Modi Annuari nella Circolazione Extratropicale. Parte II: Tendenze

Modi Annuari nella Circolazione Extratropicale. Parte II: Tendenze
DAVID W. J. THOMPSON E JOHN M. WALLACE
Dipartimento di Scienze Atmosferiche, Università di Washington, Seattle, Washington
GABRIELE C. HEGERL
Istituto Congiunto per lo Studio dell’Atmosfera e dell’Oceano, Università di Washington, Seattle, Washington
(Manoscritto ricevuto il 1 febbraio 1999, in forma definitiva il 1 luglio 1999)
RIASSUNTO
Gli autori sfruttano la notevole somiglianza tra le recenti tendenze climatiche e la struttura dei “modi annuari” nella variabilità di mese in mese (come descritto in un articolo complementare) per suddividere le tendenze in componenti linearmente congruenti e linearmente indipendenti dai modi annuari.

L’indice del modo annuario dell’emisfero nord (NH), noto come Oscillazione Artica (AO), ha mostrato una tendenza verso la polarità di indice elevato negli ultimi decenni. Le tendenze più grandi e significative sono osservate durante la “stagione attiva” per l’interazione tra onde planetarie stratosferiche e flusso medio, gennaio-marzo (JFM), quando le fluttuazioni nell’AO si amplificano in altezza fino alla bassa stratosfera. Per i periodi di registrazione considerati, praticamente tutti i cali di altezza geopotenziale del JFM sopra la regione del cappuccio polare e il rafforzamento dei venti occidentali subpolari dalla superficie alla bassa stratosfera, circa il 50% del riscaldamento del JFM sul continente eurasiatico, circa il 30% del riscaldamento del JFM sull’NH nel suo insieme, circa il 40% del raffreddamento stratosferico del JFM sulla regione del cappuccio polare, e circa il 40% delle perdite di ozono della colonna totale di marzo a nord del 40°N sono linearmente congruenti con le variazioni di mese in mese nell’indice AO. Le cadute della pressione a livello del mare durante l’estate sopra il bacino artico suggeriscono un drift annuale verso la polarità positiva dell’AO, ma le prove sono meno conclusive. A causa della memoria fotochimica insita nella distribuzione dell’ozono, circa la metà del depauperamento dell’ozono durante i mesi estivi dell’NH è linearmente dipendente dalle perdite di ozono relative all’AO subite durante la stagione attiva precedente.

Le cadute dell’altezza geopotenziale della bassa troposfera sulla regione del cappuccio polare antartico indicano un drift verso la polarità di indice elevato del modo annuario dell’emisfero sud (SH) senza apparente stagionalità. Al contrario, la tendenza verso un raffreddamento e un rafforzamento del vortice polare stratosferico SH raggiunge il picco nettamente durante la relativamente breve stagione attiva centrata in novembre. Le perdite di ozono più pronunciate dello SH si sono verificate in settembre-ottobre, uno o due mesi prima di questa stagione attiva. In entrambi gli emisferi, feedback positivi che coinvolgono la distruzione dell’ozono, il raffreddamento e un indebolimento della circolazione meridionale guidata dalle onde potrebbero contribuire a un ritardo nella disgregazione del vortice polare e a perdite di ozono potenziate durante la primavera.

1. Introduzione
Nel lavoro complementare, Thompson e Wallace (2000, di seguito Parte I) documentano la notevole somiglianza tra i modi principali di variabilità da mese a mese della circolazione generale extratropicale negli emisferi Nord e Sud. Entrambi possono essere caratterizzati come “modi annuari” che coinvolgono:

• “altalene” nella massa atmosferica tra le regioni del cappuccio polare a nord della latitudine 60° e gli anelli zonali circostanti centrati vicino alla latitudine 45°, come manifestato nelle rispettive funzioni ortogonali empiriche principali (EOF) del campo della pressione a livello del mare (SLP);
• variazioni in fase opposta nel momento occidentale nelle fasce di latitudine circa 35° e circa 60°;
• forti perturbazioni in temperatura e ozono totale nella colonna sopra la regione del cappuccio polare durante le stagioni attive della stratosfera che sembrano essere correlate alle fluttuazioni nell’intensità della circolazione meridionale guidata dalle onde.

Vari indici relativi al modo annuario dell’emisfero nord (NH) hanno mostrato un marcato spostamento verso la polarità di indice elevato negli ultimi decenni, che si riflette nei modelli di pressione a livello del mare, altezza geopotenziale e tendenze della temperatura dell’aria superficiale (Hurrell 1995, 1996; Graf et al. 1995; Thompson e Wallace 1998, di seguito TW98). Tendenze che assomigliano al modo annuario dell’emisfero sud (SH) sono state documentate da Hurrell e van Loon (1994), Chen e Yen (1999), e Randel e Wu (1999). In questo lavoro documentiamo la somiglianza tra i modi annuari e le tendenze in modo più dettagliato, facendo riferimento alla descrizione della variabilità da mese a mese dei modi annuari presentata nella Parte I.

La sezione successiva descrive i dataset utilizzati in questo studio e la tecnica di analisi utilizzata per stimare la componente delle tendenze osservate che è “linearmente congruente” con le variazioni temporali nei modi annuari. Nella sezione 3 partizioniamo le tendenze invernali dell’NH (gennaio-marzo) in temperatura dell’aria superficiale, precipitazioni, ozono totale nella colonna, pressione della tropopausa e la circolazione media zonale in componenti che sono linearmente congruenti e indipendenti dall’indice dell’Oscillazione Artica (AO). Nella sezione 4 documentiamo la stagionalità delle tendenze dell’NH e il grado in cui una firma simile all’AO è evidente nelle tendenze durante tutto l’anno. Le tendenze meno chiaramente definite dell’SH e la loro relazione con il modo annuario dell’SH sono l’argomento della sezione 5. Nella sezione finale di discussione offriamo un’interpretazione del motivo per cui i modi annuari dell’NH e dell’SH sono così prominenti sia nella variabilità da mese a mese sia nelle tendenze, e perché sono così simili nonostante le notevoli differenze nelle climatologie di fondo dei due emisferi.

2. Dati e tecniche di analisi
In questo studio sono utilizzati diversi dataset mensili e grigliati: la temperatura dell’aria superficiale (SAT) è stata fornita da P. D. Jones dell’Università di East Anglia; la pressione a livello del mare (SLP) dal National Center for Atmospheric Research (NCAR); le precipitazioni da M. Hulme dell’Università di East Anglia; i dati di temperatura della bassa stratosfera, derivati dall’unità di sondaggio a microonde, ottenuti dal Marshall Space Flight Center della NASA; l’ozono totale della colonna, derivato dallo spettrometro di mappatura dell’ozono totale Nimbus-7, dal Goddard Space Flight Center della NASA; e i campi medi mensili della reanalisi NOAA–NCAR.

Seguendo la Parte I, le fluttuazioni nella polarità dell’Oscillazione Artica (AO) sono definite sulla base della serie temporale del componente principale standardizzato di SLP mensile dell’NH per tutti i mesi dell’anno. La struttura di questa modalità nella variabilità da mese a mese è documentata in precedenti studi. Le anomalie di SLP sono espresse in termini di metri di altezza geopotenziale equivalente a 1000 hPa.

Le tendenze osservate sono suddivise in componenti linearmente congruenti e indipendenti rispetto all’indice AO mensile nel modo seguente:

1. Le tendenze lineari totali sono stimate come la pendenza di una retta adattata ai dati osservati in ciascun punto della griglia.
2. La componente delle tendenze che è linearmente congruente con l’indice AO mensile è stimata in ciascun punto della griglia mediante regressione dei valori mensili della serie temporale di quel punto sulla base dell’indice AO, moltiplicando poi il coefficiente di regressione per la tendenza lineare nell’indice AO.
3. La componente delle tendenze che è linearmente indipendente dall’indice AO si ottiene sottraendo la componente congruente dalle tendenze totali. Questi modelli saranno etichettati come tendenze “residue AO”.

La Figura 1 mostra tre grafici di serie temporali per i mesi di gennaio, febbraio e marzo (JFM) dal 1900 al 2000, rappresentando tre variabili climatiche: temperatura dell’aria superficiale (SAT), precipitazioni (Precip) e pressione a livello del mare (SLP).

• Le linee sottili in ogni grafico rappresentano i valori stagionali medi di ciascuna variabile.
• Le linee spesse mostrano le medie mobili su 5 anni, utilizzate per evidenziare le tendenze di lungo termine minimizzando le variazioni annuali.

Analisi dei grafici:

• SAT: Si nota un incremento nelle temperature verso la fine del periodo, specialmente evidente nella media mobile.
• Precip: Le precipitazioni variano annualmente, con una tendenza meno marcata rispetto alla SAT.
• SLP: Presenta fluttuazioni significative di pressione lungo il secolo.

L’asse verticale in ciascun grafico è misurato in deviazioni standard dalla media, permettendo una valutazione quantitativa dell’intensità delle variazioni climatiche rispetto alla norma.

In conclusione, la Figura 1 analizza le tendenze climatiche stagionali attraverso variabili standardizzate per facilitare il confronto delle diverse fluttuazioni climatiche. Le statistiche di correlazione tra queste variabili sono probabilmente dettagliate nella Tabella 1 associata.

3. Recenti tendenze invernali nell’Emisfero Nord
Nella Parte I abbiamo mostrato che la varianza correlata all’AO è maggiore sia nella troposfera dell’NH sia nella bassa stratosfera durante i mesi invernali dell’NH gennaio-marzo (JFM). La Figura 1 mostra indici proxy standardizzati dell’AO per questi mesi della “stagione attiva” basati su tre fonti di dati indipendenti: SLP, SAT e precipitazioni. La serie temporale di ciascun dataset è stata costruita formando la mappa di correlazione basata sull’indice AO, come definito nella sezione 2, utilizzando i dati medi mensili di JFM (1958–97, 20°-90°N), e poi proiettando i dati medi mensili di JFM su questo schema di correlazione per il periodo esteso di registrazione, 1900-97. Per minimizzare l’influenza della tendenza al riscaldamento globale sull’indice SAT, il valore medio emisferico è stato rimosso da ciascun punto della griglia prima di eseguire tale calcolo. (Nella pratica, l’influenza di questa correzione sull’indice risultante si è rivelata piccola.)

Tutti e tre gli indici sono fortemente correlati tra loro su scala mensile e interannuale (Tabella 1) e, quindi, sono indicativi delle fluttuazioni nell’AO. La caratteristica più pronunciata in tutti e tre è una tendenza evidente negli ultimi decenni che sembra non avere precedenti nel record storico. Qui nella Parte II, la firma di questa tendenza nel clima dell’NH è documentata. La maggior parte dei risultati si basa sul periodo di riferimento di 30 anni 1968-97. Questa particolare scelta è stata dettata dal fatto che i risultati basati su periodi di registrazione più brevi sono più sensibili a piccole variazioni nella lunghezza della tendenza, mentre i risultati per periodi molto più lunghi di questo intervallo tendono a oscurare il comportamento secolare recente dell’AO. Per i dati satellitari, le tendenze sono stimate basandosi sul periodo completo disponibile di registrazione, 1979-97, salvo indicazioni contrarie.

La Tabella 1 presenta i coefficienti di correlazione tra le serie temporali proxy dell’Oscillazione Artica (AO) relative ai mesi invernali di gennaio, febbraio e marzo (JFM) dal 1947 al 1996. Questi coefficienti indicano quanto strettamente le variazioni in una variabile sono legate alle variazioni in un’altra.

• La correlazione tra Pressione a Livello del Mare (SLP) e Temperatura dell’Aria Superficiale (SAT) è 0.92 (aggiustata a 0.87), mostrando una forte relazione positiva.
• La correlazione tra SLP e Precipitazioni (Precip) è 0.88 (aggiustata a 0.86), indicando anch’essa una forte relazione.
• La correlazione tra SAT e Precip è 0.85 (aggiustata a 0.80), confermando una relazione positiva notevole.

Questi elevati coefficienti di correlazione riflettono una significativa coerenza tra le variabili, sottolineando l’influenza dell’Oscillazione Artica sul clima invernale dell’emisfero nord.

a. Tendenze invernali nella bassa troposfera
La Figura 2 (in alto) mostra le tendenze lineari di 30 anni (1968-1997) per i mesi di gennaio, febbraio e marzo (JFM) nella Pressione a Livello del Mare (SLP) e nella Temperatura dell’Aria Superficiale (SAT). Come dimostrato in TW98 per la stagione invernale estesa da novembre ad aprile, e in linea con i risultati di Walsh et al. (1996), le recenti tendenze nella SLP sono dominate da una diminuzione delle altezze sopra il bacino artico, localmente fino a 70 m. Le recenti tendenze nella SAT invernale dell’NH sono dominate da un forte riscaldamento sui continenti ad alta latitudine, con valori massimi fino a 5 K in parti della Siberia, e un raffreddamento più debole su Groenlandia e Labrador.

La somiglianza strutturale tra le tendenze nella SLP e nella SAT e le corrispondenti firme dell’AO, mostrate nei pannelli centrali della Figura 2, è sorprendente. Praticamente tutte le riduzioni della SLP sopra il bacino artico, circa metà del riscaldamento sulla Siberia, e tutto il raffreddamento su est Canada e Groenlandia sono linearmente congruenti con le serie temporali mensili dell’AO. Le tendenze residue dell’AO sono più deboli e spazialmente amorfie, con un riscaldamento su gran parte dell’emisfero. Le caratteristiche regionali più evidenti nelle tendenze residue sono le diminuzioni della SLP sul Pacifico settentrionale, che si verificano in concomitanza con un riscaldamento sul Canada occidentale e sull’Alaska.

Basandosi sull’analisi sopra descritta, circa 0.3 K del riscaldamento di 1.0 K JFM dell’NH a nord del 20°N negli ultimi 30 anni è linearmente congruente con le serie temporali mensili dell’AO. In linea con le simulazioni dei modelli di risposta all’aumento dei gas serra e degli aerosol solforati, le tendenze residue dell’AO sono maggiori sui continenti rispetto agli oceani circostanti in JFM (1,1 vs 0,4 K) e sono maggiori in JFM rispetto alla media annuale (1,1 vs 0,7 K). Statistiche più complete sono presentate nella Tabella 2.

Le tendenze delle precipitazioni per il periodo 1968-1996 sono mostrate nel pannello superiore della Figura 3. Le caratteristiche più pronunciate sono gli aumenti sopra il nord Europa, l’Alaska, il nord Messico e la Cina centrale, e le diminuzioni sopra il centro del Nord America, il sud Europa e l’Asia orientale. La firma dell’AO nel campo delle precipitazioni dell’NH, mostrata nel pannello inferiore della Figura 3, è quasi identica al modello delle anomalie di precipitazione associate all’Oscillazione Nord Atlantica (NAO) non solo sull’Europa, ma su gran parte dell’emisfero. Come documentato nella Tabella 3, una grande frazione della tendenza delle precipitazioni nelle regioni dove sono più pronunciate è linearmente congruente con le serie temporali mensili dell’AO.

Tendenze invernali nella stratosfera inferiore

Le Figure 4–6 mostrano le tendenze totali, congruenti con l’Oscillazione Artica (AO) e residuali AO nell’altezza a 50 hPa (Z50), nella temperatura MSU-4 (indicativa dello strato che si estende da circa 150 a circa 50 hPa), nell’ozono totale della colonna del TOMS e nella pressione della tropopausa. Le tendenze in Z50 e nella pressione della tropopausa sono basate sul periodo di 30 anni 1968–1997. Le tendenze nel TOMS e nel MSU-4 sono stimate in base al periodo di registrazione disponibile: novembre 1978–aprile 1993 per il TOMS e 1979–1997 per il MSU-4, e sono espresse come cambiamenti incrementali per 15 e 19 anni, rispettivamente.

Le tendenze totali in Z50 e nella temperatura MSU-4 (Fig. 4, in alto) sono predominantemente simmetriche zonalmente. In accordo con i risultati di Randel e Wu (1999), si evidenziano cali dell’altezza geopotenziale di circa 250 m (per 30 anni) e un raffreddamento di circa 5 K (per 19 anni) su ampie regioni del cappuccio polare, indicativi di un significativo rafforzamento del vortice polare nella stratosfera inferiore. La componente congruente con l’AO (Fig. 4, pannelli centrali) rappresenta circa il 40% del raffreddamento e circa il 70% dei cali dell’altezza geopotenziale a nord del 60°N nella stratosfera inferiore.

Le tendenze dell’ozono di marzo nei dati del TOMS dal 1979 al 1993 (Fig. 6a) indicano un assottigliamento dello strato di ozono su tutto l’EN, con perdite fino a 110 unità Dobson (DU) sulla Siberia rispetto a perdite minime nella regione dello Stretto di Davis. La tendenza media su tutta la regione a nord del 40°N è di 249 DU (circa il 12% del valore medio climatologico) per 15 anni. La componente congruente con l’AO spiega gran parte della struttura orizzontale di queste tendenze e circa il 40% delle perdite medie di area a nord del 40°N.

A causa del forte gradiente verticale dell’ozono nelle vicinanze della tropopausa, la pressione della tropopausa tende ad essere positivamente correlata con l’ozono totale della colonna e, in questo senso, può essere vista come un proxy per essa.Le firme dell’Oscillazione Artica (AO) nell’ozono totale della colonna e nella pressione della tropopausa (pannelli centrali) sembrano coerenti: lo stato di alto indice dell’AO favorisce un aumento dell’ozono totale della colonna e una tropopausa depressa vicino alla punta meridionale della Groenlandia, e variazioni nel senso opposto sopra l’Artico Siberiano. La firma dell’AO è chiaramente evidente nelle tendenze totali nella pressione della tropopausa (pannello in alto a destra): circa il 40% della diminuzione di 16 hPa nella pressione della tropopausa, mediata sulla regione a nord del 60°N durante i mesi di gennaio, febbraio e marzo (JFM) dal 1968 al 1997, è linearmente congruente con le variazioni da mese a mese nell’AO. Al contrario delle tendenze congruenti con l’AO, le tendenze residue dell’AO nell’ozono totale della colonna e nella pressione della tropopausa non sembrano essere linearmente correlate nel dominio spaziale.

L’analisi sopra descritta dei dati TOMS è stata ripetuta utilizzando l’indice AO*. I modelli risultanti (non mostrati) sono praticamente indistinguibili da quelli nella Figura 6. Pertanto, i risultati nella Figura 6, inclusi i piuttosto grandi trend residui, non sono molto sensibili al modo in cui è definito l’AO.

La Figura 2 mostra le tendenze lineari su 30 anni (1968-1997) durante i mesi di gennaio, febbraio e marzo (JFM) relative alla pressione al livello del mare (SLP) espressa come altezza geopotenziale a 1000 hPa (Z1000), e alla temperatura superficiale dell’aria (SAT). Le immagini sono organizzate in tre righe e due colonne, con la SLP a sinistra e la SAT a destra.

• (a) e (b) Tendenze Totali:
  • Mostrano le variazioni generali senza decomposizioni o aggiustamenti specifici.
  • Per la SLP (a), le tendenze mostrano variazioni nell’altezza geopotenziale che possono indicare cambiamenti nella pressione atmosferica.
  • Per la SAT (b), le tendenze mostrano come la temperatura superficiale dell’aria sia cambiata nel periodo considerato.
• (c) e (d) Componenti Congruenti con l’AO:
  • Mostrano le parti delle tendenze totali che sono direttamente associate o coerenti con l’indice AO (Oscillazione Artica) mensile. Questo può aiutare a comprendere quanto dell’evoluzione del clima in queste aree può essere attribuito all’AO.
  • Per la SLP (c), le aree in cui la congruenza è più marcata possono indicare regioni dove la pressione è stata particolarmente influenzata dall’AO.
  • Per la SAT (d), analogamente, mostra le regioni dove le temperature sono state influenzate dall’AO.
• (e) e (f) Tendenze Residue dell’AO:
  • Mostrano le parti delle tendenze che non sono spiegate dalla variazione mensile dell’AO, suggerendo altri fattori o dinamiche al lavoro.
  • Queste mappe forniscono una vista delle variazioni climatiche che potrebbero essere attribuite a cause diverse dall’AO, sia per la SLP (e) che per la SAT (f).

I contorni nelle mappe sono intervallati di 15 m per la SLP (es. -22.5, -7.5, 7.5, ecc.) e di 1 K per la SAT (es. -1.5, -0.5, 0.5, ecc.), rappresentando le variazioni su 30 anni. Questi dettagli aiutano a visualizzare l’ampiezza e la distribuzione spaziale delle tendenze climatiche nella regione artica e nelle zone adiacenti nel periodo in esame.

La Tabella 2 presenta le tendenze lineari su 30 anni (1968-1997) nella temperatura superficiale dell’aria dell’emisfero nord, espressa in gradi Kelvin per trent’anni. Le tendenze sono mostrate per diverse aree geografiche e scomposte in base alla loro congruenza con l’indice dell’Oscillazione Artica (AO) mensile.

Colonne della tabella:

1. Land + ocean (20°N–90°N): Include dati sia da aree terrestri che oceaniche dell’emisfero nord.
2. Land (20°N–90°N): Include solo dati dalle aree terrestri dell’emisfero nord.
3. Eurasian land (40°N–70°N, 0°–140°E): Si concentra specificamente sulle aree terrestri eurasiatiche entro i limiti geografici specificati.

Righe della tabella:

• JFM total trend: La tendenza totale della temperatura superficiale dell’aria nei mesi di gennaio, febbraio e marzo.
• JFM trends congruent with AO: La parte della tendenza totale che è congruente con l’AO, mostrando l’influenza dell’AO sui cambiamenti di temperatura in questi mesi.
• JFM AO residual trend: La parte della tendenza che non è spiegata dalla congruenza con l’AO, suggerendo altri fattori che influenzano la temperatura.
• Annual mean total trend: La tendenza media annuale totale della temperatura.
• Annual mean AO residual trend: La tendenza residua media annuale che non è congruente con l’AO.

Valori nella tabella:

• I valori sono espressi in incrementi di temperatura per trent’anni. Per esempio, un aumento di +1.0 indica che la temperatura media è aumentata di 1.0 gradi Kelvin nel corso dei 30 anni per l’area specificata.

Questa tabella fornisce una visione chiara di come l’Oscillazione Artica influenzi le tendenze della temperatura in diverse aree geografiche e durante diversi intervalli di tempo, aiutando a distinguere gli effetti climatici localizzati dall’impatto globale.

La Figura 3 rappresenta le tendenze lineari nella precipitazione per 29 anni (1968–1996) durante i mesi di gennaio, febbraio e marzo (JFM), e come queste tendenze si correlano con l’indice dell’Oscillazione Artica (AO) mensile.

Dettagli dei pannelli:

• (a) Tendenze JFM Totali: Questo pannello superiore mostra le variazioni generali nella precipitazione per il periodo considerato, espressi come percentuale rispetto alla climatologia media di JFM per i 29 anni. Le aree con ombreggiatura scura indicano un aumento della precipitazione di almeno il 10% rispetto alla media, mentre le aree con ombreggiatura chiara mostrano una riduzione della precipitazione di almeno il 10%. Le linee tratteggiate rappresentano contorni negativi, ma la linea di contorno zero è omessa.
• (b) Componenti Congruenti con AO: Il pannello inferiore illustra quelle parti delle tendenze di precipitazione che sono linearmente congruenti con l’indice AO. Questa analisi aiuta a identificare in che misura le variazioni mensili dell’AO influenzano i cambiamenti nella precipitazione nelle diverse regioni.

Intervallo dei Contorni: I contorni sono intervallati del 10% ogni 29 anni, il che significa che ogni contorno rappresenta una variazione di un 10% dalla norma climatologica di JFM per il periodo di 29 anni.

Questa figura è utile per comprendere come le tendenze nella precipitazione sono distribuite geograficamente nell’emisfero nord e come sono potenzialmente influenzate da cambiamenti nell’oscillazione artica, un importante fattore climatico che influisce sulla distribuzione e quantità delle precipitazioni in queste regioni durante i mesi invernali.

La Tabella 3 presenta i dati sui trend lineari nella precipitazione nei mesi di gennaio, febbraio e marzo (JFM) per un periodo di 29 anni (1968–1996). Questi dati sono espressi come percentuale della climatologia JFM per 29 anni e sono suddivisi per regione, mostrando anche come questi trend siano congruenti con l’indice dell’Oscillazione Artica (AO) mensile. Inoltre, la tabella include i coefficienti di correlazione tra le serie temporali delle precipitazioni mensili di JFM e l’indice AO, con un livello di confidenza del 99%.

Analisi dei dati per regione:

1. Norvegia (55°N–65°N, 5°E–10°E)
   • Trend totale: +45%
   • Congruente con AO: +37%
   • Coefficiente di correlazione (r): 0.62
2. Scozia (55°N–60°N, 350°E–355°E)
   • Trend totale: +51%
   • Congruente con AO: +32%
   • Coefficiente di correlazione (r): 0.59
3. Spagna (35°N–45°N, 350°E–0°E)
   • Trend totale: -49%
   • Congruente con AO: -33%
   • Coefficiente di correlazione (r): 0.53
4. Balcani (45°N–50°N, 15°E–30°E)
   • Trend totale: -31%
   • Congruente con AO: -31%
   • Coefficiente di correlazione (r): 0.66
5. Cina Centrale (25°N–40°N, 105°E–110°E)
   • Trend totale: +29%
   • Congruente con AO: +22%
   • Coefficiente di correlazione (r): 0.48

Questi dati dimostrano come le variazioni nell’indice AO possano influenzare direttamente le precipitazioni in diverse regioni geografiche. I coefficienti di correlazione mostrano la forza della relazione tra l’AO e le precipitazioni mensili in queste aree, con un livello di confidenza molto alto.

La Figura 4 illustra le tendenze lineari in due parametri meteorologici distinti, misurati su diversi periodi di tempo, e le loro relazioni con l’indice dell’Oscillazione Artica (AO) per i mesi di gennaio, febbraio e marzo (JFM).

Dettagli dei pannelli:

• (a) e (c) e (e) – Altezza a 50-hPa (Z50):
  • (a) Tendenze Totali per 30 anni (1968–97): Mostra le variazioni complessive dell’altezza geopotenziale a 50-hPa, con intervalli di contorno di 100 m.
  • (c) Componenti Congruenti con AO: Indica le parti delle tendenze totali che sono direttamente legate all’influenza dell’indice AO, evidenziando come l’AO modelli la struttura dell’altezza geopotenziale.
  • (e) Tendenze Residue AO: Illustra le variazioni dell’altezza a 50-hPa che non sono spiegate dall’AO, offrendo una visione delle influenze climatiche o delle variazioni naturali che operano indipendentemente dall’AO.
• (b) e (d) e (f) – Temperatura della Stratosfera Inferiore MSU-4:
  • (b) Tendenze Totali per 19 anni (1979–97): Mostra le tendenze totali nella temperatura della stratosfera inferiore, con intervalli di contorno di 2 K.
  • (d) Componenti Congruenti con AO: Rappresenta le parti delle tendenze totali della temperatura che sono influenzate dall’AO.
  • (f) Tendenze Residue AO: Mostra le variazioni di temperatura nella stratosfera inferiore che non sono correlate con l’AO.

Contorni e simbologia:

• Gli intervalli di contorno sono di 100 m per Z50 e 2 K per la temperatura MSU-4. Le ombreggiature e le linee tratteggiate in questi pannelli aiutano a distinguere tra aumenti e diminuzioni nelle misurazioni di ciascun parametro.

Questa figura fornisce un’analisi dettagliata delle tendenze climatiche relative all’altezza geopotenziale e alla temperatura nella stratosfera inferiore, mostrando sia le influenze dirette dell’AO sia altri fattori che possono influenzare questi parametri nel periodo di tempo specificato.

La Figura 5 è strutturata in modo simile alle parti medie e inferiori della Figura 4, ma concentrandosi sugli effetti dell’indice AO*, che è il componente principale (PC) del campo medio zonale dell’altezza geopotenziale. Questa figura è divisa in due parti principali: la parte superiore (pannelli a e b) mostra le componenti delle tendenze che sono linearmente congruenti con l’indice AO* mensile, mentre la parte inferiore (pannelli c e d) illustra le componenti che sono linearmente indipendenti dall’indice AO* mensile.

Dettagli dei pannelli:

• (a) e (b) – Componenti Congruenti con AO:*
  • (a) Altezza a 50-hPa (Z50) per 30 anni: Mostra le tendenze nell’altezza geopotenziale a 50-hPa che sono congruenti con l’indice AO*. Le variazioni significative sono evidenziate con linee continue o tratteggiate, indicando rispettivamente incrementi o decrementi. Ad esempio, un contorno marcato “-380” indica una diminuzione dell’altezza geopotenziale di 380 m.
  • (b) Temperatura della Stratosfera Inferiore MSU-4 per 19 anni: Illustra le tendenze nella temperatura della stratosfera inferiore che sono congruenti con l’indice AO*, con contorni come “-6.5” che indicano un decremento di 6.5 K.
• (c) e (d) – Componenti Indipendenti da AO:*
  • (c) Altezza a 50-hPa (Z50) per 30 anni: Presenta le variazioni nell’altezza a 50-hPa che non sono spiegate dall’indice AO*, come un decremento marcato “-90”.
  • (d) Temperatura della Stratosfera Inferiore MSU-4 per 19 anni: Mostra le tendenze nella temperatura che sono indipendenti dall’indice AO*, con variazioni numeriche annotate sui contorni.

Interpretazione e Importanza:

• I pannelli (a) e (b) aiutano a comprendere in che modo l’indice AO* influenzi direttamente l’altezza geopotenziale e la temperatura nella stratosfera inferiore. Questi dati sono cruciali per analizzare l’impatto delle oscillazioni climatiche su larga scala sul clima regionale e globale.
• I pannelli (c) e (d) forniscono insight sulle variazioni climatiche che possono essere attribuite ad altri fattori, mostrando l’importanza di considerare diverse influenze climatiche quando si studiano le tendenze atmosferiche a lungo termine.

Questo tipo di analisi è fondamentale per comprendere le dinamiche complesse dell’atmosfera e per isolare gli effetti specifici dell’oscillazione climatica dominante rispetto ad altre variabili climatiche o atmosferiche.

Tendenze invernali nella circolazione zonale media e nei campi di temperatura

In linea con le tendenze nella pressione al livello del mare variante zonalmente (Fig. 2) e nell’altezza a 50 hPa (Fig. 4), le tendenze su 30 anni nei mesi di gennaio, febbraio e marzo (JFM) nel vento zonale medio zonale sono caratterizzate da un rafforzamento del flusso occidentale a nord del 45°N dalla superficie alla stratosfera inferiore e da un indebolimento degli occidentali nella troposfera a sud del 45°N: gli occidentali vicino al 55°N sono aumentati di circa 1-2 m s⁻¹ vicino alla superficie e fino a 10 m s⁻¹ al livello di 50 hPa. Le corrispondenti tendenze di temperatura zonale media su 30 anni nelle rianalisi NCEP–NCAR sono mostrate nel pannello in alto a destra della Fig. 7. La stratosfera inferiore polare si è raffreddata fino a 6 K mentre la zona che si estende dalla troposfera delle medie latitudini alla tropopausa subtropicale si è riscaldata. Questa relazione fuori fase tra le tendenze di temperatura sopra il cappuccio polare e la tropopausa tropicale suggerisce un indebolimento della circolazione di trasporto meridionale nella stratosfera inferiore, un risultato supportato dalle osservazioni del Satellite di Ricerca dell’Atmosfera Superiore (Randel et al. 1999). Tuttavia, il riscaldamento della tropopausa tropicale potrebbe anche essere spurio: una manifestazione di una discontinuità nella serie temporale coincidente con l’introduzione dei dati satellitari nelle analisi intorno al 1978, come evidenziato da Randel e Wu (1999). Per evitare un’enfasi eccessiva su questa caratteristica, non abbiamo esteso le sezioni ai Tropici. Le tendenze su 30 anni nella circolazione meridionale media (zonale), indicate dalle frecce, sono dominate da una circolazione nello stesso senso della cella di Ferrell tra 40°N e 70°N, e da un rafforzamento ed estensione verso nord della cella di Hadley. Confrontando i pannelli superiore e medio della Fig. 7, è evidente che le caratteristiche più prominenti delle tendenze osservate sono linearmente congruenti con la serie temporale mensile dell’AO. Le tendenze residue di temperatura (Fig. 7, in basso) suggeriscono un raffreddamento più omogeneo in tutta la stratosfera e un riscaldamento in tutta la troposfera. L’inversione di segno nelle tendenze di temperatura residue corrisponde strettamente al livello della tropopausa, che varia da circa 100 hPa nei Tropici a circa 300 hPa sopra il polo. La Figura 8 mostra i risultati corrispondenti basati sull’indice AO*. Questa ridefinizione del modo annulare aumenta leggermente l’ampiezza della componente linearmente congruente delle tendenze nella stratosfera inferiore e riduce l’ampiezza dei residui. Tuttavia, le caratteristiche più prominenti nei modelli residui (cioè il raffreddamento quasi omogeneo nella stratosfera e il riscaldamento nella troposfera) sono quasi le stesse della figura precedente. I risultati mostrati nelle Figure 2–8 indicano che frazioni sostanziali delle tendenze recenti nella temperatura dell’aria superficiale e nell’ozono totale della colonna durante i mesi invernali dell’emisfero nord sono linearmente congruenti con la serie temporale mensile dell’AO. Queste tendenze sono chiaramente riflesse nelle serie temporali JFM della temperatura media eurasiatica e dell’ozono totale della colonna ad Arosa, Svizzera, mostrate insieme all’indice AO nella Fig. 9 per il periodo 1930–97. La serie temporale di Arosa è il record continuo più lungo di ozono totale della colonna (Staehelin et al. 1998). Anche se la Svizzera non è centrata vicino a un importante centro di azione della firma dell’AO nell’ozono (Fig. 6d), è evidente una forte corrispondenza tra le due serie temporali sia su scale interannuali che interdecennali. Basandosi su questo record di 68 anni, le variazioni nell’AO spiegano il 25% della varianza da mese a mese e il 43% della varianza da anno a anno nell’ozono totale della colonna di JFM su Arosa e sono linearmente congruenti con circa il 40% del trend negativo dal 1968 al 1997. Le percentuali corrispondenti per la temperatura media eurasiatica sono ancora più alte.

La Figura 6 presenta le tendenze lineari per due variabili climatiche importanti: l’ozono totale della colonna e la pressione della tropopausa, analizzate in relazione all’indice dell’Oscillazione Artica (AO).

Dettagli dei pannelli:

• (a) e (b) – Tendenze Totali:
  • (a) Ozono totale della colonna in marzo su 15 anni (1979–93): Mostra le tendenze complessive nella concentrazione di ozono, con intervalli di contorno di 20 Unità Dobson (DU). Le linee continue indicano incrementi, mentre quelle tratteggiate indicano decrementi. Un contorno marcato “-110” indica una diminuzione di 110 DU.
  • (b) Pressione della tropopausa in JFM su 30 anni (1968–97): Illustra le variazioni nella pressione della tropopausa, con intervalli di contorno di 10 hPa. Questo pannello riflette le variazioni della pressione alla giunzione tra la troposfera e la stratosfera.
• (c) e (d) – Componenti Congruenti con AO:
  • (c) Ozono totale della colonna congruente con l’AO in marzo: Presenta quelle parti delle tendenze totali dell’ozono che sono direttamente correlate all’AO, evidenziando come variazioni specifiche nell’ozono possano essere legate ai cambiamenti nell’indice AO.
  • (d) Pressione della tropopausa congruente con l’AO in JFM: Mostra come la pressione della tropopausa sia influenzata dall’AO, con le variazioni correlate direttamente visualizzate.
• (e) e (f) – Tendenze Residue AO:
  • (e) Ozono totale della colonna residuo AO in marzo: Questo pannello illustra le variazioni dell’ozono che non sono spiegate dall’AO, suggerendo altri fattori o dinamiche al lavoro che influenzano l’ozono indipendentemente dall’AO.
  • (f) Pressione della tropopausa residua AO in JFM: Analogamente, mostra le variazioni della pressione della tropopausa che rimangono dopo aver contabilizzato l’influenza dell’AO.

Interpretazione e importanza:

• Questi pannelli aiutano a comprendere l’impatto dell’oscillazione climatica come l’AO sulle variazioni climatiche misurate. L’analisi delle componenti congruenti e residue permette di isolare l’effetto diretto dell’AO da altri fattori climatici o ambientali.
• I contorni e le linee indicano l’intensità e la direzione delle tendenze, essenziali per comprendere come specifiche regioni siano colpite da variazioni nel clima a lungo termine.

Questa figura è quindi cruciale per analizzare le influenze a grande scala e le dinamiche climatiche regionali, offrendo una visione dettagliata di come l’AO modelli le tendenze ambientali durante i mesi invernali.

La Figura 7 illustra le tendenze lineari su 30 anni (1968–97) nei mesi di gennaio, febbraio e marzo (JFM) relative alla circolazione zonale media e alla temperatura zonale media, organizzate in tre parti principali che mostrano le tendenze totali, le componenti congruenti con l’indice dell’Oscillazione Artica (AO) e le tendenze residue non spiegate dall’AO.

Dettagli dei pannelli:

• (a) e (b) – Tendenze Totali:
  • (a) Vento zonale medio zonale e circolazione meridionale (sinistra): Mostra contorni per il vento zonale (linee) e vettori per la circolazione meridionale (frecce), indicando come il vento e i movimenti verticali dell’aria siano cambiati su 30 anni. La scala dei vettori è data in m s⁻¹ orizzontalmente e cm s⁻¹ verticalmente.
  • (b) Temperatura zonale media (destra): Illustra le variazioni della temperatura, con intervalli di contorno di 0.5 K. I contorni indicano incrementi o decrementi di temperatura, come mostrato dai valori posizionati lungo le linee.
• (c) e (d) – Componenti Congruenti con AO:
  • (c) Congruenza del vento zonale e della circolazione con l’AO (sinistra): Visualizza quelle parti delle tendenze di vento e circolazione che sono direttamente correlate all’indice AO.
  • (d) Congruenza della temperatura con l’AO (destra): Mostra le variazioni di temperatura che sono congruenti con l’AO, aiutando a comprendere in che modo l’AO influenzi specificamente la temperatura regionale.
• (e) e (f) – Tendenze Residue AO:
  • (e) Residui del vento zonale e della circolazione (sinistra): Presenta le tendenze di vento e circolazione che non sono spiegate dall’AO, suggerendo altri fattori o dinamiche al lavoro.
  • (f) Residui della temperatura (destra): Illustra le variazioni di temperatura che rimangono dopo aver considerato l’effetto dell’AO, mostrando le influenze climatiche o ambientali aggiuntive.

Importanza e uso dei dati:

• Intervalli di contorno: sono specificati per il vento zonale a 1 m s⁻¹ e per la temperatura a 0.5 K, fornendo una misura dettagliata dell’intensità delle variazioni osservate.
• Vettori: rappresentano la velocità e la direzione dei movimenti dell’aria, essenziali per comprendere la dinamica atmosferica.

Questa figura è cruciale per analizzare come l’AO influenzi la circolazione atmosferica e le temperature su scala zonale, offrendo una visione complessiva delle dinamiche climatiche a lungo termine durante i mesi invernali.

4. Stagionalità delle recenti tendenze climatiche dell’Emisfero Nord

Le recenti tendenze climatiche dell’Emisfero Nord (NH) sono particolarmente evidenti nei mesi di gennaio, febbraio e marzo (JFM), e la frazione di queste tendenze che è linearmente congruente con l’Indice dell’Oscillazione Artica (AO) è particolarmente elevata in questi stessi mesi. Per completezza includiamo qui un breve riassunto dei risultati per altre stagioni, con enfasi sulla media delle aree di (a) pressione a livello del mare (SLP) a nord del 60°N, (b) altezza della pressione a 50 hPa (Z50) a nord del 65°N, e (c) ozono totale della colonna a nord del 40°N. La frazione delle recenti tendenze in queste serie temporali che è linearmente congruente con la serie temporale dell’AO è stimata sulla base della metodologia descritta nella sezione 2, utilizzando segmenti mensili dell’indice AO. Questa frazione è mostrata solo per quelle variabili e mesi in cui la tendenza nell’AO è significativa al livello del 90% e le correlazioni anno per anno della variabile in questione con l’indice AO superano il livello di significatività del 95% (entrambi basati sulla statistica t tenendo conto dell’autocorrelazione nelle serie temporali).

a. SLP

La Tabella 4 mostra le tendenze lineari di 30 anni (1968–1997) nell’indice AO, calcolate separatamente per ogni mese del calendario, in unità di deviazioni standard delle serie temporali mensili (30 anni)^-1. Tendenze positive sono evidenti in tutti i mesi eccetto due. Tuttavia, le tendenze che superano la soglia di significatività del 95% sono osservate solo durante i mesi di gennaio, febbraio e marzo. Esse superano la soglia del 90% durante agosto. La Tabella 5 mostra le corrispondenti tendenze lineari di 30 anni (1968–1997) nella SLP media sopra la regione del cappuccio polare (60°–90°N) e la componente di queste tendenze che è linearmente congruente con l’indice AO mensile. Conformemente ai risultati di Walsh et al. (1996), le maggiori tendenze sono evidenti durante dicembre-marzo, ma si osserva un calo delle pressioni in ogni mese eccetto aprile. Le tendenze estive, sebbene relativamente piccole, sono di notevole interesse, poiché si ritiene che il movimento del pack di ghiaccio artico sia più sensibile alla forza del vento durante quella stagione (Serreze et al. 1989; Walsh et al. 1996). Le tendenze estive sono anche coerenti con i risultati di Serreze et al. (1997), che hanno notato forti aumenti nell’attività ciclonica in primavera ed estate sopra l’Artico centrale dalla metà degli anni ’80, che a loro volta potrebbero essere implicati nella recente riduzione della copertura di ghiaccio marino lungo la costa siberiana (Maslanik et al. 1996). Le nostre Tabelle 4 e 5 suggeriscono che le tendenze primaverili osservate in questi studi sono dominate dal mese di marzo. Grandi frazioni delle tendenze durante JFM e agosto sono linearmente congruente con l’indice AO (Tabella 5).

La struttura delle tendenze SLP durante i mesi estivi dell’NH (giugno-agosto; JJA) è mostrata nella Figura 10, insieme alla componente linearmente congruente basata sul componente principale standardizzato (PC) del SLP medio mensile dell’NH JJA. La somiglianza, sebbene non sia così marcata come in JFM, suggerisce ancora una relazione con l’AO.

b. Z50

La Tabella 6 mostra statistiche analoghe per il campo di altezza a 50 hPa media sopra la regione del cappuccio polare (65°–90°N). Tendenze negative sono evidenti in tutti i mesi, con i valori più elevati da gennaio ad aprile. Una grande frazione dei cali di Z50 durante JFM è linearmente congruente con l’indice AO mensile, ma i cali durante aprile non trovano riscontro nella SLP. Le tendenze estive nel campo di altezza a 50 hPa basate sulla rianalisi NCEP–NCAR (non mostrate) sono debolmente negative su gran parte dell’NH e sono meno concentrate sulla regione del cappuccio polare rispetto all’inverno.

La Figura 8 mostra l’analisi delle tendenze climatiche relative a un periodo di 30 anni, evidenziando come queste siano influenzate dall’Oscillazione Artica (AO). I pannelli sono divisi in due categorie principali: congruenza e indipendenza dall’AO.

(a) Circolazione media zonale congruente con l’AO: Questo pannello visualizza le linee isoipse che rappresentano la circolazione atmosferica attraverso varie latitudini, enfatizzando la consistente correlazione con l’AO.

(b) Temperatura media zonale congruente con l’AO: Mostra le variazioni di temperatura che seguono i modelli dell’AO, con le isoipse che indicano le anomalie termiche legate direttamente all’influenza dell’AO.

(c) Residui AO+ per la circolazione: Presenta la parte della circolazione zonale che non è spiegata dall’AO, con aree ombreggiate che evidenziano variazioni significative non attribuibili all’AO.

(d) Residui AO+ per la temperatura: Analogamente al pannello (c), questo grafico illustra le variazioni di temperatura non correlate all’AO, fornendo un’importante visione su altri possibili fattori che influenzano il clima.

Questi grafici sono fondamentali per identificare l’influenza dell’AO su specifici aspetti del clima e per riconoscere fenomeni atmosferici che possono operare indipendentemente da esso.

La Figura 9 visualizza tre serie temporali standardizzate per i mesi di gennaio, febbraio e marzo (JFM), che coprono il periodo dal 1940 al 2000, relative a ozono, indice AO e temperatura superficiale eurasiatica.

1. Arosa (in alto): Questo grafico mostra le misurazioni dell’ozono basate a terra da Arosa, Svizzera, con i dati invertiti, indicando un aumento delle concentrazioni di ozono negli ultimi decenni.
2. Indice AO (al centro): Illustra le fluttuazioni dell’indice di Oscillazione Artica (AO), che riflette variazioni nei pattern di circolazione atmosferica sopra l’Artico.
3. Temperatura Eurasiana (in basso): Rappresenta la temperatura media dell’aria superficiale nella regione eurasiatica, mostrando aumento della temperatura verso la fine del secolo.

Queste serie aiutano a esplorare correlazioni tra ozono, dinamiche atmosferiche artiche e temperature regionali, suggerendo potenziali influenze reciproche.

La Tabella 4 illustra le tendenze lineari nell’indice di Oscillazione Artica (AO) per ciascun mese su un periodo di 30 anni (1968-1997). Le tendenze sono espresse in unità di deviazione standard invertita.

Ecco le tendenze mensili rilevanti:

• Gennaio (J): +2.1
• Febbraio (F): +2.6
• Marzo (M): +1.5
• Agosto (A): +0.6

Le tendenze nei mesi di gennaio, febbraio e marzo (JFM) superano la soglia di significatività del 95%, indicando cambiamenti significativi nell’indice AO. La tendenza di agosto supera la soglia del 90%, mostrando anch’essa una variazione rilevante.

Questi dati sono cruciali per analizzare i periodi dell’anno in cui l’indice AO mostra le variazioni più significative, influenzando così il clima dell’Emisfero Nord.

c. Ozono

Le prime due righe della Tabella 7 mostrano risultati analoghi per le tendenze dell’ozono totale della colonna, mediate sulla regione a nord del 40°N, basate sui dati TOMS. I valori per i mesi da novembre a febbraio sono omessi a causa della copertura limitata alle alte latitudini dell’NH. Sono evidenti tendenze negative in tutti i mesi dell’anno, con valori più elevati durante la primavera rispetto ai mesi successivi. Il ritardo nella disgregazione del vortice polare NH è stato collegato al recente depauperamento dell’ozono durante questa stagione (Newman et al. 1997; Hansen e Chipperfield 1998; Zhou et al. 1999). Circa il 40% della diminuzione dell’ozono di marzo è linearmente congruente con il comportamento dell’AO, ma il calo successivo durante la primavera non si riflette nella SLP. Questi risultati sono supportati dal registro dell’ozono più esteso per Arosa, mostrato nelle prime due righe della Tabella 8.

Sebbene poco, se non nulla, delle tendenze dell’ozono di tardo primavera-inizio estate siano linearmente congruenti con l’indice AO basato su correlazioni simultanee, è concepibile che possa comunque esistere un legame causale a causa della memoria intrinseca nella distribuzione dell’ozono. Per illustrare questa memoria, mostriamo nella Figura 11 le serie temporali di JFM e i successivi valori di JJA dell’ozono totale della colonna TOMS mediati sull’area a nord del 40°N. La somiglianza è sorprendente. La memoria prospettica da marzo è ulteriormente illustrata dalle correlazioni nella Tabella 9, che indicano che la memoria dell’ozono totale della colonna di marzo a nord del 40°N persiste attraverso l’estate successiva. Al contrario, c’è poca, se non nessuna, “memoria all’indietro”; ovvero, l’ozono di marzo ha poca relazione con le anomalie di ozono osservate durante l’anno solare precedente. Se si tiene conto dell’autocorrelazione intrinseca nel campo dell’ozono, il periodo durante il quale i cali dell’ozono totale della colonna possono essere visti come linearmente congruenti con l’indice AO viene esteso in primavera ed estate, come illustrato nelle terze righe delle Tabelle 7 e 8.

La Tabella 5 presenta le tendenze lineari della pressione a livello del mare (SLP, Z1000) per ciascun mese nella regione del cappuccio polare dell’Emisfero Nord (60°N-90°N) su un periodo di 30 anni (1968-1997).

La prima riga mostra le variazioni generali in SLP espressi come millibar su 30 anni, con le tendenze che superano la soglia di significatività del 90% evidenziate in grassetto.

La seconda riga indica le componenti di queste tendenze che sono congruenti linearmente con l’indice dell’Oscillazione Artica (AO). Questi valori sono mostrati solo se i segmenti mensili dell’AO sono correlati con Z1000 al 95% di fiducia e se la tendenza nell’indice AO supera il 90% di fiducia.

Ecco un riepilogo dei dati chiave per alcuni mesi:

• Gennaio (J): tendenza di -57 mbar/30 anni, con -43 congruenti con l’AO
• Febbraio (F): tendenza di -56 mbar/30 anni, con -44 congruenti con l’AO
• Marzo (M): tendenza di -24 mbar/30 anni, con -30 congruenti con l’AO
• Agosto (A): tendenza di -14 mbar/30 anni, con -14 congruenti con l’AO

Questa tabella evidenzia l’interazione significativa tra la pressione atmosferica al polo e l’oscillazione artica, sottolineando i mesi in cui questa interazione è statisticamente rilevante.

La Figura 10 illustra le tendenze della pressione a livello del mare (SLP) nella regione polare dell’Emisfero Nord, misurate come Z1000 durante i mesi estivi di giugno, luglio e agosto (JJA) per il periodo 1968-1997.

(a) Tendenze di JJA in SLP (Z1000): Il pannello superiore mostra i cambiamenti in SLP, con contorni a intervalli di 10 m su 30 anni, indicando le aree dove la pressione è diminuita significativamente.

(b) Componenti delle tendenze congruenti con l’AO: Il pannello inferiore mostra le parti delle tendenze di SLP che sono congruenti con l’indice dell’Oscillazione Artica (AO), evidenziando come l’AO influenzi le variazioni di pressione in specifiche aree durante l’estate.

Questa visualizzazione aiuta a comprendere le aree geografiche con significative variazioni di pressione e come queste siano correlate con le dinamiche dell’AO, fornendo una chiara rappresentazione dell’impatto dell’AO sul clima estivo dell’Emisfero Nord.

5. Tendenze nell’Emisfero Sud

Come osservato nella Parte I, l’AO è simile al modo annulare primario nella circolazione generale extratropicale dell’Emisfero Sud (SH). Come l’AO, il modo SH è evidente durante tutto l’anno nella troposfera. Tuttavia, la sua stagione attiva nella stratosfera inferiore si verifica durante la tarda primavera dell’Emisfero Sud, quando il vortice polare SH sta decadendo, contrariamente a quanto avviene nell’NH, dove la stagione attiva si verifica prima del forte depauperamento dell’ozono.

È emerso che il modo annulare SH, come l’AO, si è spostato verso la polarità ad alto indice negli ultimi decenni. L’altezza geopotenziale troposferica è diminuita sopra il continente antartico, e la stratosfera polare inferiore dell’SH si è raffreddata durante i mesi di tarda primavera. A causa della scarsità di osservazioni e della affidabilità discutibile delle rianalisi NCEP–NCAR in questa regione, è difficile stimare la componente delle tendenze osservate che è congruente con il modo annulare. Pertanto, l’analisi nell’SH si limita a documentare la stagionalità delle tendenze e a stabilire la somiglianza tra il modo annulare SH e le tendenze osservate.

a. Troposfera SH Il modo annulare nell’SH è rappresentato dalla serie temporale del PC principale standardizzato del campo di altezza a 850 hPa a nord del 20°N, per tutti i mesi dell’anno. La Tabella 10 mostra le tendenze di 30 anni in questo indice, calcolate per ogni mese del calendario, con tendenze positive evidenti in quasi tutti i mesi e superano il 90% di significatività durante sei mesi.

b. Stratosfera Le tendenze nell’altezza geopotenziale nel vortice polare stratosferico mostrano una stagionalità più pronunciata rispetto a quelle nella troposfera inferiore. È evidente che le maggiori cadute di altezza si sono verificate durante la stagione attiva (novembre). Le temperature stratosferiche inferiori dal 1979 mostrano una stagionalità qualitativamente simile. Nonostante le riserve sull’affidabilità delle rianalisi, questi risultati sono considerati qualitativamente affidabili.

Le temperature stratosferiche polari più fredde durante novembre sono state collegate alla tendenza verso un ritardo nella disgregazione del getto notturno polare, estendendo la stagione invernale. Le tendenze dell’ozono sono uniformemente negative e mostrano una stagionalità coerente, con le maggiori diminuzioni in ottobre. Queste tendenze sono più coerenti da un mese all’altro rispetto alle tendenze dell’altezza a 50 hPa, in parte a causa della forte autocorrelazione nel campo dell’ozono. La tendenza verso un ritardo nella disgregazione del vortice stratosferico dell’SH ha contribuito al depauperamento dell’ozono osservato, suggerendo un feedback positivo in risposta al depauperamento chimicamente indotto all’inizio della stagione.

La Tabella 6 illustra le tendenze lineari nell’altezza geopotenziale a 50 hPa (Z50) sopra la regione del cappuccio polare dell’Emisfero Nord (65°N-90°N) su un periodo di 30 anni.

Per ogni mese, dalla colonna gennaio (J) a dicembre (D), sono riportati due valori:

• Il primo valore (Trend) mostra la tendenza generale di Z50.
• Il secondo valore (AO congruent) evidenzia la componente di questa tendenza che è congruente con l’indice dell’Oscillazione Artica (AO).

Dettagli significativi per alcuni mesi includono:

• Gennaio (J): Trend di -353, con -246 congruenti con l’AO.
• Febbraio (F): Trend di -202, con -182 congruenti con l’AO.
• Marzo (M): Trend di -250, con -118 congruenti con l’AO.
• Luglio (J): Trend di -52, con -22 congruenti con l’AO.

Questi dati mettono in luce le variazioni stagionali di Z50 e la loro relazione con l’AO, fornendo una chiara visione di come i cambiamenti nell’alta atmosfera influenzino questa specifica regione polare.

La Tabella 7 mostra le tendenze dell’ozono totale della colonna misurate dal satellite TOMS per un periodo di 15 anni (novembre 1978–aprile 1993) nella regione tra 40°N e 90°N, espressi in unità Dobson per 15 anni (DU (15 yrs^-1)).

La tabella è strutturata in tre righe:

1. Trend generale: Presenta la tendenza complessiva dell’ozono per ciascun mese disponibile, con omissione dei dati da novembre a febbraio a causa della mancanza di dati sulle alte latitudini.
2. AO congruent: Mostra la parte della tendenza dell’ozono che è linearmente congruente con l’indice dell’Oscillazione Artica (AO) contemporanea per ciascun mese.
3. AO_JFM congruent: Utilizza i valori medi stagionali dell’indice AO di gennaio, febbraio e marzo (JFM) anziché i valori contemporanei per determinare la congruenza con le tendenze dell’ozono.

Dettagli chiave per alcuni mesi includono:

• Marzo (M):
  • Trend di -26 DU
  • AO congruent di -19 DU
  • AO_JFM congruent di -14 DU
• Aprile (A):
  • Trend di -17 DU
  • AO congruent di -11 DU
  • AO_JFM congruent di -9 DU

Questi dati aiutano a comprendere come le variazioni dell’ozono siano correlate con l’indice AO e come l’uso delle medie stagionali JFM possa influenzare l’analisi di tale correlazione in un contesto di cambiamenti climatici e ambientali.

6. Discussione e conclusioni

a. Riassunto e interpretazione delle tendenze osservate

I risultati presentati nella sezione 3 confermano e documentano ulteriormente la notevole corrispondenza tra le tendenze climatiche invernali dell’emisfero nord degli ultimi decenni e la firma AO nella variabilità da mese a mese. Sia le tendenze che l’AO sono caratterizzati da firme barotropiche profonde, zonalmente simmetriche, che si estendono verso l’alto nella stratosfera, con modelli baroclinici incorporati che sono in gran parte confinati alla troposfera. La tendenza di 30 anni (1968-1997) nell’indice AO per i mesi GFM è di 1,5 (2,1) deviazioni standard della variabilità da mese a mese (media stagionale GFM) dell’indice: abbastanza per aver avuto un impatto sostanziale sulla circolazione generale dell’emisfero nord durante questo periodo. Caratteristiche notevoli delle tendenze che sono parti integranti della firma AO durante GFM includono:

• Un rafforzamento dei venti occidentali alle latitudini subpolari accoppiato con un indebolimento del getto climatologico medio a latitudini più basse;
• Un riscaldamento della bassa troposfera su Eurasia e gran parte del Nord America;
• Un raffreddamento della bassa stratosfera nella regione del cappuccio polare accoppiato con un riscaldamento della tropopausa tropicale;
• Una riduzione dell’ozono totale della colonna a nord del 40°N. La pronunciata firma zonalmente simmetrica del vento zonale nelle tendenze GFM è quasi interamente linearmente congruente con la variabilità da mese a mese dell’AO. La componente delle tendenze della temperatura zonalmente simmetrica che non è linearmente congruente con l’AO è dominata da un riscaldamento troposferico amorfo e da un raffreddamento stratosferico che ricordano la firma del riscaldamento globale come simulato in molti modelli climatici. Le tendenze climatiche nettamente contrastanti in vari settori dell’emisfero nord evidenziate da Hurrell (1995, 1996) sono coerenti con la tendenza dell’AO verso una maggiore polarità dell’indice: ovvero, gli inverni più miti in Eurasia (e in particolare in Siberia; Nicholls et al. 1996) accostati alla tendenza verso inverni più severi sul Canada orientale (Shabbar et al. 1997); ridotte precipitazioni nel sud Europa e parti del Medio Oriente (Cullen e deMenocal 1999a, manoscritto sottomesso a ClimaticChange; Cullen e deMenocal 1999b, manoscritto sottomesso a Int. J. Climatol.) e il ritiro dei ghiacciai alpini (ad esempio, Frank 1997) accostati alla tendenza verso piogge più intense nel nord Europa (ad esempio, Jones e Conway 1997) e avanzamenti di alcuni ghiacciai del nord Europa (Hagen 1995; Siggurdsson 1995). La tendenza verso velocità del vento più elevate e altezze d’onda maggiori sull’estremo Atlantico nord (Kushnir et al. 1997) e uno stress del vento sempre più ciclonico intorno all’Artico che può, a sua volta, essere responsabile di alcuni dei recenti assottigliamenti e scioglimenti del ghiaccio marino (McPhee et al. 1998) sono anch’essi coerenti con la recente tendenza nell’AO.

La tendenza verso la polarità positiva dei modi anulari è coerente con i cambiamenti osservati nella climatologia stratosferica in entrambi gli emisferi. Il vortice polare invernale nell’emisfero nord sta diventando più freddo, più forte e meno suscettibile ai riscaldamenti di metà inverno (Baldwin e Dunkerton 1999), e persiste più a lungo nella primavera (Zhou et al. 1999; Waugh et al. 1999). In sostanza, la climatologia stratosferica invernale dell’emisfero nord sta diventando più simile a quella dell’emisfero sud, rendendola più suscettibile alla distruzione dell’ozono. Le tendenze nell’emisfero sud non sono altrettanto pronunciate, ma il vortice polare si sta stabilendo più presto in autunno e persiste ancora più a lungo nella primavera (Zhou et al. 1999; Waugh et al. 1999; Waugh e Randel 1999). Nel 1998 è rimasto intatto, e le concentrazioni di ozono sono rimaste ben al di sotto della norma, fino a circa una settimana prima del solstizio d’estate. Le tendenze osservate della temperatura e dell’ozono suggeriscono un indebolimento complessivo della circolazione meridionale media di Lagrange guidata dalle onde durante i mesi GFM e novembre.

Le nostre stime della componente delle tendenze che è linearmente congruente con l’indice AO mensile sono leggermente gonfiate a causa del numero limitato di gradi di libertà intrinseci nella regressione lineare. Se le tendenze rappresentassero frazioni sostanziali della varianza sia della serie temporale AO sia della serie temporale della variabile climatica in questione, le correlazioni apparenti tra di esse sarebbero forti semplicemente a causa delle tendenze condivise, quindi la componente linearmente congruente sarebbe stimata grande, anche in assenza di una relazione statisticamente significativa tra le serie temporali. Nei risultati presentati in questo documento, le tendenze di 30 anni rappresentano solo frazioni molto piccole della varianza della serie temporale AO e delle varie serie temporali climatiche mensili che entrano nelle stime delle tendenze. Abbiamo testato la sensibilità dei nostri risultati a questa possibile fonte di errore ricalcolando la parte linearmente congruente con la regressione basata su dati privi di tendenze. I risultati sono risultati estremamente robusti. Di gran lunga le maggiori sensibilità sono state riscontrate nei dati TOMS a causa della dimensione limitata del campione: medie di marzo dal 1979 al 1993. La tendenza dell’ozono totale della colonna a nord del 40°N in questo periodo che è linearmente congruente con l’indice AO scende dal 40% al 30% se la regressione è eseguita su dati privi di tendenze. Le corrispondenti riduzioni per l’ozono totale della colonna da Arosa e la pressione della tropopausa dalle rianalisi NCEP-NCAR sono solo di pochi percentuali.

La tabella 8 illustra i trend di 30 anni (1968-1997) relativi all’ozono totale della colonna sopra Arosa, Svizzera, espressi in Dobson Units (DU). Ogni colonna rappresenta un mese dell’anno e mostra la variazione complessiva in DU.

• Trend: Indica il cambiamento totale mensile dell’ozono.
• AO congruent: Mostra la parte del trend correlata all’indice dell’Oscillazione Artica (AO), evidenziando l’influenza dell’AO sulle variazioni dell’ozono.
• AO_mv congruent: Rappresenta la parte del trend congruente con la componente del valore medio mobile dell’AO, sottolineando l’effetto su una scala temporale più liscia.

Per esempio, a febbraio, il trend mostra una diminuzione di 59 DU, con 20 DU attribuibili all’AO e 24 DU alla componente media mobile dell’AO, indicando un significativo impatto dell’oscillazione atmosferica sulla concentrazione di ozono a Arosa.

La figura 11 illustra due serie temporali delle anomalie dell’ozono totale della colonna in Dobson Units (DU), mediazione a nord del 40°N, per i periodi JJA (giugno, luglio, agosto) e JFM (gennaio, febbraio, marzo). Ogni serie temporale è rappresentata con una linea distinta, mostrando le variazioni dell’ozono durante questi mesi specifici.

• Le anomalie sono misurate in Dobson Units con segni verticali a intervalli di 10 DU, facilitando la quantificazione delle fluttuazioni.
• Le serie sono posizionate a diversi livelli verticali per diminuire l’ingombro visivo e permettere un confronto chiaro.
• L’andamento delle linee rivela:
  • Per JFM, un andamento generalmente stabile fino a metà anni ’90, seguito da una netta diminuzione.
  • Per JJA, un andamento più fluttuante, senza cali drastici.

Queste osservazioni sono cruciali per analizzare le variazioni stagionali e gli impatti potenziali su l’ozono stratosferico. La significativa diminuzione in JFM suggerisce un evento influente, come un aumento nelle emissioni di sostanze nocive all’ozono o cambiamenti atmosferici rilevanti.

Interpretazione delle modalità annulari

Perché una singola struttura spaziale è così prominente in entrambi gli emisferi, in tutte le stagioni dell’anno e attraverso un’ampia gamma di frequenze? La sua pervasività può essere dovuta, in gran parte, al suo alto grado di simmetria zonale. Le modalità annulari sono caratterizzate da un allineamento stretto tra i contorni della vorticità potenziale (anomala) e il flusso di fondo prevalentemente zonalmente simmetrico a tutti i livelli, cosicché non sono necessarie forti fonti locali e pozzi di calore e vorticità per contrastare le tendenze locali indotte dall’avvezione.

Che cosa determina la scala meridionale? Poiché le perturbazioni del vento zonale nelle modalità annulari sono guidate e mantenute dagli anomali flussi di quantità di moto zonale delle eddies, sembra plausibile che la loro scala meridionale debba essere determinata dalla climatologia delle eddies che le guidano. Il fatto che la loro latitudine nodale si verifichi vicino ai 45° in entrambi gli emisferi è coerente con questa ipotesi.

Potrebbe essere più di una semplice coincidenza che la polarità dell’indice basso delle modalità annulari sia caratterizzata da un ben definito “getto subtropicale” a circa 35° di latitudine, mentre nella polarità dell’indice alto il getto subpolare è anch’esso un importante attore nella circolazione emisferica. La prossimità della latitudine del getto notturno polare stratosferico e le perturbazioni del vento zonale subpolare associate alle modalità annulari permette la possibilità di interazioni vigorose tra troposfera e stratosfera durante le stagioni attive.

Per evitare di confondere la modalità annulare dell’NH (cioè l’AO) con il modello COWL (cold ocean–warm land) definito da Wallace et al. (1995) o con il NAO (Hurrell 1995), vale la pena sottolineare ciò che condivide con questi due modelli e come si distingue da ciascuno di essi.

L’espressione dell’AO nella temperatura dell’aria superficiale si proietta fortemente sul modello COWL sopra l’Atlantico del Nord, l’Eurasia e il Nord America orientale, mentre la variabilità simile all’ENSO si proietta su di esso sopra il Pacifico e il Nord America occidentale. Per costruzione, le variazioni nel modello COWL sono più fortemente correlate con la variabilità ad alta frequenza (mese per mese) della temperatura media dell’aria superficiale dell’emisfero rispetto a qualsiasi altro modello: questa è l’unica e sola caratteristica distintiva del modello COWL. A differenza dell’AO o dell’ENSO, il modello COWL non è una modalità naturale di variabilità, recuperabile negli EOF dei dati osservativi o nei controlli dei GCM, né nelle mappe di correlazione di un singolo punto (Broccoli et al. 1998). Assomiglia da vicino ai trend SAT osservati durante il periodo 1968-97, che sono stati caratterizzati dal riscaldamento invernale, non solo sull’Eurasia ma anche sull’Alaska e sul Canada occidentale. La coincidenza del forte riscaldamento invernale in queste due regioni durante questo particolare periodo di 30 anni potrebbe essere fortuita.

L’NAO e l’AO sono rappresentazioni diverse e interpretazioni concettuali dello stesso fenomeno (Kerr 1999; Wallace 2000). Preferiamo l’AO per i seguenti motivi:

1. La nomenclatura dell’AO trasmette l’idea che questo modello sia una modalità annulare con un corrispettivo nell’Emisfero Australe (un’ “Oscillazione Antartica”), entrambi rilevanti per la dinamica stratosferica nei rispettivi emisferi e per la variabilità climatica in regioni lontane dall’Atlantico del Nord.
2. La rappresentazione dell’AO è applicabile sia alla variabilità intra-stagionale che interannuale, mentre l’indice NAO utilizzato da Rogers (1984), Hurrell (1995, 1996) e altri deve essere mediato su intere stagioni invernali per ottenere una rappresentazione significativa delle corrispondenti anomalie della circolazione planetaria.
3. La serie temporale dell’AO mostra un trend più significativo: il trend positivo nell’indice NAO per i mesi JFM durante il periodo 1968-97 ammonta a 0.9 (1.3) deviazioni standard delle serie temporali medie mensili (media stagionale JFM); la statistica corrispondente per l’AO è di 1.5 (2.1) deviazioni standard.
4. Una frazione maggiore dei trend nei campi climatici considerati qui è linearmente congruente con la variabilità mese per mese e stagione per stagione dell’indice AO rispetto agli indici NAO più comunemente usati.

La Tabella 9 mostra i coefficienti di correlazione ritardata (espressi come percentuali e moltiplicati per 100) tra le anomalie dell’ozono totale della colonna misurate dal TOMS e il mese di marzo dell’anno 0, per ciascun mese elencato tra i 40° e i 90° di latitudine nord.

• I valori di correlazione indicano quanto strettamente le misurazioni di ozono in un dato mese si relazionano con quelle di marzo dell’anno 0. Un valore più alto significa una maggiore correlazione.
• La correlazione di marzo con se stesso è 100, indicando una correlazione perfetta.
• I valori alti nei mesi vicini a marzo (come febbraio e aprile) mostrano che le anomalie di ozono tendono ad essere simili a quelle di marzo.
• Man mano che ci si allontana dal mese di marzo, i valori di correlazione tendono a diminuire.
• Non sono disponibili osservazioni per la regione notturna polare da novembre a febbraio.

Questi dati aiutano a comprendere la stagionalità e la variabilità mensile delle anomalie di ozono in relazione a un punto specifico nel tempo, il mese di marzo dell’anno 0.

La Tabella 10 presenta i trend lineari su 30 anni (1968–1997) per l’indice della modalità annulare dell’Emisfero Sud, misurati in deviazioni standard per anno. I trend che superano il livello di confidenza del 90% sono evidenziati in grassetto.

• Gennaio (J): +1.6
• Febbraio (F): +0.6
• Marzo (M): +0.7
• Aprile (A): +0.9
• Maggio (M): +1.8
• Giugno (J): 0.0 (nessun trend significativo)
• Luglio (J): +0.7
• Agosto (A): +0.8
• Settembre (S): +0.4
• Ottobre (O): +0.6
• Novembre (N): +0.4
• Dicembre (D): +1.5

I valori in grassetto indicano evidenza statistica forte di un cambiamento significativo nell’indice, mostrando come la modalità annulare dell’Emisfero Sud si sia modificata nel tempo. Questi risultati evidenziano cambiamenti rilevanti nella dinamica atmosferica di quella regione nel periodo studiato.

La Tabella 11 mostra i trend lineari su 30 anni (1968-97) per Z₅₀​, un parametro atmosferico misurato in metri, mediato sulla regione del cappuccio polare dell’Emisfero Sud (tra i 65°S e 90°S).

• Marzo (M): +25 m
• Aprile (A): +16 m
• Agosto (A): +66 m
• Settembre (S): +77 m

I valori in grassetto indicano trend che superano il livello di confidenza del 90%, evidenziando cambiamenti statistici significativi. Questi dati forniscono un’indicazione di come il parametro Z₅₀​ abbia variato significativamente nel periodo specificato, riflettendo potenziali cambiamenti importanti nella dinamica atmosferica della regione polare dell’Emisfero Sud.

La Tabella 12 mostra i trend lineari su 19 anni (1979-1997) della temperatura MSU4 sopra la regione del cappuccio polare dell’Emisfero Sud (65°S-90°S), espressi in Kelvin per 19 anni.

• Gennaio (J): -0.5 K
• Febbraio (F): -0.9 K
• Marzo (M): -1.0 K
• Aprile (A): -1.0 K
• Maggio (M): -0.3 K
• Giugno (J): -1.2 K
• Luglio (J): -0.5 K
• Agosto (A): +1.2 K
• Settembre (S): +0.3 K
• Ottobre (O): -5.3 K
• Novembre (N): -6.5 K
• Dicembre (D): -2.6 K

I trend che superano il livello di confidenza del 90% sono in grassetto, indicando una significativa variazione della temperatura per quei mesi. Questi risultati sono cruciali per analizzare i cambiamenti climatici nella regione polare del Sud.

Osservazioni sulle possibili cause dei trend

L’analisi indica che più di un terzo del deperimento dell’ozono osservato nell’NH durante i mesi di JFM è linearmente congruente con l’AO, e a causa dell’alta autocorrelazione nel campo dell’ozono, una sostanziosa frazione del deperimento è osservata anche durante i mesi di primavera-estate. Nell’SH, i cambiamenti nella circolazione associati al passaggio verso lo stato di indice alto della modalità annulare hanno un picco in novembre, mentre il “fenomeno del buco dell’ozono” si verifica durante una stagione primaverile più estesa centrata in ottobre. La distruzione dell’ozono che inizia intorno al tempo dell’equinozio ogni anno deve essere indotta fotochimicamente, ma i feedback positivi dai cambiamenti della circolazione indotti potrebbero permettere che persista più avanti nella primavera.

La variabilità mese per mese delle modalità annulari è largamente generata internamente, come dimostrato dal fatto che è ben simulata in diversi modelli di circolazione generale dell’atmosfera con composizione atmosferica fissa. I recenti trend durante le stagioni attive superano la variabilità interdecennale nell’indice AO precedente agli anni ’70.

Diversi tipi di forzanti esterni sembrano capaci di indurre una risposta nelle modalità annulari. Esperimenti hanno mostrato risposte simili all’AO in risposta al forcing radiativo progettato per simulare gli effetti del deperimento dell’ozono stratosferico e l’aumento delle concentrazioni di gas serra e aerosol. La risposta atmosferica osservata alle eruzioni vulcaniche durante l’inverno boreale assomiglia anche all’AO. Non mancano meccanismi che potrebbero aver contribuito al trend nelle modalità annulari, e resta da determinare quale di questi sia il meccanismo causale primario e quali funzionano come feedback positivi che amplificano la risposta.

La Tabella 13 illustra i trend lineari su 15 anni (1978-1993) per le concentrazioni di ozono totali della colonna, misurate tramite TOMS, nella regione tra i 40°S e i 90°S. I valori sono espressi in Dobson Units (DU) per 15 anni.

• Gennaio (J): -23 DU
• Febbraio (F): -17 DU
• Marzo (M): -16 DU
• Aprile (A): -16 DU
• Luglio (J): -45 DU
• Agosto (A): -57 DU
• Settembre (S): -45 DU
• Ottobre (O): -35 DU

I valori in grassetto segnalano un superamento del livello di confidenza del 90%, indicando una riduzione significativa delle concentrazioni di ozono, confermata statisticamente. Si noti l’assenza di dati da maggio ad agosto per la mancanza di osservazioni nella regione notturna polare in quei mesi. Questi trend rivelano cambiamenti rilevanti nella quantità di ozono nella regione specificata nel periodo considerato.

La Tabella 14 mostra le correlazioni ritardate (x100) per le anomalie dell’ozono totale della colonna misurate da TOMS, relative al mese di settembre dell’anno 0, per la regione dai 40°S ai 90°S.

• Anno -1:
  • Febbraio (F): 39
  • Marzo (M): 39
  • Aprile (A): 51
  • Maggio – Agosto: Nessuna osservazione disponibile
• Anno 0:
  • Settembre (S): 100 (correlazione perfetta)
  • Ottobre (O): 95
  • Novembre (N): 92
  • Dicembre (D): 88
  • Gennaio (J): 80
  • Febbraio (F): 78
  • Marzo (M): 73
  • Aprile (A): 63

I valori mostrano che le anomalie di ozono si allontanano progressivamente in termini di correlazione da settembre dell’anno 0 man mano che ci si sposta da quel mese. L’assenza di dati da maggio ad agosto è dovuta alla mancanza di osservazioni nella regione della notte polare. Questi dati aiutano a comprendere come variano le anomalie di ozono nel tempo in relazione a settembre.

La Figura 12 illustra due mappe polari correlate all’ozono stratosferico nell’Emisfero Sud, basate su dati del Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS):

• (a) Trend lineari di 15 anni per l’ozono in novembre: Questa mappa mostra i trend dell’ozono totale della colonna per novembre, dal 1978 al 1992. Le linee di contorno sono disposte in intervalli di 20 Dobson Units (DU) ogni 15 anni. Un valore come “-130” rappresenta una significativa diminuzione dell’ozono in quella regione.
• (b) Regressione dell’ozono sulla modalità annulare dell’Emisfero Sud per novembre: La seconda mappa rappresenta l’ozono totale della colonna regredito sull’indice della modalità annulare dell’Emisfero Sud per novembre. Le linee di contorno mostrano variazioni di 5 DU per deviazione standard dell’indice della modalità annulare.

Le mappe sono essenziali per visualizzare effetti geografici delle perdite di ozono e come le variazioni nella dinamica atmosferica influenzano la distribuzione dell’ozono.

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