale dopo un evento e di distinguere gli SSW invernali dai final warmings associati alla transizione stagionale primaverile.

I dati modellistici vengono utilizzati con una frequenza di 12 ore e interpolati su una griglia orizzontale di 2,5° × 2,5°, comprendente 12 livelli verticali distribuiti tra 1000 e 10 hPa. Tale risoluzione è inferiore a quella nativa di molti sistemi, ma risulta adeguata per studiare fenomeni di grande scala quali vortice polare, NAM, NAO e spostamenti latitudinali del jet nordatlantico. L’interpolazione su una griglia comune costituisce inoltre un requisito importante dell’analisi multi-modello, perché permette di confrontare campi prodotti da sistemi caratterizzati da differenti risoluzioni native. La perdita di informazione alle scale più piccole è relativamente poco problematica in questo contesto, poiché l’obiettivo non è descrivere la struttura fine delle perturbazioni sinottiche, bensì identificare modi di variabilità su scala emisferica e regionale.

Come riferimento osservativo viene utilizzata la rianalisi ERA5. Le rianalisi rappresentano una ricostruzione tridimensionale e temporalmente coerente dello stato dell’atmosfera ottenuta combinando un moderno modello numerico con un vastissimo insieme di osservazioni attraverso tecniche di assimilazione dati. ERA5, sviluppata dall’ECMWF nell’ambito del Copernicus Climate Change Service, utilizza il sistema Integrated Forecasting System e presenta nella configurazione originale una risoluzione atmosferica di circa 31 km, 137 livelli verticali e output orario. Rispetto alla precedente ERA-Interim, ERA5 beneficia di importanti miglioramenti nella dinamica, nella fisica del modello e nell’assimilazione delle osservazioni.

Per rendere il confronto con i sistemi stagionali coerente, gli autori utilizzano ERA5 dal 1950 al 2020 interpolata alla medesima risoluzione orizzontale di 2,5° × 2,5°, con dati ogni sei ore. L’ampiezza temporale del periodo 1950–2020 offre un campione osservativo significativamente più lungo rispetto alla sola era satellitare, anche se la qualità e la densità delle osservazioni assimilate cambiano nel tempo. La funzione principale delle rianalisi nello studio è quella di costituire un riferimento indipendente attraverso il quale verificare se la distribuzione degli SSW e le caratteristiche della successiva risposta del jet presenti nei sistemi C3S risultino compatibili con quelle osservate nell’atmosfera reale.

Per classificare le fasi ENSO nelle rianalisi vengono inoltre utilizzate le anomalie mensili osservate della temperatura superficiale marina provenienti da ERSST Version 5. L’utilizzo di un dataset osservativo delle SST permette di definire El Niño e La Niña indipendentemente dal modello atmosferico. Questa scelta è particolarmente importante perché ENSO è un fenomeno accoppiato oceanico-atmosferico e il suo stato viene tradizionalmente caratterizzato mediante le anomalie della temperatura superficiale del Pacifico equatoriale. Nel caso delle simulazioni stagionali, invece, lo stato ENSO viene determinato separatamente per ogni membro, permettendo così che le differenti evoluzioni oceaniche previste all’interno degli ensemble vengano considerate direttamente nella classificazione.

Un aspetto metodologico cruciale consiste nel trattare ciascun membro dell’ensemble come un inverno individuale. In una previsione stagionale ensemble, infatti, i membri condividono condizioni iniziali simili ma non identiche e possono quindi sviluppare evoluzioni atmosferiche molto differenti. Alcuni membri possono produrre un SSW, altri possono mantenere un vortice polare molto forte; analogamente, alcuni possono evolvere verso determinate configurazioni della NAO mentre altri sviluppano regimi opposti. Questa diversità rappresenta precisamente l’informazione necessaria agli autori: confrontando membri caratterizzati da uno stesso stato ENSO ma differenti evoluzioni stratosferiche diventa possibile stimare quale parte della successiva risposta del Nord Atlantico sia associata all’avvenimento di un SSW.

Le anomalie atmosferiche vengono ottenute rimuovendo per ciascun modello il proprio ciclo stagionale climatologico sub-giornaliero. La climatologia viene calcolata come media d’ensemble delle inizializzazioni comprese nel periodo comune 1993–2016. Tale scelta garantisce che i differenti modelli vengano confrontati rispetto a un periodo di riferimento condiviso. La rimozione del ciclo stagionale è indispensabile perché variabili come vento zonale, geopotenziale e posizione del jet presentano variazioni climatologiche molto marcate tra novembre e primavera. Senza questa operazione, parte delle differenze osservate prima e dopo un SSW potrebbe riflettere semplicemente l’evoluzione stagionale normale dell’atmosfera.

Viene inoltre eliminato un trend lineare. Questa operazione mira a ridurre l’influenza delle variazioni climatiche di lungo periodo sulla distribuzione delle anomalie e sugli indici utilizzati. Quando si confrontano decenni differenti, infatti, cambiamenti sistematici dello stato climatico possono alterare i valori medi delle variabili e quindi influenzare artificialmente l’analisi composita. La detrendizzazione consente di concentrare l’attenzione sulla variabilità interannuale e intrastagionale associata a ENSO e SSW, pur riconoscendo che in un sistema climatico non stazionario la separazione tra trend e variabilità naturale rappresenta sempre una semplificazione statistica.

Un’altra questione importante riguarda il peso assegnato ai diversi sistemi modellistici. Gli ensemble dei centri C3S non hanno necessariamente la stessa numerosità. Se tutti i membri venissero semplicemente riuniti in un unico campione, un modello dotato di un numero molto maggiore di membri potrebbe dominare artificialmente la media multi-modello. Gli autori evitano questo problema calcolando le medie multi-modello attraverso la media d’ensemble di ciascun sistema, in maniera tale che ogni modello contribuisca in modo equivalente. Analogamente, nella costruzione delle distribuzioni vengono applicate procedure di pesatura che impediscono agli ensemble più numerosi di assumere un’influenza sproporzionata. Questa precauzione è particolarmente importante perché le differenze tra modelli non rappresentano semplicemente rumore casuale, ma possono riflettere bias strutturali nella rappresentazione del vortice polare, dell’ENSO o della posizione climatologica del jet.

L’identificazione dei major SSW segue il criterio introdotto da Charlton e Polvani, successivamente divenuto uno degli standard più diffusi nella letteratura sulla stratosfera. Un evento viene identificato quando il vento zonale medio a 60°N e 10 hPa cambia segno, passando dalla climatologica circolazione occidentale a una circolazione orientale durante la stagione invernale. Il primo giorno in cui viene osservata tale inversione costituisce la data centrale o onset dell’evento. La definizione a 10 hPa e 60°N possiede il vantaggio di essere semplice, riproducibile e direttamente collegata a una profonda perturbazione dinamica del vortice polare. Analisi successive hanno confermato che, pur esistendo numerose possibili definizioni di SSW, la soglia originale a 60°N e 10 hPa ricade all’interno di un intervallo di latitudini e livelli particolarmente efficace nell’identificare le perturbazioni maggiori del vortice.

La metodologia impone inoltre che due eventi distinti siano separati da almeno 20 giorni consecutivi caratterizzati da venti occidentali. Questa condizione evita che oscillazioni ripetute del vento associate alla stessa perturbazione stratosferica vengano erroneamente conteggiate come SSW indipendenti. Il requisito è coerente con la definizione Charlton–Polvani e riflette il fatto che il vortice necessita di un intervallo temporale sufficiente per recuperare una circolazione occidentale prima che un nuovo evento possa essere considerato dinamicamente indipendente.

Gli autori richiedono inoltre almeno dieci giorni consecutivi di venti occidentali successivi all’evento. Questa condizione permette di escludere i final warmings, cioè le inversioni del vento associate al collasso stagionale definitivo del vortice polare durante la primavera. In un final warming la circolazione orientale persiste fino alla successiva stagione estiva e non rappresenta pertanto lo stesso tipo di perturbazione transitoria osservata nei major SSW di pieno inverno. La distinzione è essenziale perché lo scopo dello studio consiste nell’analizzare eventi in grado di produrre un’anomalia stratosferica temporanea e una successiva risposta troposferica, non la normale transizione stagionale della stratosfera.

L’utilizzo del criterio basato sull’inversione del vento richiede comunque alcune cautele nel confronto tra modelli differenti. Studi dedicati alle definizioni degli SSW nei modelli climatici hanno dimostrato che la frequenza ottenuta applicando una soglia assoluta può essere influenzata dalla climatologia del vortice simulata dal modello: sistemi caratterizzati da un vortice climatologicamente più debole possono raggiungere più facilmente la soglia di inversione. Questa possibilità rende particolarmente importante confrontare i risultati attraverso differenti sistemi e interpretare le frequenze assolute con attenzione. Nello studio in esame, tuttavia, l’obiettivo principale non consiste soltanto nel confrontare il numero totale di SSW, ma soprattutto nell’analizzare la risposta del Nord Atlantico successiva agli eventi e la sua dipendenza dallo stato ENSO.

Per quantificare tale risposta gli autori utilizzano l’indice PCNAjet introdotto in Martínez-Andradas et al. (2023). L’indice è derivato da un’analisi delle componenti principali applicata alle anomalie del vento zonale a 300 hPa nel settore nordatlantico. La scelta di 300 hPa è fisicamente appropriata perché questo livello attraversa la regione della troposfera superiore nella quale la corrente a getto extratropicale raggiunge tipicamente velocità elevate e in cui gli spostamenti latitudinali del jet possono essere identificati con particolare chiarezza.

L’analisi delle componenti principali, o PCA, permette di rappresentare un campo atmosferico complesso attraverso un numero ridotto di modi dominanti di variabilità. Nel caso del PCNAjet, il modo selezionato presenta una struttura prevalentemente dipolare: anomalie del vento zonale di segno opposto a nord e a sud della posizione climatologica del getto rappresentano lo spostamento laterale dell’intera struttura. Un indice positivo indica quindi che il getto tende a collocarsi più a nord, mentre un indice negativo segnala uno spostamento verso latitudini più meridionali.

Questa formulazione offre un vantaggio importante rispetto all’utilizzo della sola latitudine del massimo vento. La corrente a getto nordatlantica non costituisce infatti una linea geometrica perfettamente definita, ma una fascia tridimensionale di forti venti che può variare simultaneamente in posizione, ampiezza e intensità. L’utilizzo di una componente principale permette di isolare il pattern spaziale dominante associato allo spostamento meridionale o settentrionale, distinguendolo almeno parzialmente dalle semplici variazioni della velocità del getto.

L’analisi PCNAjet viene effettuata separatamente per ciascun modello. Questa scelta metodologica è particolarmente rilevante perché i sistemi stagionali possono possedere bias differenti nella latitudine climatologica della corrente a getto atlantica. Calcolare una struttura comune a tutti i modelli potrebbe trasformare tali errori sistematici in apparenti anomalie dinamiche. Definendo invece il modo principale rispetto alla climatologia di ogni singolo sistema, l’indice descrive lo spostamento relativo del jet all’interno dello spazio dinamico proprio del modello. In questo modo, un getto climatologicamente troppo settentrionale in un determinato sistema non determina automaticamente valori più positivi del PCNAjet rispetto agli altri modelli.

Per quantificare l’effetto di ciascun SSW, il PCNAjet viene mediato tra 15 e 45 giorni dopo la data centrale dell’evento. Questa finestra temporale è particolarmente significativa dal punto di vista dell’accoppiamento stratosfera–troposfera. La risposta superficiale agli SSW non raggiunge necessariamente la massima intensità immediatamente dopo l’inversione dei venti stratosferici; spesso sono necessarie una o più settimane affinché l’anomalia del vortice raggiunga la bassa stratosfera e interagisca efficacemente con la circolazione troposferica. Analizzare la finestra +15/+45 giorni permette quindi di concentrarsi sulla fase nella quale la risposta discendente ha maggiori probabilità di manifestarsi e, allo stesso tempo, di ridurre l’influenza delle configurazioni troposferiche che possono aver contribuito all’insorgenza dell’SSW stesso.

Gli eventi vengono successivamente classificati in base al segno e all’ampiezza media del PCNAjet. Quando l’indice supera +0,1 deviazioni standard, l’evento viene associato a uno spostamento verso il polo, PL; quando scende al di sotto di −0,1 deviazioni standard viene classificato come spostamento verso l’equatore, EQ. L’utilizzo di una piccola soglia attorno allo zero evita di attribuire automaticamente una categoria dinamica a casi nei quali la risposta del jet è estremamente debole. La distinzione tra PL ed EQ rappresenta uno dei pilastri dell’intero studio, poiché permette di verificare perché alcuni SSW producano la risposta canonica, caratterizzata da uno spostamento meridionale del getto, mentre altri siano seguiti da un comportamento apparentemente opposto.

La fase ENSO viene determinata utilizzando l’indice Niño3.4, uno degli indicatori più comunemente impiegati per caratterizzare l’evoluzione di El Niño e La Niña. La regione Niño3.4 si estende nel Pacifico equatoriale centrale tra 5°S e 5°N e tra 170°W e 120°W e rappresenta un’area nella quale le anomalie delle temperature superficiali marine risultano strettamente associate alle principali variazioni della convezione tropicale e della circolazione atmosferica ENSO. Per ogni membro dell’ensemble viene calcolata la temperatura superficiale marina media dell’area utilizzando anomalie standardizzate.

La standardizzazione assume particolare importanza in un confronto multi-modello. L’ampiezza della variabilità delle SST tropicali può infatti differire tra sistemi, per cui una soglia basata su un valore assoluto di temperatura potrebbe identificare un numero molto diverso di eventi ENSO nei differenti modelli. Esprimere le anomalie in unità di deviazione standard permette invece di definire gli eventi in relazione alla variabilità interna propria di ciascun sistema. Gli inverni vengono classificati come El Niño o La Niña sulla base del valore medio del Niño3.4 tra novembre e marzo, adottando una soglia di una deviazione standard. Questa soglia seleziona quindi fasi ENSO relativamente ben sviluppate, riducendo la contaminazione da inverni caratterizzati da anomalie deboli o marginali.

La scelta di utilizzare una media novembre-marzo permette inoltre di descrivere lo stato ENSO che interessa l’intero periodo nel quale vengono identificati gli SSW e valutata la successiva risposta atmosferica. Questa procedura differisce in parte dalle definizioni operative dell’ENSO basate su specifiche medie trimestrali consecutive, ma risulta funzionale agli obiettivi dello studio perché fornisce una singola classificazione coerente dell’inverno per ciascun membro dell’ensemble. Il risultato è una suddivisione che permette di confrontare SSW avvenuti in un background tropicale caldo con eventi sviluppatisi durante condizioni fredde del Pacifico equatoriale.

L’ultimo elemento fondamentale della metodologia riguarda la caratterizzazione dello stato del vortice polare nella bassa stratosfera. Gli autori utilizzano un indice del Northern Annular Mode basato sull’anomalia standardizzata dell’altezza di geopotenziale mediata sulla calotta polare a nord di 70°N. I modi anulari costituiscono una descrizione particolarmente utile della variabilità atmosferica extratropicale perché sintetizzano le variazioni della massa atmosferica e della circolazione zonale tra regioni polari e medie latitudini. Nella stratosfera, le anomalie di altezza geopotenziale sulla calotta polare risultano strettamente legate all’intensità del vortice.

Nel presente studio il segno dell’indice viene invertito, così che valori negativi corrispondano a un vortice polare più debole. Tale convenzione facilita l’interpretazione della propagazione verso il basso delle anomalie associate a un SSW: dopo un forte riscaldamento, ci si attende infatti lo sviluppo di valori NAM negativi nella stratosfera che, nei casi caratterizzati da un efficace downward coupling, possono persistere nella bassa stratosfera e successivamente essere accompagnati da anomalie dello stesso segno nella troposfera.

L’utilizzo della media sulla calotta polare permette inoltre di ridurre la sensibilità dell’indice alla posizione longitudinale del vortice. Durante un SSW, infatti, il vortice può essere semplicemente spostato lontano dal Polo oppure deformarsi e dividersi. Un indice calcolato su una singola posizione potrebbe interpretare in maniera molto differente queste configurazioni. La media delle anomalie di geopotenziale sulle alte latitudini fornisce invece una misura più generale dello stato anulare della circolazione polare e della sua intensità complessiva.

La combinazione tra PCNAjet e NAM rende possibile analizzare simultaneamente due elementi fondamentali della catena dinamica. Il NAM descrive l’evoluzione del vortice polare e la persistenza dell’anomalia nella bassa stratosfera, mentre il PCNAjet descrive la risposta latitudinale della corrente a getto nordatlantica. Confrontando l’evoluzione dei due indici gli autori possono quindi verificare se gli SSW associati a una risposta equatoriale del jet presentino una propagazione verso il basso più pronunciata rispetto agli eventi seguiti da uno spostamento settentrionale.

La metodologia adottata è particolarmente efficace per distinguere tra l’assenza reale di una risposta stratosferica e il suo possibile mascheramento da parte dell’ENSO. Supponiamo, ad esempio, che durante La Niña lo stato medio del Nord Atlantico favorisca valori positivi del PCNAjet. Un SSW può produrre una variazione negativa significativa dell’indice senza necessariamente renderne negativo il valore assoluto. Se si considerasse soltanto la posizione finale del jet, l’evento potrebbe apparire come un caso nel quale il getto rimane spostato verso nord. Confrontando invece membri La Niña con SSW e membri La Niña privi di SSW, è possibile determinare se il riscaldamento stratosferico abbia comunque esercitato una forza dinamica verso lo spostamento equatoriale.

Questo costituisce uno dei maggiori vantaggi dell’approccio ensemble utilizzato nello studio. Nella realtà osservata non è possibile conoscere direttamente quale sarebbe stata l’evoluzione atmosferica di un determinato inverno in assenza dell’SSW. Ogni inverno viene osservato una sola volta. Nei grandi ensemble stagionali, invece, molte realizzazioni partono da condizioni climatiche confrontabili ma producono evoluzioni atmosferiche differenti. I membri nei quali non avviene un SSW possono quindi costituire, con le necessarie cautele statistiche, una sorta di popolazione di controllo rispetto ai membri nei quali il vortice subisce un collasso.

La combinazione di sei sistemi differenti rafforza ulteriormente questo approccio, perché riduce il rischio che la conclusione dipenda da una peculiarità strutturale di un singolo modello. Il valore di un multi-model ensemble non consiste nell’eliminazione automatica di tutti i bias, ma nella possibilità di verificare quali risultati siano robusti rispetto a formulazioni differenti del sistema climatico. La stessa filosofia costituisce uno dei fondamenti del servizio stagionale C3S, nel quale l’uso combinato di differenti sistemi permette di rappresentare meglio l’incertezza associata agli errori modellistici.

Nel complesso, la metodologia costruisce quindi una struttura sperimentale particolarmente adatta alla domanda scientifica dello studio. Gli SSW vengono identificati mediante un criterio dinamico standardizzato nella stratosfera; la risposta troposferica viene misurata attraverso un indice specificamente concepito per descrivere lo spostamento del jet nordatlantico; la fase tropicale viene classificata utilizzando il Niño3.4; lo stato del vortice polare nella bassa stratosfera viene seguito attraverso il NAM; infine, il vasto numero di membri disponibili nel sistema C3S consente di separare statisticamente questi segnali e di confrontare eventi che si sviluppano in condizioni ENSO differenti.

Tale impostazione permette soprattutto di affrontare una questione che il limitato record osservativo rende difficile risolvere: stabilire se la maggiore frequenza di risposte non canoniche agli SSW osservata durante La Niña indichi una reale soppressione del downward coupling stratosferico oppure derivi dalla sovrapposizione di due segnali opposti. La distinzione è fondamentale. Nel primo caso, La Niña modificherebbe direttamente l’efficienza con cui l’anomalia stratosferica raggiunge la troposfera; nel secondo, l’SSW continuerebbe a esercitare la propria influenza verso una NAO più negativa e un getto relativamente più meridionale, ma tale influenza verrebbe parzialmente nascosta dal background atmosferico associato alla fase fredda dell’ENSO.

In questo senso, la sezione metodologica non rappresenta soltanto una descrizione tecnica dei dataset utilizzati, ma definisce l’intera logica sperimentale dello studio. La combinazione di rianalisi e grandi ensemble stagionali, la normalizzazione delle anomalie rispetto alle climatologie specifiche dei modelli, l’adozione di una definizione consolidata dei major SSW, la caratterizzazione oggettiva dello spostamento del jet mediante PCA e la stratificazione dei casi secondo ENSO consentono di trasformare un problema osservativo affetto da forte variabilità interna in un esperimento statistico molto più robusto. Proprio grazie a questa architettura metodologica diventa possibile valutare separatamente il contributo del Pacifico tropicale, quello del vortice polare stratosferico e la risposta finale della circolazione del Nord Atlantico, fornendo le basi quantitative necessarie per comprendere perché alcuni SSW producano la classica evoluzione verso NAO negativa mentre altri sembrino lasciare il jet in una posizione insolitamente settentrionale.

3. Risultati

L’analisi delle previsioni stagionali del Copernicus Climate Change Service evidenzia innanzitutto una caratteristica importante dei sistemi modellistici considerati: la frequenza dei riscaldamenti stratosferici improvvisi risulta generalmente superiore rispetto a quella ricavata dalla rianalisi ERA5, con l’eccezione del sistema CMCC. Questo comportamento è coerente con precedenti valutazioni dei sistemi previsionali stagionali e sottolinea come la rappresentazione statistica degli eventi estremi del vortice polare rimanga sensibile alla climatologia stratosferica propria di ciascun modello. Tale differenza non compromette necessariamente l’analisi della risposta troposferica, ma richiede cautela nell’interpretazione delle frequenze assolute degli SSW. In ERA5, la frequenza calcolata per il periodo comune 1993–2016, pari a circa 0,63 eventi per inverno, è molto vicina al valore di circa 0,65 ottenuto sul più lungo intervallo 1950–2020, indicando che la differenza temporale tra il campione delle previsioni e quello della rianalisi non rappresenta la causa principale delle discrepanze individuate. Il problema è quindi riconducibile soprattutto alle caratteristiche dei sistemi modellistici e alla loro rappresentazione della variabilità del vortice polare. Lo studio di Martínez-Andradas et al. mostra comunque che, nonostante queste differenze quantitative, i sistemi C3S riescono a riprodurre gli aspetti fondamentali della variabilità troposferica successiva agli SSW.

Uno dei risultati più interessanti riguarda il rapporto tra ENSO e frequenza dei riscaldamenti stratosferici. In tutti i sistemi stagionali considerati, la frequenza degli SSW aumenta durante El Niño e diminuisce durante La Niña. Questa risposta è coerente con numerosi esperimenti modellistici, nei quali El Niño tende a favorire una maggiore propagazione delle onde planetarie verso la stratosfera polare, un riscaldamento delle alte latitudini e un indebolimento del vortice, mentre La Niña tende mediamente a produrre condizioni di segno opposto. Il comportamento dei modelli differisce tuttavia dal record osservativo, nel quale Butler e Polvani hanno riscontrato una maggiore frequenza di major SSW sia durante El Niño sia durante La Niña rispetto agli inverni ENSO-neutrali, senza una chiara differenza tra le due fasi ENSO. Questa discrepanza costituisce da tempo uno dei problemi aperti nella rappresentazione della teleconnessione ENSO–stratosfera. La review di Baldwin et al. sui riscaldamenti stratosferici sottolinea infatti che l’incremento osservato durante La Niña potrebbe essere influenzato dalla variabilità interna o dalla sovrapposizione di altre forzanti climatiche, mentre molti modelli high-top producono una risposta del vortice all’ENSO più regolare e lineare di quella osservata.

Il fatto che le osservazioni e i modelli divergano sulla frequenza degli SSW durante La Niña è scientificamente rilevante, ma non costituisce l’aspetto centrale dello studio. Più importante è stabilire se, una volta verificatosi un SSW, i sistemi stagionali riescano a rappresentare correttamente la successiva risposta del Nord Atlantico. Da questo punto di vista emerge una notevole coerenza. Considerando complessivamente tutti gli eventi, la proporzione tra SSW seguiti da uno spostamento verso l’equatore del jet nordatlantico, indicati come EQ, e quelli seguiti da uno spostamento verso il polo, PL, è simile nei modelli e nelle rianalisi. Questo risultato conferma quanto evidenziato da Afargan-Gerstman e Domeisen, secondo cui circa due terzi degli SSW osservati sono seguiti dalla risposta canonica con spostamento meridionale del getto e firma negativa della NAO, mentre circa un terzo produce una risposta non canonica caratterizzata da uno spostamento verso latitudini più elevate. Il fatto che una proporzione comparabile emerga in un insieme molto più ampio di eventi simulati rafforza l’idea che la variabilità della risposta troposferica non sia semplicemente una conseguenza del piccolo campione osservativo, ma costituisca una proprietà intrinseca dell’accoppiamento stratosfera–troposfera.

La separazione degli eventi in funzione della fase ENSO rivela però una marcata riorganizzazione di tali probabilità. Negli inverni di El Niño, la proporzione multi-modello degli SSW associati a uno spostamento equatoriale del getto raggiunge circa 0,75, mentre quella associata a uno spostamento verso il polo scende a circa 0,14. La risposta canonica diventa quindi nettamente dominante. Durante La Niña, al contrario, la proporzione di eventi EQ diminuisce a circa 0,36, mentre quella degli eventi PL aumenta a circa 0,49. In queste condizioni diventa quindi leggermente più probabile osservare, dopo un SSW, una corrente a getto collocata relativamente più a nord rispetto a una configurazione fortemente meridionale. Tale risultato è in accordo con lo studio di Martínez-Andradas et al. del 2023, nel quale gli SSW caratterizzati da una risposta non canonica mostravano una connessione preferenziale con anomalie del Pacifico settentrionale associate alla fase fredda dell’ENSO.

Questa statistica, considerata isolatamente, potrebbe indurre a concludere che La Niña impedisca agli SSW di esercitare la loro tipica influenza sul Nord Atlantico. L’analisi dettagliata dell’indice PCNAjet mostra tuttavia che tale interpretazione sarebbe incompleta. Quando si confronta la distribuzione dei valori giornalieri del PCNAjet tra gli inverni con SSW e quelli privi di SSW, emerge infatti che il riscaldamento stratosferico produce uno spostamento relativo verso valori più negativi dell’indice in entrambe le fasi ENSO. In altre parole, sia durante El Niño sia durante La Niña, la presenza di un SSW tende a spostare la corrente a getto verso sud rispetto alla posizione che essa avrebbe avuto in assenza dell’evento stratosferico. Questo costituisce probabilmente il risultato concettualmente più importante dell’intero studio: La Niña non elimina necessariamente il downward influence dello SSW, ma modifica il punto di partenza della circolazione troposferica sul quale tale influenza agisce.

Negli inverni senza SSW, infatti, la distribuzione del PCNAjet mostra già importanti differenze legate all’ENSO. Durante El Niño essa è centrata vicino allo zero e presenta soltanto una debole asimmetria verso valori negativi. Durante La Niña, invece, la distribuzione è spostata verso valori positivi, indicando una posizione climatologica più settentrionale del getto nordatlantico e una maggiore affinità con configurazioni di NAO positiva. Questo comportamento è coerente con la nota teleconnessione ENSO verso il settore Nord Atlantico–europeo, che tende a manifestarsi con maggiore chiarezza nella seconda metà dell’inverno: El Niño favorisce mediamente un pattern più vicino alla NAO negativa, mentre La Niña tende a produrre il segnale opposto. Ayarzagüena et al. hanno inoltre mostrato che la teleconnessione ENSO nel settore atlantico cambia durante il corso dell’inverno, spiegando perché la scelta del periodo temporale sia essenziale quando si analizzano le interazioni tra ENSO, stratosfera e NAO.

Dopo gli SSW, la differenza tra le due fasi ENSO diventa ancora più significativa. Il valore medio post-SSW del PCNAjet raggiunge circa −0,73 durante El Niño, mentre è soltanto leggermente positivo, circa 0,05, durante La Niña. Considerando tutti gli inverni, il valore medio è circa −0,28. Questi numeri mostrano chiaramente come lo stato ENSO condizioni l’aspetto finale della risposta troposferica. Durante El Niño, il background atmosferico e l’influenza dello SSW tendono a operare nella stessa direzione, favorendo entrambi uno spostamento meridionale del getto. Durante La Niña, al contrario, il forcing associato al Pacifico tropicale tende a mantenere la corrente a getto relativamente più a nord, mentre l’SSW tende a spostarla verso sud. La posizione finale vicina alla neutralità rappresenta quindi il risultato dell’interferenza tra due contributi di segno opposto, non l’assenza della risposta stratosferica.

Questa distinzione tra stato assoluto e variazione relativa possiede profonde implicazioni per l’interpretazione delle teleconnessioni atmosferiche. Se durante La Niña la posizione climatologica del jet è già spostata verso il polo, un SSW può determinare un significativo spostamento verso l’equatore senza portare necessariamente il getto a latitudini inferiori alla climatologia generale. Osservando soltanto il campo atmosferico finale, l’evento potrebbe quindi essere classificato come “non canonico”. Confrontandolo invece con ciò che avviene nei membri La Niña privi di SSW emerge il contributo specifico dell’anomalia stratosferica. È precisamente questo meccanismo che giustifica il termine “obscures”, cioè “oscura” o “maschera”, utilizzato nel titolo dello studio: La Niña può rendere poco evidente il segnale degli SSW nel campo atmosferico totale pur senza annullarne la tendenza dinamica verso uno spostamento equatoriale del getto.

Il risultato si inserisce naturalmente nel quadro sviluppato da Afargan-Gerstman e Domeisen, i quali avevano mostrato come il Pacifico potesse contribuire al segno della risposta nordatlantica agli SSW. Nei loro compositi, gli eventi associati allo spostamento equatoriale e quelli associati allo spostamento verso il polo mostravano differenze sistematiche nell’attività delle perturbazioni tra Pacifico orientale, Nord America e Atlantico. La propagazione delle onde sinottiche tra i due bacini forniva quindi un possibile collegamento dinamico attraverso il quale lo stato della troposfera pacifica poteva modificare la risposta atlantica alla perturbazione stratosferica. Questo quadro è pienamente compatibile con i risultati C3S: La Niña non agisce semplicemente come anomalia tropicale locale, ma modifica una catena di teleconnessioni che coinvolge Pacifico settentrionale, Nord America e Nord Atlantico.

La diversa intensità della risposta tra El Niño e La Niña sembra inoltre essere collegata allo stato della bassa stratosfera. La distribuzione dell’indice NAM a 100 hPa viene chiaramente spostata verso valori negativi dopo gli SSW, come previsto per eventi caratterizzati da un forte indebolimento del vortice polare. Tuttavia, durante La Niña il NAM post-SSW rimane mediamente meno negativo che durante El Niño. La probabilità di osservare valori positivi del NAM a 100 hPa dopo un SSW è circa il 33% in condizioni di La Niña, mentre scende al 18% durante El Niño. Questo risultato è significativo perché la persistenza delle anomalie nella bassa stratosfera è stata ripetutamente identificata come uno dei fattori più importanti nel determinare la capacità di un SSW di influenzare la troposfera. Martínez-Andradas et al. avevano già trovato un NAM più intenso e persistente nella bassa stratosfera negli eventi seguiti da uno spostamento equatoriale del getto rispetto a quelli seguiti da uno spostamento verso il polo.

La bassa stratosfera svolge infatti una funzione cruciale nella trasmissione dell’anomalia verso la troposfera. Mentre la media e alta stratosfera possono rispondere rapidamente all’intenso forcing ondulatorio responsabile dello SSW, le anomalie a circa 100 hPa possono persistere per tempi più lunghi e interagire con la circolazione troposferica sottostante. Un NAM fortemente negativo e duraturo nella bassa stratosfera aumenta la probabilità che il segnale venga mantenuto abbastanza a lungo da influenzare l’attività delle onde sinottiche, il feedback degli eddies e la posizione del jet. Questa è una delle ragioni per cui la semplice intensità iniziale del riscaldamento a 10 hPa non costituisce necessariamente un buon predittore dell’impatto alla superficie: è l’evoluzione verticale e temporale dell’intera anomalia stratosferica a risultare determinante. Studi sulla previsione S2S hanno infatti mostrato che una buona rappresentazione della stratosfera è associata a una maggiore capacità di prevedere parte della successiva evoluzione troposferica.

È tuttavia altrettanto importante osservare che lo spostamento tra le distribuzioni NAM degli inverni post-SSW e non-SSW risulta relativamente simile durante le due fasi ENSO. Questa caratteristica suggerisce che gli SSW non siano necessariamente molto più deboli, in senso dinamico, durante La Niña. Piuttosto, anche la bassa stratosfera presenta uno stato di fondo modulato dall’ENSO: negli inverni La Niña senza SSW il NAM tende a essere più positivo, coerentemente con un vortice polare più freddo e intenso, mentre El Niño tende a favorire una stratosfera polare più calda e un vortice più debole. Di conseguenza, anche dopo una perturbazione di ampiezza comparabile, il valore assoluto finale del NAM può rimanere differente. Si ripropone quindi nella stratosfera inferiore lo stesso principio individuato per il jet: l’effetto di un SSW deve essere valutato rispetto allo stato climatico dal quale il sistema parte.

I compositi dell’altezza geopotenziale a 500 hPa forniscono una rappresentazione spaziale particolarmente chiara di questa interazione. Dopo gli SSW avvenuti durante El Niño compare un pronunciato dipolo sul Nord Atlantico, con geopotenziale anomalmente elevato alle alte latitudini, in particolare verso Groenlandia e Artico atlantico, e anomalie negative alle medie latitudini. La configurazione ricorda chiaramente una fase negativa della NAO ed è coerente con lo spostamento equatoriale del jet descritto dal PCNAjet. Durante La Niña, invece, il composito post-SSW mostra anomalie molto più deboli sul Nord Atlantico. Se ci si limitasse a questo confronto, si potrebbe nuovamente dedurre che la risposta stratosferica durante La Niña sia quasi assente.

Il confronto con gli inverni privi di SSW modifica radicalmente tale interpretazione. Durante La Niña senza SSW è infatti presente sul Nord Atlantico un dipolo geopotenziale di segno opposto rispetto alla risposta canonica degli SSW. Quando questa configurazione di fondo viene sottratta dal composito La Niña post-SSW, emerge un pattern nettamente simile alla NAO negativa. Un segnale analogo compare effettuando la stessa differenza durante El Niño. Di conseguenza, quando la componente ENSO viene opportunamente controllata, l’impatto degli SSW nelle due fasi risulta qualitativamente simile: in entrambi i casi il riscaldamento stratosferico sposta la circolazione nordatlantica verso una configurazione più negativa della NAO. Il lavoro C3S fornisce quindi un’evidenza particolarmente robusta del fatto che i segnali ENSO e SSW possano essere statisticamente separati, nonostante la loro sovrapposizione nel campo atmosferico totale.

La risposta non è però perfettamente identica. Nel multi-modello, il segnale associato agli SSW rimane generalmente più intenso durante El Niño e si estende maggiormente verso ovest, raggiungendo gli Stati Uniti sudorientali. Questa caratteristica appare in tutti i sistemi analizzati dagli autori, pur con differenze nell’ampiezza. La maggiore estensione longitudinale suggerisce che la risposta post-SSW non sia semplicemente un modo anulare perfettamente zonale, ma possa interagire con i treni d’onda e con la circolazione stazionaria associata all’ENSO. La diversa configurazione della convezione tropicale tra El Niño e La Niña modifica infatti le sorgenti delle onde di Rossby nel Pacifico e, attraverso la teleconnessione Pacifico–Nord America–Atlantico, può condizionare la struttura regionale della risposta troposferica.

Questi risultati sono coerenti anche con studi che hanno mostrato come lo stato del Pacifico settentrionale e la posizione iniziale dei jet possano controllare l’efficienza della risposta troposferica a una perturbazione stratosferica. Afargan-Gerstman e Domeisen hanno evidenziato che la risposta non canonica degli SSW è associata a un’organizzazione asimmetrica dell’attività delle perturbazioni e che la propagazione degli eddies dal Pacifico orientale verso l’Atlantico contribuisce a determinare il segno finale dello spostamento del jet. Altri lavori hanno inoltre mostrato che la risposta troposferica a un vortice polare perturbato dipende dal background della corrente a getto, a conferma del fatto che la stessa forzante stratosferica può produrre esiti differenti quando applicata a stati troposferici diversi.

Una delle conseguenze più rilevanti riguarda gli estremi meteorologici. La risposta della circolazione agli SSW non costituisce infatti un risultato puramente dinamico, ma modifica la probabilità di temperature e precipitazioni estreme su vaste regioni. I sistemi C3S mostrano che, sia durante El Niño sia durante La Niña, la probabilità di precipitazioni intense aumenta sull’Europa occidentale e meridionale dopo gli SSW e diminuisce sull’Europa settentrionale rispetto agli inverni privi di tali eventi. Questa redistribuzione è fisicamente coerente con lo spostamento verso sud della storm track nordatlantica: quando il jet e il corridoio principale delle depressioni extratropicali si abbassano di latitudine, l’Europa meridionale e il Mediterraneo occidentale risultano maggiormente esposti al passaggio di sistemi ciclonici, mentre le regioni settentrionali possono sperimentare una riduzione dell’attività perturbata. Studi precedenti hanno collegato gli SSW a una maggiore probabilità di condizioni piovose sull’Europa sudoccidentale, e il notevole evento del febbraio 2018 fornì un esempio osservativo di forte accoppiamento stratosfera–troposfera seguito da condizioni insolitamente umide in alcune regioni dell’Europa meridionale.

L’effetto non è tuttavia identico nelle due fasi ENSO. Durante La Niña, gli inverni privi di SSW sono caratterizzati da un getto mediamente più settentrionale e da una maggiore concentrazione degli estremi precipitativi sulle regioni dell’Europa settentrionale. Quando si verifica un SSW, lo spostamento verso sud del jet determina soprattutto una forte diminuzione degli estremi a nord, mentre l’aumento sull’Europa meridionale rimane relativamente modesto. Durante El Niño la situazione è differente: il background termodinamico e dinamico favorisce già una configurazione più meridionale e una maggiore disponibilità di umidità lungo alcune traiettorie atmosferiche. L’ulteriore spostamento equatoriale dovuto allo SSW può quindi tradursi in un aumento più marcato della probabilità di precipitazioni estreme sull’Europa meridionale.

Questo aspetto mette in evidenza la distinzione tra risposta dinamica e impatto meteorologico. La direzione della perturbazione prodotta dallo SSW può essere simile durante El Niño e La Niña — uno spostamento verso sud del getto — ma le conseguenze superficiali possono essere molto diverse perché l’atmosfera sulla quale tale perturbazione agisce possiede differenti quantità di umidità, differenti sorgenti convettive tropicali e differenti configurazioni della circolazione planetaria. Durante El Niño, la convezione tropicale tende a spostarsi verso est nel Pacifico, producendo profonde modificazioni dei flussi di calore e umidità e dei treni d’onda che si propagano verso il Nord America e l’Atlantico. Durante La Niña, la convezione è mediamente collocata più a ovest. Ne consegue che la stessa anomalia dinamica del jet può interagire con ambienti termodinamici differenti, generando distribuzioni regionali degli estremi non perfettamente simmetriche. La teleconnessione ENSO non deve quindi essere considerata soltanto come una perturbazione della pressione atmosferica, ma come una riorganizzazione accoppiata della dinamica e della termodinamica atmosferica.

Un comportamento analogo emerge per gli estremi di temperatura. Dopo gli SSW aumenta in entrambe le fasi ENSO la probabilità di temperature estremamente basse sull’Eurasia settentrionale rispetto agli inverni senza SSW, mentre contemporaneamente diminuisce la probabilità di freddo estremo sulla Groenlandia. Questa configurazione è coerente con la risposta negativa del NAM e della NAO e con l’aumento della probabilità di blocchi e di scambi meridiani alle alte latitudini. La maggiore presenza di pressioni elevate verso Groenlandia e Artico atlantico può indebolire il normale flusso occidentale zonale e favorire il trasporto di masse d’aria artiche o continentali verso alcune aree delle medie latitudini. Tuttavia, anche in questo caso si tratta di una modifica probabilistica: un SSW aumenta la probabilità di determinate configurazioni fredde, ma non determina necessariamente un’ondata di gelo in una specifica regione. Le analisi S2S mostrano che gli estremi stratosferici possono influenzare temperatura e circolazione superficiale per settimane, soprattutto nel settore Nord Atlantico–eurasiatico, ma la risposta regionale rimane fortemente dipendente dalla configurazione troposferica.

Particolarmente interessante è il comportamento degli Stati Uniti orientali. Durante El Niño, gli SSW sono associati a un incremento sia della probabilità di precipitazioni estreme sia della probabilità di temperature molto basse in questa regione. La risposta è coerente con il pattern di geopotenziale a 500 hPa, che durante El Niño si estende più nettamente verso ovest rispetto a La Niña. Tale differenza rappresenta un’ulteriore indicazione del fatto che l’interazione ENSO–SSW possieda componenti non lineari. Se la risposta fosse costituita semplicemente dalla somma lineare di una teleconnessione ENSO e di una risposta stratosferica universale, ci si attenderebbe una struttura spaziale molto più simile nelle due fasi. L’estensione differente delle anomalie e la diversa distribuzione degli estremi suggeriscono invece che il background ENSO modifichi anche il modo in cui la perturbazione stratosferica viene riorganizzata dalla dinamica troposferica.

Il concetto di non linearità è particolarmente importante perché ENSO stesso non presenta una perfetta simmetria tra El Niño e La Niña. Le anomalie della temperatura superficiale marina, della convezione e della circolazione di Walker non sono semplicemente invertite passando da una fase all’altra. Anche la risposta della stratosfera mostra differenze: le anomalie del vortice associate a El Niño sono generalmente più robuste, mentre quelle di La Niña risultano spesso più deboli e maggiormente influenzate dalla variabilità interna. Butler e Polvani hanno mostrato che il record osservativo degli SSW durante le due fasi non segue la semplice aspettativa derivata dallo stato medio del vortice, mentre studi modellistici tendono frequentemente a produrre una relazione più lineare. La differenza tra osservazioni e modelli costituisce quindi un ulteriore indizio della presenza di interazioni con QBO, onde planetarie, variabilità pacifica e altri fattori climatici.

Dal punto di vista della prevedibilità, i risultati suggeriscono che l’informazione fornita da uno SSW debba essere interpretata condizionatamente allo stato ENSO. Sapere che è avvenuto un forte indebolimento del vortice polare aumenta la probabilità di una circolazione nordatlantica più simile alla NAO negativa, ma l’ampiezza e persino l’aspetto apparente del segnale dipendono dal background tropicale. Durante El Niño, la risposta può emergere chiaramente perché lo stato medio atmosferico tende a rafforzarla. Durante La Niña, la stessa tendenza stratosferica può essere parzialmente compensata, producendo un’anomalia finale molto più debole. Per una previsione sub-stagionale ciò significa che l’assenza di un’evidente NAO negativa immediatamente dopo un SSW durante La Niña non dovrebbe essere interpretata automaticamente come un fallimento dell’accoppiamento verso il basso.

In termini probabilistici, la domanda corretta non è dunque se un SSW “produrrà” una NAO negativa, ma quanto la presenza dell’SSW modifichi la distribuzione delle possibili configurazioni rispetto a un inverno caratterizzato dallo stesso stato ENSO ma privo del riscaldamento stratosferico. È questa formulazione che il grande ensemble C3S permette di affrontare in maniera molto più efficace rispetto al limitato record osservativo. Nei sistemi previsionali, numerosi membri possono essere confrontati mantenendo condizioni oceaniche simili ma ottenendo evoluzioni stratosferiche differenti, costruendo di fatto una sorta di esperimento controfattuale che nell’atmosfera reale non è disponibile.

Nel complesso, i risultati forniscono quindi una visione più articolata della relazione tra ENSO, SSW e circolazione nordatlantica. Gli SSW conservano una tendenza robusta a spostare il getto verso l’equatore e a favorire una configurazione assimilabile alla NAO negativa. El Niño tende ad amplificare la manifestazione di questo segnale, mentre La Niña tende a mascherarlo attraverso un background caratterizzato da un getto più settentrionale e da una circolazione più favorevole alla NAO positiva. La risposta durante La Niña può essere inoltre leggermente più debole, probabilmente anche a causa di anomalie meno negative del NAM nella bassa stratosfera, ma i dati non indicano una soppressione generalizzata del meccanismo di accoppiamento stratosfera–troposfera.

Questa interpretazione riconcilia apparentemente due osservazioni che potrebbero sembrare contraddittorie: da un lato, durante La Niña aumenta la proporzione di SSW seguiti da un jet classificato come spostato verso il polo; dall’altro, confrontando gli inverni La Niña con e senza SSW emerge comunque una chiara tendenza relativa verso uno spostamento equatoriale. La contraddizione scompare quando si riconosce che la classificazione EQ/PL descrive lo stato finale rispetto a una climatologia, mentre il confronto SSW–non-SSW misura l’effetto dinamico esercitato dall’evento all’interno dello stesso background ENSO. In tal senso, il contributo principale dello studio consiste nel dimostrare che uno stato finale apparentemente non canonico non implica necessariamente un’assenza dell’influenza stratosferica.

I risultati rafforzano inoltre l’idea, già emersa dalla letteratura recente, secondo cui la risposta superficiale agli SSW non possa essere compresa analizzando esclusivamente la stratosfera. Il segnale discendente interagisce con il jet, con gli eddies, con le storm track e con le teleconnessioni pacifiche preesistenti. Afargan-Gerstman e Domeisen hanno mostrato l’importanza della connessione tra Pacifico e Atlantico, mentre Martínez-Andradas et al. hanno evidenziato il ruolo sia del NAM nella bassa stratosfera sia delle anomalie del Pacifico centrale nel determinare la probabilità di una risposta EQ o PL. Il nuovo studio estende questo quadro a un grande ensemble di previsioni stagionali e identifica nell’ENSO uno dei principali fattori capaci di organizzare tale variabilità.

Ne emerge una concezione dell’accoppiamento stratosfera–troposfera profondamente probabilistica e dipendente dallo stato del sistema climatico. Un SSW non agisce su un’atmosfera neutrale, ma su una circolazione che possiede già una determinata configurazione dovuta a ENSO, variabilità pacifica, QBO, attività ondulatoria e dinamica interna. La risposta osservata rappresenta pertanto il risultato dell’interazione tra queste differenti sorgenti di variabilità. Questo principio è fondamentale anche per lo sviluppo futuro delle previsioni sub-stagionali: la capacità di prevedere correttamente il vortice polare rappresenta una fonte di informazione preziosa, ma il suo massimo valore può essere ottenuto soltanto integrandola con una corretta rappresentazione della troposfera e delle principali teleconnessioni tropicali. I sistemi con una migliore rappresentazione della stratosfera tendono infatti a mostrare anche una maggiore capacità di sfruttare il segnale stratosferico per la previsione troposferica alle scale S2S.

In conclusione, l’analisi dei risultati dimostra che la presenza di La Niña modifica profondamente l’apparenza, ma non necessariamente la direzione fondamentale, della risposta del Nord Atlantico ai riscaldamenti stratosferici improvvisi. Gli SSW tendono comunque a produrre uno spostamento equatoriale del getto rispetto agli inverni comparabili privi di eventi stratosferici; tuttavia, il background La Niña, associato a una posizione più settentrionale del jet e a una configurazione mediamente più positiva della NAO, può compensare gran parte di questo segnale nel campo atmosferico finale. El Niño opera invece più frequentemente nella stessa direzione del forcing stratosferico e rende quindi maggiormente riconoscibile la risposta canonica. Questa interazione si riflette non soltanto negli indici di circolazione e nei campi di geopotenziale, ma anche nella distribuzione regionale delle precipitazioni e delle temperature estreme. Il messaggio scientifico che emerge è pertanto particolarmente significativo per la previsione stagionale e sub-stagionale: gli effetti di un SSW devono essere valutati non isolatamente, ma nel contesto dinamico e termodinamico nel quale l’evento si verifica. È proprio dall’interazione tra stato tropicale, vortice polare, bassa stratosfera e circolazione troposferica che nasce la risposta effettivamente osservata sul Nord Atlantico e sull’Europa.

Analisi della Tabella 1: frequenza degli SSW, modulazione ENSO e risposta della corrente a getto nordatlantica

La Tabella 1 dello studio di Martínez-Andradas, de la Cámara, Zurita-Gotor e Butler costituisce uno dei passaggi quantitativamente più importanti dell’intera analisi, perché permette di mettere in relazione tre componenti fondamentali della variabilità atmosferica invernale dell’emisfero boreale: la frequenza dei riscaldamenti stratosferici improvvisi, lo stato dell’El Niño–Southern Oscillation e la successiva posizione della corrente a getto guidata dalle perturbazioni sul Nord Atlantico. L’importanza della tabella non deriva soltanto dal confronto tra i differenti sistemi di previsione stagionale del Copernicus Climate Change Service e la rianalisi ERA5, ma soprattutto dalla possibilità di verificare se la risposta troposferica agli SSW dipenda dal background climatico imposto da El Niño e La Niña. È proprio questa prospettiva condizionata a rappresentare uno degli aspetti più innovativi del lavoro: un SSW non viene considerato come una perturbazione che agisce su un’atmosfera neutra, ma come un evento che si inserisce in una circolazione già influenzata dalla variabilità tropicale, con conseguenze potenzialmente molto differenti sul settore euro-atlantico. Lo studio mostra nel complesso che gli SSW tendono a favorire uno spostamento equatoriale del jet nordatlantico, ma che La Niña può rendere molto meno evidente questa risposta nel campo atmosferico finale a causa della sua influenza opposta sullo stato medio della circolazione. 

La tabella confronta sei sistemi operativi di previsione stagionale, CMCC, DWD, ECCC, ECMWF, Météo-France e UKMO, con la media multi-modello, indicata come MMM, e con ERA5. I dati modellistici si riferiscono al periodo comune 1993–2016, mentre ERA5 viene analizzata sul più ampio periodo 1950–2020. Per ciascuna delle tre categorie climatiche considerate — tutti gli inverni, inverni di El Niño e inverni di La Niña — vengono riportate la frequenza degli SSW e le frazioni di eventi seguiti da una posizione equatoriale, EQ, o polare, PL, della corrente a getto nordatlantica nell’intervallo compreso tra 15 e 45 giorni dopo l’inizio del riscaldamento stratosferico. Questa finestra temporale possiede un preciso significato dinamico: la risposta della troposfera a un SSW non è necessariamente immediata, ma può svilupparsi progressivamente man mano che l’anomalia del vortice polare raggiunge la bassa stratosfera e modifica l’interazione tra flusso medio, onde planetarie e perturbazioni sinottiche. Di conseguenza, l’intervallo +15/+45 giorni è particolarmente appropriato per isolare la fase nella quale la firma troposferica degli SSW tende a diventare più evidente.

Considerando inizialmente tutti gli inverni, la frequenza media multi-modello degli SSW è pari a 0,91, mentre ERA5 presenta un valore di 0,65. La maggior parte dei sistemi C3S produce quindi più SSW rispetto alla rianalisi. Il CMCC costituisce l’eccezione principale, con una frequenza di 0,59, mentre DWD ed ECCC raggiungono rispettivamente 1,01 e 1,07 eventi per inverno. ECMWF presenta 0,91, Météo-France 0,97 e UKMO 0,88. Queste differenze sono importanti perché mostrano che i modelli non riproducono perfettamente la climatologia osservata del vortice polare. Alcuni sistemi simulano una stratosfera maggiormente predisposta a raggiungere il criterio dinamico utilizzato per identificare un major SSW, ossia l’inversione del vento zonale medio a 60°N e 10 hPa. Ciò può dipendere dalla climatologia del vortice, dalla rappresentazione della propagazione delle onde planetarie, dalla risoluzione verticale e dalle parametrizzazioni dei processi sub-grid. Tuttavia, una sovrastima della frequenza assoluta non implica necessariamente che il modello rappresenti erroneamente anche la risposta troposferica all’evento, ed è proprio su quest’ultimo aspetto che la tabella fornisce risultati particolarmente interessanti.

La media multi-modello mostra infatti che, considerando tutti gli inverni, il 53% circa degli SSW viene seguito da uno spostamento equatoriale del getto, mentre il 32% è associato a uno spostamento verso il polo. ERA5 presenta una preferenza ancora più marcata per la risposta canonica, con EQ pari a 0,63 e PL pari a 0,26. La somma delle due frazioni non raggiunge l’unità perché gli autori mantengono non classificati gli eventi nei quali il PCNAjet rimane compreso nella fascia di neutralità definita dalle soglie metodologiche. Questa scelta è importante perché evita di forzare ogni SSW all’interno di una risposta meridionale o settentrionale anche quando l’anomalia del getto è troppo debole per essere considerata significativa dal punto di vista dinamico.

La preferenza generale per la risposta EQ è coerente con quella che viene comunemente definita risposta troposferica canonica a un SSW. Studi osservativi e modellistici hanno mostrato che, dopo un forte indebolimento del vortice polare, la circolazione del Nord Atlantico tende statisticamente a evolvere verso una fase più negativa della North Atlantic Oscillation, associata a una diminuzione del flusso occidentale alle alte latitudini e a uno spostamento verso sud dell’eddy-driven jet. Tuttavia, tale comportamento non è universale. Afargan-Gerstman e Domeisen hanno mostrato che circa due terzi degli SSW osservati sono seguiti dalla risposta canonica con spostamento equatoriale del jet, mentre il restante terzo presenta una risposta zonalmente asimmetrica caratterizzata da uno spostamento verso il polo. Il loro lavoro ha inoltre evidenziato che la circolazione del Pacifico può contribuire a determinare il segno della risposta atlantica attraverso la propagazione delle perturbazioni sinottiche tra Pacifico orientale e Atlantico. 

La Tabella 1 mostra quindi che questa variabilità fondamentale della risposta agli SSW è presente anche nei sistemi stagionali C3S. Si tratta di un risultato scientificamente significativo, perché il limitato numero di SSW osservati potrebbe teoricamente far sospettare che la proporzione tra risposte EQ e PL sia influenzata dal piccolo campione disponibile nelle rianalisi. Il fatto che un comportamento analogo emerga in ensemble modellistici molto più numerosi suggerisce invece che l’esistenza di risposte canoniche e non canoniche costituisca una caratteristica reale della dinamica accoppiata stratosfera–troposfera. Il lavoro di Martínez-Andradas et al. del 2023 aveva già dimostrato, utilizzando rianalisi dal 1950 al 2020, che gli SSW seguiti da uno spostamento equatoriale presentano un segnale NAM più forte e persistente nella bassa stratosfera rispetto agli eventi seguiti da uno spostamento verso il polo. Lo stesso studio aveva individuato anomalie precursori sul Pacifico settentrionale centrale e aveva collegato le risposte non canoniche alla fase fredda dell’ENSO. 

La separazione tra El Niño e La Niña contenuta nella Tabella 1 permette di comprendere quanto questa modulazione sia profonda. Negli inverni di El Niño, la frequenza media multi-modello degli SSW passa da 0,91 a 1,10. Il segnale compare nella quasi totalità dei sistemi: DWD raggiunge 1,18, ECCC 1,27, ECMWF 1,08, Météo-France 1,10 e UKMO 1,17. Anche ERA5 mostra un incremento, passando da 0,65 considerando tutti gli inverni a 0,90 durante El Niño. Questa maggiore frequenza modellistica è coerente con la relazione climatica generalmente osservata tra El Niño e un vortice polare boreale mediamente più debole e caldo. La teleconnessione ENSO può infatti modificare la circolazione del Pacifico settentrionale e la propagazione delle onde planetarie verso la stratosfera, favorendo durante El Niño un aumento dell’attività d’onda verticale e una maggiore perturbazione del vortice. La review di Domeisen, Garfinkel e Butler descrive proprio El Niño come generalmente associato a un indebolimento e riscaldamento del vortice polare, mentre durante La Niña le anomalie tendono frequentemente ad assumere segno opposto, pur con una maggiore variabilità e minore simmetria. 

Ancora più marcata è la modifica della risposta della corrente a getto. Durante El Niño, la media multi-modello mostra EQ pari a 0,75 e PL soltanto 0,14. Ciò significa che circa tre quarti degli SSW simulati durante El Niño sono seguiti da un jet spostato verso latitudini più meridionali, mentre la risposta verso il polo diventa relativamente rara. Il segnale è presente in tutti i sistemi: ECMWF mostra EQ pari a 0,76 contro PL 0,11, CMCC 0,77 contro 0,09 e UKMO raggiunge addirittura 0,89 contro 0,04. La coerenza intermodellistica suggerisce che El Niño costituisca un background particolarmente favorevole all’emersione della risposta canonica post-SSW.

Questa caratteristica può essere interpretata come il risultato della sovrapposizione di due sorgenti di variabilità che tendono, mediamente, ad agire nella stessa direzione. Un SSW favorisce una risposta negativa del NAM e della NAO e tende a spostare il jet nordatlantico verso sud; El Niño, soprattutto nella seconda parte dell’inverno, può anch’esso favorire un assetto euro-atlantico più compatibile con una NAO negativa. Il risultato finale è quindi una sorta di interferenza costruttiva, nella quale la teleconnessione tropicale e l’influenza discendente della stratosfera rafforzano la stessa tendenza dinamica. Ciò non significa che ogni inverno di El Niño seguito da un SSW debba necessariamente produrre una NAO fortemente negativa, perché la variabilità interna troposferica rimane elevata, ma la distribuzione probabilistica viene chiaramente spostata verso quella configurazione.

La situazione cambia notevolmente durante La Niña. Nella media multi-modello, la frequenza degli SSW scende a 0,77, inferiore non soltanto al valore di El Niño, 1,10, ma anche a quello complessivo di 0,91. CMCC presenta appena 0,43, DWD e UKMO 0,76, Météo-France 0,83 ed ECMWF 0,87. ECCC costituisce un caso più vicino alla neutralità, con 0,99. Questo comportamento riflette la tendenza dei modelli a rappresentare La Niña come associata a un vortice polare più intenso e freddo, meno predisposto ai major SSW. Tuttavia, proprio su questo punto emerge una delle più interessanti divergenze tra modelli e osservazioni.

ERA5, infatti, mostra una frequenza degli SSW di 0,80 durante La Niña, superiore al valore 0,65 relativo a tutti gli inverni. Questo comportamento è coerente con il lavoro di Butler e Polvani del 2011, che analizzando oltre cinquant’anni di rianalisi trovarono una frequenza degli SSW simile durante El Niño e La Niña e, in entrambi i casi, superiore agli inverni ENSO-neutrali. Nel loro campione, la frequenza era circa 0,72 per inverno durante El Niño e 0,78 durante La Niña, contro 0,41 negli inverni neutrali. Gli autori sottolinearono quindi che La Niña non poteva essere considerata semplicemente come la fase nella quale gli SSW diventavano meno probabili. 

La questione rimane tuttavia complessa, perché la frequenza degli SSW durante La Niña è sensibile alla definizione adottata. Song e Son, riesaminando la relazione ENSO–SSW mediante sette differenti criteri identificativi, hanno mostrato che l’aumento degli SSW durante El Niño è relativamente robusto rispetto alla definizione, mentre per La Niña il risultato cambia in modo sostanziale. Alcune definizioni, inclusa quella basata sull’inversione del vento a 60°N e 10 hPa, producono una maggiore frequenza durante La Niña; altre non mostrano differenze significative oppure producono addirittura una diminuzione. Gli autori hanno collegato questa sensibilità alle differenze nel vento di fondo, nell’estensione latitudinale delle inversioni e nell’attività delle onde planetarie. Questo risultato invita quindi a non interpretare la differenza tra modelli e rianalisi come una semplice incapacità modellistica, ma come parte di un problema più generale legato alla definizione stessa degli eventi estremi del vortice polare. 

Se la frequenza degli SSW rappresenta un aspetto interessante, è però la risposta del jet durante La Niña a fornire il risultato probabilmente più importante della Tabella 1. Nella media multi-modello, EQ scende a 0,36, mentre PL sale a 0,49. In altre parole, gli SSW avvenuti durante La Niña vengono più frequentemente seguiti da una posizione relativamente settentrionale del jet piuttosto che dalla classica configurazione equatoriale. DWD mostra EQ 0,33 e PL 0,51, ECCC 0,35 e 0,55, ECMWF 0,32 e 0,48, UKMO 0,37 e 0,58. Météo-France costituisce l’eccezione più evidente, con una maggiore frequenza EQ, pari a 0,43, rispetto a PL, pari a 0,34. La caratteristica generale rimane però sufficientemente robusta da comparire chiaramente nella media multi-modello.

ERA5 mostra un segnale ancora più marcato: durante La Niña EQ è soltanto 0,25, mentre PL raggiunge 0,63. La differenza rispetto a El Niño è impressionante. Nella rianalisi, durante El Niño il rapporto è 0,67 contro 0,22; durante La Niña si passa invece a 0,25 contro 0,63. Apparentemente, dunque, la fase ENSO modifica completamente il comportamento del jet dopo gli SSW. Questo risultato riproduce le conclusioni dello studio del 2023 di Martínez-Andradas et al., nel quale gli SSW con risposta non canonica risultavano associati preferenzialmente alla fase fredda dell’ENSO e a specifiche anomalie della circolazione sul Pacifico centrale. 

È però fondamentale non confondere la posizione finale del jet con la direzione dell’effetto esercitato dall’SSW. Questa distinzione è precisamente ciò che permette di comprendere il significato della tabella. La maggiore frequenza di eventi PL durante La Niña non implica necessariamente che gli SSW spingano fisicamente la corrente a getto verso nord. Il quadro delineato dalle successive analisi dello studio mostra invece che La Niña tende già, in assenza di SSW, a favorire un jet climatologicamente più settentrionale e una circolazione maggiormente compatibile con una NAO positiva. L’SSW può quindi esercitare la propria influenza verso sud senza essere necessariamente in grado di superare completamente questo stato di fondo.

Dal punto di vista concettuale, si può pensare alla risposta come a uno spostamento relativo applicato a differenti condizioni iniziali. Durante El Niño il jet parte mediamente da una posizione più favorevole a un assetto meridionale; se sopraggiunge un SSW, la perturbazione stratosferica sposta ulteriormente la distribuzione verso sud e il risultato finale appare chiaramente EQ. Durante La Niña, invece, il jet parte da una posizione mediamente più settentrionale. Lo stesso tipo di forcing stratosferico può spostarlo verso sud, ma la posizione finale può rimanere comunque a nord della climatologia e quindi essere classificata come PL. La classificazione PL non equivale quindi necessariamente a una risposta dinamica poleward provocata dall’SSW: può rappresentare il residuo di un background La Niña sufficientemente forte da non essere completamente compensato dalla perturbazione stratosferica.

È proprio questo il significato fisico dell’idea secondo cui La Niña “oscura” la risposta agli SSW. Lo studio del 2025 mostra che, confrontando membri dell’ensemble con e senza SSW all’interno della stessa fase ENSO, gli SSW aumentano comunque la probabilità di una corrente a getto più equatoriale e di una configurazione più negativa della NAO sia durante El Niño sia durante La Niña. La differenza è che il segnale assoluto osservato durante La Niña rimane molto più debole perché lo stato medio ENSO esercita un’influenza di segno opposto. La Niña non elimina quindi necessariamente la teleconnessione stratosferica: la maschera sovrapponendole un’anomalia troposferica concorrente. 

Questa interpretazione trova un importante sostegno nella ricerca precedente sulla modulazione pacifica della risposta atlantica. Afargan-Gerstman e Domeisen hanno mostrato che gli SSW seguiti da uno spostamento equatoriale del jet presentano una risposta troposferica più zonalmente simmetrica e coerente con la NAO negativa, mentre gli eventi seguiti da uno spostamento verso il polo mostrano una struttura più asimmetrica. In particolare, le anomalie nel Pacifico orientale possono influenzare l’attività delle perturbazioni sinottiche che si propagano verso il Nord America e l’Atlantico, contribuendo così a determinare il segno della risposta finale del jet. Il Pacifico tropicale ed extratropicale non rappresenta quindi un semplice fattore esterno indipendente, ma una componente attiva del meccanismo che collega la perturbazione stratosferica all’evoluzione della troposfera nordatlantica. 

La Tabella 1 suggerisce inoltre l’esistenza di una forte asimmetria tra El Niño e La Niña. Se le due fasi ENSO fossero semplicemente immagini speculari l’una dell’altra e la risposta atmosferica fosse perfettamente lineare, ci si aspetterebbe una variazione grosso modo simmetrica delle frequenze e delle risposte del jet. In realtà, l’atmosfera tropicale ed extratropicale risponde in modo più complesso. El Niño modifica fortemente la convezione nel Pacifico centrale e orientale, altera la depressione aleutinica, la sorgente delle onde di Rossby e la propagazione planetaria; La Niña produce anomalie di segno opposto ma spesso di ampiezza e struttura differenti. Studi modellistici dedicati alla linearità della teleconnessione ENSO hanno mostrato che la risposta del Pacifico settentrionale a La Niña può essere notevolmente più debole rispetto alla corrispondente risposta di El Niño di uguale ampiezza, con conseguenze anche per il vortice polare e la NAO. 

Questa non linearità contribuisce anche a spiegare perché i sistemi modellistici possano riprodurre più chiaramente una riduzione degli SSW durante La Niña rispetto a quanto emerge dal record osservativo. Le osservazioni contengono infatti la sovrapposizione di ENSO con numerosi altri fattori, tra cui la Quasi-Biennial Oscillation, la variabilità della MJO, anomalie delle temperature superficiali marine extratropicali, stato del ghiaccio marino e variabilità interna delle onde planetarie. La limitata lunghezza del record rende difficile separare statisticamente tutte queste influenze. La review di Domeisen e collaboratori sottolinea proprio che la relazione ENSO–stratosfera è condizionata da nonlinearità, diversità degli eventi ENSO e interazioni con altri modi di variabilità, rendendo particolarmente problematica una descrizione puramente lineare del sistema. 

La colonna relativa agli inverni di El Niño mostra inoltre che la capacità dei modelli di riprodurre la risposta equatoriale del jet è sorprendentemente coerente nonostante le differenze nella frequenza degli SSW. CMCC, per esempio, produce relativamente pochi SSW, 0,77 durante El Niño, ma il 77% di essi viene seguito da una risposta EQ. ECCC ne produce molti di più, 1,27, ma mostra comunque una chiara predominanza EQ, pari a 0,67 contro PL 0,18. UKMO presenta contemporaneamente un’elevata frequenza di SSW e una risposta EQ estremamente dominante, 0,89. Questo suggerisce che l’eventuale bias nella frequenza con cui un modello genera SSW non determina automaticamente un bias equivalente nella direzione della risposta troposferica. Frequenza dell’evento stratosferico e capacità di simulare il successivo accoppiamento verso la troposfera costituiscono quindi due aspetti distinti della performance modellistica.

Un discorso analogo può essere fatto per La Niña. ECCC produce quasi un SSW per inverno La Niña, 0,99, mentre CMCC soltanto 0,43; tuttavia, entrambi mostrano una prevalenza relativa delle risposte PL. Questo tipo di coerenza qualitativa attraverso sistemi numericamente differenti conferisce maggiore robustezza all’ipotesi secondo cui il background La Niña eserciti effettivamente una modulazione importante sulla posizione finale del jet. Il fatto che ERA5 mostri una relazione dello stesso segno rafforza ulteriormente la conclusione, pur richiedendo cautela a causa della limitata numerosità del campione osservativo.

La tabella assume inoltre una particolare rilevanza nel contesto della prevedibilità sub-stagionale. Gli SSW sono considerati importanti “finestre di opportunità” per la previsione oltre il medio termine perché le anomalie del vortice polare, soprattutto quando penetrano nella bassa stratosfera, possono persistere diverse settimane e influenzare progressivamente la troposfera. Tuttavia, la Tabella 1 dimostra che la semplice conoscenza dell’avvenuto SSW non è sufficiente per prevedere la posizione futura del jet. Lo stato ENSO modifica fortemente la probabilità degli esiti possibili. Un SSW durante El Niño e un SSW durante La Niña sono quindi eventi formalmente simili dal punto di vista della definizione stratosferica, ma si verificano in contesti dinamici differenti e producono distribuzioni di probabilità troposferiche altrettanto differenti.

Questo concetto è particolarmente importante nell’utilizzo operativo delle previsioni stagionali. Se un sistema prevede un inverno di La Niña e successivamente sviluppa un SSW, non sarebbe corretto interpretare automaticamente l’evento come garanzia di una NAO negativa o di un jet fortemente meridionale. Più correttamente, l’SSW dovrebbe essere interpretato come un fattore che sposta la probabilità della circolazione in direzione equatoriale rispetto al background La Niña. Il risultato finale potrebbe essere una circolazione quasi neutra oppure persino ancora leggermente positiva dal punto di vista della NAO, pur rappresentando una risposta significativamente più meridionale rispetto allo scenario che si sarebbe realizzato senza l’SSW.

Allo stesso modo, durante El Niño un SSW può produrre un segnale particolarmente evidente perché il background climatico e la perturbazione stratosferica cooperano. Questo aiuta anche a comprendere perché alcuni studi abbiano trovato una migliore prevedibilità degli impatti troposferici degli SSW durante gli inverni di El Niño rispetto a quelli di La Niña: nel primo caso il segnale stratosferico viene più facilmente distinto dal rumore della variabilità interna, mentre nel secondo si sovrappone a una forzante tropicale di segno opposto. Lo stesso studio del 2025 evidenzia che la risposta equatoriale indotta dagli SSW è mediamente più intensa durante El Niño e che parte di questa differenza può essere collegata a anomalie più deboli della bassa stratosfera negli eventi verificatisi durante La Niña. 

La presenza di una forte componente relativa nella risposta permette infine di reinterpretare la distinzione tra eventi “canonici” e “non canonici”. La Tabella 1 classifica gli SSW sulla base dello stato del jet dopo l’evento, ma questo stato non riflette necessariamente l’effetto causale puro della perturbazione stratosferica. Un evento PL verificatosi durante La Niña potrebbe essere stato ancora più fortemente PL in assenza dell’SSW. In questo caso, l’evento avrebbe effettivamente prodotto una risposta equatoriale, pur senza spostare il jet abbastanza da cambiare la classificazione finale. Questa distinzione è estremamente importante nella ricerca sulle teleconnessioni climatiche perché dimostra che i compositi assoluti possono nascondere processi dinamici reali se non vengono confrontati con un appropriato stato di controllo.

Nel complesso, la Tabella 1 fornisce quindi una sintesi estremamente efficace della complessità dell’accoppiamento ENSO–stratosfera–troposfera. I modelli C3S simulano generalmente più SSW rispetto a ERA5, ma riproducono in maniera soddisfacente la predominanza media degli spostamenti equatoriali del getto dopo gli eventi stratosferici. El Niño aumenta la frequenza degli SSW nei sistemi previsionali e rende nettamente dominante la risposta EQ; La Niña riduce la frequenza modellistica degli SSW e aumenta la proporzione degli eventi seguiti da una posizione PL del jet. La rianalisi differisce dai modelli per la frequenza degli SSW durante La Niña, che rimane elevata, ma conferma in maniera ancora più marcata l’associazione tra La Niña e risposte finali poleward.

La conclusione dinamicamente più importante è tuttavia più sottile della semplice contrapposizione EQ contro PL. La maggiore presenza di jet settentrionali dopo gli SSW durante La Niña non dimostra che il downward coupling sia assente o invertito. Indica piuttosto che la risposta stratosferica viene sovrapposta a uno stato atmosferico di fondo già orientato verso una NAO più positiva e un jet più settentrionale. Quando il contributo ENSO viene opportunamente separato, gli SSW mantengono una tendenza a spostare la circolazione verso l’equatore in entrambe le fasi. El Niño rende questo segnale più evidente, mentre La Niña può parzialmente compensarlo e quindi “oscurarlo”. Questa interpretazione è coerente con le evidenze precedenti sulla modulazione pacifica della risposta agli SSW e con l’idea che la persistenza del NAM nella bassa stratosfera e lo stato della troposfera preesistente svolgano un ruolo decisivo nel determinare l’impatto superficiale. 

La Tabella 1 dimostra pertanto quanto sia limitante interpretare gli SSW attraverso schemi deterministici del tipo “vortice polare disturbato uguale NAO negativa”. La risposta reale deriva dall’interazione tra stratosfera, ENSO, Pacifico settentrionale, corrente a getto e variabilità interna della troposfera. Un SSW modifica le probabilità, ma non cancella lo stato climatico nel quale si verifica. È proprio questa visione condizionata e probabilistica a rappresentare uno degli aspetti più rilevanti della moderna previsione sub-stagionale: comprendere non soltanto quale perturbazione si stia verificando, ma anche su quale stato atmosferico essa stia agendo. In questo senso, i numeri apparentemente semplici della Tabella 1 forniscono una dimostrazione quantitativa molto efficace del fatto che El Niño e La Niña non costituiscano soltanto un contorno climatico degli SSW, ma partecipino attivamente alla determinazione della risposta finale della circolazione del Nord Atlantico.

Figura 1 – Modulazione ENSO della risposta del jet nordatlantico e del NAM stratosferico dopo i riscaldamenti stratosferici improvvisi

La Figura 1 costituisce uno dei risultati più significativi dello studio di Martínez-Andradas et al., poiché consente di visualizzare simultaneamente il comportamento della corrente a getto nordatlantica nella troposfera e quello del Northern Annular Mode nella bassa stratosfera dopo il verificarsi di un riscaldamento stratosferico improvviso, distinguendo inoltre la risposta in funzione della fase dell’El Niño–Southern Oscillation. L’interesse scientifico della figura risiede soprattutto nella possibilità di separare due concetti che, se osservati soltanto attraverso compositi climatologici, possono essere facilmente confusi: lo stato atmosferico assoluto raggiunto dopo un SSW e la variazione prodotta dall’SSW rispetto allo stato che caratterizza gli inverni privi di un simile evento. È proprio questa distinzione a permettere di comprendere perché La Niña possa apparentemente indebolire o addirittura nascondere la classica risposta nordatlantica agli SSW senza necessariamente annullare il processo dinamico attraverso il quale la perturbazione stratosferica tende a spostare la corrente a getto verso latitudini più meridionali. Lo studio mostra infatti che, una volta controllato il background ENSO, gli SSW aumentano la probabilità di una configurazione più equatoriale del jet e di una risposta più simile alla fase negativa della NAO sia durante El Niño sia durante La Niña. 

La struttura della figura è particolarmente utile per interpretare l’accoppiamento verticale dell’atmosfera. Nella colonna di sinistra viene rappresentata la distribuzione dell’indice PCNAjet, costruito per descrivere il principale modo di variazione latitudinale della corrente a getto guidata dalle perturbazioni sul Nord Atlantico. Valori negativi corrispondono a un jet spostato verso l’equatore, mentre valori positivi indicano una posizione maggiormente settentrionale. Nella colonna destra viene invece rappresentato il NAM a 100 hPa, utilizzato come indicatore dello stato della bassa stratosfera; nella convenzione adottata dagli autori, valori negativi corrispondono a un vortice polare più debole. Le distribuzioni rosa rappresentano il periodo successivo agli SSW, mentre quelle verdi descrivono gli inverni privi di SSW. La finestra considerata non è identica nei due casi: il NAM viene analizzato già da +5 giorni dopo l’evento, mentre il PCNAjet viene considerato da +15 a +45 giorni. Questa differenza temporale riflette implicitamente la struttura del processo di downward coupling: il segnale appare inizialmente nella stratosfera e soltanto successivamente può tradursi in una modifica statisticamente riconoscibile della circolazione troposferica.

Il comportamento generale mostrato dai pannelli relativi a tutti gli inverni costituisce una rappresentazione molto chiara della risposta media a un SSW. Nel pannello (b) la distribuzione del NAM a 100 hPa dopo gli eventi risulta fortemente spostata verso valori negativi rispetto agli inverni senza SSW. Ciò indica che l’indebolimento del vortice non rimane confinato alla media stratosfera, dove viene identificata l’inversione dei venti a 10 hPa, ma tende a penetrare e persistere nella bassa stratosfera. Questa persistenza è fondamentale dal punto di vista della prevedibilità. La stratosfera possiede infatti tempi caratteristici di evoluzione più lunghi rispetto alla troposfera e può mantenere anomalie dinamiche per settimane, fornendo così una memoria del sistema atmosferico che può essere sfruttata per estendere la prevedibilità oltre il medio termine. Karpechko ha mostrato che i major SSW possono essere seguiti da anomalie troposferiche e superficiali persistenti fino a circa due mesi e che non tutti gli eventi presentano la stessa capacità di propagare verso il basso il proprio segnale. 

Questa eterogeneità è essenziale per comprendere la Figura 1. Un SSW molto intenso a 10 hPa non è necessariamente seguito da una risposta superficiale altrettanto intensa. Ciò che appare particolarmente importante è la capacità dell’anomalia di raggiungere e persistere nella bassa stratosfera. Hitchcock e Simpson hanno mostrato, attraverso esperimenti di modello, che la risposta troposferica successiva a forti riscaldamenti stratosferici può essere interpretata come una risposta dinamica all’evoluzione zonalmente media della stratosfera perturbata, ma che l’ampiezza della risposta può essere sottorappresentata nei modelli climatici. Questa prospettiva contribuisce a spiegare perché il NAM a 100 hPa sia una variabile così rilevante: rappresenta una sorta di regione di collegamento tra il collasso del vortice alle quote superiori e la successiva riorganizzazione della troposfera. 

Nel pannello (a), considerando tutti gli inverni, lo spostamento della distribuzione PCNAjet verso valori negativi mostra infatti che alla persistenza del segnale stratosferico corrisponde mediamente una variazione della circolazione nordatlantica verso una posizione più meridionale del jet. Questo comportamento rientra nella risposta canonica agli SSW descritta dalla letteratura fin dai lavori pionieristici sull’accoppiamento stratosfera–troposfera. L’indebolimento del vortice polare è frequentemente seguito da una configurazione assimilabile alla fase negativa del Northern Annular Mode e, sul settore atlantico, della North Atlantic Oscillation. Tale risposta implica una maggiore probabilità di blocchi alle alte latitudini, una riduzione del flusso occidentale zonale e uno spostamento verso sud della storm track. La stratosfera può quindi condizionare la circolazione superficiale per diverse settimane, influenzando anche la probabilità di estremi di temperatura e precipitazione. 

È importante, tuttavia, osservare l’ampia sovrapposizione tra le distribuzioni rosa e verdi. La figura non mostra due stati atmosferici nettamente separati, ma distribuzioni statistiche che si spostano l’una rispetto all’altra. Questo dettaglio racchiude uno dei messaggi fondamentali della ricerca sugli SSW: la risposta troposferica è probabilistica. Un riscaldamento stratosferico non determina automaticamente una NAO negativa né impone che il jet venga spostato verso sud in ogni singola realizzazione. Esso altera la probabilità dei diversi stati atmosferici. Alcuni membri dell’ensemble continuano quindi a mostrare valori positivi del PCNAjet dopo un SSW, così come alcuni possono presentare NAM relativamente poco negativo nella bassa stratosfera. L’esistenza di questa dispersione deriva dall’elevata variabilità interna della troposfera e dalle molteplici condizioni dinamiche che possono interferire con il segnale stratosferico.

Il problema della variabilità da evento a evento è stato chiaramente quantificato da Afargan-Gerstman e Domeisen. Analizzando gli SSW nelle rianalisi, gli autori hanno individuato due tipi principali di risposta: circa due terzi degli eventi erano seguiti dalla risposta canonica, caratterizzata da una struttura relativamente zonale e da uno spostamento equatoriale del jet atlantico; il restante terzo presentava invece una risposta più asimmetrica e uno spostamento verso il polo. Lo studio ha inoltre mostrato che il settore pacifico può contribuire a determinare il segno della risposta atlantica attraverso la propagazione delle perturbazioni sinottiche dal Pacifico orientale verso il Nord America e il Nord Atlantico. La risposta alla stratosfera non può quindi essere interpretata come un processo esclusivamente verticale: anche le interazioni orizzontali tra i bacini oceanici e le storm track giocano un ruolo determinante. 

La distinzione tra i pannelli dedicati a El Niño e quelli dedicati a La Niña rende ancora più evidente questa dipendenza dallo stato atmosferico. Nel pannello (c), relativo a El Niño, la distribuzione post-SSW del PCNAjet è fortemente spostata verso valori negativi rispetto alla climatologia degli inverni El Niño senza SSW. La media post-SSW è prossima a −0,73 deviazioni standard, mentre negli inverni senza SSW la distribuzione rimane molto più vicina allo zero. Ciò significa che la presenza di un SSW durante El Niño modifica sostanzialmente le probabilità associate alla posizione del jet, rendendo molto più frequenti le configurazioni meridionali.

Questo risultato non dovrebbe essere interpretato come una semplice somma aritmetica di “El Niño più SSW”. Le teleconnessioni ENSO possiedono infatti una struttura dinamica complessa. Le anomalie della temperatura superficiale del Pacifico tropicale modificano la convezione e il riscaldamento diabatico tropicale, generando treni di onde di Rossby che alterano la circolazione del Pacifico settentrionale e successivamente quella atlantica. Parallelamente, ENSO può influenzare la propagazione verticale delle onde planetarie verso la stratosfera e quindi la forza del vortice polare. La review di Domeisen, Garfinkel e Butler evidenzia come El Niño sia mediamente associato a un vortice polare più caldo e debole e a una maggiore propagazione ondulatoria verso la stratosfera, mentre La Niña tende spesso a produrre anomalie opposte, anche se con importanti asimmetrie e nonlinearità. 

Durante El Niño, quindi, il background climatico può risultare particolarmente favorevole all’emersione della risposta stratosferica. Nel pannello (d), infatti, il NAM a 100 hPa dopo gli SSW risulta molto negativo, con una distribuzione nettamente separata da quella degli inverni El Niño senza SSW. La bassa stratosfera permane dunque in uno stato fortemente perturbato nelle settimane successive all’evento. Questa persistenza può aumentare il tempo durante il quale il segnale stratosferico interagisce con la troposfera e con gli eddies sinottici, facilitando la riorganizzazione della corrente a getto. Non sorprende quindi che il pannello (c) mostri contemporaneamente un marcato spostamento verso valori negativi del PCNAjet.

Il collegamento tra persistenza delle anomalie nella bassa stratosfera e risposta troposferica è stato riscontrato in numerosi studi. Karpechko ha sottolineato che soltanto una parte dei major SSW sviluppa una chiara propagazione discendente e che le caratteristiche della circolazione nella bassa stratosfera permettono di distinguere almeno parzialmente gli eventi con forte impatto superficiale da quelli caratterizzati da una risposta più debole. Anche Martínez-Andradas e colleghi, nel lavoro precedente del 2023 richiamato dallo studio del 2025, hanno evidenziato che gli SSW seguiti da uno spostamento equatoriale del jet presentano anomalie NAM nella bassa stratosfera più intense e persistenti rispetto agli eventi seguiti da uno spostamento verso il polo. Il nuovo lavoro C3S inserisce tale risultato in un contesto più ampio, mostrando che la fase ENSO contribuisce a organizzare proprio questa diversità della risposta. 

Il quadro fornito da La Niña è invece profondamente diverso e costituisce probabilmente l’elemento più originale della Figura 1. Nel pannello (e), la distribuzione verde relativa agli inverni La Niña senza SSW è chiaramente spostata verso valori positivi del PCNAjet. La Niña definisce quindi un background nel quale la corrente a getto nordatlantica tende mediamente a essere collocata più a nord. Questo comportamento è coerente con la tendenza della teleconnessione ENSO nella seconda parte dell’inverno a favorire, durante La Niña, una configurazione maggiormente assimilabile alla NAO positiva e, durante El Niño, una circolazione relativamente più meridionale. Tuttavia, la teleconnessione ENSO–Nord Atlantico non è costante durante l’inverno e può dipendere dall’evoluzione della convezione tropicale, dalla circolazione pacifica e dal contributo della stratosfera stessa; per questo motivo la risposta osservata presenta considerevole variabilità tra anni diversi. La letteratura richiamata nello studio sottolinea proprio la necessità di distinguere tra meccanismi troposferici e stratosferici nella trasmissione del segnale ENSO verso l’Europa. 

Quando durante La Niña si verifica un SSW, la distribuzione rosa del pannello (e) si sposta chiaramente verso sinistra rispetto alla distribuzione verde. Questo dato è fondamentale. Significa che il riscaldamento stratosferico modifica comunque la posizione probabilistica del jet nella direzione equatoriale. Tuttavia, la media della distribuzione post-SSW rimane prossima allo zero, circa 0,05 deviazioni standard, anziché raggiungere i valori fortemente negativi osservati durante El Niño. La risposta assoluta appare quindi debole, ma la variazione rispetto allo stato La Niña privo di SSW è chiaramente riconoscibile.

Da questa osservazione deriva il concetto di “mascheramento” sul quale si basa il titolo dello studio. La Niña e l’SSW tendono a esercitare influenze opposte sulla posizione del jet nordatlantico. La Niña predispone la circolazione verso una posizione relativamente poleward, mentre l’SSW introduce una tendenza equatorward. Il campo atmosferico osservato successivamente rappresenta il risultato dell’interferenza tra le due influenze. Se il background La Niña è sufficientemente forte, il getto può rimanere vicino alla climatologia generale o persino leggermente a nord di essa nonostante sia stato effettivamente spostato verso sud dall’SSW rispetto allo scenario che si sarebbe verificato in assenza dell’evento. È per questa ragione che Martínez-Andradas et al. concludono che La Niña “oscura”, piuttosto che semplicemente sopprimere, la risposta del Nord Atlantico agli SSW. 

Il concetto può essere espresso in termini di stato iniziale e perturbazione. Supponiamo che un inverno La Niña collochi il jet a un valore positivo del PCNAjet. Se un SSW determina una variazione negativa dell’indice, la corrente a getto può avvicinarsi allo zero pur senza raggiungere valori fortemente negativi. Considerando soltanto lo stato finale si potrebbe concludere che non sia avvenuto alcuno spostamento meridionale. Il confronto tra le due distribuzioni dimostra invece che l’intero spazio probabilistico del PCNAjet è stato traslato verso valori più bassi. È quindi la differenza tra stato controfattuale e stato effettivamente osservato a rivelare l’impatto della stratosfera.

Questa modalità di interpretazione è particolarmente importante nei grandi ensemble previsionali. Nell’atmosfera reale possiamo osservare un singolo inverno una sola volta: non possiamo ripetere le medesime condizioni oceaniche rimuovendo artificialmente l’SSW per verificare cosa sarebbe successo. Gli ensemble stagionali consentono invece di approssimare questo esperimento controfattuale, confrontando molte realizzazioni con condizioni climatiche simili ma evoluzioni stratosferiche differenti. Il grande campione C3S permette così di confrontare gli inverni La Niña con SSW con inverni La Niña senza SSW e di isolare statisticamente la variazione attribuibile all’evento stratosferico. È uno dei motivi per cui il risultato del nuovo studio risulta particolarmente robusto rispetto alle sole rianalisi, inevitabilmente limitate a poche decine di eventi. 

Il pannello (f) mostra che un processo analogo interessa la bassa stratosfera. Negli inverni La Niña senza SSW il NAM a 100 hPa è spostato verso valori relativamente positivi, coerentemente con un vortice polare mediamente più forte. In seguito agli SSW, la distribuzione viene traslata nettamente verso valori negativi, ma rimane meno negativa rispetto a quella osservata durante El Niño. Nello studio, la probabilità di osservare valori positivi del NAM nella bassa stratosfera dopo un SSW è pari a circa il 33% durante La Niña, contro circa il 18% durante El Niño. Il vortice post-SSW risulta quindi, in termini assoluti, più forte durante La Niña.

Anche in questo caso, però, la distanza tra la climatologia senza SSW e lo stato successivo agli eventi rimane importante. Gli autori sottolineano che lo spostamento relativo delle distribuzioni NAM tra post-SSW e non-SSW è comparabile nelle due fasi ENSO. Ciò suggerisce che non sia necessario invocare un SSW intrinsecamente molto più debole durante La Niña per spiegare il risultato. Una parte sostanziale della differenza deriva nuovamente dal diverso stato di fondo della stratosfera: La Niña parte da valori NAM più positivi e, dopo uno spostamento negativo, può terminare su valori meno negativi rispetto a El Niño.

La Figura 1 suggerisce dunque una continuità verticale molto interessante tra stratosfera e troposfera. Durante El Niño, sia il NAM a 100 hPa sia il PCNAjet raggiungono valori medi nettamente negativi dopo gli SSW. Durante La Niña, entrambi mostrano invece valori post-evento meno negativi, pur essendosi spostati nella stessa direzione rispetto alle rispettive climatologie senza SSW. Questa coerenza tra le due colonne della figura indica che ENSO modifica contemporaneamente il background della bassa stratosfera e quello della corrente a getto troposferica. La risposta finale è quindi il prodotto di un sistema accoppiato e non di due teleconnessioni indipendenti.

È opportuno evitare, tuttavia, un’interpretazione causale troppo semplice. Il fatto che NAM e PCNAjet si muovano coerentemente non significa che ogni variazione del jet possa essere attribuita direttamente e unicamente alla stratosfera. La troposfera possiede un’elevata variabilità interna e i suoi regimi possono sia rispondere alla stratosfera sia contribuire a modulare il processo di downward coupling. Domeisen, Grams e Papritz hanno mostrato che lo stato della circolazione Nord Atlantico–Europa intorno alla data dell’SSW fornisce informazioni sulla successiva evoluzione troposferica. Alcuni regimi, come il Greenland blocking e l’Atlantic trough, diventano particolarmente frequenti dopo gli SSW, ma la sequenza dei regimi dipende anche dalla configurazione troposferica presente all’inizio dell’evento. 

Questo risultato completa efficacemente quanto mostrato dalla Figura 1. L’ENSO rappresenta una componente lentamente variabile dello stato di fondo, ma su di essa si sovrappongono i weather regimes troposferici, l’attività delle storm track e la variabilità sinottica. La risposta post-SSW emerge quindi da una sorta di negoziazione dinamica tra il forcing proveniente dalla stratosfera e l’evoluzione autonoma della troposfera. È per questa ragione che le distribuzioni rimangono ampie e sovrapposte e che nessuna fase ENSO garantisce un determinato esito.

La modulazione pacifica individuata da Afargan-Gerstman e Domeisen aggiunge un ulteriore livello di complessità. Gli autori hanno mostrato che il Pacifico orientale può influenzare il segno della risposta nordatlantica attraverso la propagazione a valle delle perturbazioni sinottiche. Negli eventi caratterizzati dalla risposta canonica, il jet atlantico si sposta verso l’equatore; negli eventi non canonici, la risposta è maggiormente asimmetrica e il jet può spostarsi verso il polo. Il fatto che ENSO modifichi profondamente la circolazione del Pacifico rende quindi plausibile che El Niño e La Niña possano alterare indirettamente anche il modo in cui la troposfera “interpreta” la perturbazione stratosferica. 

In questo contesto, la Figura 1 può essere letta anche come un esempio concreto di come la prevedibilità atmosferica dipenda dallo stato del sistema. La stratosfera è una fonte di prevedibilità perché evolve più lentamente della troposfera, ma il valore previsionale dell’informazione stratosferica dipende dalle condizioni concomitanti. Una forte anomalia negativa del NAM nella bassa stratosfera aumenta la probabilità di determinati regimi superficiali, ma l’entità della variazione dipende dal Pacifico tropicale, dal Pacifico settentrionale, dallo stato del jet e dai regimi atmosferici preesistenti. La prospettiva di Domeisen e Butler sulla relazione tra stratosfera ed eventi estremi sottolinea proprio che la stratosfera non permette di determinare in modo univoco ciò che accadrà alla superficie, ma può modificare significativamente la probabilità di freddo, precipitazioni intense, blocchi e altre condizioni estreme su scale di settimane. 

Per la previsione sub-stagionale, la conseguenza è sostanziale. Un SSW durante El Niño può rappresentare una finestra di prevedibilità particolarmente favorevole, perché lo stato tropicale e quello stratosferico tendono più facilmente a produrre segnali concordi sul Nord Atlantico. In questo caso la separazione tra distribuzione post-SSW e climatologia senza SSW è ampia, come mostrano i pannelli (c) e (d), e la risposta diventa statisticamente più riconoscibile. Durante La Niña, invece, le distribuzioni mostrano un maggiore contrasto tra la direzione della perturbazione e lo stato medio di partenza: l’informazione contenuta nell’SSW rimane preziosa, ma deve essere interpretata rispetto alla climatologia condizionata a La Niña e non rispetto a una climatologia generale.

Ciò modifica anche il modo in cui dovrebbe essere comunicato il significato di un SSW nelle previsioni a lunga scadenza. Non è scientificamente corretto utilizzare l’evento come sinonimo di NAO negativa, freddo europeo o abbassamento inevitabile della storm track. La Figura 1 mostra esattamente il contrario: dopo un SSW esiste ancora una vasta gamma di valori possibili del PCNAjet. Quello che cambia è la frequenza relativa con la quale tali valori vengono campionati. L’informazione stratosferica ha quindi soprattutto natura probabilistica.

Un altro aspetto importante riguarda il significato dei valori negativi del NAM. Questi non rappresentano semplicemente un vortice debole in senso locale, ma descrivono una riorganizzazione della circolazione anulare delle alte latitudini. L’influenza discendente delle anomalie del NAM può modificare la struttura del getto troposferico attraverso l’interazione tra il flusso medio e le onde. Studi ideali e simulazioni ensemble hanno dimostrato che la troposfera può rispondere causalmente a perturbazioni imposte della circolazione stratosferica, mentre l’attività degli eddies contribuisce a mantenere e amplificare parte della risposta. L’accoppiamento deve quindi essere interpretato come una risposta dinamica del sistema troposferico a condizioni stratosferiche modificate, non come una semplice “discesa” fisica dell’aria fredda dalla stratosfera.

Questa precisazione è particolarmente importante nella divulgazione meteorologica. Un SSW consiste in un intenso riscaldamento della stratosfera polare e in un indebolimento o inversione della circolazione zonale, ma il successivo freddo eventualmente osservato alle medie latitudini non deriva dal fatto che l’aria stratosferica calda o fredda scenda direttamente verso la superficie. Il meccanismo riguarda invece la modifica della struttura dinamica dell’atmosfera, che può favorire blocchi, scambi meridiani e deviazioni delle correnti occidentali. La Figura 1 descrive proprio questo legame in termini statistici: NAM negativo nella bassa stratosfera e maggiore probabilità di PCNAjet negativo nella troposfera.

La differenza tra i tempi utilizzati per NAM e PCNAjet rafforza questa interpretazione. Il NAM viene analizzato già dal quinto giorno successivo all’SSW, mentre il jet troposferico soltanto dal quindicesimo giorno. La scelta riflette il fatto che il segnale stratosferico può raggiungere rapidamente la bassa stratosfera, mentre la risposta troposferica richiede tempo per organizzarsi attraverso l’interazione con gli eddies e con i regimi atmosferici. Non esiste quindi necessariamente una sincronizzazione immediata tra l’inversione del vento a 10 hPa e il cambiamento del tempo alla superficie.

L’ampiezza delle distribuzioni e le barre d’errore mostrate nella figura ricordano inoltre che i risultati derivano da una costruzione multi-modello nella quale ogni sistema viene normalizzato per evitare che gli ensemble più numerosi dominino statisticamente il risultato. Questa caratteristica conferisce particolare valore alle differenze tra El Niño e La Niña: non sono semplicemente il prodotto di un singolo modello con una specifica climatologia del vortice o del jet, ma emergono dal comportamento combinato di più sistemi previsionali. Lo studio segnala comunque che non tutti i modelli concordano perfettamente sull’ampiezza della differenza tra le due fasi ENSO, elemento che impone prudenza nel trasformare il risultato medio in una regola assoluta. 

La Figura 1 permette quindi di reinterpretare anche la maggiore frequenza di risposte apparentemente poleward durante La Niña evidenziata nella Tabella 1. Se si considera soltanto la classificazione finale EQ o PL, si potrebbe dedurre che durante La Niña gli SSW producano frequentemente uno spostamento verso nord. Le distribuzioni della Figura 1 mostrano invece che questa conclusione sarebbe eccessiva: rispetto alla climatologia La Niña priva di SSW, il jet viene comunque spostato verso valori più negativi. Molti eventi possono essere classificati PL semplicemente perché il punto di partenza è molto settentrionale e lo spostamento verso sud non è sufficiente a rendere negativa la posizione finale rispetto alla climatologia generale.

La combinazione di Tabella 1 e Figura 1 conduce quindi a una distinzione di grande importanza concettuale tra classificazione dello stato finale e risposta dinamica relativa. La prima descrive dove si trova il jet dopo l’SSW; la seconda descrive quanto la presenza dell’SSW abbia modificato quel jet rispetto a quanto atteso nello stesso background ENSO. Per comprendere il ruolo causale della stratosfera, la seconda informazione è spesso più importante della prima.

Nel complesso, la Figura 1 rafforza una visione dell’accoppiamento stratosfera–troposfera nella quale le conseguenze superficiali di un SSW dipendono dalla sovrapposizione di molteplici sorgenti di variabilità. El Niño tende a predisporre il sistema verso un vortice relativamente più debole e una risposta nordatlantica che può cooperare con quella successiva all’SSW; La Niña tende invece a favorire uno stato del vortice e del jet che contrasta parzialmente il segnale stratosferico. La relazione non è perfettamente lineare né simmetrica, come sottolinea la letteratura sulle teleconnessioni ENSO–stratosfera, ma il grande ensemble C3S permette di isolare con maggiore chiarezza il contributo relativo delle diverse componenti. 

L’aspetto forse più importante della figura è quindi che essa dimostra come assenza di un forte segnale finale non significhi assenza di influenza stratosferica. Durante La Niña il jet post-SSW può apparire quasi neutro, ma ciò avviene dopo essere stato spostato sensibilmente verso sud rispetto alla posizione che caratterizza gli inverni La Niña senza SSW. Analogamente, il NAM post-SSW può essere meno negativo che durante El Niño, pur avendo subito una perturbazione sostanziale rispetto allo stato La Niña non perturbato. Il segnale stratosferico deve dunque essere misurato relativamente al background dinamico nel quale l’evento si sviluppa.

Questa conclusione possiede importanti conseguenze per la meteorologia e la climatologia predittiva. Un inverno non può essere interpretato mediante un singolo indice climatico, sia esso ENSO, QBO, NAM o NAO. L’evoluzione atmosferica nasce dall’interazione tra più sorgenti di prevedibilità che possono agire nella stessa direzione oppure opporsi. La Figura 1 rappresenta un esempio particolarmente efficace di questo principio: durante El Niño, ENSO e SSW possono favorire una risposta complessivamente più marcata verso un vortice debole e un getto meridionale; durante La Niña, la perturbazione prodotta dall’SSW viene applicata a un sistema predisposto verso un vortice relativamente più forte e un jet più settentrionale. Il risultato non è l’annullamento del segnale, ma la sua parziale compensazione.

In definitiva, la Figura 1 offre una rappresentazione quantitativa dell’idea secondo cui la risposta atmosferica agli SSW deve essere concepita come una modifica delle probabilità condizionata allo stato del sistema climatico. Gli SSW producono in media un NAM più negativo nella bassa stratosfera e uno spostamento equatoriale della corrente a getto nordatlantica; El Niño rende queste anomalie più evidenti in termini assoluti, mentre La Niña le maschera parzialmente attraverso uno stato di fondo di segno opposto. La persistenza del NAM a 100 hPa, la posizione iniziale del jet, l’attività delle onde planetarie, la dinamica del Pacifico e i weather regimes troposferici contribuiscono tutti a stabilire quanto profondamente il segnale stratosferico riesca a manifestarsi alla superficie. La figura costituisce quindi non soltanto una dimostrazione della modulazione ENSO della risposta agli SSW, ma anche un esempio paradigmatico di come la moderna previsione sub-stagionale stia passando da relazioni deterministiche semplici a una concezione probabilistica e condizionata dell’intero sistema atmosfera–oceano.

Figura 2 – Struttura troposferica della risposta agli SSW durante El Niño e La Niña: il ruolo del background ENSO nel mascherare la risposta del Nord Atlantico

La Figura 2 rappresenta uno dei passaggi più importanti dello studio di Martínez-Andradas et al. perché trasferisce su una dimensione spaziale ciò che la Figura 1 aveva mostrato attraverso distribuzioni statistiche e indici sintetici. Se il PCNAjet aveva evidenziato che gli SSW tendono a spostare la corrente a getto nordatlantica verso l’equatore sia durante El Niño sia durante La Niña, la Figura 2 permette di osservare direttamente come questa risposta si organizzi nel campo dell’altezza geopotenziale a 500 hPa e, soprattutto, in quale misura essa venga modificata dallo stato ENSO di fondo. Il risultato fondamentale è che la configurazione atmosferica osservata dopo un SSW non coincide necessariamente con il puro effetto della perturbazione stratosferica: essa rappresenta piuttosto il prodotto della sovrapposizione tra il segnale discendente associato al vortice polare e la teleconnessione ENSO già presente nella troposfera. Lo studio mostra così che durante La Niña la risposta nordatlantica agli SSW può apparire molto debole nel composito assoluto, pur emergendo chiaramente una volta sottratto il corrispondente stato La Niña degli inverni senza SSW. 

L’utilizzo dell’altezza geopotenziale a 500 hPa è particolarmente adatto per descrivere la struttura della circolazione troposferica su larga scala. Questo livello si colloca nella media troposfera e consente di identificare le principali anomalie di onda planetaria, i promontori, le saccature e le configurazioni associate alla NAO e ai regimi atmosferici euro-atlantici. Anomalie positive del geopotenziale indicano una colonna atmosferica relativamente più spessa e, in senso dinamico, una maggiore propensione verso configurazioni di tipo anticiclonico o di ridge; anomalie negative indicano invece una colonna relativamente meno spessa e una maggiore presenza di strutture depressionarie o di trough. L’interpretazione deve comunque rimanere relativa alla climatologia: non si tratta necessariamente della presenza di un anticiclone o di una depressione in senso assoluto, ma di un’anomalia rispetto allo stato medio previsto dal modello.

La figura distingue chiaramente tra El Niño nella riga superiore e La Niña in quella inferiore. I pannelli (a) e (d) mostrano rispettivamente il campo medio tra 15 e 45 giorni dopo l’inizio degli SSW; i pannelli (b) ed (e) mostrano invece le anomalie medie giornaliere tra gennaio e aprile negli inverni della stessa fase ENSO ma senza SSW; infine, i pannelli (c) ed (f) rappresentano la differenza tra questi due stati. Questa costruzione è metodologicamente molto importante perché permette di passare da una descrizione dello “stato post-SSW” a una stima del cambiamento associato alla presenza dell’SSW rispetto a un appropriato background ENSO. Le aree sono inoltre colorate soltanto quando tutti i modelli concordano sul segno dell’anomalia, rendendo il segnale visualizzato particolarmente conservativo e robusto rispetto alle differenze tra i singoli sistemi previsionali.

Nel pannello (a), relativo agli SSW verificatisi durante El Niño, la circolazione a 500 hPa presenta una struttura dipolare molto pronunciata sul settore nordatlantico. Si osservano anomalie positive alle alte latitudini, con un massimo nell’area groenlandese e artico-atlantica, accompagnate da anomalie negative alle medie latitudini del Nord Atlantico. Questo schema ricorda fortemente la fase negativa della North Atlantic Oscillation. In una configurazione NAO negativa, infatti, il gradiente di pressione tra le basse e le alte latitudini dell’Atlantico tende a ridursi, il flusso occidentale zonale viene indebolito e la corrente a getto guidata dalle perturbazioni mostra una maggiore probabilità di collocarsi verso sud. Lo stesso studio conferma che, nei sistemi C3S, gli SSW aumentano la probabilità di una NAO negativa e di uno spostamento equatoriale del jet rispetto agli inverni della stessa fase ENSO senza SSW. 

La presenza di geopotenziali elevati sulla Groenlandia assume particolare rilevanza perché questa regione rappresenta uno dei centri fondamentali della variabilità della NAO. Anomalie positive persistenti sulle alte latitudini nordatlantiche sono frequentemente associate a un indebolimento della circolazione zonale e a condizioni più favorevoli al blocking. Il blocking groenlandese, a sua volta, può modificare profondamente il percorso delle perturbazioni atlantiche, deviare la corrente a getto verso latitudini inferiori e aumentare la frequenza degli scambi meridiani. In questo contesto, la risposta post-SSW mostrata in (a) è coerente con la letteratura classica sull’influenza discendente della stratosfera, secondo cui un forte indebolimento del vortice polare tende statisticamente a essere seguito da una fase negativa dei modi anulari nella troposfera.

È importante tuttavia ricordare che questa risposta media nasconde una considerevole variabilità da evento a evento. Afargan-Gerstman e Domeisen hanno mostrato che circa due terzi degli SSW osservati sono seguiti dal comportamento canonico, caratterizzato da uno spostamento equatoriale del jet atlantico e da una firma simile alla NAO negativa, mentre il restante terzo mostra una risposta più asimmetrica e un jet spostato verso il polo. Gli autori hanno inoltre identificato un ruolo importante del Pacifico orientale e della propagazione delle perturbazioni sinottiche tra Pacifico e Atlantico nel determinare il segno della risposta nordatlantica. Questo risultato è direttamente rilevante per la Figura 2, perché l’ENSO modifica profondamente proprio la circolazione pacifica sulla quale si innestano questi processi.

Il pannello (b), relativo agli inverni El Niño privi di SSW, mostra una configurazione molto meno netta sul Nord Atlantico. Le anomalie risultano più deboli e la struttura dipolare tipica della NAO negativa è molto meno sviluppata. Ciò implica che il forte pattern osservato in (a) non può essere semplicemente attribuito al background El Niño. Questo punto è fondamentale: se il campo post-SSW durante El Niño fosse soltanto la teleconnessione ENSO, i pannelli (a) e (b) dovrebbero assomigliarsi molto di più. La loro differenza indica invece che l’SSW introduce una perturbazione aggiuntiva e sostanziale nella circolazione euro-atlantica.

Il comportamento medio dell’ENSO sul Nord Atlantico è inoltre fortemente dipendente dalla stagione. Ayarzagüena et al. hanno mostrato che la teleconnessione ENSO verso il settore Nord Atlantico–Europa evolve nel corso dell’inverno e che il segnale tardo-invernale tende maggiormente a proiettarsi su una configurazione NAO negativa durante El Niño e positiva durante La Niña. La struttura deriva da una complessa combinazione tra risposta troposferica diretta ai cambiamenti della convezione tropicale e contributo stratosferico. Questo aiuta a comprendere perché lo studio utilizzi gennaio-aprile come riferimento per gli inverni privi di SSW e perché la fase ENSO debba essere esplicitamente controllata prima di attribuire le anomalie alla stratosfera.

Il pannello (c), costruito sottraendo il campo El Niño senza SSW dal composito El Niño post-SSW, rappresenta quindi una sorta di risposta condizionata associata all’SSW. Esso mostra nuovamente una struttura chiaramente simile alla NAO negativa, con anomalie positive alle alte latitudini e negative sul settore atlantico a latitudini più basse. Dal punto di vista fisico, il risultato suggerisce che il contributo dell’SSW rimanga fortemente riconoscibile anche una volta rimosso il background medio di El Niño. Lo studio interpreta proprio questo confronto come evidenza del fatto che l’impatto degli SSW sul Nord Atlantico possa essere distinto statisticamente dall’influenza ENSO. 

Questo risultato è coerente con quanto ottenuto da Polvani e collaboratori in esperimenti con modelli climatici, nei quali le forzanti associate all’ENSO e agli SSW potevano essere separate per valutare il rispettivo contributo alla variabilità del Nord Atlantico e dell’Eurasia. Quel lavoro mostrava che entrambi possono contribuire in maniera comparabile alle anomalie invernali, ma attraverso percorsi dinamici almeno parzialmente distinti. La Figura 2 estende tale concetto a un ampio insieme di sistemi stagionali operativi, fornendo quindi un collegamento tra risultati di modellistica climatica idealizzata e prevedibilità stagionale reale.

La risposta durante El Niño appare anche più estesa verso ovest. Nel pannello (c), le anomalie interessano non soltanto il Nord Atlantico ma si prolungano verso il Nord America e il settore sudorientale degli Stati Uniti. Questa caratteristica è riportata dagli stessi autori come un elemento comune ai sistemi analizzati. La maggiore estensione longitudinale della risposta suggerisce che l’influenza degli SSW durante El Niño possa interagire con il pattern di onde stazionarie e con la teleconnessione pacifico-nordamericana, producendo una struttura non puramente anulare.

Questa interpretazione è coerente con l’idea che la risposta troposferica agli SSW non sia semplicemente una proiezione uniforme del NAM dalla stratosfera alla superficie. Il segnale anulare fornisce una componente fondamentale, ma la sua espressione regionale dipende dalla disposizione dei jet, dall’attività delle onde sinottiche e dal background planetario. Martínez-Andradas et al. nel 2023 hanno mostrato che gli SSW seguiti da uno spostamento equatoriale del jet presentano un NAM più forte e persistente nella bassa stratosfera e differiscono dagli eventi poleward anche per anomalie precursori nel Pacifico settentrionale centrale. Tali anomalie risultano a loro volta connesse alla fase fredda dell’ENSO. 

La riga inferiore della Figura 2 permette di comprendere perché questa connessione con La Niña sia così importante. Nel pannello (d), che mostra il composito degli SSW durante La Niña, il settore nordatlantico appare relativamente privo di un forte pattern organizzato. Le anomalie sono molto più deboli rispetto al caso El Niño e la classica struttura negativa della NAO sembra quasi scomparire. Considerato isolatamente, questo pannello potrebbe essere interpretato come evidenza del fatto che gli SSW durante La Niña non riescano a influenzare efficacemente il Nord Atlantico.

Il pannello (e) dimostra però perché questa interpretazione sarebbe fuorviante. Durante gli inverni La Niña senza SSW compare infatti un pattern nordatlantico di segno sostanzialmente opposto alla risposta canonica degli SSW. Il background La Niña favorisce quindi una configurazione che tende a contrastare lo spostamento equatoriale del jet. Questa caratteristica è coerente con la teleconnessione media della fase fredda dell’ENSO, che nella seconda parte dell’inverno viene spesso associata a una NAO relativamente più positiva e a una posizione più settentrionale della storm track. Ayarzagüena et al. hanno mostrato che il segnale ENSO sul Nord Atlantico evolve fortemente nel corso dell’inverno, mentre Martínez-Andradas et al. sottolineano che proprio questa influenza di fondo è essenziale per comprendere il mascheramento della risposta agli SSW durante La Niña. 

Il confronto tra (d) ed (e) porta quindi al concetto centrale dello studio: il debole segnale assoluto post-SSW durante La Niña può derivare dalla compensazione tra due anomalie opposte. Da un lato, La Niña tende a mantenere il getto più settentrionale e a favorire una circolazione più simile alla NAO positiva; dall’altro, lo SSW tende a spingere la circolazione verso la NAO negativa e a spostare il jet verso l’equatore. Se i due contributi hanno ampiezze comparabili, il campo finale può apparire vicino alla neutralità anche se entrambi i processi sono dinamicamente attivi.

Il pannello (f) fornisce la dimostrazione più diretta di questa interpretazione. Sottraendo il background La Niña senza SSW dal campo La Niña post-SSW, riemerge una struttura negativa della NAO chiaramente riconoscibile. Sono presenti anomalie positive alle alte latitudini e anomalie negative più a sud, qualitativamente simili a quelle osservate nel pannello (c) per El Niño. Lo studio conclude quindi che gli SSW favoriscono una risposta equatoriale e una NAO negativa in entrambe le fasi ENSO quando il confronto viene effettuato rispetto agli inverni della stessa fase privi di SSW. 

È tuttavia necessario mantenere una distinzione metodologica importante: la differenza post-SSW meno non-SSW non costituisce un esperimento causale perfetto. Essa isola statisticamente gran parte del contributo associato alla presenza dell’SSW all’interno di uno stesso stato ENSO, ma possono rimanere interazioni non lineari e differenze sistematiche tra i membri che sviluppano o non sviluppano un SSW. In altre parole, non si dovrebbe interpretare il pannello (f) come una misura esatta e puramente causale dell’effetto stratosferico. Tuttavia, l’elevato numero di membri e la coerenza multi-modello rendono il confronto molto più informativo rispetto a un semplice composito osservativo.

Proprio il problema della causalità è stato oggetto di numerosi studi sull’accoppiamento stratosfera–troposfera. Karpechko ha mostrato che non tutti gli SSW producono un forte downward impact e che gli eventi caratterizzati da un NAM più negativo nella bassa stratosfera e da una maggiore propagazione dell’attività ondulatoria nei giorni successivi hanno una probabilità più elevata di produrre anomalie troposferiche persistenti. White e collaboratori hanno inoltre evidenziato che negli eventi con propagazione verso il basso le anomalie NAM negative possono persistere nella bassa stratosfera per molte settimane e raggiungere la troposfera, mentre negli eventi senza propagazione il segnale superficiale risulta molto più debole. 

Questi risultati aiutano a leggere la Figura 2 insieme alla Figura 1. Nel caso El Niño, la Figura 1 mostrava un NAM post-SSW a 100 hPa particolarmente negativo e un PCNAjet fortemente spostato verso valori negativi; la Figura 2 mostra ora il corrispondente pattern spaziale a 500 hPa, con una NAO negativa ben organizzata. Durante La Niña, il NAM post-SSW risultava meno negativo in termini assoluti e il PCNAjet vicino allo zero; la Figura 2 mostra coerentemente un composito post-SSW molto più debole. Tuttavia, quando si sottrae lo stato La Niña di fondo, il segnale negativo della NAO ricompare. La coerenza tra le due figure rafforza quindi l’interpretazione secondo cui la fase ENSO agisce sia sulla bassa stratosfera sia sulla troposfera.

La risposta leggermente più debole nel pannello (f) rispetto al pannello (c) può essere collegata proprio alla diversa condizione della bassa stratosfera. Lo studio mostra che dopo gli SSW durante La Niña è più probabile osservare NAM positivi a 100 hPa rispetto a El Niño. Ciò significa che il vortice inferiore può rimanere relativamente più forte in termini assoluti, riducendo potenzialmente la persistenza e l’efficacia della perturbazione discendente. Martínez-Andradas et al. del 2023 avevano già mostrato che gli eventi con spostamento equatoriale del jet possiedono una firma NAM più forte e persistente nella bassa stratosfera rispetto agli eventi con risposta poleward. 

Tuttavia, la Figura 1 aveva anche mostrato che lo spostamento relativo del NAM tra condizioni SSW e non-SSW è simile nelle due fasi ENSO. Questo suggerisce che La Niña non debba necessariamente essere interpretata come una condizione in cui l’SSW stesso è intrinsecamente molto più debole. Una parte della differenza deriva semplicemente dal fatto che la stratosfera La Niña parte da uno stato più favorevole a un vortice forte. Come nella troposfera, dunque, ciò che conta non è soltanto il valore assoluto raggiunto dopo l’evento, ma la variazione rispetto alla climatologia condizionata.

La Figura 2 fornisce quindi un ottimo esempio del concetto di superposizione dei segnali climatici, ma mostra anche i limiti di una semplice interpretazione lineare. Il campo post-SSW potrebbe essere schematizzato come la combinazione di un background ENSO e di una risposta all’SSW; tuttavia, l’atmosfera reale non è un sistema perfettamente lineare. El Niño e La Niña modificano la posizione dei jet, l’attività delle onde, la convezione tropicale, la distribuzione dell’umidità e lo stato della stratosfera, tutti elementi che possono a loro volta alterare la risposta all’SSW. Il fatto che il pattern differenza sia simile ma non identico nelle due fasi dimostra proprio che esiste una componente comune della risposta stratosferica, sovrapposta però a interazioni dipendenti dal background.

Questo aspetto è particolarmente evidente nella maggiore estensione verso ovest della risposta durante El Niño. Se l’effetto dell’SSW fosse completamente indipendente dall’ENSO, i pannelli (c) e (f) dovrebbero risultare quasi identici. Il fatto che durante El Niño la risposta coinvolga maggiormente il Nord America suggerisce invece che l’interazione con il treno d’onda pacifico e con la circolazione del continente nordamericano modifichi la geometria della teleconnessione. La ricerca di Afargan-Gerstman e Domeisen ha mostrato che la propagazione delle perturbazioni dal Pacifico orientale collega dinamicamente le storm track pacifica e atlantica e può contribuire alla distinzione tra risposta equatoriale e poleward del jet dopo gli SSW. 

Il ruolo del Pacifico è particolarmente plausibile nel contesto dell’ENSO. El Niño modifica la convezione tropicale e genera una risposta della circolazione planetaria che tende a rafforzare e spostare la depressione aleutinica e a produrre un caratteristico treno di onde verso il Nord America. La Niña genera una risposta generalmente opposta, ma non perfettamente simmetrica. Le differenze nella struttura del riscaldamento tropicale e nelle sorgenti delle onde di Rossby possono quindi modificare il percorso attraverso cui una perturbazione stratosferica viene convertita in risposta troposferica regionale. È per questo che il segnale associato agli SSW non deve essere concepito come un’impronta fissa sovrapposta identicamente a qualunque inverno.

La figura ha anche implicazioni dirette per l’Europa. Una risposta negativa della NAO tende a indebolire il normale corridoio zonale delle perturbazioni verso l’Europa settentrionale e a favorire una maggiore frequenza di traiettorie depressionarie meridionali. Ciò può aumentare la probabilità di precipitazioni sull’Europa meridionale e sul Mediterraneo, riducendola contemporaneamente in alcune regioni settentrionali. Lo studio utilizza infatti la successiva Figura 3 per mostrare che dopo gli SSW aumenta la probabilità di precipitazioni estreme sull’Europa occidentale e meridionale e diminuisce sull’Europa settentrionale, con differenze tra El Niño e La Niña. 

Non bisogna però interpretare il pattern della Figura 2 come una previsione diretta di freddo o pioggia per una singola area. La presenza di una NAO negativa modifica le probabilità regionali, ma gli effetti locali dipendono dalla precisa posizione dei centri di anomalia, dall’orientamento delle onde, dalla configurazione dei blocchi, dall’intensità delle correnti meridiane e dallo stato termodinamico dell’atmosfera. Due configurazioni entrambe classificabili come NAO negativa possono produrre condizioni molto differenti sull’Italia o sul Mediterraneo a seconda della longitudine del blocco atlantico e della posizione delle saccature.

La letteratura sugli estremi atmosferici legati alla stratosfera sottolinea proprio questo carattere probabilistico. Domeisen e Butler hanno evidenziato che gli eventi stratosferici estremi possono aumentare la probabilità di specifici regimi di temperatura e precipitazione alla superficie, ma gli impatti sono fortemente regionali e dipendono dalla struttura troposferica che accompagna l’evento. Analogamente, il ruolo dei weather regimes nordatlantici studiato da Domeisen, Grams e Papritz indica che l’evoluzione successiva a un SSW dipende anche dal regime troposferico presente intorno alla data centrale dell’evento, confermando che il downward coupling è un’interazione con la troposfera, non un’imposizione unidirezionale. 

Un altro elemento metodologico importante della Figura 2 è l’utilizzo dell’accordo sul segno tra tutti i modelli. Le regioni prive di colore non devono essere interpretate come regioni in cui l’anomalia è necessariamente nulla. Indicano piuttosto che almeno un sistema modellistico non concorda sul segno dell’anomalia. Questa scelta rende la figura volutamente prudente: vengono evidenziate soltanto le strutture per le quali il segnale è condiviso da tutti i sistemi stagionali. Di conseguenza, le aree colorate nei pannelli (c) e (f) rappresentano elementi particolarmente robusti della risposta multi-modello.

Questa robustezza assume valore speciale nel confronto con le rianalisi, il cui campione di SSW suddiviso per ENSO rimane necessariamente piccolo. Nei grandi ensemble stagionali è invece possibile osservare numerose realizzazioni dello stesso tipo di stato climatico. L’approccio C3S rende quindi possibile un esperimento statistico difficilmente realizzabile con le sole osservazioni: separare gli inverni El Niño e La Niña in gruppi con e senza SSW e confrontarne la circolazione media. Il fatto che emerga una risposta negativa della NAO in entrambe le fasi, quando viene rimosso il rispettivo background, costituisce uno degli elementi più solidi dello studio. 

Dal punto di vista della prevedibilità stagionale, la Figura 2 suggerisce quindi che conoscere la sola fase ENSO non sia sufficiente per determinare la circolazione invernale del Nord Atlantico. Allo stesso modo, prevedere correttamente un SSW non basta se non viene considerato lo stato tropicale nel quale l’evento si verifica. Un inverno La Niña potrebbe inizialmente favorire una previsione di jet relativamente settentrionale, ma l’insorgenza di un SSW può modificare significativamente quella distribuzione di probabilità spingendo la circolazione verso una configurazione più meridionale. Il campo finale potrebbe non diventare fortemente negativo, ma sarebbe comunque differente da quello che ci si attenderebbe dalla sola La Niña.

Durante El Niño, invece, l’SSW può rafforzare un segnale già favorevole a una configurazione più meridionale durante la parte finale dell’inverno. Questa sovrapposizione aiuta a spiegare perché la risposta post-SSW sia più evidente nel pannello (a) e perché il pattern differenza di (c) sia più intenso ed esteso. Lo studio richiama inoltre risultati precedenti secondo cui la prevedibilità degli impatti troposferici degli SSW può risultare maggiore durante gli inverni El Niño rispetto a quelli La Niña. 

Il messaggio dinamico che emerge dalla Figura 2 è quindi più sofisticato della semplice affermazione secondo cui El Niño favorisce una NAO negativa e La Niña una NAO positiva. Il punto centrale è che la stratosfera aggiunge una perturbazione indipendente ma interagente con tale background. Quando le due influenze sono concordi, come più frequentemente durante El Niño, il segnale risultante appare forte e facilmente identificabile. Quando sono discordi, come durante La Niña, il campo finale può apparire debole anche se l’influenza dello SSW rimane dinamicamente importante.

Questa distinzione è particolarmente utile anche nell’interpretazione delle cosiddette risposte “non canoniche” agli SSW. Un jet che rimane relativamente settentrionale dopo un SSW durante La Niña non implica necessariamente che la stratosfera abbia favorito uno spostamento verso nord. Può semplicemente significare che lo spostamento verso sud indotto dallo SSW non è stato sufficiente a superare completamente il forte background poleward. La Figura 2 mostra spazialmente ciò che la Tabella 1 e la Figura 1 avevano già suggerito statisticamente: classificare un evento sulla base dello stato finale può nascondere la direzione effettiva della perturbazione rispetto al suo stato di riferimento.

In definitiva, la Figura 2 fornisce una rappresentazione estremamente efficace del concetto di mascheramento climatico. Durante El Niño, il composito post-SSW mostra direttamente una forte struttura simile alla NAO negativa; durante La Niña, il composito assoluto appare debole perché il segnale stratosferico è sovrapposto a una circolazione di fondo di segno opposto. Sottraendo il background ENSO, tuttavia, entrambi i casi mostrano una risposta qualitativamente simile: aumento del geopotenziale alle alte latitudini, diminuzione alle medie latitudini e conseguente tendenza verso uno spostamento equatoriale della corrente a getto. La risposta durante La Niña rimane leggermente più debole e meno estesa, suggerendo che lo stato della bassa stratosfera e le interazioni con la circolazione pacifica possano modulare anche l’ampiezza del downward coupling. 

La figura rafforza quindi una concezione moderna dell’accoppiamento stratosfera–troposfera nella quale gli SSW non determinano rigidamente un unico stato meteorologico, ma modificano la probabilità dei diversi regimi atmosferici in funzione del background climatico. ENSO, vortice polare, NAM, NAO, corrente a getto e attività delle onde costituiscono componenti interconnesse dello stesso sistema. La capacità previsionale dipende dalla possibilità di rappresentare correttamente non soltanto ciascuno di questi elementi, ma anche le loro interazioni. È proprio per questo che il risultato della Figura 2 possiede una notevole rilevanza per la previsione sub-stagionale: un segnale stratosferico può essere meteorologicamente importante anche quando appare debole nel campo atmosferico assoluto, perché il suo vero significato emerge soltanto confrontandolo con lo stato climatico nel quale esso si sviluppa.

Figura 3 – Influenza dei riscaldamenti stratosferici improvvisi sugli estremi di precipitazione e temperatura durante El Niño e La Niña

La Figura 3 rappresenta il passaggio conclusivo e, dal punto di vista degli impatti meteorologici, probabilmente uno dei più rilevanti dello studio, poiché traduce le modificazioni dinamiche della circolazione atmosferica evidenziate nelle figure precedenti in variazioni della probabilità di eventi estremi alla superficie. Se la Figura 1 aveva mostrato che i riscaldamenti stratosferici improvvisi tendono a spostare il Northern Annular Mode della bassa stratosfera verso valori negativi e la corrente a getto nordatlantica verso latitudini più meridionali, e la Figura 2 aveva evidenziato come tale risposta si manifesti attraverso un pattern di geopotenziale a 500 hPa assimilabile alla fase negativa della North Atlantic Oscillation, la Figura 3 mostra le conseguenze potenzialmente più concrete di questa catena dinamica: cambiamenti nella probabilità di precipitazioni estreme e di temperature eccezionalmente basse. Il risultato principale è che gli SSW modificano la distribuzione geografica degli estremi sia durante El Niño sia durante La Niña, ma lo stesso spostamento dinamico del jet può produrre conseguenze regionali differenti a seconda dello stato ENSO nel quale l’evento stratosferico si sviluppa. Questa conclusione è coerente con una vasta letteratura che identifica la stratosfera polare come una fonte di prevedibilità degli estremi meteorologici su scale temporali comprese tra alcune settimane e circa due mesi. 

Dal punto di vista metodologico, la figura distingue due tipi di evento estremo mediante soglie percentili. Le precipitazioni estreme vengono definite come giornate nelle quali la precipitazione supera il 95° percentile della rispettiva distribuzione climatologica, mentre gli estremi freddi corrispondono a giornate nelle quali la temperatura a 2 metri scende al di sotto del 5° percentile. Questa definizione relativa è particolarmente appropriata per un’analisi emisferica, perché permette di confrontare regioni climaticamente molto differenti senza imporre una soglia fisica universale. Un episodio classificato come estremo nel Mediterraneo non richiede quindi necessariamente gli stessi quantitativi pluviometrici o le stesse temperature di un evento estremo in Scandinavia o in Siberia: ciò che conta è quanto il valore giornaliero si collochi nella coda della distribuzione climatologica locale. Le probabilità mostrate nei pannelli di sinistra e centrali esprimono la percentuale di giorni estremi sul totale dei giorni considerati, mentre i pannelli di destra mostrano la differenza in punti percentuali tra gli inverni post-SSW e quelli della stessa fase ENSO privi di SSW. Quest’ultimo confronto è essenziale perché consente di separare, almeno statisticamente, il contributo associato all’evento stratosferico dal background atmosferico caratteristico di El Niño o La Niña.

La costruzione multi-modello aggiunge un ulteriore elemento di robustezza. Nei pannelli delle differenze vengono infatti colorate soltanto le regioni nelle quali almeno cinque dei sei sistemi stagionali concordano sul segno del cambiamento. Le aree bianche non indicano quindi necessariamente un’assenza completa di variazione, ma piuttosto una mancanza di consenso sufficientemente ampio tra i modelli. Questo criterio è deliberatamente conservativo e suggerisce che le strutture colorate debbano essere interpretate come le componenti più robuste della risposta prevista. Tale cautela è particolarmente importante quando si analizzano estremi meteorologici, la cui frequenza può essere più sensibile della circolazione media alla risoluzione del modello, alla rappresentazione della convezione, alla parametrizzazione delle precipitazioni e alla variabilità interna.

Le prime due righe della figura riguardano gli estremi di precipitazione. Durante gli inverni di El Niño, il confronto tra il composito post-SSW e gli anni El Niño senza SSW mostra che la perturbazione stratosferica tende a redistribuire le probabilità pluviometriche in modo coerente con uno spostamento verso sud della storm track nordatlantica. Il pannello della differenza evidenzia incrementi regionali della probabilità di precipitazioni estreme sull’Europa occidentale e meridionale e in altri settori interessati dal nuovo percorso delle perturbazioni, insieme a riduzioni in alcune regioni collocate più a nord. Questo comportamento rappresenta la naturale conseguenza troposferica del pattern di geopotenziale mostrato nella Figura 2: un’anomalia positiva sulle alte latitudini nordatlantiche e groenlandesi, accompagnata da anomalie negative alle medie latitudini, indebolisce il normale gradiente zonale e favorisce una traiettoria più meridionale delle depressioni atlantiche. Kidston et al. hanno sintetizzato numerose evidenze secondo cui un indebolimento della circolazione stratosferica polare tende a essere seguito da uno spostamento equatoriale dei jet e delle storm track troposferiche, mentre un vortice forte tende a produrre la risposta opposta. 

Questo collegamento dinamico è importante per l’Europa meridionale e per il Mediterraneo. Quando la corrente a getto e la storm track vengono spostate verso latitudini inferiori, aumenta la probabilità che le perturbazioni atlantiche penetrino più frequentemente verso la Penisola Iberica, il Mediterraneo occidentale e, a seconda della configurazione longitudinale delle onde, altre regioni dell’Europa meridionale. Non significa che ogni SSW provochi precipitazioni intense in queste aree, ma che la distribuzione delle probabilità viene modificata in una direzione favorevole a una maggiore frequenza di configurazioni umide. Domeisen e Butler, nella loro sintesi sugli estremi climatici associati alla stratosfera, evidenziano infatti che gli SSW sono statisticamente collegati non solo a episodi freddi alle medie latitudini, ma anche a importanti variazioni della precipitazione e della frequenza delle perturbazioni, con tendenza a condizioni più umide in parti dell’Europa meridionale e più secche in alcune regioni settentrionali. 

Il meccanismo non deve tuttavia essere ridotto alla semplice traslazione geografica del jet. La precipitazione estrema dipende contemporaneamente dalla dinamica e dalla termodinamica. La posizione e l’intensità delle depressioni, la convergenza dell’umidità, la temperatura della massa d’aria, il contenuto di vapore acqueo, il trasporto meridionale e l’interazione con l’orografia determinano congiuntamente se una configurazione favorevole possa effettivamente produrre un episodio intenso. Questo diventa particolarmente importante nel confronto tra El Niño e La Niña, perché le due fasi ENSO non modificano soltanto la posizione dei jet, ma anche la convezione tropicale, i treni d’onda planetari, la distribuzione dell’umidità e la circolazione su scala emisferica.

Durante El Niño, lo spostamento verso est delle principali anomalie convettive del Pacifico tropicale modifica la sorgente delle onde di Rossby e la successiva propagazione verso il Pacifico settentrionale e il Nord America. Il risultato può influenzare la configurazione della circolazione fino all’Atlantico e all’Europa. Il comportamento degli estremi pluviometrici nella Figura 3 suggerisce quindi che lo SSW agisca su un ambiente già termodinamicamente e dinamicamente modificato dall’ENSO. La risposta finale non rappresenta soltanto l’effetto di un jet più meridionale, ma il prodotto dell’interazione tra tale spostamento e la disponibilità di umidità lungo il percorso delle perturbazioni. Gli stessi autori dello studio interpretano l’incremento più evidente delle precipitazioni estreme durante El Niño proprio in termini di combinazione tra la risposta dinamica post-SSW e il background termodinamico associato alla convezione tropicale.

Questo principio emerge con grande chiarezza quando si passa ai pannelli dedicati a La Niña. Negli inverni La Niña privi di SSW, la distribuzione delle precipitazioni estreme tende a essere maggiormente concentrata verso l’Europa settentrionale, coerentemente con un jet climatologicamente più spostato verso il polo. Quando sopraggiunge un SSW, la corrente a getto viene spinta relativamente verso sud e la differenza post-SSW meno non-SSW mostra soprattutto una diminuzione della probabilità di estremi pluviometrici sull’Europa settentrionale, mentre l’aumento sulle regioni meridionali è mediamente meno marcato rispetto a El Niño. Questo è un esempio particolarmente chiaro di come uno stesso cambiamento dinamico possa avere conseguenze diverse a seconda dello stato iniziale del sistema.

Durante La Niña, infatti, il getto parte da una posizione relativamente settentrionale. Lo SSW può spostarlo verso sud senza necessariamente collocarlo nelle stesse latitudini raggiunte durante El Niño. La conseguenza più evidente può quindi essere la sottrazione delle perturbazioni alle regioni settentrionali piuttosto che un enorme incremento della loro frequenza nel Mediterraneo. Tale comportamento è pienamente coerente con quanto mostrato dalle Figure 1 e 2: la risposta stratosferica esiste durante La Niña, ma il suo segnale assoluto viene parzialmente mascherato dallo stato di fondo ENSO.

Questa distinzione permette di comprendere perché la Figura 3 non debba essere letta come una semplice mappa degli effetti “positivi” o “negativi” di un SSW. Un’anomalia negativa della probabilità di precipitazioni estreme può rappresentare, per esempio, la conseguenza della migrazione della storm track verso altre latitudini. La riduzione degli estremi sul Nord Europa e il loro aumento più a sud costituiscono due aspetti della stessa riorganizzazione della circolazione. Il segnale deve quindi essere interpretato spazialmente e dinamicamente, non come un insieme di anomalie regionali indipendenti.

La letteratura sulle influenze stratosferiche sulle storm track supporta fortemente questo quadro. Il lavoro di Baldwin e Dunkerton dimostrò già nel 2001 che forti anomalie della circolazione stratosferica precedono non soltanto variazioni dell’Arctic Oscillation e della NAO, ma anche spostamenti nella distribuzione probabilistica delle storm track e nella frequenza delle perturbazioni alle medie latitudini nei successivi sessanta giorni. Kidston et al. hanno successivamente sintetizzato i meccanismi attraverso i quali le anomalie della circolazione stratosferica possono modificare la posizione del jet troposferico e delle storm track, evidenziando il ruolo dei feedback degli eddies nel mantenimento della risposta. La Figura 3 può quindi essere vista come una manifestazione concreta, all’interno dei sistemi stagionali C3S, di quella catena dinamica già individuata nelle osservazioni e nei modelli.

La parte inferiore della figura riguarda gli estremi di temperatura fredda e fornisce una seconda manifestazione della stessa riorganizzazione dinamica. Durante El Niño, confrontando gli inverni con SSW con quelli privi di SSW, emerge un aumento della probabilità di temperature inferiori al 5° percentile su diverse regioni dell’Eurasia settentrionale e, in alcuni settori, del Nord America. Contemporaneamente, alcune alte latitudini, inclusa la Groenlandia, mostrano una diminuzione della probabilità di freddo estremo. Questa opposizione geografica è coerente con la tipica struttura termica associata a un NAM e una NAO negativi: anomalie di geopotenziale elevate sull’Artico atlantico e sulla Groenlandia possono favorire un maggiore trasporto di aria relativamente mite verso alcune regioni polari e, contemporaneamente, aumentare la possibilità che masse d’aria artiche o continentali vengano deviate verso le medie latitudini.

Domeisen e Butler sottolineano che gli SSW sono frequentemente seguiti da un aumento della probabilità di irruzioni fredde e temperature estreme nelle medie latitudini dell’emisfero settentrionale, soprattutto sull’Eurasia e su alcune regioni nordamericane, pur con grande variabilità tra gli eventi. Questa relazione non implica che l’aria fredda “discenda” dalla stratosfera alla superficie, interpretazione fisicamente scorretta ma talvolta presente nel linguaggio divulgativo. Il meccanismo è dinamico: l’indebolimento del vortice stratosferico può modificare la propagazione delle onde e la circolazione troposferica, aumentando la frequenza di blocchi e di configurazioni meridiane che permettono all’aria fredda troposferica e artica di essere trasportata verso sud.

Questa precisazione è fondamentale anche per interpretare i colori della Figura 3. Un aumento della probabilità di estremi freddi sull’Eurasia non significa che l’intera regione diventi uniformemente più fredda per settimane dopo ogni SSW. Significa piuttosto che, all’interno dell’ensemble multi-modello, cresce la frazione di giorni nei quali la temperatura locale raggiunge la coda fredda della propria distribuzione climatologica. L’impatto stratosferico consiste quindi in una modifica delle probabilità degli estremi, non nell’imposizione deterministica di un’anomalia termica uniforme.

Karpechko ha mostrato inoltre che non tutti gli SSW producono una propagazione verso il basso altrettanto efficace. Gli eventi associati a anomalie della bassa stratosfera più persistenti hanno una maggiore probabilità di essere seguiti da una risposta troposferica significativa e duratura, mentre altri SSW mostrano un impatto superficiale molto più debole. La Figura 3 deve quindi essere considerata una risposta composita: sintetizza statisticamente molti eventi, alcuni dei quali possono aver prodotto importanti irruzioni fredde o anomalie pluviometriche, mentre altri possono aver lasciato una firma superficiale assai più modesta.

Il comportamento degli estremi freddi durante La Niña ribadisce questo carattere condizionato. Anche in questa fase ENSO la probabilità di temperature estremamente basse aumenta su parti dell’Eurasia dopo gli SSW rispetto agli inverni La Niña privi di eventi stratosferici. Ciò dimostra ancora una volta che il forcing associato allo SSW non scompare durante La Niña. Tuttavia, la risposta multi-modello appare generalmente meno pronunciata o più regionalizzata rispetto a El Niño, coerentemente con il NAM meno negativo nella bassa stratosfera e con il più debole spostamento assoluto del jet osservati nella Figura 1.

L’accordo tra le diverse figure fornisce una catena interpretativa particolarmente convincente. Dopo un SSW, il vortice polare si indebolisce e il NAM della bassa stratosfera tende verso valori negativi; la corrente a getto nordatlantica si sposta relativamente verso l’equatore; il campo di geopotenziale troposferico assume una struttura più simile alla NAO negativa; le storm track vengono riorganizzate; infine, cambiano le probabilità regionali di precipitazioni intense e temperature estreme. Ogni passaggio è probabilistico, ma la coerenza verticale e spaziale dei segnali fornisce un quadro dinamico molto solido.

La Figura 3 mette inoltre in evidenza un comportamento particolarmente interessante sugli Stati Uniti orientali. Durante El Niño, gli SSW sono associati a un aumento sia della probabilità di precipitazioni estreme sia della probabilità di temperature molto basse in alcuni settori nordamericani. Questo risultato appare coerente con la Figura 2, dove la risposta del geopotenziale a 500 hPa durante El Niño si estendeva più verso ovest rispetto alla corrispondente risposta La Niña. La presenza contemporanea di maggiore rischio di precipitazioni e di freddo suggerisce una riorganizzazione più profonda della circolazione nordamericana, potenzialmente legata alla diversa configurazione del treno d’onda pacifico.

La maggiore estensione occidentale della risposta durante El Niño rappresenta anche un indizio di non linearità. Se gli effetti dell’ENSO e degli SSW fossero perfettamente indipendenti e semplicemente additivi, la differenza tra inverni con e senza SSW dovrebbe avere una struttura pressoché identica durante El Niño e La Niña. Invece, sia la Figura 2 sia la Figura 3 mostrano differenze regionali significative. Ciò indica che lo stato ENSO può modificare non soltanto il background sul quale si sovrappone il segnale stratosferico, ma anche il modo in cui la perturbazione viene trasmessa e trasformata dalla troposfera.

Questo aspetto è particolarmente importante per la precipitazione, dove la risposta dipende inevitabilmente dall’umidità disponibile. Un cambiamento della circolazione capace di generare un’intensa precipitazione in un ambiente ricco di vapore acqueo potrebbe produrre un effetto molto più modesto in un ambiente relativamente secco. Di conseguenza, due SSW dinamicamente simili possono determinare risposte pluviometriche molto diverse se si verificano durante differenti fasi ENSO. La Figura 3 fornisce quindi una dimostrazione concreta dell’interazione tra forzante dinamica stratosferica e background termodinamico tropicale.

La stagionalità della teleconnessione ENSO rappresenta un ulteriore elemento da considerare. Studi come quello di Ayarzagüena et al. hanno evidenziato che l’influenza di El Niño sull’Europa e sulla precipitazione europea cambia nel corso dell’inverno e può coinvolgere in misura importante il percorso stratosferico. Ciò rende appropriata la scelta degli autori di confrontare la risposta post-SSW con la climatologia gennaio-aprile degli anni senza SSW, poiché la teleconnessione ENSO all’inizio dell’inverno può differire significativamente da quella della seconda metà della stagione.

Dal punto di vista della prevedibilità, la Figura 3 possiede implicazioni notevoli. La previsione di un SSW non fornisce soltanto informazioni sulla futura posizione media del jet o sul segno più probabile della NAO, ma può potenzialmente contribuire a modificare le probabilità di eventi ad alto impatto diverse settimane dopo l’inizio della perturbazione. Domeisen e Butler sottolineano proprio che la lenta evoluzione della stratosfera rispetto alla troposfera offre una fonte di prevedibilità aggiuntiva per estremi quali irruzioni fredde, episodi di vento, storm clustering e anomalie pluviometriche. La Figura 3 dimostra come tale informazione possa essere ulteriormente raffinata condizionandola allo stato ENSO.

È però necessario evitare una lettura eccessivamente deterministica. Le mappe non dicono che dopo un SSW avverrà necessariamente un’ondata di freddo in Eurasia o un episodio di precipitazione intensa nel Mediterraneo. Anche nelle regioni dove il segnale è robusto, la variazione riguarda la probabilità. Ciò deriva dalla natura stessa dell’accoppiamento stratosfera–troposfera: la stratosfera modifica il paesaggio probabilistico dei regimi atmosferici, ma l’evoluzione concreta dipende ancora dalla variabilità interna della troposfera, dalla fase delle onde planetarie, dai blocchi atmosferici e dall’evoluzione delle perturbazioni sinottiche.

Il concetto era già chiaramente emerso nel lavoro classico di Baldwin e Dunkerton, secondo cui le anomalie della stratosfera precedono spostamenti nelle distribuzioni di probabilità degli indici AO e NAO, delle storm track e della frequenza locale delle perturbazioni. Questa formulazione rimane essenziale: l’utilità predittiva della stratosfera deriva dalla capacità di modificare la probabilità relativa dei diversi scenari, non dalla capacità di determinare univocamente quale scenario si realizzerà.

Per l’Europa mediterranea questo implica che un SSW seguito da un efficace downward coupling costituisca un elemento potenzialmente favorevole a una maggiore frequenza di configurazioni perturbate meridionali, soprattutto quando il background climatico è compatibile con uno spostamento verso sud del jet. Tuttavia, la posizione precisa dei centri di geopotenziale rimane decisiva. Un blocco groenlandese molto occidentale, uno più orientale verso Scandinavia o una saccatura collocata sull’Atlantico orientale possono produrre conseguenze molto differenti sul Mediterraneo pur rientrando tutti in un contesto generale di NAO negativa. La Figura 3 descrive dunque una probabilità climatica composita, non una configurazione sinottica specifica per l’Italia o per una singola regione.

Allo stesso modo, l’aumento degli estremi freddi sull’Eurasia non equivale automaticamente a un aumento della probabilità di gelo in tutta l’Europa meridionale. Gli scambi meridiani possono dirigersi verso settori diversi da un evento all’altro e dipendono dalla fase e dall’ampiezza delle onde troposferiche. La stratosfera può predisporre il sistema a una maggiore persistenza dei blocchi e a un indebolimento del flusso zonale, ma la longitudine delle successive discese fredde rimane in larga misura determinata dalla dinamica troposferica.

La distinzione tra El Niño e La Niña assume quindi particolare valore operativo. Durante El Niño, la risposta post-SSW appare generalmente più forte e spazialmente più estesa, e ciò si traduce in modificazioni maggiori delle probabilità di alcuni estremi. Durante La Niña, invece, il segnale può essere attenuato dal background, ma rimane comunque riconoscibile quando si confrontano inverni della stessa fase con e senza SSW. Questo significa che anche durante La Niña un importante disturbo del vortice polare può modificare sensibilmente la previsione sub-stagionale, sebbene lo stato finale della circolazione possa non assomigliare alla classica risposta post-SSW osservata nei compositi generali.

Un altro aspetto degno di nota è la differenza tra segnale dinamico e segnale degli impatti. Nella Figura 2 la risposta post-SSW isolata risultava qualitativamente simile durante El Niño e La Niña, entrambe orientate verso una NAO negativa. Nella Figura 3, invece, gli effetti regionali sugli estremi mostrano differenze più marcate. Questo suggerisce che un pattern dinamico relativamente simile può produrre conseguenze diverse quando interagisce con differenti stati termodinamici. È un principio molto importante nella scienza degli estremi climatici: la circolazione determina in larga misura dove viene trasportata una massa d’aria o l’umidità, ma la gravità dell’evento dipende anche dalle proprietà fisiche della massa d’aria e dalla disponibilità di energia e vapore acqueo.

Questa considerazione diventa ancora più rilevante in un clima in riscaldamento, perché la relazione tra pattern dinamico ed estremo superficiale può evolvere nel tempo. La Figura 3 è costruita nell’ambito del periodo degli hindcast utilizzato nello studio e non costituisce di per sé un’analisi dei cambiamenti climatici futuri. Tuttavia, concettualmente evidenzia perché la comprensione degli estremi richieda di distinguere fra componente dinamica e componente termodinamica: una stessa anomalia della circolazione può produrre impatti differenti in condizioni climatiche di fondo differenti.

Nel complesso, la Figura 3 chiude in maniera coerente il quadro scientifico costruito dalle prime tre figure dello studio. La stratosfera rappresenta il punto iniziale della catena, ma gli effetti finali sono determinati dall’interazione tra più livelli e scale temporali del sistema atmosferico. Un SSW indebolisce il vortice polare e tende a lasciare una firma NAM negativa nella bassa stratosfera; questo modifica le condizioni dinamiche alle quali risponde la troposfera; il jet nordatlantico e la storm track tendono a spostarsi verso sud; la NAO assume una maggiore probabilità di trovarsi nella fase negativa; infine, la redistribuzione delle traiettorie cicloniche e dei trasporti di massa e umidità modifica la frequenza degli estremi di precipitazione e temperatura. Kidston et al. descrivono proprio questo collegamento tra stratosfera, jet, storm track e tempo superficiale come una delle principali vie attraverso cui la stratosfera può esercitare un’influenza meteorologica rilevante. 

La modulazione da parte dell’ENSO aggiunge però una dimensione fondamentale. El Niño e La Niña determinano differenti condizioni iniziali nella troposfera e nella stratosfera, diverse configurazioni della convezione tropicale e differenti riserve e percorsi dell’umidità. Per questo motivo l’effetto degli SSW non può essere interpretato indipendentemente dallo stato tropicale. Durante El Niño la risposta stratosferica tende a emergere in maniera più evidente e può associarsi a incrementi più marcati degli estremi in alcune regioni; durante La Niña parte del segnale viene compensata da una circolazione di fondo opposta, con una risposta superficiale apparentemente più debole e una redistribuzione differente degli estremi.

La Figura 3 costituisce quindi una dimostrazione particolarmente efficace del significato moderno della prevedibilità sub-stagionale. Prevedere il vortice polare non significa prevedere direttamente quale città sperimenterà gelo o quali regioni subiranno precipitazioni estreme alcune settimane più tardi. Significa acquisire un’informazione aggiuntiva capace di modificare le probabilità relative di determinati regimi atmosferici e, di conseguenza, di alcuni eventi estremi. L’informazione diventa ancora più utile quando viene combinata con altre sorgenti lentamente variabili, come ENSO, anziché essere considerata isolatamente.

In definitiva, il messaggio fondamentale della Figura 3 è che gli SSW hanno conseguenze statisticamente riconoscibili sugli estremi meteorologici, ma tali conseguenze dipendono profondamente dal background ENSO. In entrambe le fasi, lo spostamento relativo del jet verso l’equatore favorisce una redistribuzione delle precipitazioni verso latitudini più meridionali e un aumento della probabilità di freddo estremo in parti dell’Eurasia; durante El Niño questi cambiamenti risultano generalmente più pronunciati e la risposta si estende maggiormente verso il Nord America, mentre durante La Niña prevale in alcune regioni la sottrazione degli estremi dalla climatologia settentrionale preesistente. La Figura 3 dimostra così che l’influenza della stratosfera non si limita ai grandi indici della circolazione, ma può propagarsi fino agli eventi che hanno conseguenze dirette sulle società e sugli ecosistemi. Al tempo stesso, mostra perché tale influenza debba essere interpretata attraverso un approccio probabilistico, condizionato e multicomponente: è l’interazione tra vortice polare, ENSO, NAO, jet, storm track e stato termodinamico dell’atmosfera a determinare la forma finale degli estremi osservati alla superficie. 

4. Conclusioni

I risultati di questo studio rafforzano in maniera sostanziale la concezione moderna dell’accoppiamento stratosfera–troposfera, secondo cui i riscaldamenti stratosferici improvvisi non devono essere interpretati come eventi confinati alla stratosfera polare, ma come perturbazioni capaci di modificare per diverse settimane la distribuzione probabilistica dei principali regimi della circolazione extratropicale. Nel settore del Nord Atlantico, la risposta climatologica successiva a un SSW è generalmente caratterizzata da un indebolimento della circolazione zonale, da una maggiore probabilità della fase negativa della North Atlantic Oscillation e da uno spostamento verso l’equatore della corrente a getto guidata dalle perturbazioni. A questa riorganizzazione dinamica possono essere associate variazioni significative della temperatura e della precipitazione alla superficie, comprese una maggiore probabilità di condizioni fredde in alcune regioni dell’Eurasia e del Nord America e una redistribuzione delle precipitazioni europee verso latitudini più meridionali. Il compendio di Butler et al. ha documentato ampiamente la diversità strutturale e gli impatti degli SSW, mentre numerosi lavori successivi hanno chiarito che l’effetto superficiale è soprattutto di natura probabilistica e dipende fortemente dalla persistenza dell’anomalia stratosferica e dallo stato della troposfera nel quale essa viene inserita. 

L’aspetto fondamentale evidenziato da Martínez-Andradas et al. è tuttavia che questa risposta media non rappresenta un destino inevitabile per ogni singolo SSW. La variabilità da evento a evento rimane molto elevata. Afargan-Gerstman e Domeisen, analizzando 26 SSW nelle rianalisi, avevano già individuato due principali tipologie di risposta: circa due terzi degli eventi erano seguiti dalla configurazione canonica, con spostamento verso sud del jet atlantico, mentre circa un terzo era associato a una risposta non canonica caratterizzata da uno spostamento verso nord. Lo stesso lavoro mostrava inoltre che le anomalie della circolazione e dell’attività sinottica nel Pacifico potevano contribuire a determinare il segno della successiva risposta atlantica attraverso la propagazione delle perturbazioni dal Pacifico orientale verso il Nord America e l’Atlantico. Ciò implicava già che la risposta del Nord Atlantico non dipendesse esclusivamente dalla perturbazione stratosferica, ma anche dalle condizioni troposferiche preesistenti. 

Il nuovo studio compie un importante passo avanti perché dimostra che una proporzione simile di risposte non canoniche emerge anche nel grande ensemble delle previsioni stagionali C3S. Questo risultato è particolarmente significativo dal punto di vista statistico. Il record delle rianalisi contiene infatti un numero relativamente limitato di major SSW e, quando gli eventi vengono ulteriormente separati in funzione di El Niño, La Niña e condizioni neutrali, la dimensione dei campioni diventa rapidamente ridotta. Gli ensemble stagionali permettono invece di analizzare un numero enormemente maggiore di realizzazioni atmosferiche e di verificare se le relazioni osservate emergano attraverso sistemi modellistici indipendenti. Il fatto che la variabilità tra risposte equatoriali e polari venga riprodotta anche nei sistemi C3S suggerisce quindi che essa non costituisca semplicemente un artefatto statistico del limitato record osservativo, ma una caratteristica fisicamente significativa dell’interazione tra vortice polare e circolazione troposferica. 

La fase ENSO emerge come uno dei principali fattori capaci di organizzare tale variabilità. Durante El Niño aumenta nettamente la proporzione degli SSW seguiti da uno spostamento equatoriale della corrente a getto, mentre durante La Niña aumenta la frequenza relativa degli eventi nei quali il jet rimane collocato più a nord. Questa relazione è coerente con il precedente studio di Martínez-Andradas et al. del 2023, nel quale gli eventi associati a una risposta poleward risultavano collegati preferenzialmente alla fase fredda dell’ENSO e a specifiche anomalie della circolazione sul Pacifico settentrionale centrale. Lo stesso lavoro aveva mostrato che gli SSW con risposta equatoriale presentavano un segnale del Northern Annular Mode più forte e persistente nella bassa stratosfera rispetto agli eventi caratterizzati da una risposta settentrionale, con differenze riconoscibili già prima della data centrale dell’SSW. 

A prima vista, la maggiore frequenza di jet posizionati verso il polo dopo gli SSW durante La Niña potrebbe suggerire che questa fase ENSO impedisca alla stratosfera di esercitare la propria influenza sulla troposfera. I risultati dello studio mostrano però che una simile interpretazione sarebbe incompleta. Quando gli autori confrontano gli inverni con SSW con quelli privi di SSW all’interno della stessa fase ENSO, emerge che gli SSW aumentano la probabilità di un jet relativamente più meridionale e di una NAO più negativa sia durante El Niño sia durante La Niña. Il meccanismo fondamentale associato al SSW rimane dunque presente in entrambe le condizioni; ciò che cambia è lo stato climatico di fondo sul quale questa perturbazione deve agire. 

Questa distinzione tra risposta assoluta e risposta relativa rappresenta probabilmente il contributo concettuale più importante del lavoro. Durante La Niña, la circolazione del Nord Atlantico tende mediamente a essere associata a un jet relativamente più settentrionale e a una configurazione maggiormente compatibile con una NAO positiva. Un SSW può pertanto spostare il jet verso sud rispetto a questo stato iniziale senza necessariamente portarlo a latitudini inferiori alla climatologia generale. Se venisse considerata unicamente la posizione finale della corrente a getto, l’evento potrebbe essere classificato come una risposta poleward e quindi apparentemente “non canonica”; confrontando invece la stessa configurazione con quella osservata durante La Niña in assenza di SSW, diventa evidente che la perturbazione stratosferica ha comunque esercitato un’influenza equatorward.

È precisamente in questo senso che La Niña “oscura” la risposta del Nord Atlantico. Non si tratta necessariamente di una soppressione del downward coupling, ma di una parziale compensazione tra due sorgenti di variabilità che tendono a modificare la circolazione in direzioni opposte. El Niño e gli SSW tendono maggiormente a cooperare nel favorire una configurazione negativa della NAO e un jet spostato verso sud; La Niña e gli SSW tendono invece a interferire distruttivamente. Il risultato finale può pertanto essere una circolazione quasi neutra, anche quando il contributo dello SSW, considerato relativamente allo stato La Niña privo dell’evento, rimane significativo.

Questa interpretazione è pienamente coerente con gli esperimenti di Polvani et al., nei quali la variabilità associata agli SSW e quella derivante dall’ENSO venivano separate all’interno di un grande ensemble di un modello atmosferico in grado di risolvere la stratosfera. Gli autori mostrarono che la variabilità climatica del Nord Atlantico e dell’Eurasia associata agli SSW può raggiungere un’ampiezza comparabile a quella determinata dalle anomalie delle temperature superficiali marine del Pacifico tropicale. Di conseguenza, il verificarsi di un singolo SSW può modificare profondamente una previsione stagionale costruita esclusivamente a partire dallo stato ENSO. Il lavoro sottolineava inoltre che la maggior parte degli SSW non può essere semplicemente considerata una conseguenza diretta delle SST tropicali, confermando che ENSO e stratosfera rappresentano sorgenti di variabilità almeno parzialmente distinguibili. 

Questo concetto ha importanti conseguenze per l’interpretazione delle previsioni stagionali. L’ENSO costituisce una sorgente relativamente lenta e prevedibile della variabilità climatica e, nella maggior parte dei casi, la fase tropicale in atto all’inizio dell’inverno può essere prevista con un anticipo considerevolmente superiore a quello necessario per anticipare la data esatta di un SSW. Lo stato della stratosfera è invece caratterizzato da una componente molto più episodica: i modelli stagionali possono stimare la probabilità che durante un inverno si verifichi un grande disturbo del vortice, ma stabilire con precisione quando avverrà l’inversione del vento richiede generalmente un orizzonte temporale molto più breve. La previsione stagionale può dunque iniziare con una certa aspettativa legata all’ENSO e subire successivamente una sostanziale revisione probabilistica se la stratosfera evolve verso un SSW.

L’esempio fornito dallo studio è estremamente chiaro. Durante El Niño, i membri dell’ensemble nei quali si verifica almeno un SSW sviluppano mediamente una configurazione negativa della NAO, mentre quelli privi di SSW rimangono molto più vicini alla neutralità. Durante La Niña, invece, i membri senza SSW tendono verso una NAO positiva, mentre quelli nei quali il vortice subisce un riscaldamento improvviso vengono spostati verso valori prossimi alla neutralità. Ciò significa che un SSW può produrre una modifica meteorologicamente importante anche senza generare una NAO negativa in termini assoluti. Nel caso La Niña, trasformare una forte propensione verso NAO positiva in una configurazione quasi neutra rappresenta già un cambiamento sostanziale della distribuzione delle probabilità atmosferiche. 

La risposta attenuata durante La Niña sembra inoltre trovare una parte della propria spiegazione nella bassa stratosfera. Lo studio mostra che il NAM a circa 100 hPa tende a essere meno negativo dopo gli SSW durante La Niña rispetto a El Niño. A prima vista, ciò potrebbe indicare che i riscaldamenti verificatisi durante La Niña siano dinamicamente meno efficaci. Gli autori propongono tuttavia un’interpretazione differente: anche la bassa stratosfera possiede un background ENSO. La Niña tende a favorire un vortice relativamente più forte e valori NAM più positivi, mentre El Niño tende più frequentemente a essere associato a una stratosfera polare più calda e a un vortice relativamente debole. Pertanto, una perturbazione SSW di ampiezza comparabile può terminare su valori NAM assoluti meno negativi durante La Niña semplicemente perché parte da uno stato differente.

Questo risultato sottolinea ancora una volta la necessità di distinguere l’ampiezza assoluta di un’anomalia dal cambiamento rispetto allo stato di fondo. La stessa logica osservata nella troposfera sembra quindi applicarsi alla bassa stratosfera: La Niña sposta il punto di riferimento verso un vortice più forte, per cui l’anomalia successiva all’SSW può apparire più debole in termini assoluti pur rappresentando una perturbazione dinamicamente importante rispetto alla climatologia condizionata. La minore negatività del NAM può comunque ridurre la persistenza o la profondità del contributo stratosferico alla risposta troposferica, offrendo una spiegazione plausibile per il segnale nordatlantico mediamente meno marcato durante La Niña.

La persistenza delle anomalie nella bassa stratosfera rappresenta infatti uno dei principali fattori identificati dalla letteratura per distinguere gli SSW con forte influenza superficiale da quelli caratterizzati da un debole downward impact. Un vortice fortemente perturbato nella media stratosfera non garantisce necessariamente una risposta significativa alla superficie se il segnale non riesce a mantenersi alle quote inferiori. Al contrario, anomalie NAM negative persistenti vicino alla tropopausa possono interagire per settimane con le onde e con la corrente a getto sottostante, aumentando la probabilità di una riorganizzazione duratura della circolazione troposferica. Questo spiega perché l’intensità dell’inversione del vento a 10 hPa non sia sufficiente, da sola, a stabilire l’impatto meteorologico di un SSW.

Il ruolo della troposfera rimane altrettanto importante. La risposta post-SSW non consiste in una semplice “discesa” meccanica dell’anomalia stratosferica verso la superficie, ma in una modifica delle condizioni dinamiche alle quali rispondono il jet e gli eddies troposferici. I regimi atmosferici preesistenti possono amplificare oppure attenuare il segnale. Afargan-Gerstman e Domeisen hanno mostrato che la risposta pacifica e la propagazione delle perturbazioni sinottiche verso l’Atlantico contribuiscono alla distinzione tra eventi equatorward e poleward. Questo implica che due SSW apparentemente simili nella stratosfera possono essere seguiti da evoluzioni molto differenti se la configurazione delle storm track e delle onde planetarie è diversa. 

Il contributo dell’ENSO deve quindi essere interpretato attraverso più vie dinamiche. Una prima via è troposferica: le anomalie della convezione tropicale modificano le sorgenti delle onde di Rossby, generando treni d’onda che si propagano attraverso il Pacifico settentrionale e il Nord America fino al settore atlantico. Una seconda via coinvolge la stratosfera, poiché ENSO può modificare la propagazione verticale delle onde planetarie e lo stato medio del vortice polare. Le due vie possono agire simultaneamente e interagire tra loro. La distinzione è inoltre complicata dalla marcata non linearità della risposta tropicale. Jiménez-Esteve e Domeisen hanno dimostrato che la teleconnessione troposferica ENSO verso il Nord Atlantico non è perfettamente simmetrica tra El Niño e La Niña: un forte El Niño può produrre una risposta pacifica e nordatlantica strutturalmente diversa e più intensa rispetto all’immagine speculare di una forte La Niña. 

Queste nonlinearità costituiscono una possibile spiegazione supplementare delle differenze riscontrate dopo gli SSW. Se la propagazione del treno d’onda ENSO attraverso Pacifico e Nord America non è linearmente opposta nelle due fasi, non ci si dovrebbe attendere che la risposta al medesimo disturbo stratosferico venga semplicemente invertita passando da El Niño a La Niña. Il background modifica infatti non soltanto il valore medio del jet, ma anche la struttura delle onde, l’attività sinottica e l’interazione tra le storm track. Lo studio di Martínez-Andradas et al. riconosce questa possibilità, pur lasciando l’analisi dettagliata delle nonlinearità oltre gli obiettivi specifici del lavoro. 

La conseguenza diventa particolarmente evidente quando si considerano gli eventi meteorologici estremi. Lo spostamento equatoriale del jet associato agli SSW tende ad aumentare la probabilità di precipitazioni intense sull’Europa occidentale e meridionale e a ridurla su alcuni settori dell’Europa settentrionale. Parallelamente, aumenta la probabilità di estremi freddi su porzioni dell’Eurasia settentrionale, mentre alcune alte latitudini possono sperimentare anomalie relativamente miti. Tuttavia, lo studio mostra che l’ampiezza e la distribuzione regionale di questi effetti cambiano tra El Niño e La Niña. La stessa perturbazione dinamica può quindi produrre impatti diversi perché agisce in presenza di differenti condizioni termodinamiche e di diversa disponibilità di umidità.

Questo punto è particolarmente rilevante per la precipitazione. Lo spostamento di una storm track determina dove transitano più frequentemente le perturbazioni, ma non stabilisce da solo l’intensità della precipitazione prodotta. La quantità di vapore acqueo, il trasporto di umidità, la temperatura delle masse d’aria, la posizione dei flussi meridionali e l’interazione con l’orografia possono amplificare o attenuare l’impatto. Durante El Niño, la riorganizzazione della convezione tropicale e dei trasporti di umidità può contribuire a rendere più evidenti alcuni incrementi della precipitazione estrema una volta che il jet viene ulteriormente spostato verso sud dall’SSW. Durante La Niña, invece, l’effetto può manifestarsi maggiormente attraverso una diminuzione delle precipitazioni estreme nelle regioni settentrionali che normalmente beneficiano della posizione più poleward della storm track.

Anche per gli estremi termici il legame deve essere interpretato probabilisticamente. Una NAO negativa aumenta la frequenza di configurazioni favorevoli a trasporti meridiani e a irruzioni di aria artica o continentale verso le medie latitudini, ma non stabilisce necessariamente quale settore geografico sperimenterà il freddo più intenso. La longitudine del blocking, la posizione delle saccature e l’evoluzione delle onde troposferiche rimangono determinanti. È quindi scorretto tradurre un SSW in una previsione automatica di gelo europeo. Più correttamente, l’evento modifica la probabilità dei regimi atmosferici che possono favorire determinate anomalie termiche nelle settimane successive.

Da questo punto di vista, il risultato dello studio possiede importanti implicazioni anche per la comunicazione meteorologica. La domanda più appropriata dopo l’identificazione di un SSW non è se l’evento “porterà” una determinata configurazione meteorologica, ma in quale misura esso modifichi la probabilità dei diversi regimi rispetto a ciò che sarebbe stato atteso dalle altre sorgenti di prevedibilità. Durante La Niña, per esempio, un SSW potrebbe non produrre una NAO fortemente negativa ma ridurre sostanzialmente la probabilità della NAO positiva prevista sulla base del solo ENSO. Tale cambiamento può essere meteorologicamente molto importante pur apparendo modesto se si osserva unicamente l’indice finale.

Il grande ensemble C3S costituisce quindi non soltanto uno strumento statistico, ma una sorta di laboratorio numerico per l’analisi controfattuale del sistema atmosferico. Nell’atmosfera osservata ogni inverno si realizza una sola volta e non possiamo verificare come sarebbe evoluto lo stesso inverno se l’SSW non fosse avvenuto. Nei sistemi ensemble esistono invece numerose realizzazioni che condividono condizioni climatiche simili ma sviluppano evoluzioni stratosferiche differenti. Confrontare i membri El Niño con e senza SSW, oppure i membri La Niña con e senza SSW, consente quindi di avvicinarsi alla domanda scientificamente più interessante: quanto cambia la circolazione quando si aggiunge un disturbo stratosferico a un determinato background ENSO?

Questo approccio permette anche di superare alcuni dei limiti delle osservazioni. La relazione tra ENSO, vortice polare e Nord Atlantico è soggetta a un forte rumore interno e il numero di eventi osservati non consente sempre di distinguere un segnale fisico robusto da fluttuazioni casuali. Il fatto che la maggior parte dei sistemi C3S riproduca un impatto post-SSW più debole durante La Niña rispetto a El Niño conferisce maggiore credibilità al risultato, pur senza eliminare le incertezze modellistiche. Gli autori sottolineano infatti che non tutti i sistemi concordano perfettamente sull’ampiezza della differenza, e ciò suggerisce che i dettagli quantitativi debbano essere interpretati con cautela. 

L’esistenza di bias nella frequenza degli SSW e nella rappresentazione della teleconnessione ENSO costituisce inoltre un limite importante. I modelli stagionali possono sovrastimare o sottostimare la frequenza con cui il vortice raggiunge il criterio di major SSW e possono rappresentare in modo eccessivamente lineare il rapporto tra ENSO e stratosfera. Questo non invalida necessariamente l’analisi della risposta condizionata, ma ricorda che la previsione stagionale dipende dalla qualità con cui vengono simulate molte componenti interconnesse: convezione tropicale, treni d’onda pacifici, propagazione verticale delle onde planetarie, vortice polare, NAM della bassa stratosfera, jet nordatlantico e feedback degli eddies.

In questo contesto, la convergenza tra il nuovo lavoro e quello di Polvani et al. assume particolare importanza. Quest’ultimo aveva già mostrato che un singolo SSW può modificare in maniera sostanziale il segnale stagionale previsto sulla base dell’ENSO. Il nuovo studio dimostra che questa idea emerge anche nei sistemi operativi multi-modello C3S e che il ruolo della fase ENSO è particolarmente importante nel determinare quanto chiaramente la risposta stratosferica appaia nel campo atmosferico finale. 

Il risultato invita dunque a considerare la previsione invernale non come la ricerca di un singolo “driver” dominante, ma come un problema di interazione tra differenti sorgenti di memoria del sistema climatico. L’oceano tropicale conserva memoria su scale di mesi; la stratosfera perturbata può mantenere anomalie per settimane; la troposfera possiede una variabilità interna molto più rapida ma può amplificare e prolungare determinati segnali attraverso i feedback degli eddies e dei regimi atmosferici. La previsione sub-stagionale e stagionale nasce dalla combinazione di questi diversi tempi caratteristici.

Da questa prospettiva, ENSO e SSW non devono essere trattati come due predittori indipendenti ai quali attribuire semplicemente un segno positivo o negativo. Il loro effetto dipende dallo stato congiunto del sistema. Un El Niño con vortice polare forte, un El Niño seguito da un major SSW, una La Niña con vortice persistentemente forte e una La Niña perturbata da un SSW costituiscono quattro scenari dinamicamente differenti, anche se ciascuno contiene soltanto due categorie nominali, ENSO e stato stratosferico. La capacità di distinguere questi scenari rappresenta una delle principali opportunità per migliorare la previsione del Nord Atlantico e dell’Europa su scale di alcune settimane.

L’analisi suggerisce inoltre che la classificazione tradizionale degli SSW in eventi con risposta “canonica” e “non canonica” debba essere interpretata con una certa cautela. Un evento apparentemente non canonico durante La Niña può essere tale soltanto se si considera la posizione assoluta finale del jet. Se lo stesso evento viene confrontato con lo stato La Niña che sarebbe statisticamente atteso senza SSW, potrebbe emergere una sostanziale risposta equatoriale. Di conseguenza, una parte delle differenze tra eventi potrebbe non riflettere un completo fallimento del downward coupling, ma l’interazione tra una perturbazione relativamente simile e differenti condizioni ambientali.

Questo non significa che tutti gli SSW esercitino la stessa influenza. Le differenze nella durata del NAM negativo nella bassa stratosfera, nell’attività d’onda, nello stato della troposfera e nella risposta pacifica rimangono reali e importanti. Lo studio del 2023 di Martínez-Andradas et al. indica chiaramente che gli eventi EQ e POLE presentano differenze nella struttura verticale e nella persistenza della circolazione già intorno alla data dell’SSW. Il nuovo lavoro aggiunge però che ENSO contribuisce a organizzare queste differenze e, soprattutto, che una classificazione basata esclusivamente sul risultato finale del jet può nascondere parte dell’effetto stratosferico.

Nel complesso, la conclusione scientifica più importante può quindi essere formulata in termini di prevedibilità condizionata. La presenza di un SSW modifica le probabilità della circolazione nordatlantica, ma l’entità del cambiamento e la sua manifestazione superficiale dipendono dallo stato ENSO, dalla bassa stratosfera e dalla configurazione troposferica preesistente. El Niño tende a rendere il segnale post-SSW più evidente perché le due influenze sono spesso concordi; La Niña tende a mascherarlo perché favorisce una configurazione media opposta. Il segnale SSW rimane tuttavia distinguibile anche durante La Niña quando il confronto viene effettuato rispetto all’appropriato background senza SSW. 

Questa conclusione possiede un valore particolarmente rilevante per la previsione stagionale europea. Sapere con mesi di anticipo che il Pacifico tropicale si trova in una determinata fase fornisce una prima informazione probabilistica sullo stato atteso della circolazione. Se, successivamente, la previsione a medio termine individua con crescente confidenza l’imminenza di un SSW, quella previsione stagionale deve essere reinterpretata. Nel caso di El Niño, l’evento può accentuare una tendenza verso una circolazione più negativa della NAO; nel caso di La Niña, può invece indebolire o neutralizzare parte del segnale positivo della NAO originariamente suggerito dal background tropicale. È quindi l’aggiornamento continuo delle probabilità, non una previsione statica formulata all’inizio dell’inverno, a rappresentare l’approccio più coerente con la dinamica descritta dallo studio.

In definitiva, il lavoro di Martínez-Andradas e collaboratori mostra come la prevedibilità atmosferica invernale emerga dall’interazione tra tropici, stratosfera ed extratropici. Gli SSW rimangono una delle più importanti sorgenti di prevedibilità sub-stagionale alle medie e alte latitudini, ma il loro impatto non può essere compreso isolandoli dall’ENSO e dallo stato della circolazione troposferica. La Niña non annulla necessariamente l’influenza della stratosfera sul Nord Atlantico: ne modifica il riferimento climatologico, ne riduce la visibilità nel campo atmosferico assoluto e, probabilmente attraverso il NAM della bassa stratosfera e le nonlinearità della teleconnessione pacifica, può attenuarne anche parte dell’ampiezza. El Niño, al contrario, tende più frequentemente a creare condizioni nelle quali il segnale stratosferico emerge con maggiore chiarezza.

La conclusione generale è dunque che un SSW non deve essere interpretato come un interruttore capace di determinare automaticamente una NAO negativa, né La Niña come una condizione capace di impedire il downward coupling. Entrambi modificano uno spazio di probabilità atmosferiche e il risultato finale deriva dalla loro interazione con la variabilità interna. Il valore della previsione stagionale e sub-stagionale risiede precisamente nella capacità di quantificare questi cambiamenti condizionati: prevedere non un singolo destino meteorologico, ma come ENSO, vortice polare, NAM, NAO, jet e stato termodinamico dell’atmosfera ridistribuiscano le probabilità dei possibili scenari. È in questa visione multicomponente e probabilistica che lo studio offre il suo contributo più rilevante, mostrando come l’integrazione tra informazione tropicale e stratosferica possa migliorare l’interpretazione delle previsioni del Nord Atlantico, dell’Europa e degli estremi meteorologici che ne conseguono. 

https://doi.org/10.1029/2025GL118128