Monitoraggio ENSO (El Niño-Southern Oscillation)

El Niño, conosciuto anche con la sigla ENSO (El Niño-Southern Oscillation), è un fenomeno climatico ricorrente che si verifica nell’Oceano Pacifico centrale in media ogni cinque anni, pur possedendo in realtà un periodo variabile fra i tre e i sette anni. Esso culmina generalmente nei mesi di dicembre e gennaio, e da questo motivo (a dicembre c’è il Natale, la festa del Bambin Gesù, El Niño in lingua spagnola) deriva il nome: infatti, nelle fasi più intense di El Niño, che spesso coincidono con le feste natalizie, la pescosità nei mari limitrofi alle coste occidentali (pacifiche) sudamericane è molto limitata, e questo veniva visto come un segno divino del fatto che le attività umane dovessero fermarsi per celebrare le feste. Più a grande scala, il fenomeno ENSO provoca inondazioni, siccità e altre perturbazioni che variano a ogni manifestazione. I paesi in via di sviluppo che dipendono fortemente dall’agricoltura e dalla pesca, in particolare quelli sudamericani che si affacciano sull’Oceano Pacifico, ne sono i più colpiti. Per identificare, invece, i periodi in cui la fase di El Niño ha segno opposto, è stato coniato il nome La Niña.

A differenza della NAO, ENSO è una teleconnessione atmosferica accoppiata tra atmosfera e oceano che presenta appunto una componente oceanica, chiamata El Niño o La Niña, caratterizzati il primo da un riscaldamento e la seconda da un raffreddamento della temperatura delle acque superficiali dell’Oceano Pacifico centro-orientale in zona tropicale (intorno al tropico del Capricorno), e una componente atmosferica, chiamata Oscillazione Meridionale, caratterizzata da variazioni dei livelli di pressione nell’area del Pacifico centro-occidentale. Tali due componenti sono direttamente accoppiate: quando le temperature superficiali oceaniche nei pressi delle coste tropicali sudamericane è più alta della media (El Niño), la pressione del Pacifico occidentale è più alta della media, e viceversa (La Niña).

Figura 3 – Gli episodi di El Niño (a sinistra) riflettono periodi di SST superiori alla media lungo il bacino Pacifico tropicale orientale. Gli episodi di La Niña (a destra) rappresentano periodi di SST inferiori alla media nelle stesse zone. Le immagini mostrano I valori assoluti (sopra) e le anomalie rispetto alla media (sotto) delle SST nel periodo Dicembre-Febbraio di casi intensi di El Niño e La Niña.

Per definizione, si è in presenza di un evento di El Niño quando la superficie della parte centrale dell’Oceano Pacifico manifesta un incremento della temperatura di almeno 0,5°C per un periodo di tempo non inferiore ai 5 mesi. Se invece la temperatura è inferiore alla media stagionale di almeno 0,5°C nello stesso periodo, si è in presenza della fase opposta detta Niña.

La fase El-Niño s’instaura a causa del surriscaldamento delle SST del Pacifico orientale che, grazie all’incremento della convezione atmosferica (Figura 4), modificano a loro volta la circolazione equatoriale dei venti (di Walker) e con essa la distribuzione delle precipitazioni, regolando l’alternanza di periodi di siccità e di maggiore piovosità lungo tutto il Pacifico Equatoriale. Dal punto di vista della circolazione atmosferica, a conseguenza delle variazioni termiche delle SST, con la fase el-Nino si instaura una circolazione convettiva di aria ascendente sul Pacifico orientale ed una discendente in quello occidentale, ovvero si assiste ad uno spostamento della Circolazione di Walker longitudinale verso est. Dal punto di vista delle precipitazioni, come conseguenza dell’alterata circolazione atmosferica, la fase El Niño di ENSO porta intense precipitazioni sull’America centromeridionale, violenti uragani sull’intero Pacifico meridionale e in Australia settentrionale, e determina periodi di siccità in Africa centro-occidentale fino all’Indonesia. Viceversa nella fase La Niña si instaurano condizioni considerate ‘normali’, ovvero opposte alle precedenti, con convezione e forti precipitazioni sull’Indonesia e moti discendenti e scarse precipitazioni sul Pacifico orientale (Figura 4).

Come già accennato, un aspetto fondamentale che caratterizza gli effetto di El Niño sull’ambiente, ovvero sull’ecosistema oceanico, è la variazione dell’apporto nutritivo di cibo che il fenomeno causa nell’oceano Pacifico. La corrente calda che El Niño trasporta verso oriente risulta infatti estremamente povera di elementi nutritivi, finendo per sostituire interamente la corrente fredda di Humboldt (presente invece nella fase La Niña) che, grazie alla risalita delle acque profonde, favorisce il trasferimento dalle profondità oceaniche del plancton, il quale assicura cibo a grandi quantità di pesce. Se tale situazione si protrae per lunghi periodi, l’equilibrio faunistico marino ne risulta però stravolto, finendo per ripercuotersi pesantemente sull’economia delle popolazioni sudamericane di Ecuador, Perù e Cile, che vivono principalmente di pesca.

Figura 4 – dettaglio dei movimenti zonali e verticali dell’atmosfera a conseguenza delle varie fasi di ENSO.

Figura 5 – le fluttuazioni nei valori di SST sono accompagnate da fluttuazioni ancora maggiori della pressione atmosferica, fenomeno che va sotto il nome di Oscillazione Meridionale (o, in inglese, Southern Oscillation, SO). La fase negative di SO si verifica durante gli episodi di El Niño: in tali situazioni, un’anomala area di alta pressione staziona sull’Indonesia ed il bacino del Pacifico tropicale occidentale, mentre la parte orientale dello stesso bacino si trova sotto un’anomalia negativa. Al contrario, durante la fase positiva di SO (La Niña), le anomalie sono invertite. La figura mostra le anomalie di pressione atmosferica alla superficie del mare in due casi intensi di El Niño e La Niña.

Anche nel caso di ENSO, si utilizza un indice atmosferico per stabilirne le fasi. L’indice più semplice, di cui abbiamo già parlato sopra, è il Southern Oscillation Index (SOI), un indice standardizzato basato sulle differenze di pressione al livello del mare osservate tra punti fissi ‘anticorrelati’ della superficie terrestre, Tahiti e Darwin, in Australia (Figura 5). Il SOI è una misura delle fluttuazioni a grande scala della pressione atmosferica che si verificano tra la parte occidentale e quella orientale del bacino Pacifico tropicale (cioè, lo stato della fase di SO) durante gli episodi di El Niño e La Niña. In generale, le serie temporali standardizzate del SOI corrispondono molto bene alle anomalie delle SST in tutto il Pacifico tropicale orientale. La fase negativa di SOI corrisponde a pressioni atmosferiche al di sotto della norma a Tahiti e sopra la norma a Darwin, e periodi prolungati di valori negativi (positivi) del SOI coincidono con anomalie positive (negative) delle SST orientali tipici di El Niño (La Niña) episodi. Le procedure di standardizzazione prevedono che le pressioni delle due stazioni siano espresse come normalizzate, ovvero come anomalia rispetto alla media della singola stazione, divisa per la deviazione standard della stessa, e che tale differenza sia calcolata in rapporto alla deviazione standard mensile tra i due valori (dettagli su questo sito). La Figura 6 riporta l’andamento dell’indice negli ultimi 60 anni, da cui si evince una prevalenza della fase positiva del SOI.

Figura 6 – andamento dell’indice SOI negli ultimi 60 anni. Si nota la prevalenza della fase positiva dell’indice, in maniera particolare nell’ultimo decennio. La linea smussata rappresenta la media corrente dei valori in istogramma.

Al fine di tenere maggiormente conto del fatto che El Niño / Southern Oscillation (ENSO) è dovuto all’accoppiamento tra oceano e atmosfera, è stato introdotto un nuovo indice, il MEI (Multivariate ENSO Index) che utilizza le sei principali variabili osservate sul Pacifico tropicale: pressione a livello del mare (P), componenti zonale (U) e meridionale (V) del vento superficiale , la SST, la temperatura dell’aria alla superficie (A) e la frazione di nuvolosità totale (C) . Mediante la combinazione di questi valori e qualche operazione algebrica sulle loro medie (per i dettagli si consulti questo sito), si ottiene il valore del MEI, graficato in Figura 7. Valori negativi del MEI rappresentano la fase ENSO fredda, ovvero La Niña , mentre i valori positivi del MEI rappresentano la fase ENSO calda (El Niño ).

Figura 7 – andamento dell’indice MEI dal 1950 ad oggi. Si nota come, rispetto al più tradizionale SOI, in questo caso la prevalenza della fase calda sia meno evidente, in particolare per quanto riguarda il periodo dopo il 2000. Sono altresì ben visibili i casi di El Niño più intensi (1982 e quello molto lungo del 1998).

La Figura 8 riassume invece i principali effetti legati alle due fasi di ENSO, separandole per stagione, ed evidenziando i casi di situazioni più o meno piovose, o più o meno calde, della norma. Come si può osservare, i principali effetti di ENSO riguardano i paesi che si affacciano sull’oceano Pacifico e sull’oceano Indiano, e la zona del golfo del Messico, geograficamente vicina al Pacifico tropicale.

Figura 8 – esempio di teleconnessioni climatiche a grande scala derivanti dai cicli ENSO, dedotte dalla correlazioni con l’indice ENSO: come si vede, vi sono delle ripercussioni che non si limitano solamente alle aree tropicali del Pacifico, ma si estendono anche a decine di migliaia di chilometri da esse.

Per comprendere quale sia l’effetto sul clima delle fasi di ENSO, occorre considerare un aspetto emerso recentemente nella letteratura scientifica (si veda ad esempio qui): infatti, nonostante ricopra soltanto l’otto per cento della superficie terrestre, l’Oceano Pacifico tropicale svolge un ruolo importante nei cambiamenti a breve termine della temperatura media della superficie terrestre, in quanto è in questa zona della Terra che avviene il trasferimento del calore negli strati più profondi dell’oceano (si veda qui). Malgrado ci siano correnti simili anche negli altri oceani, si registra la correlazione più importante proprio tra le fasi di ENSO (El Niño/La Niña) nell’Oceano Pacifico e le variazioni significative della temperatura superficiale.

ENSO è un fenomeno che influisce sul rateo di sprofondamento (downwelling) dell’acqua nel Pacifico tropicale, e dunque è comprensibile che le fasi di ENSO influiscano sul rateo di immagazzinamento di energia nelle acque profonde. Uno studio dell’anno scorso, uscito su Nature (si veda qui), ha mostrato che, nel corso degli ultimi 15 anni, il rallentamento del rateo di aumento delle temperature medie globali (si faccia attenzione: il rateo di aumento è quanto varia nel tempo l’aumento della temperatura, non quanto varia la temperatura! Parlando di popolazione, ad esempio, il rateo di aumento rappresenta la velocità con cui cresce la popolazione: se il rateo diminuisse nel tempo, non significherebbe che la popolazione stia diminuendo, ma solo che sta aumentando meno velocemente!) è stato compensato quasi totalmente dal maggior trasferimento di calore nell’oceano. Pertanto, prendendo in considerazione l’incremento delle temperature sia in atmosfera, sia negli oceani, si può osservare come, in realtà, non esista nessun rallentamento del riscaldamento a scala globale del pianeta (si veda anche qui, qui e qui).

È questo il motivo per il quale gli anni caratterizzati dalla fase positiva di ENSO, o El Niño (1997-98 e, in precedenza, il 1982-83) sono in generale sempre più caldi di quelli precedenti, mentre gli anni caratterizzati dalla fase negativa di ENSO, o La Niña, sono in generale meno inclini a far registrare valori record di temperatura media globale (com’è successo molte volte negli ultimi 10 anni).

El Niño Outlook ( marzo 2021 – settembre 2021)

Le condizioni di La Niña persistono nel Pacifico equatoriale dall’estate boreale del 2020.
È probabile che le attuali condizioni di La Niña passino a condizioni ENSO-neutrali durante la primavera boreale (80%).
Condizioni ENSO-neutrali risultano probabili nell’estate boreale (70%).

Nel febbraio 2021, La temperatura superficiale marina, in inglese Sea Surface Temperature (SST) registrata nella parte centrale dell’Oceano Pacifico nella regione NINO.3, presentava una temperatura inferiore alla norma, con una deviazione di -0,6°C.

La SST è la temperatura media mensile della superficie del mare registrata nella regione NINO.3 (5°N-5°S, 150°W-90°W).
La deviazione SST nella regione NINO.3 è definita come la differenza tra la temperatura superficiale marina SST mensile e la media climatologica, basata sull’ultimo periodo mobile di 30 anni.
La JMA definisce che un evento di El Niño (La Niña) è presente nel pacifico, se la deviazione SST media su cinque mesi nella regione NINO.3 è di +0,5°C (-0,5°C) o superiore (inferiore) per sei mesi consecutivi o più.
Le medie quinquennali sottolineate sono superiori a +0,5°C, quelle in corsivo sono inferiori a -0,5°C.

Tabella indici di monitoraggio El Niño.

La media di cinque mesi dell’anomalia della temperatura superficiale marina (SST) nella regione NINO.3 è stata di -0,9°C nel mese di dicembre 2020 ed è stata di -0,5°C o inferiore per sei mesi consecutivi fino a dicembre, soddisfacendo in tal modo il criterio stabilito dal centro meteorologico giapponese (JMA) per decretare un evento di La Niña. Le SST nel Pacifico equatoriale erano sopra la norma, nella parte occidentale e sotto la norma nella parte centrale e orientale.

Fig.4 SST media mensile e anomalie negli Oceani Pacifico e Indiano. Il periodo di base usato come valore normale è il 1981-2010.

Fig.6 Sezione trasversale temporale-longitudinale delle anomalie SST lungo l’equatore rispettivamente negli oceani Indiano e Pacifico.  Periodo di riferimento  (1981-2010

La temperatura al di sotto della superficie era superiore alla norma nella parte occidentale e inferiore alla norma nella parte orientale (Figure 5 e 7). L’attività convettiva atmosferica vicino alla linea di data sul Pacifico equatoriale era inferiore al normale, e i venti orientali nella bassa troposfera (cioè gli alisei) sul Pacifico equatoriale centrale erano più forti del normale.

Fig.5 Sezioni trasversali profondità-longitudine della temperatura e anomalie lungo l’equatore negli Oceani Indiano e Pacifico dal sistema di assimilazione dei dati oceanici. Il periodo di base per la normalità è 1981-2010.

Fig.7 Sezione trasversale temporale-longitudinale delle anomalie del contenuto di calore dell’oceano (OHC; temperatura media verticale nei primi 300 m) lungo l’equatore negli oceani Indiano e Pacifico dal sistema di assimilazione dei dati oceanici. Il periodo di riferimento per le anomalie è il 1981-2010.

L’attività convettiva atmosferica vicino alla linea di data, sul Pacifico equatoriale, è stata inferiore al normale, e i venti orientali nella bassa troposfera (cioè gli alisei) sul Pacifico equatoriale centrale sono stati più forti del normale.

Fig.8 Serie temporale dell’indice OLR intorno alla linea di data internazionale (OLR-DL), indice del vento della zona equatoriale a 200 hPa nel Pacifico centrale (U200-CP), indice del vento della zona equatoriale a 850 hPa nel Pacifico centrale (U850-CP) e indice del vento della zona equatoriale a 200 hPa nell’Oceano Indiano (U200-IN) (dall’alto in basso). Il periodo di base di riferimento è 1981-2010. Le aree ombreggiate in rosso indicano i periodi di El Niño e in blu quelli di La Niña.

Fig.9 Radiazione media mensile a onde lunghe in uscita (OLR) e anomalie. Il periodo di base per la normalità è 1981-2010. I dati originali sono stati forniti dal NOAA.

Fig.10 Sezioni trasversali tempo-longitudine delle anomalie della velocità potenziale a 200 hPa (sinistra) e anomalie del vento zonale a 850 hPa (destra) lungo l’equatore. Il periodo di base per la normalità è 1981-2010.

Queste condizioni oceaniche e atmosferiche mostrano caratteristiche comuni agli eventi di La Niña che si sono verificati in passato. Le condizioni di La Niña persistono nel Pacifico equatoriale dall’estate boreale del 2020.

La migrazione verso est dell’acqua calda presente al di sotto della superficie, dal Pacifico equatoriale occidentale a quello centrale, è iniziata a febbraio e dovrebbe continuare, esacerbando condizioni di SST più fredde del normale nella parte orientale. Il modello di previsione di El Niño della JMA suggerisce che la SST NINO.3 si avvicinerà gradualmente alla norma durante la primavera boreale e rimarrà vicino o sopra la norma fino all’estate boreale.

Fig.11 Prospettiva delle anomalie delle SST nella regione NINO.3

In sintesi, è probabile che le condizioni di La Niña passino a condizioni ENSO-neutrali durante la primavera boreale (80%). Condizioni ENSO-neutrali sono probabili nell’estate boreale (70%).

Fig.1 Media quinquennale della deviazione SST per NINO.3 come previsto dal modello previsionale di El Niño della JMA (JMA/MRI-CGCM2).

I punti rossi indicano i valori osservati e le caselle indicano le previsioni. Ogni casella indica l’area in cui il valore sarà incluso con una probabilità del 70%.

Fig.2 Probabilità di previsione ENSO basate su JMA/MRI-CGCM2.

Le barre rosse, gialle e blu indicano le probabilità che la media mobile di cinque mesi della deviazione SST NINO.3 dall’ultima media mobile trentennale sia di +0,5°C o più (El Niño), tra +0,4°C e -0,4°C (ENSO neutro), o -0,5°C o meno (La Niña). Le etichette in carattere chiaro indicano i mesi passati, e quelle in grassetto indicano i mesi attuali e futuri.