Variabilità climatica durante le fasi calde e fredde dell’Oscillazione Multidecennale Atlantica (AMO) 1871–2008

Variabilità climatica durante le fasi calde e fredde dell’Oscillazione Multidecennale Atlantica (AMO) 1871–2008
Michael A. Alexander a, ⁎, K. Halimeda Kilbourne b, Janet A. Nye c
a NOAA/Laboratorio di Ricerca del Sistema Terrestre, Boulder, CO 80305, Stati Uniti
b Centro di Scienza Ambientale dell’Università del Maryland, Laboratorio Biologico di Chesapeake, Solomons, MD 20688, Stati Uniti
c Scuola di Scienze Marine e Atmosferiche, Università di Stony Brook, Stony Brook, NY 11794, Stati Uniti

Abstract
Un’analisi estesa, una combinazione di osservazioni e risultati di modelli, è stata utilizzata per esaminare i modelli spaziali delle variabili fisiche associate all’Oscillazione Multidecennale Atlantica (AMO) dal 1871 al 2008. I risultati sono presentati come anomalie durante le fasi positive e negative dell’AMO. Come in studi precedenti, durante le fasi positive (negative) dell’AMO la temperatura della superficie del mare (SST) è anomamente calda (fredda) nella maggior parte del Nord Atlantico, ad eccezione della costa orientale degli Stati Uniti. I modelli atmosferici, associati alla fase positiva dell’AMO, includono una pressione bassa anomala sull’Atlantico tra i 20°S e i 50°N, venti superficiali ciclonici intorno al basso, velocità del vento ridotte sull’Atlantico tropicale e una precipitazione potenziata nell’Atlantico tropicale orientale, con condizioni approssimativamente opposte durante le fasi negative dell’AMO. Tuttavia, ci sono differenze sostanziali nelle anomalie di SST e nelle anomalie atmosferiche tra periodi della stessa fase, specialmente nelle regioni extratropicali. Le correlazioni tra l’AMO e le anomalie di temperatura dell’aria sono positive in gran parte del globo tra i 40°S e i 50°N, con correlazioni che superano 0.6 (livello di significatività del 95%) sopra il Continente Marittimo e il bordo settentrionale dell’Oceano Pacifico. La maggior parte delle anomalie della pressione atmosferica al di là dell’Atlantico non sono statisticamente significative.

1. Introduzione

L’Oceano Atlantico mostra variabilità su un’ampia gamma di scale temporali e spaziali, ma presenta una pronunciata variabilità su scale decennali e multidecennali. Sebbene ci sia una vasta storia di studi sulla variabilità decennale nell’Atlantico del Nord (ad esempio Bjerknes, 1964; Deser e Blackmon, 1993; Kushnir, 1994; Schlesinger e Ramankutty, 1994), il termine Oscillazione Multidecennale Atlantica o AMO è stato usato per la prima volta in un articolo editoriale di Kerr (2000) per descrivere le anomalie della temperatura della superficie del mare (SST) che si estendono su gran parte dell’Atlantico del Nord. L’AMO è associata al modello dominante di variabilità delle SST dell’Atlantico del Nord, con anomalie dello stesso segno su gran parte del bacino ma con anomalie più grandi in una forma a ferro di cavallo che include l’Atlantico tropicale, la parte orientale dell’intero bacino e da sud della Groenlandia estendendosi a nord-ovest verso il Mare del Labrador. Nel corso dell’ultimo decennio la nostra conoscenza dell’AMO è notevolmente aumentata, inclusa la sua evoluzione, struttura spaziale, cause potenziali e impatto sul clima e sugli ecosistemi (ad esempio, vedere Delworth et al., 2007; Enfield et al., 2001; Lehodey et al., 2006). Qui forniamo un breve background sull’AMO e poi esaminiamo il suo impatto sul clima durante le fasi positive e negative dell’AMO negli ultimi circa 140 anni.

Gli indici AMO sono stati calcolati usando una serie di metodi differenti (vedi Figura 1 in Nigam et al., 2011, che presenta diverse stime della serie temporale dell’AMO), ma spesso è stata definita come l’anomalia delle SST filtrata passa-basso, mediata sull’Atlantico del Nord. I cambiamenti di temperatura su larga scala sull’Atlantico del Nord sono convoluti con il cambiamento climatico globale indotto da un aumento dei gas serra. Infatti, gli effetti combinati del cambiamento climatico antropogenico e della fase positiva dell’AMO dagli anni ’90 potrebbero aver causato un riscaldamento più rapido nell’Atlantico del Nord di quanto ci si aspetterebbe solo dal cambiamento climatico (Andronova e Schlesinger, 2000; Belkin, 2009; Knudsen et al., 2011). Sono stati usati diversi metodi per rimuovere il segnale antropogenico, inclusi: detrend lineare delle SST dell’Atlantico del Nord (Enfield et al., 2001; Sutton e Hodson, 2005), sottraendo la media globale delle SST dalle SST dell’Atlantico (Trenberth e Shea, 2006), impiegando l’analisi delle Funzioni OrtoGonali Empiriche rotazionali sul campo globale delle SST per separare l’AMO dai cambiamenti delle SST antropogeniche così come dall’influenza del Pacifico sull’Atlantico (Guan e Nigam, 2009; Mestas-Nuñez e Enfield, 1999), e utilizzando simulazioni del modello climatico del ventesimo secolo per definire e poi separare le variazioni delle SST forzate esternamente (inclusi i gas serra) dalla componente naturalmente variabile (Ting et al., 2009, 2014-in questo numero).

Il periodo dell’AMO è stato stimato tra i 60 e gli 80 anni (Delworth et al., 2007; Schlesinger e Ramankutty, 1994), ma la lunghezza è oggetto di dibattito. Dato che esistono circa 160 anni di dati SST nell’Atlantico del Nord, sono stati osservati solo 1,5-2 cicli dell’AMO, rendendo impossibile determinare se questo fenomeno oscilli con una periodicità definita. Inoltre, il metodo usato per costruire l’indice AMO, così come lisciare o detrendere i risultati delle SST, porta a oscillazioni di frequenze differenti (Vincze e Janosi, 2011). Mentre i dati paleoclimatici (Gray et al., 2004; Knudsen et al., 2011; Kilbourne et al., 2014-in this issue) e i modelli climatici (Danabasoglu, 2008; Knight et al., 2005; Ting et al., 2009, 2014-in this issue) forniscono ulteriori prove dell’AMO, indicano anche che le oscillazioni sono irregolari con periodi prolungati in cui non si sono verificate. Pertanto, il termine Variabilità Multidecennale Atlantica (AMV; Knight et al., 2005) piuttosto che AMO potrebbe essere una terminologia più appropriata per questo fenomeno.

Una vasta varietà di processi può contribuire alla variabilità decennale delle SST nell’Atlantico, includendo: i) fluttuazioni nei flussi di calore superficiali (ad es. Chiang e Bitz, 2005) che possono risultare in variabilità su scale decennali quando integrate oltre lo strato misto invernale profondo nell’Atlantico del Nord (Deser et al., 2003; Frankignoul e Hasselmann, 1977); ii) correnti oceaniche guidate dal vento che possono risultare in variabilità decennale sia per l’avvezione delle anomalie dalle correnti medie (ad es. Dickson et al., 1988; Hansen e Bezdek, 1996; Saravanan e McWilliams, 1998) sia per il cambiamento nella forza o posizione dei giri oceanici e della Corrente del Golfo (Frankignoul et al., 1997; Sturges et al., 1998); iii) fluttuazioni decennali nel ghiaccio marino (Deser e Blackmon, 1993; Deser et al., 2002); e iv) cambiamenti nella forza della Circolazione Meridionale Atlantica di Riversamento (AMOC), la parte atlantica della circolazione termoalina. Come parte dell’AMOC, l’acqua affonda nel Mare del Labrador e in altre località ad alta latitudine, fluisce verso sud in profondità lungo tutta la lunghezza dell’Oceano Atlantico e ritorna verso nord in superficie, anche se la circolazione effettiva è piuttosto complessa e coinvolge vortici e giri di ricircolazione (Lozier, 2010). Altri processi, tra cui il riscaldamento antropogenico, che rallenta la circolazione termoalina (IPCC, 2007), e le forzature solare e vulcanica (Otterä et al., 2010) possono modulare l’AMOC e quindi l’AMO. La forzatura antropogenica può anche contribuire direttamente alla variabilità delle SST atlantiche a bassa frequenza a causa del riscaldamento non lineare dei gas serra, e del raffreddamento durante i periodi con aumentati aerosol di origine antropica e/o naturale (Booth et al., 2012; Mann e Emanuel, 2006).

Sebbene una gamma di fattori influenzi la variabilità multidecennale delle SST atlantiche, l’ipotesi principale invoca le fluttuazioni nel trasporto di calore verso nord effettuato dall’AMOC per spiegare l’AMO. Polyakov et al. (2005, 2009) hanno collegato le anomalie delle SST nell’Atlantico del Nord a fluttuazioni multidecennali nella temperatura e salinità sottomarine che sono coerenti con i cambiamenti nella circolazione di riversamento. Tuttavia, i dati sottomarini non sono di quantità e durata sufficienti per determinare le oscillazioni multidecennali nell’AMOC. Le prove del collegamento tra l’AMO e l’AMOC provengono principalmente dai modelli climatici, nei quali la variabilità multidecennale nella circolazione di riversamento durante integrazioni multicentenarie risulta in anomalie delle SST atlantiche che assomigliano al modello dell’AMO. La scala temporale della variabilità dell’AMOC, tuttavia, varia tra i modelli e la maggior parte ha oscillazioni di durata più breve (~20-40 anni) rispetto alle fluttuazioni osservate nell’AMO.

Ci sono molte ipotesi concorrenti per le oscillazioni nell’AMOC (vedi le revisioni di Delworth et al., 2007; Liu, 2012). Ad esempio, studi hanno trovato risultati contrastanti su se le anomalie nella temperatura, salinità, o entrambe, siano cruciali per regolare l’affondamento dell’acqua densa alle alte latitudini, un componente chiave della variabilità dell’AMOC. Non è chiaro nemmeno se la variabilità atmosferica casuale possa forzare le oscillazioni dell’AMOC (ad es. Griffies e Bryan, 1997) o se i feedback atmosfera-oceano siano necessari affinché le oscillazioni si verifichino (ad es. Timmermann et al., 1998).

L’AMO mostra fasi positive (calde) e negative (fredde), dove la differenza tra gli estremi è di circa 0,5 °C (Fig. 1). Sebbene il momento esatto del passaggio da una fase positiva a una negativa dipenda dal set di dati utilizzato (Fig. 4) e dal modo in cui l’indice è calcolato, le fasi negative/fredde si sono verificate approssimativamente dal 1900 al 1925 e dal 1965 al 1994, mentre le fasi positive/calde si sono verificate approssimativamente dal 1875 al 1899, dal 1926 al 1965 e dal 1995 al presente. Le fasi positive dell’AMO sono state associate a bassa precipitazione, siccità, riduzione del flusso dei fiumi e aumento delle temperature nel sud degli Stati Uniti (Enfield et al., 2001; Nigam et al., 2011; Sutton e Hodson, 2005, 2007), ma anche con un aumento della frequenza e intensità degli uragani (Goldenberg et al., 2001; Zhang e Delworth, 2006). I cambiamenti nella struttura dell’ecosistema sono stati attribuiti a fasi positive o negative dell’AMO (vedi Nye et al., 2014-in this issue).

Qui esaminiamo la struttura spaziale delle SST e delle anomalie atmosferiche durante diverse fasi dell’AMO, concentrando l’attenzione sul settore atlantico ma includendo anche alcune analisi globali. Il nostro obiettivo è collegare l’indice AMO su scala di bacino ai modelli di variabilità nell’atmosfera e nelle SST, in modo che oceanografi, meteorologi e soprattutto ecologi marini, possano meglio valutare l’espressione regionale dell’AMO, la sua coerenza tra i periodi e la sua potenziale influenza sui processi dell’ecosistema. Inoltre, la fonte di dati utilizzata qui ci consente di esaminare i campi atmosferici sull’oceano nel periodo caldo di fine XIX secolo, mentre la maggior parte degli studi precedenti sull’AMO ha utilizzato dati a partire dal 1900 o si è concentrata sulle condizioni sulla terra.

La Figura 1 illustra la serie temporale dell’Oscillazione Multidecennale Atlantica (AMO), espressa attraverso le anomalie di temperatura della superficie del mare (SST). Queste anomalie sono detrendizzate linearmente e mediate su tutto l’Atlantico del Nord (da 0° a 70° Nord e da 80° Ovest a 10° Est). Le anomalie sono calcolate con una media mobile di 10 anni, rappresentata dalla linea nera nel grafico, mentre le anomalie mensili sono indicate dalla linea grigia.

Il grafico mostra come le temperature della superficie del mare hanno subito variazioni significative nel corso del tempo, alternando fasi di riscaldamento e raffreddamento ogni pochi decenni. Queste fluttuazioni sono indicative dell’AMO e riflettono variazioni naturali a lungo termine delle temperature oceaniche nell’Atlantico del Nord. La linea blu nel grafico rappresenta la media mobile decennale, che evidenzia in modo più chiaro le fasi calde e fredde dell’AMO nel tempo.

Queste temperature sono state estratte dal set di dati HadISST (Rayner et al., 2003), ampiamente utilizzato per gli studi climatici. Questa rappresentazione grafica è cruciale per comprendere la natura ciclica dell’AMO e le sue potenziali implicazioni sul clima globale, poiché variazioni nella temperatura dell’Atlantico possono influenzare fenomeni meteorologici su vasta scala, come le precipitazioni e la frequenza di uragani nelle regioni adiacenti all’Atlantico.

2. Dati e metodi 2.1. Rianalisi del XX secolo

I campi atmosferici presentati qui sono ottenuti dalla “rianalisi del XX secolo” (20CR; Compo et al., 2011), che si estende effettivamente dal 1871 al 2008. Le rianalisi, che combinano osservazioni con campi generati da modelli, sono ampiamente utilizzate nelle scienze atmosferiche e oceaniche per studiare la variabilità climatica. L’assimilazione dei dati utilizza metodi statistici per integrare osservazioni distribuite irregolarmente nello spazio e nel tempo, con una stima dello stato del sistema fornita da un modello numerico. Mentre i sistemi di assimilazione dei dati sono continuamente aggiornati per inizializzare i modelli di previsione meteorologica, una rianalisi utilizza lo stesso metodo di assimilazione e modello per ridurre le discontinuità artificiali e quindi sono molto utili per lo studio della variabilità climatica. La maggior parte delle rianalisi dell’atmosfera inizia dopo il 1949, quando sono diventate disponibili le misurazioni dell’atmosfera superiore. La rianalisi del XX secolo assimila solo le misure della pressione a livello del mare (SLP) e quindi può essere estesa fino al XIX secolo. I valori di SST e ghiaccio marino utilizzati come condizioni al contorno per il modello atmosferico nel 20CR sono ottenuti dal set di dati HadISST (Rayner et al., 2003). Il 20CR applica un metodo di assimilazione avanzato, un filtro di Kalman ensemble, dove la covarianza dell’errore di fondo necessaria per stimare lo stato del sistema, può variare nel tempo. Nel 20CR viene utilizzato un insieme di 56 simulazioni di modelli del sistema di previsione globale (GFS) del National Center for Environmental Prediction (NCEP) (versione sperimentale circa aprile 2008) per stimare la matrice di covarianza dell’errore a intervalli di sei ore.

L’output del 20CR include campi di variabili atmosferiche e una stima della loro incertezza su una griglia di latitudine-longitudine di 2°. L’incertezza deriva dalla mancanza di osservazioni, errori di misurazione, pregiudizio del modello e dal numero finito di membri dell’ensemble. L’incertezza tende a diminuire man mano che la densità delle osservazioni aumentava dal XIX secolo alla maggior parte del XX secolo. L’incertezza è anche dipendente dal flusso, ad esempio, tende ad essere maggiore in regioni con forti gradienti, e differisce tra le variabili, ad esempio, l’incertezza è generalmente maggiore per le precipitazioni rispetto alla pressione a livello del mare (Compo et al., 2011).

2.2. Definizione dell’AMO

Abbiamo calcolato l’indice AMO seguendo il metodo di Enfield et al. (2001), detrendizzando linearmente e applicando una media mobile di 10 anni alle anomalie mensili delle SST, e poi mediando i valori sull’Atlantico Nord (0°–70°N, 80°W–10°E). Le anomalie mensili sono le deviazioni dalle medie mensili a lungo termine per l’intero periodo dal 1871 al 2008 ottenute dal set di dati HadISST che sono state interpolate sulla griglia di rianalisi del 20CR da Compo et al. (2011).

2.3. Set di dati aggiuntivi

Oltre ai campi della rianalisi del XX secolo/HadISST, la rappresentazione dell’AMO e delle anomalie delle SST e della temperatura dell’aria della regione dell’Atlantico Nord sono confrontate utilizzando ulteriori set di dati, inclusi: NOAA Extended Reconstruction SST (ERSST, versione 3B, Smith et al., 2008), che ora si estende fino al 1854; Kaplan extended SST versione 2 (versione 2; Kaplan et al., 1998); e SST e temperatura dell’aria superficiale dal International Comprehensive Ocean–Atmosphere Data Set (ICOADS, Release 2.5, Woodruff et al., 2011). I dataset, inclusi l’HadISST, generalmente usano le stesse osservazioni di SST ottenute da navi mercantili, navi da ricerca e boe, ma con diversi processi di elaborazione. Ad esempio, in ICOADS le osservazioni sono mediate all’interno di una griglia quadrata lasciando regioni senza dati come non definite, mentre metodi statistici sofisticati sono usati per colmare le lacune nei dati nei dataset ERSST e Kaplan. Le serie temporali variabili in ogni quadrato di griglia di questi dataset sono detrendizzate linearmente prima di calcolare le anomalie in tutte le analisi.

3. Risultati

3.1. Atlantico Nord

L’indice AMO mostra chiaramente una variabilità multi-decennale, evidente anche nelle anomalie SST mensili non filtrate (Fig. 1). Basandoci sulla Fig. 1 e su studi precedenti dell’AMO, abbiamo mediato le anomalie mensili nei seguenti periodi caldi: 1871–1990, 1930–1963 e 1995–2008 e periodi freddi: 1905–1925 e 1968–1994. Le epoche sono separate da cinque anni per evitare periodi in cui l’AMO è vicino allo zero e la sua fase è incerta, eccetto per il passaggio all’ultima epoca a metà degli anni ’90, così il periodo caldo finale potrebbe essere il più lungo possibile. Le anomalie SST sull’Atlantico Nord durante questi cinque periodi sono mostrate in Fig. 2 insieme alla media SST a lungo termine e alla correlazione tra l’AMO e le anomalie SST medie su 10 anni. In linea con la definizione di AMO, la temperatura superficiale del mare è sopra la norma su gran parte dell’Atlantico Nord durante i periodi caldi (Fig. 2a,c,e) e sotto la norma durante i periodi freddi (Fig. 2b, d). Il modello di anomalia generalmente assume la forma di un “c” rovesciato o ferro di cavallo con valori positivi nell’Atlantico tropicale nord, al largo della costa dell’Africa e dell’Europa e attraverso il bacino tra circa 50°N e 60°N durante i tre periodi caldi e valori negativi in queste regioni durante i due periodi freddi. Tuttavia, sia il modello che l’ampiezza delle anomalie SST variano tra i periodi. Ad esempio, le anomalie al largo della costa degli stati del medio Atlantico (~35°N, 75°W) sono vicine allo zero durante il 1871–1900, positive durante il 1930–1963 e negative durante il 1995–2008. Inoltre, c’è una tendenza all’aumento dell’ampiezza delle anomalie nel periodo di registrazione, in particolare ad est di Terranova, dove superano 0,5 °C negli ultimi due periodi. Mentre le anomalie SST decennali possono variare a causa di fluttuazioni nella forza e posizione della circolazione meridionale di ribaltamento dell’Atlantico e quindi dell’AMO, diversi altri fattori possono influenzare le anomalie SST decennali, inclusi: 1) l’aumento generale dei dati nel tempo e quindi le anomalie nella prima parte del registro potrebbero non essere state registrate; 2) la de-tendenza lineare dei dati potrebbe non rimuovere completamente il segnale di riscaldamento globale, che potrebbe quindi essere confuso con l’AMO; 3) processi che potrebbero non essere correlati all’AMO, come le fluttuazioni nei giri oceanici, la persistenza delle anomalie a causa degli strati misti molto profondi nell’Atlantico Nord, la forzatura atmosferica che è casuale e/o è associata a teleconnessioni con altri bacini, ecc. La correlazione tra l’AMO e le anomalie SST locali è mostrata in Fig. 1f. Sebbene ci siano 138 anni di dati, l’alta autocorrelazione nella serie temporale dell’AMO risulta in solo circa 6 gradi di libertà, richiedendo un valore di correlazione di circa |0.6| per superare l’intervallo di confidenza del 95% (ad esempio, Wilks, 1995). Le correlazioni AMO-SST superano 0.6 su gran parte dell’Atlantico Nord e raggiungono 0.9 in una banda che si estende da nord-est del Brasile all’ovest del Portogallo. Nell’emisfero sud, le correlazioni positive si verificano lungo la costa occidentale dell’Africa ma sono vicine allo zero sul resto del bacino tra circa 5°–20°S.

Le anomalie SST mensili sono state filtrate sia con una media mobile di 12 mesi sia con una di 10 anni per tre regioni in cui l’AMO mostra una variabilità accresciuta: l’Atlantico Nord; Atlantico Est e Atlantico Tropicale (Fig. 3; le regioni sono indicate con rettangoli grigi in Fig. 2a). La variabilità SST multi-decennale in tutte e tre le regioni segue da vicino l’AMO, specialmente nelle regioni dell’Atlantico Est e Tropicale, con magnitudini delle anomalie dell’ordine di 0,2 °C. L’eccezione principale sono le anomalie SST nella regione dell’Atlantico Nord che mostrano un’oscillazione multi-decennale amplificata a partire dal ~1960. Le fluttuazioni su scale temporali più brevi sono facilmente evidenti dai valori della media mobile di 12 mesi, con ampiezze fino a 0,8 °C nella regione dell’Atlantico Nord. Studi precedenti hanno indicato una forte variabilità decennale (9-15 anni) a sud della Groenlandia (Deser e Blackmon, 1993; Deser et al., 2002). Di conseguenza, le medie a breve termine potrebbero non fornire una rappresentazione accurata della variabilità associata all’AMO; per esempio, anomalie SST negative si verificano nella regione dell’Atlantico Nord durante la fine degli anni ’40, nel mezzo di un periodo caldo dell’AMO. Inoltre, se le misurazioni sono effettuate raramente, la variabilità SST di periodi più corti potrebbe essere confusa nelle stime del segnale AMO regionale. L’aliasing può essere una preoccupazione maggiore per alcune variabili biologiche e sottomarine, che sono misurate meno frequentemente delle SST.

Un indicatore dell’incertezza dell’AMO e delle anomalie SST regionali correlate è il modo in cui differiscono tra i set di dati. Le serie temporali dell’AMO e della media mobile di 10 anni delle SST nelle regioni dell’Atlantico Tropicale, Est e Nord ottenute dagli ERSST, Kaplan e ICOADS sono presentate in Fig. 4, insieme alle serie temporali di riferimento HadISST. Mentre tutte le serie temporali mostrano i periodi caldi e freddi decennali associati alle fluttuazioni dell’AMO, le differenze nella magnitudine delle anomalie e nell’evoluzione temporale, specialmente per la regione Nord, sono facilmente evidenti. Per esempio, i passaggi allo zero per l’AMO e le tre serie temporali SST regionali differiscono di tanto quanto cinque anni tra i set di dati.

Le anomalie della temperatura dell’aria ICOADS mediate sull’intero Atlantico Nord (regione AMO) così come per le tre sottoregioni sono mostrate anche (come linee magenta) in Fig. 4. Mentre le serie temporali della temperatura dell’aria confermano le epoche calde e fredde associate all’AMO, sono più variabili e mostrano un’anomalia negativa intorno al 1910 che è molto più pronunciata rispetto ai dati SST.

Oltre a rispondere all’AMO, le temperature dell’aria sull’Atlantico Nord sono fortemente influenzate da altri fattori quali l’Oscillazione Nord Atlantica (NAO), condizioni locali e fluttuazioni casuali legate al tempo, che contribuiscono alla variabilità anche su scale temporali decennali. L’AMO e il suo impatto sul clima possono variare con il ciclo stagionale, ad esempio l’AMO sembra avere l’impatto più forte sulle precipitazioni in Nord America durante l’estate (ad es. Nigam et al., 2011). Esploriamo l’influenza stagionale dell’AMO sull’oceano in Fig. 5, che mostra le anomalie SST (non filtrate) in funzione del mese del calendario, mediate sugli anni in ciascuna delle cinque epoche per le regioni dell’Atlantico Tropicale, Est e Nord. Il ciclo stagionale medio delle SST su tutto il record (1871–2008) è mostrato anche in Fig. 5 per le tre regioni. (Le SST medie e anomale sono mostrate separatamente perché le anomalie sono piccole e quindi i valori totali delle SST in ciascuna epoca si sovrappongono quasi completamente.) Il ciclo stagionale medio aumenta in ampiezza con la latitudine della regione, ossia è approssimativamente 1,25, 2,5 e 4 °C per le regioni dell’Atlantico Tropicale, Est e Nord, rispettivamente. In generale, le anomalie SST in ciascuna epoca sono positive durante le epoche calde e negative nelle fredde in tutti i 12 mesi del calendario, ad eccezione di quelle mediate su 1905–1925 e 1930–1963 durante maggio e nel 1871–1900 durante luglio-settembre nella regione dell’Atlantico Nord (Fig. 5), riflettendo una maggiore variabilità non correlata all’AMO (evidenziata in Fig. 3). Le anomalie nelle regioni dell’Atlantico Tropicale e Est, pur mostrando una certa variabilità in funzione della stagione, sono abbastanza uniformi con valori assoluti da 0,05 a 0,3 °C. Anche se la dimensione del campione è piccola, i risultati suggeriscono che il piccolo cambiamento positivo delle temperature correlato all’AMO durante l’anno, potrebbe risultare in un’occorrenza leggermente anticipata della primavera termica sulla maggior parte dell’Atlantico Nord nelle epoche calde e il contrario nelle fredde.

Le anomalie della pressione al livello del mare durante tutti e cinque i periodi sono mostrate nella Fig. 6. L’ampiezza delle anomalie varia da 0.1 a 1.0 mb, con una pressione insolitamente bassa sui tropici in entrambi gli emisferi che si estende fino a circa 45°N sull’Atlantico Nord durante i periodi caldi (Fig. 6a, c, e) e alta pressione su queste regioni durante i periodi freddi (Fig. 6b, d). Le anomalie tropicali sono coerenti con la risposta del modello alle anomalie SST derivate dall’AMO nell’Atlantico Nord (Delworth et al., 2007; Sutton e Hodson, 2007). La struttura spaziale delle anomalie di pressione al livello del mare è simile durante i periodi caldi del 1871–1900 e del 1995–2008, mostrando un doppio polo meridionale con anomalie negative tra i 20°N e i 45°N e anomalie positive a nord dei 50°N. Il periodo freddo del 1905–1925 ha un modello simile ma con i segni invertiti. Il modello di anomalia durante questi tre periodi assomiglia all’Oscillazione Nord Atlantica (NAO), un doppio polo nord-sud nella pressione al livello del mare. Alcuni esperimenti di modellazione climatica indicano un collegamento tra AMOC/AMO e la NAO, ma il meccanismo esatto, inclusa la questione se la NAO guidi o risponda all’AMO e la conseguente relazione di precedenza/ritardo tra i due, dipende dallo studio (ad es. Danabasoglu et al., 2012; Gastineau e Frankignoul, 2012; Kwon e Frankignoul, 2011). Il modello di anomalia di pressione al livello del mare è piuttosto diverso durante l’epoca calda del 1930–1963 e l’epoca fredda del 1968–1994, quando le anomalie dello stesso segno coprono la maggior parte dell’Atlantico Nord con ampiezza massima vicino ai 55°N nella metà orientale del bacino (Fig. 6). Non è chiaro perché le anomalie di pressione al livello del mare durante questi due periodi abbiano modelli simili (con il segno opposto) ma differiscano dalla struttura a doppio polo meridionale durante gli altri tre periodi. Non c’è un legame evidente con le SST che si sono verificate durante il 1930–1963 e il 1968–1994 (Fig. 2) che potrebbe causare le differenze nelle anomalie di pressione al livello del mare durante queste epoche. Altri fattori oltre alle anomalie SST correlate all’AMO influenzano l’atmosfera sull’Atlantico Nord, incluse le SST in altri bacini oceanici, anomalie del ghiaccio marino e soprattutto variazioni dovute unicamente ai processi atmosferici.

Per esempio, differenze nella concentrazione di ghiaccio marino possono influenzare le anomalie atmosferiche (es. Alexander et al., 2004), e la divergenza tra le simulazioni dei modelli atmosferici con le stesse SST prescritte indica che la variabilità atmosferica interna può offuscare la risposta atmosferica all’oceano e alle anomalie del ghiaccio (es. Alexander et al., 2002, 2004). La pressione media a lungo termine e la correlazione tra l’AMO e i valori a griglia delle anomalie SLP filtrate a bassa frequenza sono mostrate nella Fig. 6f. Il modello di pressione medio rappresenta l’alta subtropicale centrata a 35°N, 30°W e la bassa islandese a 60°N, 35°W. Le correlazioni negative tra l’AMO e la pressione al livello del mare (SLP) sono significative (b −0.6) sul lato orientale dell’Atlantico Nord subtropicale. Pertanto, SST elevate associate alla fase positiva dell’AMO comportano anomalie di SLP negative che indeboliscono l’alta subtropicale.

La direzione dei venti superficiali anomali (frecce grigie) e le anomalie della velocità del vento superficiale (aree ombreggiate/contorni) per ciascuno dei cinque periodi, insieme alla direzione media del vento e alla correlazione tra l’AMO e la velocità del vento, sono mostrate nella Fig. 7. I venti anomali provengono da ovest sull’Atlantico tra circa 0° e 20°N durante i periodi caldi (Fig. 7a, c, e) e da est durante i periodi freddi (Fig. 7b, d). Poiché gli alisei medi soffiano da est verso ovest su gran parte dell’Atlantico tropicale (Fig. 7f), le anomalie si oppongono ai venti medi durante i periodi caldi e li intensificano durante i periodi freddi, producendo correlazioni negative tra l’AMO e la velocità del vento attraverso l’Atlantico tra 0° e 20°N (Fig. 7f). La circolazione è ciclonica (in senso antiorario nell’emisfero nord) sull’Atlantico subtropicale orientale durante i tre periodi caldi e anticiclonica durante i due periodi freddi. Il centro di queste anomalie di circolazione varia leggermente tra i periodi, ma è generalmente situato nei pressi di 20°N, 30°W. Come previsto, i venti extratropicali seguono la relazione geostrofica con una circolazione ciclonica (anticiclonica) (Fig. 7a-e) intorno a sistemi di bassa (alta) pressione (Fig. 6a-e). Rispetto ai tropici, le anomalie di velocità del vento nelle latitudini medie e alte sono più variabili tra i periodi poiché sono maggiormente influenzate dai processi atmosferici interni. Anche se le correnti oceaniche associate alla circolazione meridionale di ribaltamento dell’Atlantico possono comunque mantenere elevate le SST, i venti extratropicali anomali sono molto diversi durante il periodo 1930–1963 rispetto agli altri due periodi caldi.

Per esempio, i venti sono più forti e provengono da nord-ovest sul Mare del Labrador durante il 1930-1963, in contrasto con i venti anomali provenienti da est/sudest durante il 1871-1900 e il 1995-2008. I flussi di calore superficiali associati raffreddano l’oceano sottostante, e insieme alle correnti guidate dal vento, possono spiegare perché il Mare del Labrador mostra poco riscaldamento complessivo, e persino anomalie SST negative sulla parte orientale del mare, durante il 1930-1963 (Fig. 2c). Le anomalie di precipitazione durante le cinque epoche mostrano generalmente una precipitazione aumentata tra 0° e 20°N nell’Atlantico orientale durante i periodi AMO caldi (Fig. 8a, c, e) e una precipitazione diminuita durante i periodi freddi (Fig. 8b, d). Inoltre, c’è una certa tendenza per le anomalie sull’Atlantico tropicale nell’emisfero meridionale ad avere segno opposto rispetto a quelle a nord dell’equatore, ma non durante ogni epoca. L’ampiezza delle anomalie è dell’ordine di 0,1–0,6 mm al giorno. Le correlazioni tra l’AMO e la precipitazione locale (Fig. 8f) superano il livello di significatività del 95% di 0,6 nelle vicinanze di 15°N, 25°W. Considerato che la precipitazione media annuale sull’Atlantico è concentrata nella Zona di Convergenza Intertropicale (ITCZ) tra circa 5°S e 10°N (Fig. 8f), la struttura delle anomalie indica uno spostamento verso nord dell’ITCZ.

Le anomalie di precipitazione oltre l’Atlantico tropicale sono più variabili e è difficile discernere una relazione chiara con la fase dell’AMO. Il modello di correlazione (Fig. 8) suggerisce una precipitazione aumentata sul Sahel (attraverso l’Africa tra 10° e 20°N) e una precipitazione ridotta sull’Africa equatoriale e sugli Stati Uniti orientali a sud di circa 45°N, tranne che per la Florida meridionale. Questi segnali, sebbene deboli, sono coerenti con studi precedenti che collegano l’AMO alla precipitazione continentale (ad es. Enfield et al., 2001; Folland et al., 1986; Nigam et al., 2011; Ting et al., 2011; Zhang e Delworth, 2006).

La figura 2 illustra le anomalie della temperatura della superficie del mare (SST) relative alla media del periodo 1871–2008 per diversi intervalli temporali, mostrati nei pannelli da (a) a (e). Le anomalie, basate su dati de-trendizzati, sono rappresentate sia attraverso contorni (con un intervallo di 0.1 °C) che tramite sfumature (con un intervallo di 0.05 °C, la cui scala dei colori è visibile a destra del pannello d). Ecco il dettaglio di ogni pannello:

• Pannello (a) 1871–1900: Questo grafico mostra un periodo della fase positiva dell’AMO con predominanza di tonalità gialle/arancioni, indicando temperature superiori alla media.
• Pannello (b) 1905–1925: Raffigura un periodo della fase negativa dell’AMO, con prevalenza di colori blu che rappresentano temperature inferiori alla media.
• Pannello (c) 1930–1963: Un altro periodo di fase positiva dell’AMO, con anomalie positive simili a quelle del pannello (a).
• Pannello (d) 1968–1994: Presenta un periodo di fase negativa dell’AMO con anomalie negative evidenziate in blu.
• Pannello (e) 1995–2008: Mostra l’ultima fase positiva registrata dell’AMO con predominanza di anomalie positive.

Il Pannello (f) visualizza la media a lungo termine delle SST (rappresentata con linee di contorno a intervalli di 5 °C) e la correlazione tra l’AMO e la media mobile decennale delle SST (rappresentata con sfumature, intervalli di 0.1, scala a destra). Le aree in tonalità di rosso/arancione indicano una forte correlazione positiva, mostrando un incremento delle temperature con fasi positive dell’AMO, mentre le aree in blu indicano una correlazione negativa.

Queste visualizzazioni sottolineano come le fasi dell’AMO influenzino significativamente le temperature delle superfici marine attraverso varie regioni dell’Atlantico, dimostrando l’importanza di questo oscillazione climatica nel modulare le condizioni meteorologiche e climatiche.

La figura 3 presenta le anomalie della temperatura della superficie del mare (SST) in tre diverse regioni dell’Atlantico, mostrando due tipi di medie temporali e la loro correlazione con la serie temporale dell’Oscillazione Multidecennale Atlantica (AMO). Ogni grafico copre il periodo dal 1880 al 2000 e include:

1. Media mobile annuale delle anomalie SST, rappresentata da ombreggiature grigie. Questa mostra le fluttuazioni annuali nelle temperature superficiali del mare.
2. Media mobile decennale delle anomalie SST, visualizzata con una linea blu. Questa curva liscia evidenzia le tendenze a lungo termine, minimizzando l’impatto delle variazioni annuali e mettendo in risalto i cambiamenti sostanziali su scala decennale.
3. Serie temporale dell’AMO, indicata con una linea nera. Questa linea traccia il ciclo climatico dell’AMO, che influisce significativamente sulle temperature del Nord Atlantico su periodi di diverse decadi.

I grafici sono specifici per ciascuna regione:

• Nord Atlantico (40°–60°N, 60°–30°W)
• Atlantico Est (20°–60°N, 30°W–0°)
• Atlantico Tropicale (0°–20°N, 80°W–10°W)

Ciascun grafico dimostra la correlazione tra le temperature superficiali del mare nelle aree specificate e le fasi dell’AMO, evidenziando come le variazioni di temperatura corrispondano ai cicli di questa oscillazione climatica. Le anomalie sono calcolate rispetto alla media di lungo periodo per ciascuna area, con le regioni geografiche specifiche delimitate dai rettangoli grigi in Figura 2a.

Questa visualizzazione è cruciale per comprendere come le dinamiche oceaniche influenzino e siano influenzate dai cambiamenti climatici su scala decennale, offrendo una chiave di lettura importante sulla connessione tra l’AMO e le temperature regionali dell’Atlantico.

La figura 4 presenta una serie di grafici che illustrano le variazioni delle anomalie della temperatura della superficie del mare (SST) e delle temperature dell’aria nelle regioni dell’Atlantico dal 1860 al 2000. Ogni grafico include diverse serie temporali estratte da vari set di dati, che permettono un confronto diretto tra di loro:

1. AMO (primo pannello in alto a sinistra): Questo grafico mostra la serie temporale dell’Oscillazione Multidecennale Atlantica (AMO), evidenziando le fluttuazioni decennali e più lunghe della temperatura media nell’Atlantico Nord.
2. Serie temporali SST nei seguenti pannelli:
   • Atlantico Nord (in alto a destra)
   • Atlantico Tropicale (in basso a sinistra)
   • Atlantico Est (in basso a destra)

In ogni grafico SST, sono rappresentate le serie temporali della media mobile decennale delle anomalie SST, detrendizzate, da diversi dataset:

• HadISST (blu): Serie di riferimento.
• ERSST (rosso)
• Kaplan (verde)
• ICOADS (nero)

Ogni grafico include anche le serie temporali delle temperature dell’aria anomale (in viola), mediate sull’intera regione dell’Atlantico Nord così come per ciascuna delle tre regioni specifiche. Questo aggiunge un ulteriore livello di analisi sulle correlazioni tra le temperature dell’aria e le anomalie SST.

Punti chiave:

• I grafici evidenziano come diverse fonti di dati mostrino tendenze simili nell’AMO e nelle anomalie SST, confermando la robustezza delle osservazioni.
• La variabilità tra i set di dati può aiutare a capire gli effetti delle metodologie di raccolta dati e delle tecniche analitiche sulle tendenze a lungo termine.
• L’inclusione delle temperature dell’aria fornisce una visione più completa dell’interazione tra la temperatura dell’aria e quella della superficie del mare, arricchendo la comprensione delle dinamiche climatiche regionali.

Questa figura aiuta quindi a comprendere meglio come le temperature dell’Atlantico siano influenzate e, a loro volta, influenzino l’AMO, oltre a mostrare come i diversi set di dati possano variare o concordare nelle loro registrazioni di queste importanti variabili climatiche.

3.2. Segnale globale dell’AMO

L’AMO, sebbene centrato nell’Atlantico, estende la sua influenza all’Artico, all’Oceano Pacifico e ad altre parti del mondo, come dimostrato da studi quali Chylek et al., 2009 e Zhang e Delworth, 2007. L’analisi del legame tra le fluttuazioni multidecadali della SST nell’Atlantico Nord e la variabilità atmosferica è effettuata tramite correlazioni e regressioni tra l’AMO e la pressione a livello del mare e la temperatura dell’aria superficiale (SAT), utilizzando i dati del 20CR (Fig. 9). Le correlazioni consentono di valutare la robustezza della relazione, mentre le regressioni quantificano l’entità del cambiamento in relazione all’AMO. Le variabili analizzate sono state filtrate con una media mobile di 10 anni. I risultati si focalizzano sull’emisfero settentrionale al di sopra del 40°S, a causa della scarsità di osservazioni nei Mari del Sud e in Antartide, dove le anomalie di SST correlate all’AMO sembrano essere in fase opposta rispetto a quelle nell’Atlantico Nord.

Le correlazioni e le regressioni tra AMO e SLP mostrano che le SST elevate nell’Atlantico sono correlate a una bassa pressione nel Sud Atlantico subtropicale e nell’Atlantico Nord, con effetti che si estendono a quasi tutta l’Africa, al sud dell’Asia, all’Oceano Indiano settentrionale e al Continente Marittimo. Si registra una bassa pressione anche sul Pacifico nordorientale. Invece, l’AMO è associata a una pressione alta anomala sull’Asia orientale, sulle Montagne Rocciose, sull’Artico e su parti dell’Oceano del Sud. Tuttavia, le correlazioni rimangono generalmente sotto lo 0,6 (intervallo di confidenza del 95%) fuori dall’Atlantico tropicale nord e dall’Oceano Indiano settentrionale, e l’entità delle regressioni è tipicamente inferiore a 2 mb per °C di variazione nell’AMO nelle medie latitudini e 4 mb per °C nell’Artico.

La correlazione tra l’AMO e le anomalie della SAT è positiva in gran parte del globo tra i 40°S e i 50°N, con correlazioni che superano lo 0.6 sul Continente Marittimo/Pacifico tropicale occidentale e sul bordo settentrionale del Pacifico. L’eccezione principale è il Pacifico equatoriale centrale, che mostra una relazione negativa con l’AMO. La variabilità della SST in questa regione è influenzata principalmente da El Niño e l’Oscillazione Meridionale (ENSO), piuttosto che dall’AMO, anche su scale temporali decennali.

Le anomalie di temperatura dell’aria/mare superficiale (SST e SAT) nel Pacifico occidentale influenzano i venti e le SST nel Pacifico centrale; per esempio, temperature più elevate a ovest incrementano i venti alisei orientali sull’equatore, intensificando l’upwelling che raffredda la SST e la SAT. Questo processo contribuisce alla correlazione negativa modesta tra l’AMO e le anomalie di temperatura nel Pacifico equatoriale centrale e orientale. Benché queste correlazioni non siano statisticamente significative, sono in linea con le analisi di Deser et al. (2010) e lo studio di modellazione di Zhang e Delworth (2005), che hanno trovato che una riduzione nell’AMOC e le SST fredde associate all’AMO nell’Atlantico del Nord favoriscono condizioni El Niño nel Pacifico tropicale.

La regressione tra l’AMO e la SAT è più marcata sui continenti e nell’Artico rispetto agli oceani, a causa dell’influenza moderatrice degli oceani sulla variabilità della temperatura dell’aria. I coefficienti di regressione superano i 2 °C per °C di cambiamento dell’AMO in alcune località, come l’America del Nord centrale, anche se il modello risulta essere rumoroso e potrebbe riflettere variabilità locale non correlata.

La Figura 5 illustra il ciclo stagionale delle temperature superficiali del mare (SST) medie e le anomalie medie delle SST durante diverse epoche nelle regioni del Nord Atlantico, Atlantico Est e Atlantico Tropicale.

Nord Atlantico e Atlantico Est

• Linea Nera Senza Simboli (Scala a Destra): Rappresenta le SST medie dal 1871 al 2008. Nel Nord Atlantico, le temperature variano da 8°C a 16°C, mentre nell’Atlantico Est variano da 14°C a 21°C.
• Linee Rosse (Solide) e Blu (Tratteggiate) (Scala a Sinistra): Indicano le anomalie delle SST durante le epoche calde (1871–1900, 1930–1963, 1995–2008) e fredde (1905–1925, 1968–1994). Le anomalie positive (rosse) mostrano un aumento delle temperature rispetto alla media, e quelle negative (blu) una diminuzione.

Atlantico Tropicale

• Linea Nera (Scala a Destra): Mostra le SST medie nell’Atlantico Tropicale, con temperature che variano da 25°C a 28°C.
• Linee Rosse e Blu (Scala a Sinistra): Rappresentano le anomalie delle SST durante le epoche calde e fredde, con lo stesso schema delle altre regioni.

Osservazioni Generali

• Le regioni mostrano un incremento delle temperature da gennaio ad agosto, con un picco in estate, seguito da una diminuzione verso la fine dell’anno.
• Le epoche calde tendono a mostrare un picco più marcato durante i mesi estivi, indicando condizioni più calde del solito, mentre le epoche fredde mostrano temperature sotto la media.
• Le scale delle temperature medie e delle anomalie variano tra le regioni, riflettendo la diversa sensibilità climatica e le variazioni termiche in ciascuna area.

Questa figura fornisce una visione comprensiva di come le temperature superficiali del mare variano stagionalmente e come questi cambiamenti siano influenzati da periodi climatici diversi nel corso della storia registrata.

4. Riassunto e Discussione

La nostra analisi di una rianalisi estesa recentemente sviluppata esplora i pattern spaziali e temporali delle SST e delle variabili atmosferiche associate all’AMO. Le anomalie della temperatura superficiale del mare dell’Atlantico Nord correlate all’AMO sono calde durante i periodi 1871–1900, 1930–1963 e 1995–2008 e fredde durante i periodi 1905–1925 e 1968–1994. Le anomalie delle SST sono abbastanza consistenti nel corso del ciclo stagionale all’interno di un’epoca, ossia le anomalie medie del periodo sono quasi tutte positive (negative) durante tutti i mesi dell’anno in un’epoca calda (fredda), ma il pattern e l’ampiezza delle anomalie differiscono chiaramente tra le epoche.

Le anomalie decennali delle SST nelle regioni dell’Atlantico tropicale, Atlantico orientale e Nord Atlantico variano con l’AMO, e le serie temporali regionali delle SST sono abbastanza simili quando ottenute da diversi set di dati. Tuttavia, ci sono alcune differenze nelle stime della variabilità delle SST, ad esempio, il timing del passaggio allo zero può variare di circa 5 anni tra i set di dati. Le anomalie delle SST differiscono maggiormente tra i set di dati nella regione dell’Atlantico Nord (situata a est di Terranova), e le anomalie della temperatura dell’aria mostrano un comportamento più irregolare rispetto alle SST sottostanti in tutte le regioni e potrebbero non riflettere la variabilità correlata all’AMO in alcuni periodi.

I risultati di studi precedenti suggeriscono che i cambiamenti nella forza della circolazione meridionale atlantica risultano in SST correlate all’AMO su gran parte dell’Atlantico Nord. Sebbene alcune delle differenze delle SST tra i periodi possano riflettere fluttuazioni nella circolazione di ribaltamento, processi indipendenti dall’AMOC, come il forcing antropogenico, la variabilità della NAO e dell’ENSO, probabilmente contribuiscono anche a queste differenze. I pattern atmosferici associati alla fase positiva dell’AMO includono bassa pressione anomala sull’Atlantico tra i 20°S e i 50°N, venti superficiali ciclonici intorno alla bassa, velocità del vento ridotte sull’Atlantico tropicale e precipitazioni potenziate sull’Atlantico tropicale orientale, con condizioni approssimativamente opposte durante la fase negativa dell’AMO. Le anomalie atmosferiche sono molto più variabili tra i periodi alle latitudini medie e alte.

La risposta atmosferica a queste anomalie è più consistente nei tropici, dove le anomalie positive delle SST portano a precipitazioni potenziate e a un sistema di bassa pressione a nord delle precipitazioni. Anche se le anomalie delle SST tropicali ed extratropicali possono influenzare l’atmosfera (ad es. Sutton e Hodson, 2007), la risposta non è generalmente robusta come nei tropici e la variabilità atmosferica interna è maggiore alle medie e alte latitudini, risultando in un rapporto segnale-rumore inferiore negli extratropici rispetto ai tropici.

Le anomalie dei flussi di calore sensibile, latente, a corto raggio e a lungo raggio sulla superficie in entrambi i tropici e le medie latitudini (non mostrate) non sono consistenti tra le epoche, e hanno piccole scale spaziali e ampiezze modeste (inferiori a 5 W/m²). Dato che le stime dei flussi di calore superficiale, che dipendono dalla velocità del vento superficiale, dalla differenza di temperatura aria-mare e dalle nuvole, sono note per avere errori significativi (ad es. Kent et al., 2012; Kubota et al., 2008; Smith et al., 2011), l’incertezza nei flussi potrebbe superare il loro segnale AMO.

La correlazione tra l’AMO e le anomalie della temperatura dell’aria è positiva in gran parte del globo tra i 40°S e i 50°N, con correlazioni che superano 0.6 (~ livello di significatività del 95%) sopra il Continente Marittimo/Pacifico tropicale occidentale e la porzione subartica del Pacifico. La fase positiva dell’AMO è associata a bassa pressione sopra il Sud Atlantico subtropicale e in una fascia che si estende dall’Atlantico Nord verso est fino al Pacifico Ovest tropicale. Tuttavia, la maggior parte dei valori di correlazione AMO-SLP non sono statisticamente significativi fuori dall’Atlantico Nord tra 0° e 40°N e una parte dell’Oceano Indiano settentrionale.

Sebbene i dati suggeriscano che il segnale SST dell’AMO sia coerente e duraturo in gran parte dell’Atlantico Nord, è relativamente piccolo in ampiezza. Ad esempio, le anomalie delle SST correlate all’AMO sono dell’ordine di ~0.2 °C; in contrasto, le anomalie delle SST associate all’Oscillazione Decadale del Pacifico (PDO) e all’ENSO possono superare rispettivamente 0.5 °C e 1 °C (ad es. Deser et al., 2010; Mantua et al., 1997). Di conseguenza, potrebbe essere difficile determinare i processi guidati dall’AMO che impattano gli ecosistemi, poiché possono essere sottili e/o non direttamente correlati alla temperatura locale (vedi Nye et al., 2014-in questo numero). Inoltre, i lunghi periodi coinvolti nell’AMO e la breve durata della maggior parte delle misurazioni biologiche potrebbero portare a una corrispondenza fortuita tra i due che non persiste nel tempo. Questa preoccupazione è accentuata se la quantità biologica considerata mostra anche variazioni lente, ad esempio per specie che crescono e si riproducono lentamente.

La Figura 6 illustra le anomalie della pressione a livello del mare (SLP) per diverse epoche, mostrate attraverso contorni e sfumature per evidenziare i cambiamenti e le correlazioni nel tempo associati all’AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation).

Dettaglio dei Pannelli:

1. Pannelli da (a) a (e):
   • Ogni pannello rappresenta un’epoca diversa: (a) 1871-1900, (b) 1905-1925, (c) 1930-1963, (d) 1968-1994, (e) 1995-2008.
   • Contorni: Indicano le anomalie della SLP con un intervallo di 0.2 millibar (mb).
   • Sfumature: Mostrano le anomalie della SLP con un intervallo più dettagliato di 0.1 mb, facilitando l’osservazione di variazioni più sottili nella pressione atmosferica.
   • Questi elementi visivi illustrano come le aree di alta e bassa pressione si sono modificate durante le diverse epoche.
2. Pannello (f):
   • Mostra la media a lungo termine della SLP (linee di contorno con un intervallo di 4 mb).
   • La correlazione tra l’AMO e la SLP media su 10 anni è rappresentata dalle sfumature, con un intervallo di 0.1. La scala dei colori è posizionata a destra del pannello.
   • Questo pannello offre una visione complessiva dell’impatto di lungo periodo dell’AMO sulla pressione atmosferica, evidenziando le aree con correlazioni statisticamente significative tra l’AMO e la SLP.

Interpretazione:

• I diversi pannelli (a-e) mettono in evidenza come l’AMO influenzi la distribuzione della pressione atmosferica attraverso l’Atlantico, con significative variazioni tra i periodi caldi e freddi.
• Il pannello (f) è essenziale per comprendere le tendenze a lungo termine e le correlazioni tra l’AMO e i cambiamenti nella pressione a livello del mare, facilitando previsioni su come le oscillazioni decennali dell’AMO possano influenzare il clima globale.

Questa figura è fondamentale per lo studio e la comprensione delle interazioni tra le oscillazioni oceaniche a grande scala e l’atmosfera, offrendo dettagli preziosi sulle dinamiche climatiche influenzate dall’AMO.

La Figura 7 illustra le anomalie della direzione e della velocità del vento superficiale durante diverse epoche storiche, nonché le correlazioni di lungo periodo tra l’AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation) e la velocità del vento. Questa analisi è focalizzata specificamente sul vento e sui suoi cambiamenti correlati alle fasi dell’AMO.

Dettaglio dei Pannelli da (a) a (e):

• Pannelli (a) – (e): Ognuno rappresenta una delle cinque epoche storiche analizzate (1871–1900, 1905–1925, 1930–1963, 1968–1994, 1995–2008).
• Vettori grigi di uguale lunghezza: Mostrano la direzione del vento anomalo.
• Contorni e sfumature: Indicano la velocità del vento anomala. I contorni hanno un intervallo di 0.1 m/s, mentre le sfumature hanno un intervallo più fine di 0.05 m/s (la scala è visibile a destra del pannello d).

Pannello (f):

• Vettori grigi: Indicano la direzione media del vento.
• Contorni: Rappresentano la velocità media del vento.
• Sfumature: Visualizzano la correlazione tra l’AMO e la media mobile decennale della velocità del vento. La scala di correlazione è mostrata a destra del pannello.

Interpretazione:

• Variabilità del Vento: I pannelli da (a) a (e) evidenziano come le direzioni e le velocità del vento siano cambiate significativamente nel corso delle diverse epoche, riflettendo le influenze climatiche dell’AMO. Queste variazioni sono cruciali per comprendere altri fenomeni meteorologici e oceanografici, come la formazione delle onde e la distribuzione della temperatura superficiale del mare.
• Correlazioni a Lungo Termine: Il pannello (f) offre una visione comprensiva dell’impatto a lungo termine dell’AMO sulla velocità del vento. Le aree con forti correlazioni possono indicare regioni dove l’AMO ha un effetto più marcato sulla dinamica del vento superficiale.

Questa figura è fondamentale per studiare come le variazioni multidecadali dell’AMO influenzino i modelli di vento, che sono elementi chiave nella modellazione climatica e nella previsione meteorologica.

La Figura 8 mostra l’analisi delle anomalie di precipitazione e delle loro correlazioni con l’AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation) durante diverse epoche storiche, nonché la media a lungo termine delle precipitazioni e la loro relazione con l’AMO su base decennale.

Dettaglio dei Pannelli da (a) a (e):

• Pannelli (a) – (e): Ogni pannello rappresenta un’epoca specifica: (a) 1871-1900, (b) 1905-1925, (c) 1930-1963, (d) 1968-1994, (e) 1995-2008.
• Contorni e sfumature: Mostrano le anomalie di precipitazione per ciascuna epoca. I contorni sono definiti da un intervallo di 0.2 mm al giorno, mentre le sfumature, che forniscono una granularità maggiore, hanno un intervallo di 0.05 mm al giorno (la scala è indicata a destra del pannello d).

Pannello (f):

• Contorni: Illustrano la media a lungo termine delle precipitazioni, con un intervallo di 1 mm al giorno.
• Sfumature: Visualizzano la correlazione tra l’AMO e la media mobile decennale delle precipitazioni, con un intervallo di 0.1. La scala di correlazione è mostrata a destra del pannello.

Interpretazione:

• Anomalie di Precipitazione: I pannelli da (a) a (e) evidenziano come le precipitazioni variino significativamente attraverso le diverse epoche, riflettendo le influenze climatiche dell’AMO. Questi cambiamenti nelle precipitazioni sono cruciali per comprendere gli impatti dell’AMO sui pattern meteorologici regionali e globali.
• Correlazioni a Lungo Termine: Il pannello (f) fornisce una panoramica dell’impatto a lungo termine dell’AMO sulle precipitazioni. Le aree con forti correlazioni indicano regioni dove l’AMO ha un effetto più marcato sulle variazioni delle precipitazioni.

Questa analisi è fondamentale per studiare le connessioni tra le oscillazioni oceaniche a grande scala come l’AMO e i cambiamenti nei pattern di precipitazione, elementi essenziali per la pianificazione delle risorse idriche e la gestione dei rischi legati agli eventi meteorologici estremi.

La Figura 9 offre un’analisi dettagliata delle correlazioni e delle regressioni tra l’indice AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation) e due variabili climatiche chiave: la pressione a livello del mare (SLP) e la temperatura dell’aria superficiale (SAT). L’analisi mostra l’impatto delle fluttuazioni dell’AMO su queste variabili, utilizzando dati de-trendizzati e smussati con una media mobile di dieci anni.

Descrizione dei Pannelli:

1. Pannello (a) – Correlazione AMO-SLP:
   • Illustra la correlazione tra l’indice AMO e la SLP.
   • L’intervallo dei contorni è di 0.2.
   • Le correlazioni elevate (superiori a 0.6) sono evidenziate con sfumature e contorni più spessi.
2. Pannello (b) – Regressione AMO-SLP:
   • Mostra la regressione della SLP in funzione dell’AMO, espressa in mb per °C di variazione dell’AMO.
   • L’intervallo dei contorni è di 1.0 mb per °C.
   • Le aree con regressioni significative (superiori a 1 mb per °C) sono evidenziate.
3. Pannello (c) – Correlazione AMO-SAT:
   • Visualizza la correlazione tra l’indice AMO e la SAT.
   • L’intervallo dei contorni è di 0.2.
   • Le correlazioni significative (superiori a 0.6) sono rappresentate con sfumature più intense e contorni più spessi.
4. Pannello (d) – Regressione AMO-SAT:
   • Rappresenta la regressione della SAT sull’AMO, mostrando il cambiamento in °C per °C di variazione dell’AMO.
   • L’intervallo dei contorni è di 0.5 °C per °C.
   • Le aree con regressioni significative (superiori a 0.5 °C per °C) sono evidenziate.

Interpretazione:

• Correlazioni e regressioni: Queste mappe forniscono una visione chiara di come le variazioni dell’AMO influenzino sia la pressione a livello del mare che la temperatura dell’aria superficiale, mostrando correlazioni e impatti di magnitudine variabile a seconda della regione.
• Impatti geografici differenziati: Le mappe evidenziano che le relazioni tra l’AMO e le due variabili non sono uniformi geograficamente, con alcune aree che mostrano correlazioni e impatti molto più forti rispetto ad altre.
• Rilevanza climatica: Comprendere queste dinamiche è cruciale per modellare e prevedere il clima regionale e globale, dato che la variabilità dell’AMO può avere ampie ripercussioni sulle condizioni meteorologiche e climatiche.

Questi risultati sono essenziali per i ricercatori nel campo delle scienze climatiche, aiutando a comprendere le complesse interazioni tra le oscillazioni oceaniche e l’atmosfera.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0924796313001693