Lo studio intitolato “A signature of persistent natural thermohaline circulation cycles in observed climate” di Knight, Allan, Folland, Vellinga e Mann affronta il tema della circolazione termoalina (THC, ThermoHaline Circulation) e del suo ruolo nelle variazioni climatiche multidecadali, con un’attenzione particolare all’Atlantico settentrionale. L’analisi integrata di dati osservativi e modelli climatici consente di evidenziare come la THC presenti oscillazioni naturali persistenti che influenzano le temperature superficiali dell’oceano, la distribuzione del calore e, di conseguenza, i pattern climatici a scala globale.
Innanzitutto, gli autori sottolineano l’importanza della circolazione termoalina come elemento fondamentale nel trasporto di calore dall’emisfero australe a quello settentrionale. La THC è guidata da gradienti di densità, che a loro volta dipendono da variazioni di temperatura e salinità delle acque oceaniche, e risulta particolarmente sensibile ai fenomeni di raffreddamento ed evaporazione nelle alte latitudini. Lo scambio di calore con l’atmosfera e l’affondamento di acque fredde e salate nel Nord Atlantico rappresentano meccanismi cruciali di questa circolazione globale.
Gli studiosi analizzano dati strumentali e proxy climatici per un lungo arco temporale, mostrando che esistono fluttuazioni multidecadali – spesso indicate come AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation) – che suggeriscono un ciclo naturale della circolazione termoalina e un suo impatto sulle temperature superficiali marine (SST, Sea Surface Temperature) nell’Atlantico settentrionale. L’oscillazione risulta caratterizzata da fasi calde e fredde che si alternano in maniera regolare, con una periodicità tipicamente compresa tra 50 e 70 anni. Queste fasi hanno ricadute di vasta portata sul clima regionale e globale: influiscono sulla distribuzione delle precipitazioni, sulle temperature in diverse aree del pianeta (come l’Europa e il Nord America) e addirittura sull’intensità dell’attività ciclonica tropicale nell’Atlantico.
Una parte significativa del lavoro consiste nel distinguere la componente naturale di queste oscillazioni dagli effetti imposti dal riscaldamento globale di origine antropica. Gli autori sottolineano che, pur essendo il riscaldamento di origine antropica un fattore chiave per comprendere le tendenze di lungo periodo, le fluttuazioni naturali della THC rimangono un fenomeno persistente e riconoscibile nelle osservazioni. Ciò significa che, sebbene le emissioni di gas serra stiano determinando un aumento generale delle temperature, esistono segnali ciclici propri della variabilità interna del sistema climatico in grado di modulare temporaneamente il trend globale verso il riscaldamento.
Per giungere a queste conclusioni, Knight e colleghi ricorrono a metodologie avanzate di analisi statistica applicate sia a dataset storici di temperatura superficiale del mare sia a ricostruzioni paleoclimatiche. In particolare, confrontano i risultati delle osservazioni con simulazioni di modelli climatici che tengono conto sia dei fattori naturali (ad esempio vulcanismo, variabilità solare e cicli oceanici) sia delle forzanti antropiche (ad esempio emissioni di CO₂). I loro risultati mostrano la capacità dei modelli di riprodurre le fluttuazioni osservate e di evidenziare la naturale ciclicità della THC.
Un aspetto centrale dello studio è il concetto di persistenza di queste oscillazioni. La ricerca dimostra che, nonostante le forzanti esterne, la termodinamica del sistema oceanico-atmosferico porta avanti cicli multidecadali, che si traducono in importanti anomalie positive o negative di temperatura superficiale oceanica. Tali anomalie, a loro volta, influenzano gli ecosistemi marini, la distribuzione della fauna e flora marine, e anche il clima delle regioni costiere e continentali, a causa dell’alterazione dei pattern di circolazione atmosferica.
I ricercatori evidenziano inoltre le implicazioni socio-economiche dei risultati. Fasi calde dell’AMO possono associarsi a una maggiore incidenza di uragani nell’Atlantico e a condizioni di siccità in alcune regioni, con conseguenti impatti su agricoltura e risorse idriche. Al contrario, fasi fredde potrebbero limitare l’attività di tempeste tropicali ma portare altre forme di instabilità climatica, come inverni più rigidi in Europa. Comprendere la ciclicità della THC diventa pertanto fondamentale per migliorare le proiezioni climatiche a medio e lungo termine e per sviluppare strategie di adattamento e mitigazione.
Lo studio sottolinea la complessità del sistema climatico terrestre, in cui componenti naturali e antropiche si sovrappongono in modo non lineare. Questa sovrapposizione si traduce in segnali climatici che possono risultare difficili da interpretare se non si tiene conto della variabilità interna del sistema. Per questo motivo, una corretta valutazione della persistenza e dell’ampiezza della circolazione termoalina, nonché dei suoi effetti sulle temperature oceaniche e atmosferiche, è considerata cruciale per la climatologia moderna.
In conclusione, la ricerca di Knight, Allan, Folland, Vellinga e Mann offre un contributo significativo alla comprensione delle dinamiche multidecadali della circolazione termoalina e del loro impatto sul clima osservato. Essa mette in evidenza come i segnali naturali di tipo ciclico siano ben radicati nei dataset storici, dimostrando la persistenza di fenomeni oceanici che modulano il clima su scale temporali di decenni. Questa prospettiva è indispensabile per interpretare i dati climatici passati e prevedere con maggiore accuratezza l’evoluzione futura del sistema clima-oceano, soprattutto in un contesto di cambiamento climatico globale in cui le forzanti antropiche stanno acquisendo un peso sempre più rilevante.
Una manifestazione persistente di cicli nella circolazione termoalina naturale evidenziata dalle osservazioni climatiche
Studi approfonditi sul clima globale, avvalendosi di serie storiche di misurazioni che si estendono fino al diciannovesimo secolo, hanno permesso di identificare l’Oscillazione Multidecadale Atlantica (AMO) come un’importante configurazione di variabilità multidecadale nella temperatura superficiale degli oceani. Nonostante la presenza evidente di tali pattern, la limitata estensione temporale delle registrazioni osservative rende complesso confermare la natura intrinsecamente oscillante di questi fenomeni. Attraverso l’impiego di una simulazione climatica estesa su un arco temporale di 1400 anni, è stato possibile replicare sia il pattern che l’ampiezza dell’AMO osservati. I risultati ottenuti confermano che l’AMO rappresenta un ciclo quasi-periodico autentico di variabilità climatica interna, il quale mostra una persistenza pluri-secolare. Tale dinamica è strettamente interconnessa con le fluttuazioni nella circolazione termoalina oceanica (THC), elemento cruciale per comprendere e prevedere le dinamiche climatiche future. Dall’analisi emerge un incremento nella forza della THC negli ultimi venticinque anni. La potenziale capacità di predizione legata a questo fenomeno suggerisce che nei prossimi decenni potremmo assistere a una riduzione naturale sia della THC che dell’AMO, fenomeno questo indipendente dalle modificazioni climatiche indotte dall’attività antropica.
1. Introduzione
[2] L’Oscillazione Multidecadale Atlantica (AMO), descritta per la prima volta da Kerr nel 2000, rappresenta un pattern di variabilità termica superficiale, caratteristicamente centrato sull’Oceano Atlantico settentrionale. Questo fenomeno climatico è stato correlato a diversi impatti ambientali significativi, tra cui la ricorrente siccità nel Sahel, come evidenziato da Folland et al. nel 1986 e Rowell et al. nel 1995, le variazioni nelle precipitazioni nel Nordest del Brasile [Folland et al., 2001], le dinamiche climatiche del Nord America [Sutton e Hodson, 2005], il regime dei flussi fluviali [Enfield et al., 2001], nonché un incremento nella frequenza degli uragani atlantici [Goldenberg et al., 2001]. Nel corso del XX secolo, si sono osservate marcanti oscillazioni in questo schema, con periodi di circa 65 anni tra i picchi e i minimi successivi, come documentato da Schlesinger e Ramankutty nel 1994 e da Mann e Park nel 1994.
Un’interessante ipotesi riguarda la connessione dell’AMO con le variazioni nella Circolazione Termoalina (THC), come suggerito da Delworth e Mann nel 2000. Si stima che la THC media trasporti una quantità di calore verso il nord dell’ordine di 1.2 PW a 30°N [Ganachaud e Wunsch, 2000], sufficiente a provocare un riscaldamento dell’emisfero settentrionale di diversi gradi Celsius [Vellinga e Wood, 2002].
La comprensione approfondita della persistenza dell’AMO e delle sue interazioni con la THC è, tuttavia, complicata dalla brevità relativa dei record climatici globali e dalla scarsità di dati sulle profondità oceaniche. I proxy paleoclimatici indicano una persistenza della variabilità associata all’AMO che si estende per diversi secoli [Mann et al., 1995; Gray et al., 2004], sebbene questi dati presentino delle incertezze [Folland et al., 2002]. Di conseguenza, è necessario ricorrere a estese simulazioni numeriche per esplorare con maggiore precisione la variabilità multidecennale. Alcuni modelli hanno identificato modi di variabilità spazialmente coerenti [Delworth et al., 1993; Timmermann et al., 1998; Delworth e Mann, 2000], anche se hanno ottenuto un successo limitato nel riprodurre accuratamente il modello dell’AMO. Nel presente studio, indaghiamo i legami tra l’AMO e la THC attraverso una simulazione di 1400 anni utilizzando il modello climatico HadCM3 [Gordon et al., 2000], isolando la variabilità interna mediante l’applicazione di livelli costanti di forzanti climatiche esterne.
2. L’AMO Osservato
[3] Le oscillazioni caratteristiche dell’Oscillazione Multidecadale Atlantica (AMO) sono evidenziate in maniera chiara attraverso l’analisi di un indice multidecennale delle anomalie della temperatura superficiale del mare (SST) nell’Atlantico Nord, elaborato in modo simile agli studi condotti da Enfield et al. [2001] e Sutton e Hodson [2005]. Questo indice rivela una pronunciata variabilità dell’AMO, con un intervallo di variazione di 0,49°C, superiore tanto alla variabilità interannuale e decennale, quantificata in 0,46°C, quanto al trend complessivo di aumento della temperatura registrato nel periodo 1870-1999, che si attesta su 0,38°C.
L’indice mette in luce fasi alterne caratterizzate da temperature superiori alla media (pre-1900 e dagli anni ’30 agli anni ’50) e inferiori (dagli anni ’00 agli anni ’20 del XX secolo e dagli anni ’60 agli anni ’80), con ciascuna fase che tende a persistere per alcuni decenni. Significativamente, a partire dagli anni ’90 si osserva l’inizio di una nuova fase calda. Oltre a queste osservazioni, emerge una correlazione rilevante tra le SST dell’Atlantico Nord e le temperature superficiali in altre aree geografiche (Figura 1b), che estendono il fenomeno ben oltre la sua regione di origine.
La nostra analisi conferma le connessioni tra le parti del Pacifico settentrionale, precedentemente documentate da Enfield et al. [2001] e Sutton e Hodson [2005], basandosi esclusivamente su dati SST. Tuttavia, l’aggiunta di dati terrestri ai dati marini rivela nuove interconnessioni con le temperature registrate nell’America del Nord occidentale, in Europa e Africa, e nell’Asia meridionale, evidenziando così l’estesa coerenza dell’AMO in gran parte dell’emisfero settentrionale. Al contrario, i collegamenti con l’emisfero sud si dimostrano generalmente meno significativi e non presentano un modello definito, indicando una possibile asimmetria nell’impatto globale dell’AMO.
3. Simulazione della THC e Implicazioni Climatiche
[4] Al fine di esaminare il comportamento emergente dalla simulazione durata 1400 anni, abbiamo valutato la forza della THC simulata misurando il massimo della funzione di flusso di ribaltamento meridionale media zonale nell’Atlantico a 30°N, una latitudine vicina al punto di massimo trasporto di calore verso nord dell’Atlantico (Figura 2a). La media decennale del flusso di ribaltamento meridionale (16.4 Sv, dove 1 Sv corrisponde a 10^6 m³/s) e il trasporto di calore meridionale a 30°N (0.96 PW) mostrano una buona corrispondenza con le stime osservative [Ganachaud e Wunsch, 2000], evidenziando una forte correlazione con un coefficiente di 0.81. L’analisi wavelet [Torrence e Compo, 1998] dell’indice della THC (Figura 2b) identifica una banda di variabilità significativa intorno ai periodi di 100 anni, persistendo per la maggior parte della durata della simulazione, segnalando che il modello genera numerosi cicli di un modo ripetitivo di variabilità della THC su questa scala temporale. Questa osservazione è ulteriormente confermata dallo spettro di potenza della THC (Figura 2c), che rivela una potenza significativa tra i 70 e i 120 anni.
[5] Il segnale climatico associato alla modalità centennale della THC è stato identificato tramite un’analisi MTM-SVD congiunta [Mann e Park, 1994, 1999] delle funzioni di flusso di ribaltamento decennali e della temperatura superficiale (Figura 3). Questa tecnica estrae i pattern dei modi significativi di covariabilità nelle fasi di un ciclo tipico all’interno delle bande di frequenza. L’affinità tra la funzione media di flusso e la sua variabilità dimostra che la modalità della THC rappresenta variazioni nella velocità dell’intera circolazione. Questo è collegato a un modello di temperatura su larga scala coerente, con anomalie calde diffuse nell’emisfero settentrionale quando la THC raggiunge un massimo. Tale modello si attenua inizialmente (attraverso i 90°), per poi ristabilirsi in senso contrario quando la THC è al minimo (180°), momento in cui gran parte dell’emisfero settentrionale registra temperature insolitamente basse. Il confronto della fase positiva simulata (Figura 3a) con il pattern AMO positivo osservato (Figura 1b) evidenzia una considerevole somiglianza nelle regioni dell’Atlantico Nord e del Pacifico Nord, nell’America del Nord occidentale, nell’Africa nord-occidentale e nella regione del Mediterraneo. Laddove i pattern mostrano segni opposti, come nel nord dell’America e nell’Eurasia centrale, l’analisi osservativa mostra una bassa significatività. Le magnitudini delle variabilità osservate e simulate vengono confrontate utilizzando le temperature medie decennali nell’Atlantico Nord (da 0° a 80°O e da 0° a 80°N), con deviazioni standard per 10 periodi consecutivi di 130 anni di temperature medie filtrate a basso passaggio (potenza dimezzata a circa 45 anni) variabili da 0.07°C a 0.13°C, comparabili con i 0.14°C derivati dalle osservazioni detrendizzate.
[6] La regressione delle temperature medie decennali simulate a livello globale e nell’emisfero settentrionale rispetto alla THC sono rispettivamente di 0.05 ± 0.02°C Sv^-1 e 0.09 ± 0.02°C Sv^-1, implicando una variabilità potenziale da picco a picco di 0.1°C e 0.2°C. Le correlazioni sfalsate evidenziano una notevole covariabilità in fase e anticorrelazioni con anticipi e ritardi di circa 50 anni (Figura 4a). Di conseguenza, la variabilità THC-AMO simulata appare quasi-periodica, evolvendo in modo coerente per tipicamente metà di un ciclo; 50 anni dopo un picco (o una depressione) nella THC, si prevede statisticamente una fase climatica fredda (o calda).
Figura 1 presenta due componenti principali che illustrano le dinamiche associate all’Oscillazione Multidecadale Atlantica (AMO) e il suo impatto sulle temperature globali.
Parte (a) della figura visualizza l’indice AMO derivato dalle anomalie di temperatura superficiale del mare (SST) nell’Atlantico Nord, adeguatamente detrendizzate mediante l’uso di un filtro di Chebyshev con un periodo di mezza potenza di 13.3 anni. Questo grafico utilizza i dati SST raccolti dal dataset HadISST [Rayner et al., 2003]. L’asse verticale del grafico quantifica le anomalie di temperatura in gradi Celsius, dove i valori positivi (rappresentati in rosso) indicano temperature superiori alla media storica, mentre i valori negativi (rappresentati in blu) indicano temperature inferiori alla norma. L’asse orizzontale rappresenta l’arco temporale che va dal 1880 al 2000, offrendo una panoramica visiva della variabilità termica associata all’AMO nel corso del tempo.
Parte (b) della figura mostra una mappa delle anomalie di temperatura superficiale correlate a una deviazione standard positiva dell’indice AMO, calcolate attraverso una regressione delle temperature superficiali rispetto all’indice e successivamente scalate per la deviazione standard dell’indice stesso. I dati utilizzati per questo scopo provengono da una versione ottimamente interpolata del dataset HadCRUTv [Jones et al., 2001], combinando informazioni sia terrestri che marine. La mappa è colorata da tonalità che vanno dal blu al rosso, rappresentando rispettivamente temperature sotto e sopra la media normale, delineando così l’influenza geografica dell’AMO sulle temperature globali. I contorni solidi demarcano le aree dove le anomalie termiche sono statisticamente significative al 90%, secondo i criteri di un test t bilaterale che considera l’autocorrelazione, seguendo il metodo proposto da Folland et al. [1991].
In conclusione, la Figura 1 fornisce un’illustrazione chiara e dettagliata del modo in cui l’indice AMO influisce sulle temperature globali, evidenziando le regioni maggiormente influenzate da questa oscillazione climatica e offrendo uno strumento visivo per comprendere la portata e le implicazioni delle variazioni climatiche a lungo termine.
4. Ricostruzione e Previsione della Circolazione Termoalina (THC)
[7] L’esistenza di un legame sostanziale tra la Circolazione Termoalina (THC) e l’Oscillazione Multidecadale Atlantica (AMO) suggerisce che l’analisi del clima storico possa servire come guida per comprendere la forza passata della THC. In particolare, le anomalie nella temperatura superficiale del mare del nord Atlantico settentrionale si sono rivelate un efficace indicatore predittivo delle anomalie della THC, evidenziando una correlazione di 0.71. Nonostante ciò, si osserva una persistente variabilità residua (Figura 4b). Utilizzando l’indice calcolato dalle SST osservate come variabile predittiva all’interno della relazione THC-SST, derivata dal modello, si è proceduto alla ricostruzione della variabilità storica della THC. I confini statistici dei residui forniscono una stima dell’incertezza associata (Figura 4c), delineando fasi in cui la THC si è mostrata particolarmente robusta (anni ’50 e periodo attuale) e fasi di debolezza (anni ’10 e ’70), con un livello di fiducia del 85%.
In aggiunta, la capacità di prevedere le dinamiche dell’AMO e della THC, come emerse dalle simulazioni, apre la possibilità di elaborare previsioni sulla THC per i prossimi decenni basate su modelli computazionali. Per queste previsioni, è stato adottato un metodo basato sugli analoghi, individuando episodi nella simulazione nei quali l’anomalia decennale della THC superava il livello attuale ricostruito di 0.63 Sv, per poi monitorarne l’evoluzione successiva. Questo approccio ha generato un insieme di otto segmenti che rappresentano le possibili intensità della THC nei prossimi 35 anni (Figura 4c). Tutti i segmenti di questo ensemble indicano una riduzione nell’intensità della THC entro un decennio dal presente, suggerendo che attualmente la THC si trovi al suo apice o nelle immediate vicinanze e che sia probabile una sua diminuzione nei prossimi anni. Ogni segmento analogo, inoltre, registra valori negativi nel corso dei prossimi tre decenni, raggiungendo un minimo medio di 0.70 Sv, cifra comparabile ai livelli minimo registrati durante i decenni del 1910 e del 1970.
La Figura 2 è suddivisa in tre parti principali, ognuna delle quali fornisce insight significativi riguardo la variabilità della Circolazione Termoalina (THC) e del trasporto di calore meridionale.
Parte (a) del grafico rappresenta due serie temporali distinte: l’indice medio decennale della THC (rappresentato in nero) e il trasporto di calore meridionale a 30°N (rappresentato in rosso). L’indice della THC è espresso in Sverdrup (Sv), con un Sverdrup equivalente a un milione di metri cubi al secondo, mentre il trasporto di calore è misurato in Petawatt (PW). Questo grafico mette in luce le fluttuazioni temporalmente complesse di entrambi i parametri, offrendo una visualizzazione diretta delle dinamiche di trasporto di calore e della forza della circolazione termoalina nell’Atlantico.
Parte (b) illustra un’analisi wavelet dell’indice THC calcolata su base annuale, utilizzando una trasformazione di Morlet continua. Quest’analisi permette di identificare periodi di tempo e scale temporali in cui le variazioni della THC sono più pronunciate. Il diagramma mostra un gradiente di colori da blu (indicante bassa potenza) a rosso (alta potenza), mentre i contorni neri segnalano aree di significatività statistica al 95%. Le curve che delimitano la regione indicano dove la potenza è stimata solo da onde parziali, fornendo un limite alla risoluzione temporale dell’analisi.
Parte (c) presenta lo spettro di potenza dell’indice medio annuale della THC. L’asse orizzontale indica le frequenze di variazione esaminate (in anni), mentre l’asse verticale misura la potenza (in Sv² * anni), rappresentando l’intensità delle fluttuazioni per ciascuna frequenza. Le curve tratteggiate mostrano gli intervalli di confidenza al 95%, essenziali per stabilire quali frequenze di variazione sono statisticamente significative rispetto al rumore di fondo.
In conclusione, la Figura 2 offre una rappresentazione dettagliata e scientificamente rigorosa delle dinamiche della Circolazione Termoalina (THC), combinando l’analisi temporale dei dati con metodi statistici avanzati per evidenziare la complessità e la significatività delle variazioni osservate.
La Figura 3 presenta una serie di pannelli che illustrano un’analisi MTM-SVD congiunta dei dati simulati sulla temperatura superficiale media decennale e sulla funzione di flusso di ribaltamento atlantica, coprendo gli anni modello da 400 a 900. Questa analisi è suddivisa in due gruppi principali di pannelli, ognuno dei quali mostra le variazioni in differenti fasi di un ciclo climatico, all’interno di una specifica banda di frequenza tra i 70 e i 180 anni.
Pannelli a-d: Anomalie di Temperatura Superficiale
- Pannello a: Questo pannello cattura la fase 0°, indicando il punto di temperatura media massima nell’emisfero settentrionale. Il colore in questo pannello varia da freddo a caldo, riflettendo l’anomalia di temperatura dalla media climatologica. Le regioni più calde o più fredde rispetto alla media sono distintamente colorate per indicare l’intensità dell’anomalia.
- Pannello b: Illustra la fase a 60°. Qui, l’evoluzione temporale delle anomalie di temperatura si sposta ulteriormente lungo il ciclo climatico, con variazioni nella distribuzione e intensità delle temperature che continuano a essere evidenziate dai cambiamenti cromatici.
- Pannello c: Mostra la fase a 120°. Continuando il ciclo, questo pannello rivela un ulteriore sviluppo nelle anomalie di temperatura, segnando un avanzamento nel ciclo climatico.
- Pannello d: A 180°, l’opposto della fase 0°. Le anomalie di temperatura qui rappresentate mostrano un’inversione rispetto a quelle del pannello a, delineando la natura ciclica delle variazioni climatiche.
Pannelli e-h: Anomalie della Funzione di Flusso di Ribaltamento
- Pannello e: Illustra la funzione di flusso di base, con contorni che delineano la funzione media di flusso di ribaltamento termoalino e le relative anomalie. I contorni chiari indicano una funzione di flusso positiva (movimento in senso orario) e quelli tratteggiati indicano valori negativi, delineando le aree di circolazione oceanica inattiva o inversa.
- Pannello f: Corrisponde alla fase a 60° per la funzione di flusso di ribaltamento. Simile alla progressione osservata nei pannelli delle temperature, anche qui si vedono cambiamenti nelle caratteristiche della circolazione, con variazioni nel colore che indicano aumenti o diminuzioni nella forza del flusso.
- Pannello g: A 120°, si osserva la prosecuzione dell’evoluzione della funzione di flusso, seguendo il modello di variazione ciclica mostrato anche dalle temperature.
- Pannello h: Alla fase di 180°, si osservano le anomalie della funzione di flusso che appaiono come opposte rispetto a quelle mostrate nel pannello e.
In conclusione, la Figura 3 fornisce una rappresentazione complessa e dettagliata dell’interazione tra le anomalie di temperatura superficiale e le variazioni nella circolazione termoalina atlantica. Questa analisi visiva evidenzia come tali dinamiche climatiche e oceanografiche evolvono in modo sincronizzato attraverso fasi distinte di un ciclo climatico esteso, offrendo una comprensione profonda delle meccaniche sottostanti ai cambiamenti climatici osservati.
5. Discussione e Conclusioni
[8] Validazione del Modello Attraverso la Simulazione del Clima Multidecennale: La nostra simulazione, estesa su un arco temporale di 1400 anni, ha dimostrato di riprodurre una variabilità climatica multidecennale con pattern e ampiezze simili a quelli dell’Oscillazione Multidecadale Atlantica (AMO) osservata. L’accordo tra il periodo di 70-120 anni simulato dal modello e il ciclo di 65 anni osservato, insieme alla gamma di periodi derivati dai dati paleoclimatici (40-130 anni) [Delworth e Mann, 2000; Gray et al., 2004], rafforza l’ipotesi che il modello fornisca una rappresentazione realistica dell’AMO. La persistenza dell’AMO nel modello per numerosi secoli corrobora l’idea, supportata da osservazioni e dati proxy, che l’AMO costituisca una modalità effettiva e ricorrente di variabilità climatica interna su scala globale. Questo è in linea con le analisi che evidenziano l’assenza di un segnale AMO indotto artificialmente nell’insieme di simulazioni HadCM3 del periodo 1860-2000 utilizzate da Stott et al. [2000], che altrimenti spiegherebbero quasi tutta la variabilità della temperatura globale osservata per mezzo di forzanti naturali e antropogeniche.
[9] Correlazione tra AMO e THC: I risultati sottolineano inoltre la probabilità di un legame tra l’AMO e la forza della Circolazione Termoalina (THC). Ulteriori conferme di questo collegamento emergono da un esperimento di 580 anni realizzato con una versione del nostro modello che conserva la stessa configurazione atmosferica ma rappresenta solamente i primi 50 metri dell’oceano. Questo assetto del modello non manifesta un AMO, dimostrando che la presenza di un oceano profondo è indispensabile per la generazione dell’AMO. Il meccanismo di interazione tra AMO e THC simulato è stato approfonditamente analizzato da Vellinga e Wu [2004].
[10] Implicazioni dei Cambiamenti di Temperatura Simulati: I cambiamenti di temperatura associati alla variabilità della THC simulata non riescono a spiegare interamente lo 0,6°C di riscaldamento del XX secolo osservato sia a livello globale che nell’emisfero settentrionale [Folland et al., 2002]. Tuttavia, questi sono abbastanza significativi da influenzare le stime del tasso di cambiamento climatico antropogenico. Tali segnali risultano ancora più marcanti nell’era pre-industriale, quando la variabilità era inferiore [Mann et al., 1995], e sono comparabili in grandezza alla variabilità a frequenza molto bassa (>50 anni) stimata per l’ultimo millennio, una volta considerate le forzanti esterne [Crowley, 2000].
[11] Ricostruzione della THC Basata sulle SST: Il collegamento modellato tra AMO e THC suggerisce la possibilità di realizzare una ricostruzione basata sulle temperature superficiali del mare (SST) dei cambiamenti storici della THC. Ciò rivela fasi distinte di intensità forte e debole nel XX secolo. È particolarmente significativo il rafforzamento dedotto dagli anni ’70 fino ai giorni nostri, che suggerisce che la tendenza recente verso un addolcimento delle acque profonde dell’Atlantico Nord [Dickson et al., 2002] e la diminuita forza del flusso di overflow del banco di Faroe [Hansen et al., 2001] non siano correlate con un indebolimento della THC [Curry e Mauritzen, 2005].
[12] Prevedibilità del Modello e Implicazioni Future: La natura quasi-periodica dell’AMO del modello indica che, almeno in assenza di forzanti esterne, esiste una certa prevedibilità della THC, dell’AMO e delle temperature medie globali e dell’emisfero settentrionale per i prossimi decenni. Utilizziamo questa caratteristica per prevedere un calo della forza della THC nei prossimi decenni. Questa riduzione naturale potrebbe accelerare l’indebolimento della THC anticipato a causa di cause antropogeniche, e il cambiamento dell’AMO associato potrebbe parzialmente compensare il riscaldamento previsto dell’emisfero settentrionale. Questo effetto deve essere considerato per produrre previsioni più realistiche del cambiamento climatico futuro.
La Figura 4 presenta tre pannelli distinti che illustrano analisi complesse riguardanti le interazioni tra la temperatura superficiale e la Circolazione Termoalina (THC) basate su dati di simulazione e osservazioni storiche.
Pannello (a) – Correlazioni Incrociate tra Temperature e THC:
Questo pannello visualizza le correlazioni decennali tra la temperatura superficiale media globale (rappresentata da una curva continua) e quella dell’emisfero settentrionale (rappresentata da una curva tratteggiata) con l’indice della THC, basate su 1400 anni di simulazione. L’asse orizzontale misura i lead/lag in decadi, indicando se la temperatura precede o segue la THC. I valori negativi sull’asse delle ascisse mostrano che la temperatura anticipa la THC. L’asse verticale rappresenta il coefficiente di correlazione. Le linee orizzontali tratteggiate indicano i limiti di confidenza al 95%, offrendo una misura della significatività statistica delle correlazioni osservate.
Pannello (b) – Analisi di Regressione delle Anomalie della THC:
In questo grafico sono rappresentate le anomalie decennali della THC (in Sverdrup, Sv) in funzione di un indice normalizzato delle anomalie della temperatura superficiale del mare (SST) nell’Atlantico Nord settentrionale. Gli indici sono ponderati in base al rapporto segnale/rumore locale per minimizzare l’influenza delle aree marginali rumorose. I punti sul grafico rappresentano le anomalie della THC per ciascun decennio. La linea spessa è la retta di regressione ai minimi quadrati, che si adatta bene ai dati non solo per i 50 decenni mostrati ma anche per gli ulteriori 900 anni di simulazione. Le curve sottili mostrano gli intervalli di confidenza dell’85% per i residui, indicando l’incertezza residua attorno alla linea di regressione.
Pannello (c) – Ricostruzione della THC e Previsioni Future:
Questo grafico illustra la ricostruzione della THC (curva spessa) e i suoi limiti di incertezza (curve sottili), derivati utilizzando la regressione e i limiti residui mostrati nel pannello (b) e applicando un detrending quadratico alle medie decennali delle SST dal set di dati HadISST. I triangoli rivolti verso l’alto e verso il basso denotano rispettivamente i massimi e i minimi dei membri dell’ensemble della THC. Sono inoltre rappresentati 8 segmenti di previsione, che corrispondono alla THC modellata dopo un aumento attraverso il valore ricostruito del 1993-2002 (0.63 Sv). Assumendo un periodo AMO più vicino ai 65 anni osservati rispetto ai 100 anni della simulazione, i segmenti sono contratti così che 6 decenni di THC nel modello producano una previsione per 35 anni.
In conclusione, la Figura 4 fornisce un’analisi dettagliata e scientificamente rigorosa delle dinamiche tra temperature superficiali e circolazione oceanica profonda, utilizzando dati storici e modelli per inferire e prevedere le tendenze future della THC, cruciali per la comprensione dei cambiamenti climatici globali.
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2005gl024233