F. M. Palmeiro1,2 , P. Hitchcock3 , and J. García‐Serrano2
1CMCC Foundation ‐ Euro‐Mediterranean Center on Climate Change, Bologna, Italy, 2Group of Meteorology, Universitat
de Barcelona (UB), Barcelona, Spain, 3Department of Earth and Atmospheric Sciences, Cornell University, Ithaca,
NY, USA
La comprensione delle teleconnessioni climatiche che collegano il Pacifico settentrionale alla regione Nord Atlantico-Europea rappresenta uno dei problemi più complessi della moderna dinamica del clima, poiché tali relazioni non sono riconducibili a un singolo meccanismo atmosferico e, soprattutto, non rimangono necessariamente costanti quando vengono considerate scale temporali differenti. Lo studio di Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano, pubblicato nel 2025 su Geophysical Research Letters, introduce in questo contesto un elemento particolarmente importante: una configurazione delle anomalie della temperatura superficiale del mare del Pacifico settentrionale apparentemente simile alla Pacific Decadal Oscillation può essere associata a risposte atmosferiche profondamente differenti, e perfino opposte, a seconda che venga analizzata la variabilità interannuale oppure quella multidecadale. Gli autori mostrano infatti che la relazione tra Pacifico settentrionale, vortice polare stratosferico e settore Nord Atlantico-Europeo cambia segno passando dalle frequenze più elevate alle oscillazioni di circa 20–25 anni.
Questo risultato assume un’importanza particolare perché invita a riconsiderare il significato stesso della Pacific Decadal Oscillation, o PDO, quando viene utilizzata per interpretare le teleconnessioni atmosferiche. La PDO viene tradizionalmente descritta attraverso un caratteristico schema spaziale delle temperature superficiali del Pacifico settentrionale: nella sua fase positiva sono generalmente presenti temperature inferiori alla norma nel Pacifico centrale e anomalie positive lungo una parte della costa occidentale del Nord America. Tuttavia, come sottolineato dalla fondamentale revisione di Newman e collaboratori del 2016, la PDO non deve necessariamente essere interpretata come un’unica oscillazione fisica autonoma dotata di un solo meccanismo generatore. Il suo schema spaziale può invece emergere dalla sovrapposizione di molteplici processi, comprendenti l’influenza atmosferica dell’ENSO proveniente dal Pacifico tropicale, la persistenza termica dell’oceano extratropicale, la variabilità atmosferica interna e processi dinamici propri dell’oceano alle medie latitudini.
La conseguenza è fondamentale: due anomalie superficiali che ricordano entrambe una medesima fase della PDO possono avere origini dinamiche differenti e, proprio per questo, produrre conseguenze diverse sulla circolazione atmosferica. È precisamente questo il problema affrontato da Palmeiro e colleghi. Utilizzando la rianalisi ERA5 per le variabili atmosferiche e il dataset HadISST per le temperature superficiali del mare, gli autori separano la variabilità del Pacifico settentrionale in componenti caratterizzate da diverse scale temporali. Nello studio viene applicato un filtro temporale di 25 anni per isolare la componente multidecadale e un ulteriore filtro a 10 anni per distinguere la componente decadale da quella interannuale. Nonostante le anomalie di SST associate alle diverse componenti ricordino, nella loro struttura generale, la fase positiva della PDO, la loro origine e la loro connessione con l’atmosfera risultano sostanzialmente differenti.
Alle scale interannuali il segnale osservato nel Pacifico settentrionale appare principalmente riconducibile all’influenza dell’ENSO. Durante gli eventi di El Niño, l’anomalo riscaldamento del Pacifico tropicale modifica profondamente la convezione equatoriale e quindi la distribuzione del riscaldamento atmosferico tropicale. Questa perturbazione costituisce una sorgente di onde di Rossby che possono propagarsi verso le medie e alte latitudini, dando origine a estesi treni d’onda atmosferici capaci di attraversare il Pacifico settentrionale e il continente nordamericano. Il conseguente schema extratropicale delle SST può assumere una configurazione simile alla PDO positiva, con anomalie fredde nel Pacifico settentrionale centrale. La somiglianza superficiale tra ENSO e PDO non significa però che i due fenomeni debbano essere considerati equivalenti: alle scale interannuali una parte importante della struttura extratropicale rappresenta infatti la risposta del sistema oceanico-atmosferico del Pacifico settentrionale alla forzante tropicale associata all’ENSO.
Il collegamento tra ENSO e stratosfera è oggi sostenuto da un’ampia letteratura scientifica. La revisione di Domeisen, Garfinkel e Butler del 2019 mostra come El Niño sia mediamente associato a un aumento della propagazione verticale delle onde planetarie verso la stratosfera extratropicale e a una conseguente perturbazione della circolazione polare. In media, durante El Niño il vortice polare stratosferico dell’emisfero boreale tende a risultare più caldo e più debole, mentre durante La Niña la risposta tende frequentemente, ma non invariabilmente, verso il segno opposto. La risposta non deve comunque essere interpretata deterministicamente: l’elevata variabilità interna della stratosfera, l’intensità e la tipologia dell’evento ENSO, lo stato della QBO e altre condizioni della circolazione possono modificare considerevolmente l’esito di un singolo inverno.
È proprio alle scale interannuali che Palmeiro e collaboratori ritrovano questa relazione canonica: la configurazione positiva dell’indice del Pacifico settentrionale, associata a una componente ENSO-like, corrisponde a un vortice polare stratosferico più debole. La risposta troposferica assume caratteristiche simili al Tropical Northern Hemisphere pattern, con un treno d’onda di origine tropicale che attraversa il Pacifico e il Nord America e si estende maggiormente verso il settore nord-atlantico. Gli autori sottolineano come, nel caso interannuale, l’anomalia anticiclonica presente sul Nord America si estenda molto più verso est rispetto alla componente multidecadale, coerentemente con la maggiore lunghezza d’onda della risposta atmosferica innescata dal riscaldamento convettivo tropicale associato all’ENSO.
La stratosfera può successivamente funzionare come una sorta di ponte dinamico tra Pacifico e Nord Atlantico. Quando il vortice polare viene significativamente indebolito, le anomalie della circolazione stratosferica possono propagarsi verso la bassa stratosfera e condizionare la distribuzione probabilistica dei regimi atmosferici troposferici. Il classico lavoro di Baldwin e Dunkerton del 2001 mostrò che forti anomalie della circolazione stratosferica possono essere seguite, per diverse settimane, da anomalie troposferiche che ricordano l’Arctic Oscillation e la North Atlantic Oscillation. Ciò non significa che la stratosfera determini automaticamente il tempo meteorologico europeo, ma implica che essa possa modificare la probabilità e la persistenza di alcuni regimi di circolazione.
Nel caso di El Niño, l’indebolimento del vortice polare contribuisce frequentemente a favorire una risposta superficiale simile alla fase negativa della NAO, soprattutto durante la parte avanzata dell’inverno. Una NAO negativa è generalmente caratterizzata da un indebolimento del gradiente di pressione tra le regioni subtropicali e quelle subpolari dell’Atlantico settentrionale, da una modificazione della corrente a getto nord-atlantica e da una maggiore possibilità che le perturbazioni seguano traiettorie più meridionali rispetto alla configurazione tipica della NAO positiva. Il segnale europeo dell’ENSO rimane tuttavia relativamente debole rispetto a quello osservabile in regioni più vicine al Pacifico tropicale e mostra una forte variabilità da evento a evento. Anche per questo motivo la componente stratosferica può risultare particolarmente importante nel determinare quando la teleconnessione ENSO-Europa divenga più evidente.
Lo studio di Ayarzagüena e collaboratori ha mostrato, infatti, che la risposta europea a El Niño non è stazionaria nel tempo. Esistono periodi multidecadali durante i quali il segnale delle precipitazioni europee associato a El Niño risulta più evidente e altri nei quali la relazione diventa molto debole. Gli autori hanno evidenziato che, nei periodi caratterizzati da una risposta europea più marcata, il percorso stratosferico svolge un ruolo importante nel trasferimento dell’anomalia dal Pacifico al continente europeo durante il tardo inverno. Cambiamenti multidecadali nello stato di fondo degli oceani e dell’atmosfera possono quindi modulare l’efficienza della teleconnessione.
Benassi e collaboratori hanno ulteriormente dimostrato che la variabilità extratropicale del Pacifico può modulare la teleconnessione di El Niño verso il settore euro-mediterraneo. In particolare, la fase della PDO può modificare la struttura e l’intensità della risposta atmosferica associata a ENSO. Ciò rafforza l’idea che non sia sufficiente conoscere semplicemente la presenza di El Niño o La Niña per dedurre automaticamente le conseguenze sull’Europa: occorre considerare lo stato complessivo del Pacifico tropicale ed extratropicale, la struttura della circolazione troposferica e le condizioni della stratosfera.
È però alle scale multidecadali che il lavoro di Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano introduce il risultato più significativo. Quando vengono isolate oscillazioni superiori a circa 20–25 anni, le anomalie della temperatura superficiale del Pacifico settentrionale risultano maggiormente concentrate nella regione della Kuroshio-Oyashio Extension, a est del Giappone, e presentano caratteristiche delle interazioni oceano-atmosfera differenti da quelle tipiche della componente ENSO. In questa regione convergono la calda corrente di Kuroshio proveniente dalle basse latitudini e le acque più fredde associate al sistema dell’Oyashio, generando alcuni dei gradienti termici oceanici più intensi del pianeta. Le variazioni della posizione e dell’intensità di queste correnti possono modificare il trasporto oceanico di calore, la distribuzione delle SST e gli scambi di calore sensibile e latente tra oceano e atmosfera.
Gli studi di Qiu e collaboratori hanno mostrato che la Kuroshio Extension presenta una pronunciata variabilità su scala decadale, collegata a cambiamenti della corrente, della struttura dell’oceano superiore e della propagazione di anomalie dinamiche attraverso il bacino del Pacifico. In questa regione la variabilità della circolazione oceanica e degli scambi termici aria-mare raggiunge ampiezze particolarmente elevate. Ne consegue che, sulle scale temporali sufficientemente lunghe, l’oceano extratropicale può smettere di rappresentare semplicemente una risposta passiva all’atmosfera e contribuire a sua volta a forzare o modulare la circolazione atmosferica.
Palmeiro e collaboratori rilevano proprio questa differenza attraverso l’analisi dei flussi turbolenti di calore. Nella componente interannuale, la configurazione delle anomalie suggerisce prevalentemente una forzante atmosferica delle SST, coerente con la teleconnessione tropicale ENSO-Pacifico settentrionale. Nella componente multidecadale, invece, la relazione tra SST e flussi di calore presenta caratteristiche compatibili con un ruolo più attivo dell’oceano, in particolare nell’area della Kuroshio-Oyashio Extension. Gli autori parlano prudentemente di una possibile influenza oceanica, poiché le regressioni osservazionali non sono sufficienti, da sole, a dimostrare inequivocabilmente un rapporto causale. Il risultato suggerisce tuttavia che le anomalie multidecadali possano contenere una componente dinamica extratropicale sostanzialmente diversa dal segnale ENSO dominante alle scale più brevi.
Questa diversa origine si traduce in una teleconnessione atmosferica differente. Mentre il segnale interannuale assume una struttura simile al TNH e si estende maggiormente verso il Nord Atlantico, quello multidecadale presenta una configurazione maggiormente assimilabile al Pacific North American pattern, o PNA. Nel caso multidecadale il treno d’onda mostra lunghezze d’onda relativamente più corte e tende a rimanere maggiormente confinato alle latitudini subpolari, mentre la risposta interannuale di origine tropicale presenta una struttura più estesa in direzione meridionale e zonale. Le differenze diventano particolarmente evidenti sul Nord America, sul Labrador e sulla Groenlandia, regioni strategiche per il successivo collegamento con la circolazione nord-atlantica.
La conseguenza forse più sorprendente riguarda il vortice polare stratosferico. Nonostante la struttura delle SST del Pacifico possa apparire simile nei due casi, la risposta stratosferica cambia segno. Alle scale interannuali, una configurazione positiva del segnale pacifico associato all’ENSO è correlata a un vortice più debole; alle scale multidecadali la stessa apparente configurazione PDO-like è invece associata a un vortice polare più intenso. Palmeiro e colleghi mostrano quindi che la transizione verso una risposta di segno opposto avviene precisamente alle frequenze multidecadali, mentre la componente decadale isolata mantiene una risposta più simile a quella interannuale e può essere interpretata, almeno in parte, come espressione a bassa frequenza della variabilità collegata a ENSO.
Questo risultato contribuisce a chiarire alcune apparenti contraddizioni emerse nella letteratura precedente. Hu e collaboratori avevano mostrato nel 2018 una relazione tra il riscaldamento del Pacifico settentrionale centrale e il rafforzamento del vortice artico stratosferico, evidenziando inoltre come tale collegamento fosse cambiato nel tempo. Successivamente, Seabrook e collaboratori hanno fornito ulteriori evidenze secondo cui la variabilità pacifica interannuale e quella decadale possono esercitare effetti opposti sul vortice polare e sulla NAO. Nel loro studio, la variabilità decadale positiva del Pacifico tendeva a rafforzare il vortice stratosferico, mentre El Niño tendeva a indebolirlo. Gli autori hanno proposto un possibile contributo del vapore acqueo stratosferico: variazioni del vapore acqueo potrebbero alterare il bilancio radiativo della stratosfera polare, influenzando la temperatura e il gradiente meridionale termico e, conseguentemente, l’intensità dei venti occidentali. Tale meccanismo rimane tuttavia oggetto di ricerca e non rappresenta ancora una spiegazione definitiva dell’intera inversione di segno.
Il lavoro di Palmeiro e colleghi raffina ulteriormente questa interpretazione mostrando che la vera inversione del rapporto Pacifico-vortice diventa particolarmente evidente alle frequenze multidecadali di circa 20–25 anni. Tale distinzione è essenziale perché un indice PDO non filtrato mescola inevitabilmente variabilità interannuale, decadale e multidecadale. Se componenti con effetti opposti sul vortice vengono combinate all’interno della stessa serie temporale, il risultato può essere una relazione debole, apparentemente instabile oppure variabile da un periodo storico all’altro. Questo potrebbe contribuire a spiegare perché molti studi abbiano identificato cambiamenti nella forza e persino nel segno delle teleconnessioni tra Pacifico, stratosfera e Atlantico settentrionale.
La distinzione delle scale temporali diventa quindi essenziale anche per interpretare le osservazioni climatiche recenti. Un periodo caratterizzato da SST fredde nel Pacifico settentrionale non può essere automaticamente considerato favorevole a un determinato stato del vortice polare. Se quelle anomalie derivano dalla risposta extratropicale a un El Niño, possono essere associate a una maggiore perturbazione del vortice; se invece fanno parte di una configurazione multidecadale legata maggiormente alla dinamica della Kuroshio-Oyashio Extension, la relazione statistica può essere opposta. È l’origine dinamica del pattern, e non semplicemente il segno locale dell’anomalia termica oceanica, a determinare la catena delle teleconnessioni atmosferiche.
Una simile considerazione è particolarmente importante quando si tenta di collegare la variabilità del Pacifico al clima europeo. Il segnale che raggiunge l’Europa non percorre infatti una singola via. Esiste una componente troposferica diretta costituita dalla propagazione delle onde di Rossby attraverso il Pacifico e il Nord America, ma esiste anche una componente indiretta che coinvolge la stratosfera. L’interazione tra queste due vie può rafforzare oppure attenuare la risposta finale nel Nord Atlantico. La stessa configurazione iniziale delle SST può quindi produrre differenti anomalie della NAO, della corrente a getto, delle storm tracks, delle temperature e delle precipitazioni europee a seconda della frequenza temporale dominante e dello stato della stratosfera. Palmeiro e colleghi osservano infatti che le risposte superficiali nel settore Nord Atlantico-Europeo associate alle componenti interannuale e multidecadale risultano in larga parte fuori fase.
L’influenza stratosferica deve comunque essere interpretata in termini probabilistici e non deterministici. Anche un vortice estremamente debole non garantisce necessariamente l’instaurarsi di una NAO negativa, così come un vortice particolarmente intenso non implica automaticamente una NAO positiva persistente. La troposfera possiede una propria forte variabilità interna e il trasferimento delle anomalie stratosferiche verso la superficie dipende dall’interazione con il flusso atmosferico preesistente. Tuttavia, decenni di studi sulla dinamica stratosfera-troposfera hanno dimostrato che anomalie persistenti del vortice possono modificare in maniera statisticamente significativa la probabilità dei principali regimi meteorologici dell’emisfero settentrionale. È questo carattere probabilistico a rendere la stratosfera particolarmente rilevante per la previsione sub-stagionale e stagionale.
Da una prospettiva climatica più ampia, la separazione tra variabilità interannuale e multidecadale assume inoltre importanza per l’interpretazione dei trend. Se una teleconnessione naturale presenta una periodicità dell’ordine di due o più decenni, un periodo osservativo relativamente breve può intercettare soltanto una fase della sua evoluzione e produrre l’impressione di una tendenza persistente. Analogamente, una componente multidecadale può temporaneamente rafforzare o indebolire gli effetti associati al cambiamento climatico antropogenico, complicando l’attribuzione delle tendenze osservate nella circolazione atmosferica. Proprio per questo Palmeiro e collaboratori sottolineano la difficoltà di interpretare le variazioni passate e future del collegamento Pacifico–Nord Atlantico senza separare adeguatamente le diverse bande temporali.
Lo studio porta quindi a una conclusione metodologica di grande rilevanza: classificare un inverno o un periodo climatico esclusivamente in base al segno di un indice aggregato, come la PDO, può essere insufficiente per comprenderne le conseguenze atmosferiche remote. La stessa struttura superficiale del Pacifico settentrionale può derivare dalla teleconnessione tropicale dell’ENSO oppure da processi oceanici extratropicali molto più lenti; questi due meccanismi producono strutture differenti delle onde planetarie, interagiscono diversamente con la stratosfera e generano teleconnessioni differenti verso il Nord Atlantico.
In questa prospettiva, ENSO, PDO, PNA, variabilità della Kuroshio-Oyashio Extension, vortice polare stratosferico e NAO non dovrebbero essere considerati come fenomeni isolati, ma come componenti interconnesse di un sistema climatico nel quale la scala temporale rappresenta una variabile dinamica fondamentale. Alle scale interannuali, la componente tropicale dell’ENSO domina gran parte della relazione Pacifico-stratosfera: El Niño genera un treno d’onda di origine tropicale, favorisce mediamente un vortice polare più debole e può contribuire, attraverso la combinazione delle vie troposferica e stratosferica, a una risposta nord-atlantica simile alla NAO negativa. Alle scale multidecadali, invece, aumenta l’importanza dei processi oceanici extratropicali nella regione della Kuroshio-Oyashio Extension; il treno d’onda assume maggiormente una struttura PNA-like e la relazione con il vortice polare cambia segno, risultando associata a un vortice più forte. Gli effetti finali sul Nord Atlantico e sull’Europa diventano così in larga misura opposti rispetto alla componente interannuale.
Questa distinzione costituisce probabilmente uno degli aspetti più importanti del lavoro di Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano. Essa suggerisce che le apparenti non-stazionarietà delle teleconnessioni climatiche non rappresentino necessariamente rumore statistico o instabilità casuale, ma possano riflettere la sovrapposizione di processi fisici differenti operanti a frequenze diverse. Comprendere quale componente della variabilità pacifica sia dominante in un determinato periodo diventa pertanto essenziale non soltanto per ricostruire correttamente la variabilità climatica del passato, ma anche per migliorare l’interpretazione delle previsioni stagionali e decadali e delle proiezioni climatiche future. In ultima analisi, lo studio mostra come la relazione tra Pacifico settentrionale, vortice polare e clima europeo non possa essere sintetizzata attraverso una semplice associazione tra una fase della PDO e una determinata risposta atmosferica: ciò che realmente conta è distinguere l’origine del segnale, la sua scala temporale e il percorso dinamico attraverso il quale l’anomalia oceanica viene trasferita dalla troposfera alla stratosfera e, successivamente, dal Pacifico al Nord Atlantico e all’Europa.
1. Introduzione
La caratterizzazione delle variazioni lente del sistema climatico costituisce uno degli obiettivi fondamentali della climatologia dinamica contemporanea, poiché la comprensione dei cambiamenti osservati e di quelli attesi nei prossimi decenni richiede la capacità di distinguere il contributo della variabilità interna naturale da quello prodotto dalle forzanti esterne. Il sistema climatico terrestre è infatti caratterizzato da oscillazioni che si sviluppano su scale temporali estremamente differenti, dai mesi agli anni, fino ai decenni e ai secoli, e la sovrapposizione di tali componenti può alterare in maniera sostanziale l’interpretazione delle tendenze osservate. In questo contesto l’oceano rappresenta uno dei principali serbatoi della memoria climatica del sistema Terra. La sua enorme capacità termica e la lentezza dei processi di circolazione permettono infatti la persistenza e la propagazione di anomalie per periodi molto più lunghi rispetto ai tempi caratteristici della variabilità atmosferica. Per questa ragione, una parte rilevante della variabilità climatica decadale e multidecadale viene ricondotta all’interazione tra atmosfera e oceano e, nel Pacifico settentrionale, alla complessa famiglia di processi generalmente associati alla Pacific Decadal Oscillation, o PDO. Il lavoro di Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano si inserisce precisamente in questa problematica, mostrando che le teleconnessioni tra Pacifico settentrionale, stratosfera artica e regione Nord Atlantico-Europea possono assumere caratteristiche sostanzialmente differenti a seconda della scala temporale presa in considerazione.
La Pacific Decadal Oscillation viene tradizionalmente descritta attraverso il principale pattern di variabilità della temperatura superficiale del mare, o SST, nel Pacifico settentrionale extratropicale. Durante la sua fase positiva, la configurazione classica presenta anomalie negative della SST nelle regioni centrali del Pacifico settentrionale e anomalie relativamente positive lungo la costa occidentale del Nord America e in parte del Pacifico orientale. Sebbene tale struttura sia stata utilizzata per decenni come indicatore della variabilità climatica pacifica a bassa frequenza, l’interpretazione dinamica della PDO è oggi molto più articolata rispetto alla concezione iniziale di una singola oscillazione oceanica autonoma. La revisione di Newman et al. (2016) ha sottolineato come il pattern PDO possa emergere dalla sovrapposizione di numerosi processi atmosferici e oceanici, includendo la risposta extratropicale all’ENSO, la persistenza termica dello strato superficiale oceanico, la variabilità atmosferica interna del Pacifico settentrionale, la dinamica delle correnti di bordo occidentale e la propagazione di anomalie oceaniche attraverso onde di Rossby barocline. La PDO dovrebbe pertanto essere interpretata più prudentemente come un indice statistico che riassume una parte importante della variabilità delle SST del Pacifico settentrionale, piuttosto che come il risultato di un unico oscillatore fisico con periodicità e meccanismi invariabili.
Questa distinzione è particolarmente importante quando si confrontano la variabilità interannuale e quella decadale o multidecadale. Alle scale temporali di pochi anni, una frazione considerevole delle anomalie delle SST extratropicali del Pacifico è legata alla risposta atmosferica a El Niño–Southern Oscillation. ENSO rappresenta il principale modo di variabilità accoppiata oceano-atmosfera del Pacifico tropicale e, modificando la distribuzione della convezione profonda e del riscaldamento latente nei tropici, altera la circolazione atmosferica su scala planetaria. Le anomalie tropicali possono generare sorgenti di vorticità e treni di onde di Rossby che si propagano verso le medie e alte latitudini, modificando la depressione delle Aleutine, i venti superficiali, i flussi di calore e, conseguentemente, le SST del Pacifico settentrionale. In tali circostanze può svilupparsi una struttura superficiale simile alla PDO positiva durante El Niño, benché la sua origine dinamica sia essenzialmente collegata a una forzante tropicale. Ciò significa che una configurazione PDO-like osservata su scala interannuale non deve necessariamente essere interpretata come manifestazione di un’oscillazione oceanica decadale autonoma.
Alle scale decadali e più lunghe acquistano invece maggiore importanza processi oceanici propri delle medie latitudini. Particolarmente rilevante è la regione della Kuroshio–Oyashio Extension, situata a est del Giappone, dove masse d’acqua subtropicali relativamente calde associate al sistema del Kuroshio incontrano acque subartiche più fredde connesse all’Oyashio. Questa zona è caratterizzata da fortissimi gradienti termici oceanici, intensa attività di mesoscala, variazioni della posizione dei fronti e considerevoli scambi di calore e umidità tra oceano e atmosfera. Studi basati sulle osservazioni e su modelli oceanici ad alta risoluzione hanno mostrato l’esistenza di una marcata variabilità decadale della Kuroshio Extension. Qiu e collaboratori hanno evidenziato come una parte delle oscillazioni della corrente sia associata alla propagazione verso ovest di anomalie dell’altezza dinamica oceanica generate dalle variazioni dei venti sull’intero bacino; tali segnali possono modificare posizione, intensità e stabilità della corrente e, successivamente, influenzare le SST e i flussi di calore verso l’atmosfera.
Le simulazioni oceaniche eddy-resolving di Taguchi et al. hanno ulteriormente mostrato che la variabilità a bassa frequenza nella regione della Kuroshio Extension non è semplicemente una copia locale della forzante atmosferica, ma comprende risposte oceaniche dinamiche capaci di concentrare le anomalie lungo i fronti oceanici. Le onde di Rossby barocline generate dalle variazioni del vento sull’Oceano Pacifico possono propagarsi verso ovest per diversi anni, interagendo infine con il sistema della Kuroshio Extension e modificandone latitudine e intensità. Questo introduce nel sistema climatico pacifico una memoria di durata pluriennale e decadale che può risultare parzialmente indipendente dalla variabilità tropicale contemporanea. La presenza di tali processi costituisce uno dei motivi per cui configurazioni delle SST apparentemente simili possono avere origini fisiche profondamente differenti e, di conseguenza, esercitare effetti diversi sull’atmosfera sovrastante.
L’esistenza di questa molteplicità di meccanismi diventa particolarmente rilevante quando si considerano le teleconnessioni atmosferiche, ovvero le relazioni statistiche e dinamiche attraverso le quali anomalie originate in una determinata regione del sistema climatico possono influenzare aree situate a migliaia di chilometri di distanza. Il Pacifico settentrionale costituisce uno dei principali nodi della circolazione atmosferica extratropicale dell’emisfero boreale e le anomalie che vi si sviluppano possono propagarsi attraverso il continente nordamericano fino al settore Nord Atlantico-Europeo. Tale collegamento è mediato principalmente dalla dinamica delle onde planetarie, la cui propagazione dipende dalla distribuzione del vento zonale, dai gradienti di vorticità potenziale e dalla configurazione della corrente a getto. Nel caso dell’ENSO, uno dei percorsi più studiati consiste nello sviluppo di un treno di onde di Rossby che dal Pacifico raggiunge il Nord America e successivamente il settore atlantico. Il cosiddetto Tropical Northern Hemisphere pattern rappresenta una delle manifestazioni di questa risposta atmosferica extratropicale e contribuisce a spiegare come un’anomalia delle SST localizzata originariamente nel Pacifico tropicale possa esercitare conseguenze remote sul clima dell’emisfero settentrionale.
A questo collegamento troposferico si aggiunge però una seconda via di comunicazione, che coinvolge direttamente la stratosfera. La comprensione di questo percorso rappresenta uno dei principali avanzamenti compiuti negli ultimi decenni nello studio delle teleconnessioni ENSO. Una vasta letteratura ha mostrato che gli eventi El Niño possono modificare la propagazione delle onde planetarie dalla troposfera verso la stratosfera, alterando la circolazione della stratosfera invernale e, in particolare, il vortice polare stratosferico. La revisione di Domeisen, Garfinkel e Butler ha sintetizzato le evidenze osservazionali e modellistiche disponibili, mostrando come El Niño sia mediamente associato a una maggiore propagazione verso l’alto delle onde planetarie extratropicali, a un rafforzamento della circolazione di Brewer-Dobson e a un riscaldamento e indebolimento del vortice polare. Durante La Niña, la risposta media tende frequentemente verso il segno opposto, sebbene la relazione sia meno lineare e presenti una notevole variabilità tra un inverno e l’altro.
Il vortice polare stratosferico rappresenta una delle componenti dinamiche più importanti dell’atmosfera invernale dell’emisfero boreale. Esso consiste in un’ampia circolazione ciclonica caratterizzata da intensi venti occidentali che circondano le regioni artiche nella media e alta stratosfera. La sua intensità è determinata dall’equilibrio tra il raffreddamento radiativo delle regioni polari e l’interazione con le onde planetarie provenienti dalla troposfera. Quando l’attività ondulatoria ascendente aumenta, le onde possono depositare quantità di moto nella stratosfera, decelerando i venti occidentali e inducendo una circolazione meridionale anomala che favorisce la subsidenza e il riscaldamento dinamico dell’aria polare. In condizioni estreme tale processo può contribuire allo sviluppo di un Sudden Stratospheric Warming, durante il quale il vortice subisce un rapido e profondo indebolimento e, negli eventi maggiori, un’inversione dei venti zonali stratosferici.
L’importanza climatica del vortice polare non deriva soltanto dalla sua dinamica interna, ma anche dalla sua capacità di influenzare successivamente la troposfera. Il lavoro classico di Baldwin e Dunkerton dimostrò che forti anomalie della circolazione stratosferica possono propagarsi verso il basso nel corso delle settimane successive e risultare associate a modificazioni persistenti della circolazione troposferica. Dopo episodi di forte indebolimento del vortice, le anomalie della pressione al livello del mare tendono statisticamente ad assumere una configurazione simile alla fase negativa dell’Arctic Oscillation e della North Atlantic Oscillation. Tali relazioni non sono deterministiche: un vortice debole non determina automaticamente una NAO negativa, né un vortice intenso garantisce una NAO positiva. Tuttavia, la stratosfera può modificare significativamente la probabilità di determinati regimi atmosferici, influenzando la posizione delle storm tracks, della corrente a getto e dei principali centri di azione della circolazione nord-atlantica.
La possibilità che l’ENSO influenzi il clima europeo attraverso il vortice polare assume quindi un’importanza particolare. In condizioni favorevoli a un efficace accoppiamento stratosfera-troposfera, l’indebolimento del vortice associato mediamente a El Niño può contribuire a una risposta superficiale simile alla fase negativa della NAO. La NAO negativa è caratterizzata da un indebolimento del contrasto barico medio tra la regione subtropicale atlantica e quella subpolare, accompagnato da una riorganizzazione del getto e della traiettoria delle perturbazioni nord-atlantiche. Ne possono conseguire modificazioni delle probabilità di anomalie termiche e pluviometriche su vaste regioni europee. È tuttavia fondamentale sottolineare che il segnale ENSO sull’Europa è molto più debole e variabile rispetto a quello osservato in regioni direttamente affacciate sul Pacifico tropicale, proprio perché la risposta europea rappresenta il risultato finale di una lunga catena di interazioni atmosferiche e può essere modulata da numerosi fattori indipendenti.
Uno degli elementi più interessanti emersi dalla letteratura è infatti la non stazionarietà della teleconnessione ENSO-Europa. Ayarzagüena et al. hanno mostrato che la risposta delle precipitazioni europee a El Niño presenta marcate variazioni interdecadali: esistono periodi durante i quali il segnale tardo-invernale è relativamente chiaro e altri nei quali esso risulta debole o difficilmente distinguibile dalla variabilità interna atmosferica. L’analisi suggerisce che nei periodi caratterizzati da una risposta europea più intensa il percorso stratosferico risulti maggiormente attivo. Questo implica che la relazione tra ENSO e clima europeo non possa essere considerata invariabile nel tempo e che lo stato di fondo del sistema climatico possa modulare l’efficienza con cui le anomalie pacifiche vengono trasmesse verso l’Atlantico.
Proprio in questo contesto emerge l’importanza della variabilità pacifica decadale. Se l’atmosfera reagisse allo stesso modo a tutte le configurazioni PDO-like delle SST, ci si aspetterebbe che un determinato segno delle anomalie del Pacifico settentrionale producesse sempre una risposta simile del vortice polare. Le osservazioni e le simulazioni indicano invece una situazione decisamente più complessa. Seabrook et al. hanno mostrato che gli effetti della variabilità pacifica interannuale e di quella decadale sull’extratropico possono assumere segni opposti. Mentre la fase calda dell’ENSO tende mediamente a indebolire il vortice polare stratosferico, una fase positiva della Pacific Decadal Variability può essere associata a un rafforzamento del vortice. Gli autori hanno proposto, tra i possibili meccanismi, un ruolo delle variazioni del vapore acqueo stratosferico e del conseguente raffreddamento radiativo polare, capace di modificare il gradiente termico meridionale e quindi l’intensità dei venti occidentali stratosferici. Questo meccanismo rappresenta un’ipotesi fisica rilevante, ma la sua importanza relativa rispetto alle modificazioni della propagazione delle onde planetarie rimane oggetto di studio.
La differenza tra variabilità interannuale e decadale costituisce quindi un problema centrale. Una configurazione delle SST che appare simile nelle mappe può essere prodotta, nel primo caso, dalla risposta atmosferica a una forzante tropicale ENSO e, nel secondo, da processi oceanici lenti delle medie latitudini. I due meccanismi possono generare anomalie differenti nella depressione delle Aleutine, nella corrente a getto pacifica e nella struttura dei treni d’onda. Di conseguenza, anche la quantità e la distribuzione dell’attività ondulatoria che raggiunge la stratosfera possono cambiare, determinando risposte diverse del vortice polare. Questo concetto rappresenta il nucleo della ricerca di Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano: il semplice segno di un indice PDO non è sufficiente a dedurre quale debba essere la risposta stratosferica o nord-atlantica, perché l’indice aggrega componenti dinamiche che operano a frequenze differenti.
L’impiego di indici non filtrati rappresenta, da questo punto di vista, un potenziale limite di parte della letteratura precedente. Un indice PDO calcolato sulla serie completa delle SST contiene simultaneamente variabilità interannuale, decadale e multidecadale. Se queste componenti esercitano effetti differenti o addirittura opposti sull’atmosfera, la loro sovrapposizione può indebolire le correlazioni statistiche, produrre apparenti cambiamenti di regime oppure suggerire una non stazionarietà della teleconnessione che deriva in realtà dalla diversa importanza relativa delle varie frequenze nel periodo analizzato. La separazione delle scale temporali diventa pertanto essenziale per identificare i processi fisici responsabili delle relazioni osservate e distinguere una teleconnessione associata all’ENSO da una risposta derivante dalla dinamica oceanica extratropicale.
La questione risulta ancora più importante quando si analizzano periodi multidecadali. Palmeiro e collaboratori mostrano che il cambiamento fondamentale nella relazione tra Pacifico settentrionale e vortice polare emerge alle frequenze più basse, con una scala caratteristica dell’ordine di circa 20–25 anni. Alle scale interannuali e decadali il segnale pacifico conserva importanti caratteristiche associate all’ENSO e si correla con un vortice polare relativamente debole; alle scale multidecadali, invece, le anomalie delle SST risultano maggiormente concentrate nella Kuroshio-Oyashio Extension, mentre i flussi turbolenti di calore suggeriscono un possibile contributo più attivo della dinamica oceanica. Parallelamente, cambia la struttura della teleconnessione troposferica attraverso il Nord America e la relazione con il vortice si inverte, con la configurazione multidecadale associata a un vortice più intenso.
Questa inversione possiede implicazioni profonde per l’interpretazione della teleconnessione tra Pacifico e Nord Atlantico. Se un’anomalia fredda nel Pacifico settentrionale appartiene a una configurazione interannuale forzata dall’ENSO, il percorso dinamico verso l’Atlantico può essere completamente diverso da quello associato a un’anomalia apparentemente analoga inserita in un regime oceanico multidecadale. Nel primo caso, la risposta troposferica mostra caratteristiche maggiormente associate al Tropical Northern Hemisphere pattern e alla propagazione del segnale tropicale; nel secondo, la circolazione attraverso il Nord America assume maggiormente caratteristiche riconducibili al Pacific North American pattern. Le differenze nella struttura e nella propagazione dei treni d’onda possono quindi determinare un’interazione differente con la stratosfera e una diversa proiezione finale sulla circolazione nord-atlantica.
La regione Nord Atlantico-Europea rappresenta l’estremo terminale di questa complessa catena di interazioni. Qui la circolazione atmosferica invernale è fortemente influenzata dalla NAO, dalle variazioni della corrente a getto eddy-driven e dalla posizione delle storm tracks. Una modifica del segnale proveniente dal Pacifico può pertanto tradursi in differenti distribuzioni delle anomalie di geopotenziale, temperatura e precipitazione sull’Europa. Tuttavia, parlare di un rapporto diretto e invariabile tra PDO, ENSO e condizioni meteorologiche europee sarebbe eccessivamente semplicistico. Tra la forzante iniziale del Pacifico e la risposta europea intervengono la variabilità interna dell’atmosfera, la QBO, lo stato del vortice polare, la distribuzione del ghiaccio marino, la configurazione del getto e numerosi altri fattori. La teleconnessione deve quindi essere interpretata come una modulazione delle probabilità climatiche stagionali e non come una relazione deterministica capace di prevedere singolarmente l’andamento di un inverno.
La stratosfera occupa in questo sistema una posizione particolarmente interessante poiché può agire come intermediario dinamico capace di prolungare nel tempo alcune anomalie originate nella troposfera. A differenza della rapida variabilità meteorologica troposferica, le anomalie del vortice polare possono persistere per settimane e, quando raggiungono la bassa stratosfera, aumentare la prevedibilità della circolazione superficiale su scale sub-stagionali. La letteratura successiva al lavoro di Baldwin e Dunkerton ha confermato l’utilità dello stato stratosferico come fonte di informazione per la previsione estesa, pur evidenziando che la propagazione verso il basso non avviene dopo ogni perturbazione del vortice e dipende criticamente dalla struttura della troposfera sottostante.
La comprensione della variabilità a bassa frequenza assume inoltre un’importanza crescente nel contesto del cambiamento climatico. Tendenze osservate su periodi relativamente brevi possono essere temporaneamente amplificate, attenuate o mascherate da oscillazioni naturali decadali e multidecadali. Se una componente climatica possiede tempi caratteristici di alcuni decenni, una serie osservativa relativamente breve può campionare principalmente una singola fase dell’oscillazione, rendendo difficile distinguere un cambiamento persistente di origine forzata da una fluttuazione interna del sistema. Questo problema è particolarmente rilevante nel Pacifico, dove l’ampiezza della variabilità naturale a bassa frequenza è considerevole e la sua rappresentazione nei modelli climatici rimane complessa. Anche per questo motivo un’interpretazione corretta delle tendenze future nel collegamento Pacifico-Nord Atlantico richiede di separare chiaramente i processi operanti su scale interannuali da quelli decadali e multidecadali.
Esiste inoltre un problema fondamentale di causalità. La presenza di una correlazione tra SST pacifiche e circolazione atmosferica non indica necessariamente che sia sempre l’oceano a forzare l’atmosfera. Alle scale interannuali, in particolare, molte anomalie delle SST extratropicali rappresentano la risposta dell’oceano alla variabilità atmosferica precedentemente generata dall’ENSO. Alle scale decadali e multidecadali, invece, la persistenza oceanica, l’avvezione, le variazioni delle correnti e gli scambi aria-mare possono acquisire un ruolo dinamico più importante. La relazione tra oceano e atmosfera è quindi bidirezionale e dipendente dalla frequenza. Questa distinzione emerge chiaramente nella regione della Kuroshio Extension, dove gli studi osservativi e modellistici hanno documentato sia una forte risposta oceanica alla forzante del vento sia la possibilità che le anomalie termiche oceaniche retroagiscano sulla circolazione atmosferica attraverso i flussi di calore superficiali.
In tale prospettiva, lo studio di Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano affronta una questione più generale della semplice relazione tra PDO e vortice polare: indaga se le teleconnessioni climatiche debbano essere considerate proprietà invarianti di un determinato pattern oppure se dipendano dalla scala temporale e dal processo fisico che genera quel pattern. I risultati sostengono fortemente la seconda interpretazione. L’apparente somiglianza delle mappe delle SST non garantisce una stessa catena causale atmosferica. Una configurazione prodotta dall’ENSO può generare un determinato treno di onde, modificare in un certo modo il flusso verso la stratosfera e favorire un indebolimento del vortice; una configurazione superficiale simile prodotta da processi oceanici multidecadali può modificare la circolazione troposferica secondo una struttura diversa e risultare associata a un rafforzamento del vortice.
La conseguenza metodologica è rilevante sia per gli studi osservativi sia per le simulazioni climatiche. Analizzare teleconnessioni utilizzando esclusivamente indici climatici aggregati può nascondere processi fisici distinti e persino opposti. La separazione delle bande temporali permette invece di identificare con maggiore chiarezza la natura delle anomalie, la loro origine tropicale o extratropicale, il percorso seguito dai treni d’onda e il ruolo della stratosfera. Questo approccio può inoltre contribuire a comprendere perché la risposta europea all’ENSO appaia forte in alcuni periodi storici e debole in altri, perché la relazione tra PDO e vortice polare sembri cambiare nel tempo e perché modelli differenti possano riprodurre teleconnessioni di intensità o segno diverso.
Nel complesso, emerge dunque l’immagine di un sistema Pacifico–stratosfera–Nord Atlantico nel quale la scala temporale rappresenta una componente essenziale della dinamica stessa. ENSO, PDO, Kuroshio-Oyashio Extension, PNA, vortice polare stratosferico e NAO costituiscono elementi interconnessi, ma le loro relazioni non possono essere comprese attraverso semplici associazioni lineari e invarianti. Alle scale interannuali, la variabilità tropicale dell’ENSO esercita una forte influenza sulla struttura delle anomalie extratropicali del Pacifico e tende mediamente a modulare il vortice attraverso la propagazione delle onde planetarie. Alle scale decadali e soprattutto multidecadali, aumentano invece l’importanza della memoria oceanica e dei processi dinamici del Pacifico settentrionale occidentale, con possibili conseguenze di segno differente sulla stratosfera e sulla circolazione nord-atlantica.
È all’interno di questo quadro che si colloca l’obiettivo principale dello studio: chiarire in quale misura le teleconnessioni che collegano il Pacifico settentrionale alla regione Nord Atlantico-Europea dipendano dalla frequenza temporale e determinare se i processi responsabili della variabilità delle SST su scale interannuali, decadali e multidecadali producano risposte atmosferiche realmente differenti. Separando queste componenti, diventa possibile interpretare con maggiore precisione il ruolo dell’ENSO, distinguere la componente della variabilità pacifica legata alla dinamica extratropicale, comprendere il cambiamento di segno della relazione con il vortice polare e valutare più correttamente le conseguenze sulla circolazione nord-atlantica ed europea. Questa distinzione non rappresenta soltanto un problema teorico, ma costituisce un passaggio necessario per migliorare la comprensione della variabilità climatica naturale, l’interpretazione delle tendenze osservate e, in prospettiva, la capacità di utilizzare correttamente le informazioni provenienti dal Pacifico e dalla stratosfera nelle previsioni stagionali e decadali del clima dell’emisfero boreale.
2. Dati e Metodi
L’analisi delle relazioni tra la variabilità del Pacifico settentrionale, il vortice polare stratosferico e la circolazione del settore Nord Atlantico-Europeo richiede una base osservativa sufficientemente lunga da permettere di distinguere fenomeni che operano su scale temporali molto differenti. Questo requisito metodologico assume un’importanza particolare quando l’obiettivo non consiste semplicemente nel descrivere la variabilità interannuale, ma nel separarla dalle componenti decadali e multidecadali. Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano costruiscono pertanto il loro studio combinando due dei principali archivi climatici utilizzati nella ricerca atmosferica e oceanografica contemporanea: la rianalisi atmosferica ERA5 dell’European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF, e il dataset HadISST del Met Office Hadley Centre per la temperatura superficiale del mare. La combinazione di questi prodotti permette di ricostruire simultaneamente l’evoluzione della circolazione atmosferica e delle condizioni termiche superficiali dell’oceano per gran parte del XX secolo, fornendo così la base necessaria per studiare la dipendenza delle teleconnessioni dalla frequenza temporale.
Per le variabili atmosferiche gli autori utilizzano dati mensili ERA5 relativi al periodo 1940–2020. La scelta di ERA5 è particolarmente rilevante perché una rianalisi non costituisce una semplice interpolazione delle osservazioni disponibili, ma una ricostruzione fisicamente coerente dello stato dell’atmosfera ottenuta combinando osservazioni storiche con un modello numerico atmosferico attraverso un sistema avanzato di assimilazione dei dati. ERA5 impiega il sistema di assimilazione quadridimensionale 4D-Var di ECMWF e produce campi atmosferici globalmente completi anche nelle regioni e nei periodi in cui le osservazioni dirette risultano relativamente sparse. L’estensione della rianalisi fino al 1940, resa disponibile da ECMWF nel 2023, ha portato la lunghezza complessiva dell’archivio oltre gli ottant’anni, rappresentando un significativo miglioramento per lo studio della variabilità climatica a bassa frequenza. ERA5 fornisce inoltre una risoluzione orizzontale di circa 31 km per il prodotto ad alta risoluzione e una descrizione tridimensionale coerente di numerose grandezze atmosferiche.
L’utilizzo dei primi decenni della rianalisi richiede tuttavia una certa cautela. La quantità e la qualità delle osservazioni assimilate cambiano considerevolmente nel corso del periodo storico: prima dell’era satellitare la rete osservativa, soprattutto nell’alta atmosfera e sugli oceani, era molto meno densa rispetto ai decenni recenti. L’ECMWF ha sottolineato che l’estensione di ERA5 agli anni Quaranta presenta una buona capacità di rappresentare la variabilità a bassa frequenza, ma che nelle fasi iniziali dell’archivio esistono maggiori incertezze, soprattutto nella stratosfera, dove la scarsità di osservazioni in quota può aumentare l’influenza del modello sulla ricostruzione. Questo aspetto è particolarmente importante per uno studio nel quale il vortice polare stratosferico costituisce una delle variabili centrali. Nonostante tali limitazioni, la disponibilità di oltre otto decenni di dati atmosferici fisicamente consistenti rende ERA5 uno degli strumenti più adatti per indagare le connessioni tra troposfera, stratosfera e oceano su scale decadali.
Per descrivere invece la variabilità della temperatura superficiale del mare viene utilizzato il dataset HadISST versione 1.1, sviluppato dal Met Office Hadley Centre. In questo caso il periodo considerato si estende dal 1900 al 2020, fornendo quindi una serie oceanica ancora più lunga rispetto alla parte atmosferica dell’analisi. HadISST integra misurazioni provenienti da navi, boe alla deriva, boe ormeggiate e, nei decenni recenti, osservazioni satellitari. I campi delle SST vengono ricostruiti mediante procedure di interpolazione ottimale in spazio ridotto, integrate da osservazioni grigliate sottoposte a controllo di qualità, mentre le informazioni sul ghiaccio marino provengono da diverse fonti storiche e satellitari. La disponibilità di una ricostruzione mensile che risale alla fine del XIX secolo rende HadISST particolarmente utile per lo studio delle oscillazioni decadali e multidecadali dell’oceano.
La scelta di utilizzare una serie oceanica più lunga di quella atmosferica non rappresenta una contraddizione metodologica. Lo scopo è infatti sfruttare la maggiore estensione temporale disponibile delle SST per identificare e caratterizzare più robustamente le scale della variabilità del Pacifico settentrionale, mentre le successive regressioni che coinvolgono l’atmosfera vengono necessariamente limitate al periodo comune 1940–2020. Questo approccio è particolarmente opportuno quando si tenta di riconoscere oscillazioni con periodi dell’ordine di due o più decenni. Se, per esempio, un segnale presenta una periodicità caratteristica di circa vent’anni, una serie di ottant’anni contiene soltanto poche oscillazioni complete; estendere l’analisi delle SST fino al 1900 aumenta quindi considerevolmente l’informazione disponibile per valutare la presenza di una componente a bassa frequenza.
Prima dell’analisi delle strutture spaziali, gli autori rimuovono la tendenza lineare dalle anomalie delle SST. Il detrending assume una funzione metodologica essenziale perché una tendenza climatica a lungo termine, come quella associata al riscaldamento globale, può contribuire in modo importante alla varianza totale del campo oceanico e quindi influenzare la struttura delle modalità statistiche ottenute mediante analisi EOF. Rimuovere la tendenza permette di concentrare l’attenzione sulla covariabilità interna delle SST del Pacifico settentrionale piuttosto che sul riscaldamento medio di fondo. Questo problema è diventato ancora più evidente nella letteratura recente: studi sulle SST del Pacifico hanno mostrato come il progressivo riscaldamento dell’intero bacino possa alterare la struttura dei principali modi ottenuti attraverso EOF quando il segnale medio globale non viene opportunamente separato dalla variabilità interna.
Le anomalie delle SST detrendizzate vengono quindi analizzate nella regione compresa tra 20° e 50°N e tra 150° e 230°E, utilizzando le medie stagionali novembre-gennaio. Questa scelta geografica concentra l’analisi sul Pacifico settentrionale subtropicale ed extratropicale, dove si manifesta una parte sostanziale del pattern tradizionalmente associato alla Pacific Decadal Oscillation. La scelta del periodo novembre-gennaio è anch’essa fisicamente significativa: durante l’inverno boreale il contrasto termico oceano-atmosfera, la depressione delle Aleutine, l’attività ondulatoria planetaria e gli scambi turbolenti di calore raggiungono un’importanza particolarmente elevata. Le anomalie dell’oceano e della circolazione atmosferica del Pacifico settentrionale risultano quindi particolarmente ben organizzate proprio durante la stagione fredda.
Per sintetizzare la variabilità spaziale delle SST, gli autori applicano una Empirical Orthogonal Function analysis, o EOF. L’analisi EOF rappresenta una delle tecniche statistiche più diffuse nelle scienze atmosferiche e oceanografiche e permette di decomporre un campo spazio-temporale complesso in una serie di strutture spaziali ordinate secondo la quantità di varianza spiegata e nelle corrispondenti serie temporali, chiamate principal components. La prima EOF identifica quindi, in senso statistico, il pattern spaziale che spiega la massima quantità possibile della varianza del campo analizzato, mentre la prima componente principale, PC1, descrive come l’ampiezza e il segno di quel pattern cambiano nel tempo.
L’impiego delle EOF nelle scienze climatiche ha una lunga tradizione proprio nello studio della variabilità delle temperature superficiali del Pacifico. Già negli anni Settanta tali metodi venivano utilizzati per identificare le principali strutture coerenti delle SST del bacino pacifico. La loro utilità deriva dalla capacità di ridurre un dataset costituito da migliaia di punti griglia a un numero relativamente piccolo di modi dominanti, rendendo possibile isolare le caratteristiche principali della covariabilità oceanica. Nel lavoro di Palmeiro e collaboratori, la componente principale dominante risultante dall’analisi EOF viene denominata indice delle SST del Pacifico settentrionale, o NPSST index, e rappresenta quindi la serie temporale sintetica utilizzata per descrivere l’evoluzione del principale pattern delle SST nella regione considerata.
È tuttavia importante sottolineare che un’EOF non deve essere interpretata automaticamente come un vero e proprio “modo dinamico” indipendente del sistema climatico. Hannachi e collaboratori e, successivamente, Monahan et al. hanno richiamato l’attenzione sui limiti dell’interpretazione fisica delle EOF: la condizione matematica di ortogonalità e il criterio della massimizzazione della varianza possono produrre strutture che combinano più processi fisici differenti. Un singolo modo EOF può pertanto contenere contributi provenienti da ENSO, variabilità atmosferica interna, processi oceanici extratropicali e altre sorgenti di variabilità. Questa considerazione è particolarmente pertinente proprio nel caso della PDO, che non rappresenta necessariamente un singolo oscillatore fisico indipendente. La strategia di Palmeiro e colleghi è quindi metodologicamente interessante perché non interpreta semplicemente la PC1 come una modalità fisica univoca: la separa successivamente in differenti bande temporali per valutare se la stessa struttura statistica delle SST possa essere sostenuta da processi diversi a frequenze differenti.
Gli autori verificano inoltre la robustezza dell’indice NPSST osservando che risultati analoghi vengono ottenuti utilizzando la media areale delle anomalie della SST sulla regione selezionata oppure impiegando la pressione al livello del mare al posto delle SST. Questo confronto rappresenta un utile controllo metodologico. Se la relazione individuata dipendesse esclusivamente da una particolare scelta statistica dell’EOF, sarebbe possibile sospettare che il risultato sia eccessivamente sensibile alla definizione dell’indice. La presenza di strutture analoghe utilizzando indicatori differenti suggerisce invece che il segnale dominante riflette una modalità robusta di covariabilità del sistema Pacifico settentrionale-atmosfera.
Parallelamente viene definito un indice del vortice polare stratosferico. Gli autori utilizzano le anomalie dell’altezza geopotenziale zonalmente media a 10 hPa, mediate tra 55° e 80°N nei mesi di gennaio e febbraio. Il livello di 10 hPa, corrispondente approssimativamente alla media stratosfera, è comunemente utilizzato per descrivere l’intensità e lo stato della circolazione polare invernale. Un vortice polare intenso è generalmente associato a geopotenziali relativamente bassi sulle alte latitudini e a forti venti occidentali circumpolari; al contrario, un aumento del geopotenziale polare è indicativo di un vortice più caldo e generalmente più debole. La scelta di gennaio-febbraio permette inoltre di esaminare la risposta del vortice dopo l’evoluzione delle anomalie pacifiche considerate nel periodo novembre-gennaio, risultando coerente con i tempi attraverso i quali la propagazione delle onde planetarie troposferiche può influenzare la stratosfera durante l’inverno boreale.
La componente metodologica centrale dello studio consiste però nella separazione esplicita della variabilità temporale in tre bande: interannuale, decadale e multidecadale. Prima di procedere al filtraggio, le serie degli indici NPSST e SPV vengono standardizzate. La standardizzazione permette di esprimere le anomalie rispetto alla variabilità tipica di ciascuna serie e facilita quindi l’interpretazione statistica dei segnali senza attribuire un peso eccessivo alle differenze nelle unità fisiche o nelle ampiezze assolute iniziali.
Successivamente viene applicato un filtro di Lanczos, una metodologia introdotta in meteorologia da Duchon nel 1979. Il filtro di Lanczos appartiene alla famiglia dei filtri numerici utilizzati per separare componenti di una serie temporale in funzione della frequenza. Una delle sue caratteristiche principali è l’impiego di fattori correttivi che riducono le oscillazioni spurie tipicamente generate in prossimità della frequenza di taglio, il cosiddetto fenomeno di Gibbs. Per questo motivo il filtraggio di Lanczos è divenuto uno strumento ampiamente utilizzato nell’analisi delle serie meteorologiche e climatiche quando si vuole distinguere la variabilità ad alta frequenza dalle componenti più lente.
La separazione delle scale avviene in due fasi. L’analisi dello spettro di potenza dell’indice mostra la presenza di un massimo attorno a 20–25 anni. Sulla base di questa caratteristica, gli autori applicano inizialmente una soglia di 25 anni per isolare la componente multidecadale, che comprende la variabilità con periodi superiori a circa 25 anni. La scelta non deve essere interpretata come l’affermazione che esista un’oscillazione perfettamente periodica di 25 anni. In un sistema climatico complesso e non lineare, i massimi spettrali rappresentano generalmente intervalli preferenziali di variabilità e possono cambiare ampiezza, fase e persistenza nel corso del tempo. La letteratura sulla variabilità del Pacifico settentrionale ha comunque individuato in precedenza componenti quasi-periodiche attorno ai vent’anni, insieme a segnali ancora più lenti, confermando che la banda identificata dagli autori è compatibile con caratteristiche già riconosciute nella variabilità delle SST del bacino.
Gli autori precisano che lo scopo della soglia a 25 anni è preservare il massimo statisticamente significativo presente attorno ai vent’anni e che l’impiego di valori di cutoff leggermente differenti, purché superiori a circa vent’anni, produce risultati qualitativamente simili. Questa verifica di sensibilità è metodologicamente importante perché dimostra che l’inversione delle teleconnessioni identificata nello studio non dipende in modo artificiale da un unico valore arbitrario del filtro.
Dopo aver estratto la componente multidecadale, viene applicata una seconda soglia di 10 anni al segnale rimanente. In questo modo la variabilità compresa approssimativamente tra 10 e 25 anni viene definita componente decadale, mentre la componente interannuale viene ottenuta come residuo, cioè come parte della serie che rimane dopo la rimozione delle due bande più lente. Si ottengono quindi tre serie che rappresentano rispettivamente le oscillazioni relativamente rapide, quelle decadali e quelle multidecadali. È questa decomposizione che permette allo studio di affrontare direttamente la domanda scientifica centrale: verificare se la relazione tra le SST del Pacifico settentrionale e il vortice polare mantenga lo stesso segno e la stessa struttura spaziale indipendentemente dalla frequenza oppure se processi differenti dominino a scale temporali differenti.
Alle estremità delle serie viene utilizzato un padding per riflessione. Nei filtri temporali, le regioni prossime all’inizio e alla fine della serie costituiscono infatti un problema perché il filtro richiede informazioni anche al di fuori dell’intervallo osservato. Riflettere la serie alle estremità consente di ridurre gli artefatti di bordo e di mantenere invariata la lunghezza della serie temporale filtrata. Questa scelta è particolarmente importante nel caso della componente multidecadale, poiché perdere molti anni alle estremità significherebbe ridurre ulteriormente un campione già relativamente breve.
Una volta ottenuti i tre indici filtrati, gli autori costruiscono mappe di regressione utilizzando i campi atmosferici non filtrati del periodo 1940–2020. In pratica, per ciascun punto geografico viene valutata la relazione tra le anomalie atmosferiche e l’evoluzione temporale della componente interannuale, decadale o multidecadale dell’indice pacifico. Le mappe risultanti permettono di identificare non soltanto dove esiste una covariabilità, ma soprattutto se le strutture atmosferiche associate alle diverse scale temporali possiedono configurazioni spaziali differenti. Questa procedura è essenziale per riconoscere, per esempio, se una componente produce un treno d’onda assimilabile al Tropical Northern Hemisphere pattern mentre un’altra si proietta maggiormente sul Pacific North American pattern.
Gli indici filtrati non vengono nuovamente standardizzati dopo la separazione nelle tre bande. Tale decisione è intenzionale. La quantità di varianza contenuta nella componente interannuale è naturalmente molto diversa da quella contenuta nella componente multidecadale e, soprattutto, il numero di oscillazioni indipendenti disponibili nelle tre bande non è comparabile. Standardizzare nuovamente ciascuna componente potrebbe facilitare un confronto numerico diretto delle ampiezze delle regressioni, ma rischierebbe anche di suggerire una precisione che il campionamento multidecadale non permette realmente. L’obiettivo dichiarato dagli autori non è stabilire quale delle tre componenti produca quantitativamente l’anomalia più intensa, bensì confrontarne la struttura spaziale e il segno delle teleconnessioni.
Questo punto è particolarmente importante nel valutare i risultati dello studio. Con circa ottant’anni di dati atmosferici è possibile campionare numerosi eventi interannuali, ma soltanto poche oscillazioni multidecadali. L’incertezza associata alle ampiezze dei coefficienti della componente a bassa frequenza è quindi necessariamente maggiore. L’interpretazione più robusta riguarda la coerenza della configurazione spaziale e la sua opposizione rispetto al segnale interannuale, piuttosto che una comparazione puntuale delle ampiezze assolute.
Un ulteriore elemento centrale riguarda l’autocorrelazione delle serie temporali. Le osservazioni climatiche non costituiscono generalmente una successione di campioni statisticamente indipendenti. Un anno caldo, per esempio, può essere più facilmente seguito da un altro anno relativamente caldo a causa della memoria termica dell’oceano, e questa persistenza aumenta fortemente quando vengono considerate componenti filtrate a bassa frequenza. Trattare ogni anno come un’osservazione indipendente porterebbe quindi a sovrastimare il numero effettivo di gradi di libertà e, di conseguenza, la significatività statistica delle correlazioni.
Per affrontare questo problema, Palmeiro e collaboratori utilizzano un test t di Student a due code nel quale il numero dei gradi di libertà effettivi viene modificato in funzione dell’autocorrelazione delle serie ai differenti ritardi temporali, seguendo l’approccio discusso da Pyper e Peterman. Questi autori hanno mostrato come l’autocorrelazione possa alterare profondamente l’inferenza statistica nelle analisi di correlazione e come la correzione dei gradi di libertà permetta di ottenere stime più realistiche della probabilità di falsi positivi. Il principio è particolarmente importante per i segnali a bassa frequenza: se una serie multidecadale varia lentamente, due anni consecutivi contengono in larga parte la stessa informazione climatica e non possono quindi essere considerati equivalenti a due osservazioni indipendenti.
La forte autocorrelazione della componente multidecadale rappresenta quindi una delle principali limitazioni statistiche dello studio. Sebbene il periodo 1940–2020 possa sembrare lungo in termini meteorologici, ottant’anni costituiscono in realtà un campione ridotto quando si analizzano oscillazioni di venti o trent’anni. Una serie di questa lunghezza comprende infatti soltanto poche realizzazioni complete di una modalità multidecadale. Ne deriva una riduzione sostanziale dei gradi di libertà effettivi e quindi della potenza statistica disponibile per identificare le relazioni. Gli stessi autori richiamano esplicitamente questa limitazione, sottolineando che l’autocorrelazione aumenta alle brevi lag per la componente multidecadale.
La significatività viene valutata al livello del 10%. In climatologia, una soglia del 10% può essere utilizzata negli studi esplorativi o nei casi in cui il numero effettivo di osservazioni indipendenti è particolarmente limitato, ma richiede un’interpretazione prudente. Un livello di significatività del 10% implica infatti una soglia meno restrittiva rispetto al tradizionale 5%. Per questo motivo i pattern individuati non dovrebbero essere valutati esclusivamente sulla presenza di singoli punti griglia statisticamente significativi, ma anche sulla loro coerenza spaziale, sulla corrispondenza con strutture dinamicamente plausibili e sulla robustezza rispetto a definizioni alternative degli indici.
Questa precauzione è coerente con le osservazioni di Wilks sul problema della significatività nei campi climatici. Quando un test viene applicato simultaneamente a centinaia o migliaia di punti di una mappa, alcuni di essi possono superare una soglia statistica semplicemente per caso, anche se nessuna relazione fisica reale è presente. La significatività locale non equivale quindi necessariamente alla significatività dell’intero pattern spaziale. Wilks ha sottolineato la necessità di evitare una sovrainterpretazione della stippling, cioè della marcatura dei singoli punti statisticamente significativi, e di considerare la natura multipla e spazialmente correlata dei test climatici. Nel caso del lavoro di Palmeiro e collaboratori, questo significa che il valore scientifico dei risultati deriva soprattutto dalla struttura fisicamente coerente delle anomalie e dalla loro differenza sistematica fra le tre bande temporali, piuttosto che dalla significatività isolata di singoli punti.
Nel complesso, il disegno metodologico dello studio risponde direttamente alla questione scientifica posta nell’introduzione. Invece di trattare la PDO o le anomalie del Pacifico settentrionale come un unico fenomeno indipendente dalla frequenza, gli autori scompongono la variabilità delle SST nelle sue componenti temporali e verificano separatamente la loro relazione con la circolazione atmosferica. È un approccio concettualmente importante perché riconosce che una struttura spaziale simile delle SST non implica necessariamente la stessa origine fisica. Un pattern PDO-like alle scale interannuali può essere principalmente il risultato del ponte atmosferico associato all’ENSO, mentre una configurazione analoga alle scale multidecadali può riflettere maggiormente la dinamica della Kuroshio-Oyashio Extension e la memoria oceanica extratropicale.
La combinazione tra EOF e filtraggio temporale consente quindi di separare due aspetti che spesso vengono confusi: la struttura spaziale della variabilità e la scala temporale alla quale essa opera. L’EOF identifica il pattern dominante nel Pacifico settentrionale, mentre il filtro di Lanczos permette di chiedersi se le componenti lenta e rapida di quello stesso indice siano dinamicamente equivalenti. Questo approccio risulta particolarmente appropriato alla luce delle critiche rivolte all’interpretazione fisica automatica delle EOF: invece di identificare la prima componente principale con un singolo modo dinamico, gli autori verificano esplicitamente se essa contenga processi distinti a frequenze differenti.
La scelta di utilizzare campi atmosferici non filtrati nelle regressioni completa questa strategia. Gli indici filtrati identificano infatti la scala temporale del forcing o della covariabilità pacifica che si desidera isolare, mentre i campi atmosferici completi permettono di osservare quale configurazione della circolazione risulti statisticamente associata a ciascuna componente. Ciò consente di confrontare direttamente l’organizzazione spaziale del segnale atmosferico e di verificare se le differenze emergano nel Pacifico, sul Nord America, nella regione nord-atlantica e nella stratosfera polare.
Naturalmente, come in ogni studio basato su regressioni e rianalisi, questa metodologia individua principalmente relazioni di covariabilità e non costituisce da sola una dimostrazione definitiva della causalità. Una regressione tra SST e circolazione atmosferica non permette automaticamente di stabilire se l’oceano abbia forzato l’atmosfera, se l’atmosfera abbia generato l’anomalia oceanica oppure se entrambe rispondano a un terzo processo. Questa distinzione è particolarmente importante nel Pacifico settentrionale, dove alle scale interannuali l’atmosfera associata all’ENSO può forzare le SST extratropicali, mentre alle scale più lunghe la memoria oceanica e la dinamica della Kuroshio-Oyashio Extension possono acquisire un ruolo più attivo. La successiva analisi dei flussi turbolenti di calore e delle strutture atmosferiche serve proprio a fornire elementi fisici aggiuntivi per interpretare la direzione possibile di tali interazioni.
In definitiva, la metodologia adottata da Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano costituisce il fondamento dell’intero risultato dello studio. La disponibilità combinata di ERA5 e HadISST permette di esaminare un intervallo climatico sufficientemente lungo; il detrending limita la contaminazione dovuta alle tendenze di lungo periodo; l’analisi EOF identifica il principale pattern delle SST del Pacifico settentrionale; l’indice stratosferico descrive lo stato del vortice polare durante il cuore e la seconda parte dell’inverno; il filtraggio di Lanczos separa la variabilità interannuale, decadale e multidecadale; le regressioni ricostruiscono le differenti strutture atmosferiche associate a ciascuna frequenza; infine, la correzione dei gradi di libertà tiene conto della persistenza temporale dei segnali climatici.
Questa impostazione permette soprattutto di evitare uno degli errori interpretativi più importanti nello studio della variabilità pacifica: assumere che tutte le anomalie associate a un indice PDO-like rappresentino la stessa dinamica climatica. Separando le frequenze, gli autori possono verificare se uno stesso pattern apparente delle SST nasconda in realtà meccanismi differenti e persino teleconnessioni di segno opposto. È precisamente questa distinzione metodologica che consente, nelle successive sezioni dello studio, di mostrare che alle scale interannuali e decadali il segnale del Pacifico settentrionale conserva una forte impronta dell’ENSO e si associa a un vortice polare relativamente più debole, mentre alle frequenze multidecadali emerge una configurazione maggiormente collegata alla Kuroshio-Oyashio Extension e associata a una risposta stratosferica di segno opposto. La sezione metodologica non costituisce pertanto un semplice passaggio tecnico, ma rappresenta la chiave interpretativa necessaria per comprendere perché la relazione tra Pacifico settentrionale, vortice polare e Nord Atlantico possa cambiare radicalmente quando cambia la scala temporale considerata.
Figura 1. Dipendenza dalla scala temporale della relazione tra temperature superficiali del Pacifico settentrionale e vortice polare stratosferico
La Figura 1 costituisce uno dei passaggi concettualmente più importanti dello studio di Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano, poiché mostra in maniera immediata come la relazione tra la variabilità delle temperature superficiali del Pacifico settentrionale e il vortice polare stratosferico non possa essere interpretata attraverso un’unica configurazione climatica indipendente dalla scala temporale. Separando il segnale oceanico e stratosferico nelle componenti interannuale, decadale e multidecadale, emerge infatti che strutture delle SST superficialmente simili alla fase positiva della Pacific Decadal Oscillation possono essere associate a dinamiche atmosferiche profondamente differenti e, soprattutto, a risposte di segno opposto del vortice polare. Tale risultato rappresenta uno sviluppo significativo rispetto alla tradizionale interpretazione della PDO come semplice oscillazione decadale delle SST del Pacifico settentrionale e si inserisce nella visione più moderna secondo cui la PDO costituisce la manifestazione statistica della sovrapposizione di processi tropicali, extratropicali, atmosferici e oceanici che operano su differenti frequenze temporali. Newman et al. hanno infatti sottolineato come la PDO non debba essere considerata un singolo oscillatore fisico, ma il risultato combinato della forzante tropicale associata all’ENSO, della variabilità atmosferica locale, della memoria termica dell’oceano e della dinamica a bassa frequenza del sistema Kuroshio–Oyashio.
I tre pannelli superiori della Figura 1, indicati con a, b e c, mostrano le regressioni delle anomalie della temperatura superficiale del mare di novembre-gennaio sulle componenti multidecadale, decadale e interannuale dell’indice NPSST, derivato dalla prima componente principale dell’analisi EOF condotta sul Pacifico settentrionale. In tutte e tre le bande temporali compare una caratteristica fondamentale: anomalie negative delle SST occupano una parte considerevole del Pacifico settentrionale centrale, mentre anomalie positive interessano regioni più orientali. Questa struttura richiama chiaramente la fase positiva della PDO. Tuttavia, osservando il resto del bacino, le differenze tra le tre frequenze diventano sostanziali. Gli stessi autori sottolineano che, mentre tutti i pattern possiedono una somiglianza PDO-like nel Pacifico extratropicale, le componenti decadale e soprattutto interannuale presentano anomalie calde molto più pronunciate nel Pacifico tropicale, assumendo una configurazione simile a quella canonica di El Niño.
Il pannello c è quello nel quale questa connessione appare nella forma più evidente. Alle scale interannuali, la fascia equatoriale del Pacifico centrale e orientale mostra estese anomalie positive delle SST, mentre il Pacifico settentrionale centrale presenta anomalie negative. Tale configurazione rappresenta una manifestazione classica del cosiddetto “ponte atmosferico” dell’ENSO: le anomalie termiche del Pacifico tropicale modificano la convezione equatoriale, alterano la circolazione di Walker e la distribuzione del riscaldamento diabatico e generano una risposta atmosferica che si propaga verso le medie latitudini attraverso onde di Rossby. Le modificazioni della depressione delle Aleutine, dei venti superficiali, dell’evaporazione e dei flussi di calore producono successivamente anomalie delle SST nel Pacifico settentrionale. Il lavoro classico di Alexander et al. ha mostrato che questo ponte atmosferico collega in maniera robusta ENSO alle anomalie oceaniche extratropicali e che una parte significativa della variabilità delle SST del Pacifico settentrionale, anche a frequenze relativamente basse, può essere ricondotta alla forzante tropicale.
Questo aspetto è essenziale per interpretare correttamente la Figura 1. La presenza di acque fredde nel Pacifico settentrionale centrale durante la componente interannuale non significa necessariamente che sia l’oceano extratropicale a forzare l’atmosfera. Al contrario, in questa banda temporale una parte sostanziale dell’anomalia delle SST può rappresentare la risposta oceanica alla teleconnessione atmosferica prodotta dall’ENSO. Il Pacifico settentrionale è dunque, almeno in parte, il terminale di una catena causale iniziata ai tropici. Questo spiega perché la componente interannuale del NPSST mostri un’elevata somiglianza con El Niño e perché il lavoro originale riporti una correlazione pari a circa 0,47 tra la serie NPSST non filtrata e l’indice Niño 3.4. La variabilità completa del Pacifico settentrionale, se non separata in funzione della frequenza, risulta infatti fortemente dominata dalla firma dell’ENSO.
Il pannello b, relativo alla variabilità decadale compresa approssimativamente tra 10 e 25 anni, conserva molte delle caratteristiche presenti nel pannello interannuale. Anche in questo caso compaiono anomalie fredde nel Pacifico settentrionale e un segnale caldo nel Pacifico tropicale. Tale somiglianza conduce gli autori a interpretare almeno una parte della componente decadale non come un modo completamente indipendente della dinamica oceanica extratropicale, ma come una componente a bassa frequenza della variabilità associata all’ENSO. Il sistema ENSO non è infatti confinato esclusivamente alle oscillazioni di pochi anni: la sua ampiezza, frequenza, localizzazione longitudinale e relazione con lo stato medio del Pacifico possono essere modulate su scale più lunghe. Nel lavoro di Palmeiro et al., questa continuità dinamica tra componente interannuale e decadale diventa ancora più evidente quando vengono analizzate le teleconnessioni atmosferiche, che mostrano configurazioni molto simili nelle due bande.
Il pannello a, invece, introduce un cambiamento qualitativo. Sebbene la struttura del Pacifico settentrionale mantenga un aspetto PDO-like, il segnale tropicale risulta nettamente meno dominante, mentre le anomalie extratropicali acquistano maggiore rilevanza, in particolare nel settore occidentale del bacino e nella regione della Kuroshio–Oyashio Extension. È in quest’area che la componente multidecadale si distingue più chiaramente dalle componenti decadale e interannuale. La Kuroshio Extension è una delle regioni dinamicamente più attive dell’oceano globale: variazioni della posizione e dell’intensità del getto oceanico, delle strutture frontali, dell’attività vorticosa e del contenuto termico dell’oceano superiore possono produrre anomalie persistenti delle SST e dei flussi di calore verso l’atmosfera. Studi ad alta risoluzione hanno documentato una marcata variabilità decadale della corrente e del sistema frontale Kuroshio–Oyashio, con transizioni tra stati differenti associate alla propagazione di anomalie oceaniche e alla risposta alle variazioni della forzante del vento su scala di bacino.
Questa distinzione è determinante perché suggerisce una diversa direzione dell’interazione oceano-atmosfera. Alle frequenze interannuali è prevalentemente l’atmosfera, attraverso l’ENSO e la modifica dei flussi superficiali, a imprimere parte del segnale alle SST extratropicali. Alle frequenze multidecadali, invece, la memoria dinamica dell’oceano e la variabilità della Kuroshio–Oyashio Extension possono assumere un ruolo più autonomo. La capacità delle correnti occidentali e delle loro estensioni di immagazzinare e trasportare anomalie del contenuto termico rappresenta infatti una delle principali sorgenti della memoria climatica su scale decadali. Tale memoria permette alle anomalie oceaniche di persistere molto più a lungo delle perturbazioni atmosferiche che possono averle inizialmente generate e rende plausibile una successiva retroazione dell’oceano sulla circolazione atmosferica.
L’importanza di questa separazione diventa ancora più evidente osservando i pannelli d, e ed f, nei quali vengono mostrate le regressioni delle SST sulle corrispondenti componenti temporali dell’indice del vortice polare stratosferico. È necessario ricordare che nello studio l’indice SPV è costruito utilizzando l’altezza geopotenziale zonalmente media a 10 hPa tra 55° e 80°N. Di conseguenza, anomalie negative del geopotenziale alle alte latitudini sono generalmente associate a una depressione della superficie isobarica e a un vortice più freddo e intenso, mentre anomalie positive tendono a corrispondere a una stratosfera polare più calda e a un vortice relativamente più debole. Il confronto fra questi pannelli e quelli superiori consente quindi di comprendere se le diverse configurazioni delle SST risultino correlate con un rafforzamento oppure con un indebolimento della circolazione polare.
Il risultato più evidente si trova nella componente multidecadale. Le serie temporali multidecadali del NPSST e dell’indice stratosferico risultano anticorrelate e le strutture delle SST dei pannelli a e d sono quindi simili nella configurazione generale, ma approssimativamente opposte nel segno. Questo significa che la fase multidecadale caratterizzata da anomalie fredde nel Pacifico settentrionale centrale, ossia il segno positivo dell’indice NPSST così definito dagli autori, è statisticamente associata a valori del geopotenziale polare compatibili con un vortice stratosferico più intenso. È proprio questa relazione a rappresentare l’inversione fondamentale rispetto al comportamento osservato alle scale più brevi.
Il risultato è coerente, almeno qualitativamente, con precedenti studi che avevano già individuato un collegamento tra Pacific Decadal Oscillation e vortice artico stratosferico. Hu e Guan, utilizzando rianalisi e simulazioni numeriche, trovarono che sulle scale decadali la fase positiva della PDO, caratterizzata da raffreddamento del Pacifico settentrionale centrale, risultava associata a un rafforzamento del vortice artico stratosferico; la relazione appariva differente da quella presente alle frequenze subdecadali. Il lavoro di Palmeiro et al. modifica però in modo importante questa interpretazione: separando ulteriormente la banda decadale da quella multidecadale, mostra che l’inversione più netta del segnale emerge in realtà alle frequenze più lente, intorno ai 20–25 anni e oltre, mentre la componente decadale conserva maggiori somiglianze con quella interannuale.
Un’altra importante conferma proviene da Seabrook et al., che hanno evidenziato effetti opposti della variabilità pacifica interannuale e decadale sull’extratropico. In quelle simulazioni, El Niño tendeva a indebolire il vortice polare, mentre la variabilità decadale pacifica positiva produceva una risposta orientata verso un vortice più intenso. Gli autori proposero un possibile ruolo del vapore acqueo stratosferico: un aumento del contenuto di vapore acqueo potrebbe intensificare il raffreddamento radiativo della stratosfera polare, aumentare il gradiente meridionale di temperatura e quindi rafforzare la corrente occidentale stratosferica. Questo meccanismo non viene tuttavia considerato una spiegazione definitiva e lo stesso studio sottolinea che le vie dinamiche che collegano la variabilità pacifica a quella stratosferica rimangono complesse.
La Figura 1 di Palmeiro et al. aggiunge un tassello ulteriore perché suggerisce che il vero problema non sia semplicemente distinguere “ENSO” da “PDO”, ma comprendere quale componente dinamica della variabilità pacifica venga isolata a una determinata frequenza. La PDO tradizionale incorpora infatti processi con scale molto differenti. Se una serie non filtrata viene utilizzata per costruire compositi o regressioni, il forte segnale ENSO può sovrapporsi alla componente oceanica extratropicale più lenta, producendo una media che non corrisponde pienamente a nessuno dei due meccanismi. Newman et al. hanno sottolineato proprio questa natura composita della PDO: strutture SST molto simili possono derivare dal ponte atmosferico dell’ENSO, dalla risposta locale al forcing atmosferico, dalla memoria termica dell’oceano o dalla variabilità della Kuroshio–Oyashio. La Figura 1 fornisce un esempio concreto delle conseguenze atmosferiche di tale sovrapposizione.
Il comportamento della componente interannuale deve inoltre essere interpretato alla luce dell’ampia letteratura sulle teleconnessioni ENSO-stratosfera. La revisione di Domeisen, Garfinkel e Butler ha mostrato come gli eventi El Niño siano mediamente associati a un aumento della propagazione verticale delle onde planetarie alle medie e alte latitudini, a un rafforzamento della circolazione di Brewer–Dobson e a un riscaldamento della stratosfera polare accompagnato da un indebolimento del vortice. La risposta di La Niña tende spesso, ma non sempre, verso il segno opposto. Tale quadro fornisce il riferimento dinamico necessario per interpretare la componente interannuale della Figura 1: la configurazione ENSO-like delle SST del pannello c appartiene a un regime nel quale il percorso tropicale-troposferico-stratosferico è ben documentato.
È però molto importante non dedurre dal pannello f che l’ENSO determini direttamente tutta la variabilità interannuale del vortice polare. Lo stesso studio sottolinea che la proiezione delle SST sulla componente interannuale dell’indice SPV è relativamente debole rispetto a quella ottenuta proiettando le SST sull’indice NPSST. Gli autori interpretano questa differenza come un’indicazione del fatto che ENSO non rappresenti il principale determinante dell’intera variabilità interannuale del vortice stratosferico. Questa precisazione è fondamentale. L’esistenza di una risposta media del vortice a El Niño non implica che ENSO controlli la maggior parte delle fluttuazioni stratosferiche da un inverno all’altro. La stratosfera possiede infatti una forte variabilità interna, alimentata dalla propagazione irregolare delle onde planetarie, e può essere influenzata contemporaneamente dalla QBO, dalla variabilità troposferica, dall’attività ondulatoria nord-pacifica, dalla copertura nevosa, dall’ENSO stesso e da altre sorgenti di forzante.
In questo contesto, lo studio di Hurwitz, Newman e Garfinkel ha dimostrato attraverso esperimenti modellistici che le SST del Pacifico settentrionale possono modificare la circolazione troposferica e la propagazione delle onde verso la stratosfera. Nei loro esperimenti, SST relativamente basse nel Pacifico settentrionale favorivano una configurazione troposferica in grado di aumentare la probabilità di un forte disturbo stratosferico e gli inverni caratterizzati da SST basse presentavano un numero maggiore di sudden stratospheric warmings rispetto agli esperimenti con SST elevate. Questo tipo di risultato evidenzia quanto il segno della risposta dipenda dal modo in cui una determinata anomalia oceanica modifica la depressione delle Aleutine e le condizioni di propagazione delle onde planetarie. La Figura 1 mostra tuttavia che la relazione non è invariabile e che, quando si passa alle frequenze multidecadali, entrano probabilmente in gioco strutture atmosferiche e meccanismi di interazione differenti.
Il pannello e riveste da questo punto di vista una funzione intermedia molto interessante. Il pattern delle SST associato alla componente decadale del vortice ricorda maggiormente un Central Pacific El Niño, mentre la componente decadale dell’indice NPSST conserva una struttura simile a quella interannuale ma con anomalie tropicali occidentali e centrali meno pronunciate. Ciò rafforza l’interpretazione secondo cui la variabilità decadale isolata nello studio appartenga almeno in parte allo spettro a bassa frequenza dell’ENSO e non rappresenti semplicemente la stessa dinamica della componente multidecadale attenuata nel tempo. La separazione a 25 anni diventa quindi fisicamente significativa: al di sopra di quella scala emerge un regime differente, mentre tra 10 e 25 anni rimane una forte continuità con il comportamento dell’ENSO.
Questa conclusione permette inoltre di comprendere perché studi precedenti, utilizzando indici PDO non filtrati, abbiano talvolta prodotto risultati contrastanti. Se un indice contiene contemporaneamente una componente ENSO-like che tende a indebolire il vortice e una componente multidecadale associata a un suo rafforzamento, il segnale finale dipenderà dal periodo selezionato, dal peso relativo delle frequenze, dalla fase della variabilità multidecadale e dalla lunghezza della serie osservativa. Una relazione può quindi apparire robusta durante alcuni decenni e debole o di segno differente in altri, senza che ciò implichi necessariamente un cambiamento improvviso delle leggi dinamiche del sistema. Potrebbe semplicemente cambiare la componente della variabilità pacifica che domina il campione statistico.
Il pannello g della Figura 1 rende visivamente evidente proprio questa sovrapposizione delle scale. La linea grigia rappresenta la PC1 completa delle SST del Pacifico settentrionale, nella quale variazioni rapide di grande ampiezza si sovrappongono a oscillazioni molto più lente. La linea rossa rappresenta la componente interannuale, dominata da rapidi cambiamenti di segno, mentre l’area blu mostra la componente multidecadale, caratterizzata da lunghi periodi positivi e negativi che persistono per molti anni. L’area marrone rappresenta invece la componente multidecadale dell’indice SPV. Il confronto tra le aree blu e marroni evidenzia la loro anticorrelazione: alle fasi positive della componente multidecadale NPSST tendono a corrispondere fasi dell’indice geopotenziale stratosferico di segno opposto, coerenti con un vortice più intenso.
La lettura del pannello g impone però anche una forte cautela statistica. Nel corso dell’intero XX secolo sono disponibili numerose oscillazioni interannuali, ma soltanto poche grandi transizioni multidecadali. Quando l’analisi atmosferica viene limitata al periodo 1940–2020, il numero di realizzazioni realmente indipendenti della componente più lenta diventa ancora più ridotto. È per questo motivo che gli autori correggono i gradi di libertà in funzione dell’autocorrelazione delle serie e adottano una soglia di significatività del 10%. Le zone puntinate delle mappe devono dunque essere lette tenendo conto del limitato campionamento delle basse frequenze. La maggiore importanza della Figura 1 non risiede tanto nella significatività di ciascun singolo punto geografico, quanto nella coerenza spaziale delle configurazioni e nell’opposizione sistematica fra i regimi interannuale e multidecadale.
Anche il concetto di causalità richiede prudenza. Una regressione tra SST e indice del vortice identifica covariabilità, non dimostra automaticamente che le SST siano la causa diretta della variazione stratosferica. Nel regime interannuale, per esempio, le SST fredde del Pacifico settentrionale possono essere in gran parte conseguenza della circolazione atmosferica prodotta dall’ENSO tropicale. Nella componente multidecadale, invece, la struttura centrata maggiormente sulla Kuroshio–Oyashio Extension e i risultati sui flussi turbolenti di calore presentati successivamente dagli autori suggeriscono un ruolo oceanico più attivo, ma neppure questo costituisce da solo una dimostrazione causale definitiva. La relazione oceano-atmosfera nel Pacifico è bidirezionale e dipendente dalla frequenza.
La Figura 1 deve quindi essere interpretata come il primo passo di una catena argomentativa che sarà sviluppata nelle figure successive. Essa stabilisce che esistono almeno due regimi fondamentali di covariabilità. Nel primo, dominante alle scale interannuali e ancora riconoscibile nella banda decadale, la variabilità tropicale dell’ENSO produce attraverso il ponte atmosferico una configurazione PDO-like nel Pacifico settentrionale; questa teleconnessione si collega al noto percorso ENSO-stratosfera e tende, in media, a essere associata a un vortice polare più debole. Nel secondo regime, che emerge alle scale multidecadali, le anomalie sono maggiormente concentrate nel Pacifico nord-occidentale e nella regione della Kuroshio–Oyashio Extension, mentre la relazione con il vortice cambia segno e la fase positiva dell’indice NPSST risulta associata a un vortice più intenso.
Dal punto di vista dinamico, questa opposizione implica che non è sufficiente conoscere la distribuzione delle SST per prevedere la risposta stratosferica. È necessario comprendere perché quelle SST hanno assunto una determinata configurazione. Una stessa anomalia fredda nel Pacifico settentrionale può essere il risultato di un forcing atmosferico tropicale relativamente rapido oppure dell’evoluzione lenta della circolazione oceanica extratropicale. Nei due casi cambiano la struttura della depressione delle Aleutine, la posizione e l’intensità del getto pacifico, il percorso delle onde di Rossby e la loro capacità di propagarsi verticalmente nella stratosfera. Il fatto che due mappe delle SST possano assomigliarsi non implica quindi che il sistema atmosferico “veda” le due anomalie nello stesso modo.
Questa conclusione possiede implicazioni anche per la prevedibilità climatica. Gli indici PDO utilizzati nelle previsioni stagionali o decadali non dovrebbero essere interpretati isolatamente senza considerare la distribuzione tropicale delle SST, la struttura della Kuroshio–Oyashio Extension e la frequenza temporale dominante. Se il segnale osservato appartiene alla componente interannuale, la teleconnessione ENSO e il relativo percorso attraverso la propagazione delle onde verso la stratosfera possono risultare particolarmente importanti. Se invece le anomalie sono parte di un regime persistente multidecadale, la stessa configurazione superficiale può essere associata a una risposta del vortice opposta. Ciò può contribuire a spiegare perché le relazioni statistiche tra Pacifico, vortice polare, NAO e clima europeo appaiano talvolta non stazionarie nelle serie storiche.
Nel complesso, la Figura 1 fornisce dunque una dimostrazione visiva molto efficace del concetto centrale dello studio: la teleconnessione tra Pacifico settentrionale e vortice polare stratosferico è frequency-dependent, cioè dipende dalla scala temporale. La PDO-like pattern non rappresenta un’identità dinamica unica; alle frequenze interannuali e decadali contiene una forte componente legata all’ENSO, mentre alle frequenze multidecadali emerge un ruolo più importante della variabilità oceanica extratropicale. Questa distinzione produce conseguenze di segno opposto nella stratosfera: il regime ENSO-like tende a essere associato a un vortice più debole, coerentemente con la letteratura sulle teleconnessioni ENSO-stratosfera, mentre il regime multidecadale è correlato a un vortice più forte.
La principale lezione scientifica che emerge dalla figura è quindi che le anomalie oceaniche non possono essere interpretate esclusivamente attraverso la loro geometria superficiale. La loro origine, durata e scala temporale sono altrettanto importanti della loro distribuzione geografica. Una SST fredda nel Pacifico settentrionale dovuta a El Niño non è dinamicamente equivalente a una SST fredda persistente legata alla variabilità multidecadale della Kuroshio–Oyashio Extension. Solo separando questi processi diventa possibile comprendere perché il Pacifico possa, in condizioni differenti, favorire sia l’indebolimento sia il rafforzamento del vortice polare stratosferico. È precisamente questa separazione che prepara l’interpretazione delle successive analisi dello studio, nelle quali gli autori dimostrano che anche i treni d’onda troposferici, la struttura verticale della risposta atmosferica e gli effetti finali sulla regione Nord Atlantico-Europea assumono configurazioni opposte alle scale interannuali e multidecadali.
3. Risultati
I risultati ottenuti da Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano delineano un quadro nel quale la relazione tra Pacifico settentrionale, vortice polare stratosferico e settore Nord Atlantico-Europeo non può essere considerata indipendente dalla scala temporale. Il risultato centrale dello studio consiste infatti nell’identificazione di due regimi di covariabilità sostanzialmente differenti: uno dominante alle scale interannuali e, in parte, decadali, fortemente connesso alla variabilità tropicale dell’ENSO; l’altro emergente alle scale multidecadali, maggiormente concentrato nel Pacifico settentrionale occidentale e nella regione della Kuroshio–Oyashio Extension. Pur producendo nel Pacifico extratropicale configurazioni delle temperature superficiali del mare apparentemente simili alla tradizionale Pacific Decadal Oscillation, questi due regimi generano teleconnessioni atmosferiche differenti e, soprattutto, risposte di segno opposto del vortice polare stratosferico e della circolazione Nord Atlantico-Europea. Questo risultato rafforza la concezione moderna della PDO non come un unico oscillatore fisico, ma come un pattern statistico nel quale possono sovrapporsi processi oceanici e atmosferici con origine e frequenza diverse.
Le regressioni delle anomalie della temperatura superficiale del mare sulla componente multidecadale dell’indice NPSST mostrano una configurazione caratterizzata da anomalie fredde nel Pacifico settentrionale centrale e occidentale e anomalie relativamente calde lungo la costa occidentale nordamericana, ricordando la fase positiva della PDO. La stessa struttura dipolare rimane riconoscibile nelle componenti decadale e interannuale, ma in queste ultime compare un riscaldamento molto più marcato del Pacifico tropicale centrale e orientale. È precisamente questa differenza che permette di distinguere l’origine dinamica dei segnali. Alle scale interannuali, e in misura ancora significativa alle scale decadali, il pattern extratropicale sembra inserirsi nel più ampio sistema di teleconnessioni prodotto dall’ENSO; alle scale multidecadali, al contrario, il segnale tropicale si attenua mentre acquista maggiore importanza il Pacifico settentrionale extratropicale. Nell’analisi degli autori, la serie non filtrata risulta infatti fortemente influenzata dalla variabilità tropicale e presenta una correlazione di 0,47 con l’indice Niño 3.4, mostrando quanto facilmente un’analisi condotta senza separazione delle frequenze possa essere dominata dalla firma dell’ENSO.
Questa interpretazione è coerente con il concetto di “ponte atmosferico” sviluppato nella letteratura sulle teleconnessioni ENSO. Alexander et al. mostrarono che le anomalie delle SST del Pacifico tropicale associate a El Niño e La Niña alterano la convezione tropicale e la circolazione atmosferica, producendo cambiamenti nei venti, nei flussi di calore e nello stato dell’oceano in vaste regioni extratropicali. Una parte rilevante della variabilità a bassa frequenza delle SST del Pacifico settentrionale può quindi essere collegata indirettamente al forcing tropicale, senza richiedere l’esistenza di un oscillatore decadale autonomo. La risposta oceanica extratropicale all’ENSO non rappresenta pertanto un dettaglio secondario, ma costituisce uno dei processi attraverso i quali un pattern PDO-like può emergere anche alle frequenze relativamente basse.
Nello studio di Palmeiro e collaboratori la componente decadale occupa una posizione particolarmente interessante. La sua configurazione delle SST presenta ancora caratteristiche molto simili alla componente interannuale, sebbene le anomalie tropicali centrali e occidentali siano meno intense. Anche la teleconnessione atmosferica risultante mostra una notevole affinità con quella interannuale. Gli autori interpretano pertanto la componente decadale principalmente come una manifestazione a bassa frequenza della risposta extratropicale all’ENSO, piuttosto che come una versione indebolita della dinamica multidecadale. Ciò è coerente con una vasta letteratura secondo cui l’ENSO stesso presenta importanti modulazioni su scale decadali, sia nella sua ampiezza sia nella frequenza degli eventi e nella localizzazione longitudinale delle anomalie tropicali. La distinzione realmente decisiva sembra quindi emergere non semplicemente tra “interannuale” e “decadale”, ma tra il complesso interannuale-decadale prevalentemente ENSO-like e il regime multidecadale, che appare caratterizzato da una diversa origine e da una diversa struttura della teleconnessione.
Quando la variabilità del vortice polare stratosferico viene analizzata utilizzando l’indice SPV, questa distinzione diventa ancora più evidente. La componente multidecadale dell’indice del vortice risulta anticorrelata con la corrispondente componente NPSST. Di conseguenza, le configurazioni delle SST associate ai due indici presentano strutture simili ma segni opposti. In termini dinamici, ciò significa che la fase positiva del regime multidecadale delle SST del Pacifico settentrionale, caratterizzata dal raffreddamento del settore centrale e occidentale del bacino, è associata a un rafforzamento del vortice polare stratosferico. Al contrario, la fase positiva del regime interannuale, che presenta la tipica firma di El Niño nel Pacifico tropicale e anomalie fredde extratropicali, è associata a un indebolimento del vortice. È questo cambio di segno a costituire uno dei risultati più rilevanti dell’intero studio.
La risposta interannuale è coerente con la ben documentata teleconnessione ENSO-stratosfera. La revisione di Domeisen, Garfinkel e Butler mostra che El Niño tende mediamente a favorire una maggiore propagazione verticale delle onde planetarie nella stratosfera extratropicale, un rafforzamento della circolazione di Brewer–Dobson e un riscaldamento della stratosfera polare accompagnato da un indebolimento del vortice. Gli effetti di La Niña sono spesso di segno opposto, sebbene meno robusti e soggetti a non linearità e alla forte variabilità interna della stratosfera. È fondamentale sottolineare che l’ENSO non controlla interamente la variabilità interannuale del vortice: la stessa Figura 1 dello studio mostra infatti che la firma ENSO associata direttamente all’indice SPV è considerevolmente più debole rispetto alla proiezione ottenuta utilizzando l’indice NPSST. La stratosfera boreale rimane un sistema altamente variabile, nel quale il forcing dell’ENSO rappresenta una modulazione probabilistica e non una causa deterministica dello stato del vortice.
Il risultato multidecadale appare invece coerente con una serie di lavori che avevano già suggerito che la variabilità pacifica a bassa frequenza potesse esercitare sul vortice un effetto opposto a quello dell’ENSO interannuale. Seabrook et al., utilizzando esperimenti modellistici e rianalisi, hanno trovato evidenze di un rafforzamento del vortice associato alla variabilità decadale positiva del Pacifico, in contrasto con l’indebolimento medio prodotto da El Niño. In quello studio è stato proposto un meccanismo basato sull’accumulo di vapore acqueo nella stratosfera, capace di favorire un maggiore raffreddamento radiativo delle regioni polari, aumentare il gradiente meridionale di temperatura e rafforzare il getto stratosferico. Palmeiro e collaboratori osservano tuttavia che tale spiegazione non sembra adattarsi completamente ai loro risultati, perché il riscaldamento della Tropical Tropopause Layer nel Pacifico occidentale, necessario per il meccanismo suggerito, risulta evidente soprattutto alla scala interannuale e non alle frequenze multidecadali alle quali avviene effettivamente l’inversione del segno del vortice. La causa fisica dell’opposizione rimane quindi ancora parzialmente aperta.
Una spiegazione complementare emerge dall’analisi della struttura tridimensionale della teleconnessione atmosferica mostrata nella Figura 2. Alle scale multidecadali, la fase positiva dell’indice NPSST è accompagnata da un vortice polare più intenso, mentre alle scale interannuali e decadali si osserva una risposta opposta. La divergenza tra i due regimi è già riconoscibile nella troposfera. In entrambi i casi la depressione delle Aleutine tende a intensificarsi in corrispondenza delle anomalie fredde del Pacifico settentrionale e si sviluppa un’anomalia anticiclonica sul Nord America. Tuttavia, la geometria del treno d’onda differisce significativamente. Nel caso interannuale, l’alta pressione nordamericana si estende molto più verso est e la configurazione ricorda il Tropical Northern Hemisphere pattern, coerentemente con un treno di onde di Rossby generato dalla forzante tropicale dell’ENSO. Nel caso multidecadale, invece, il pattern presenta una maggiore somiglianza con una configurazione PNA-like e rimane più confinato alle latitudini subpolari.
Questa differenza può essere interpretata alla luce della teoria classica della propagazione delle onde planetarie. Hoskins e Karoly mostrarono che le caratteristiche spaziali della risposta atmosferica dipendono fortemente dalla latitudine e dalla struttura della sorgente termica: una forzante tropicale o subtropicale può generare onde relativamente lunghe capaci di propagarsi efficacemente verso latitudini elevate, mentre sorgenti extratropicali possono produrre strutture con caratteristiche spaziali differenti e maggiore confinamento. Nel caso dell’ENSO, l’anomalo riscaldamento convettivo tropicale genera una risposta di tipo Matsuno–Gill nella fascia equatoriale e costituisce una sorgente per le onde di Rossby che si estendono nel Pacifico settentrionale e sul continente nordamericano. Nello studio di Palmeiro et al., questa origine tropicale si manifesta proprio nella maggiore lunghezza d’onda del segnale interannuale e nella sua capacità di raggiungere il Canada orientale e successivamente il Nord Atlantico.
È tuttavia importante non identificare rigidamente il pattern PNA con una sola origine fisica. Straus e Shukla hanno mostrato che l’ENSO può forzare specifiche strutture extratropicali che non coincidono semplicemente con una modifica della probabilità del PNA interno. Nello studio qui analizzato, la definizione “PNA-like” indica soprattutto che il segnale multidecadale possiede una struttura geografica affine al PNA e una maggiore componente extratropicale rispetto al treno d’onda interannuale di origine tropicale. Questa distinzione è importante perché suggerisce che l’atmosfera non reagisca soltanto alla forma delle anomalie delle SST, ma anche alla loro collocazione geografica, alla sorgente di riscaldamento e alla struttura del flusso atmosferico di fondo.
Il confronto della parte terminale dei due treni d’onda è particolarmente significativo per comprendere il collegamento con il Nord Atlantico. Nel regime multidecadale, il terzo centro negativo raggiunge la massima intensità già in prossimità della Groenlandia meridionale; nel caso interannuale, invece, il segnale si estende più chiaramente verso il bacino nord-atlantico. La componente settentrionale del treno d’onda si colloca inoltre vicino alla base del vortice stratosferico e presenta anomalie di segno opposto nella regione del Mare del Labrador. Queste differenze nella struttura troposferica possono modificare le condizioni attraverso le quali le onde planetarie interagiscono con la bassa stratosfera e contribuire alla risposta opposta osservata nel vortice. In questo senso, l’inversione del segno non richiede necessariamente che una medesima onda produca effetti opposti a frequenze differenti: può riflettere l’esistenza di due treni d’onda dinamicamente diversi, generati da sorgenti differenti. È proprio questa interpretazione che gli autori pongono al centro della discussione dei risultati.
L’analisi della temperatura a 100 hPa introduce un ulteriore elemento. In entrambi i regimi viene osservato un ampio raffreddamento sul Pacifico tropicale centrale, coerente con la risposta alla circolazione tropicale, ma soltanto la componente interannuale mostra un riscaldamento significativo nella regione climatologicamente più fredda della Tropical Tropopause Layer sopra l’Indonesia. Questa differenza è importante perché la temperatura della TTL controlla in parte la quantità di vapore acqueo che può entrare nella stratosfera. Il fatto che tale segnale sia più evidente nella componente interannuale complica l’ipotesi secondo cui il cambiamento di segno del vortice alle scale multidecadali possa essere spiegato principalmente da un progressivo accumulo di vapore acqueo stratosferico. Gli autori non escludono il ruolo dei processi radiativi, ma i risultati sembrano favorire l’idea che la differente configurazione delle teleconnessioni troposferiche e della propagazione ondulatoria svolga un ruolo centrale.
Un secondo risultato fondamentale deriva dall’analisi delle interazioni aria-mare mostrata nella Figura 3. Le anomalie del flusso turbolento di calore, definito come somma dei flussi latente e sensibile e considerato positivo verso il basso, permettono di ottenere indicazioni sulla direzione prevalente dello scambio energetico tra oceano e atmosfera. Alle scale interannuali, le SST più fredde del Pacifico settentrionale sono concentrate soprattutto a est della linea del cambio di data. I flussi turbolenti presentano la configurazione tipica degli inverni di El Niño: l’atmosfera anomala favorisce un rilascio di calore dall’oceano verso l’aria extratropicale, con anomalie negative del THF secondo la convenzione adottata nello studio, contribuendo al raffreddamento della superficie marina. Il massimo del segnale compare in dicembre-gennaio e si attenua successivamente in gennaio-febbraio. Questa evoluzione è compatibile con l’interpretazione classica del ponte atmosferico dell’ENSO, nel quale la circolazione atmosferica è inizialmente responsabile di gran parte delle anomalie oceaniche extratropicali.
Alle scale multidecadali emerge invece un comportamento profondamente differente. Le anomalie fredde delle SST si estendono maggiormente a ovest della linea del cambio di data e raggiungono il massimo al largo dell’Asia orientale, nella regione della Kuroshio–Oyashio Extension. Proprio in quest’area compaiono anomalie positive del flusso turbolento di calore, cioè un trasferimento energetico netto dall’atmosfera verso l’oceano secondo la convenzione utilizzata dagli autori. In dicembre-gennaio, pertanto, l’oceano anormalmente freddo assorbe calore dall’atmosfera; ancora più significativo è il fatto che in gennaio-febbraio la superficie oceanica rimanga altrettanto fredda o persino più fredda, continuando contemporaneamente ad assorbire calore dall’aria sovrastante. Se fosse l’atmosfera a produrre direttamente il raffreddamento oceanico, ci si attenderebbe invece un flusso energetico capace di rimuovere calore dalla superficie marina. La persistenza dell’anomalia fredda nonostante un flusso che tende a riscaldare l’oceano costituisce quindi un indizio a favore di un contributo dinamico oceanico.
Questo risultato trova un importante sostegno nella letteratura sulla Kuroshio Extension. Taguchi et al. hanno mostrato, mediante osservazioni e simulazioni oceaniche eddy-resolving, che la regione a est del Giappone presenta una marcata variabilità a bassa frequenza, legata sia alle variazioni su scala di bacino della forzante del vento sia a processi oceanici intrinseci concentrati lungo il fronte della Kuroshio Extension. Le anomalie generate nel Pacifico orientale possono propagarsi verso ovest sotto forma di onde di Rossby barocline e, raggiungendo il settore occidentale, modificare posizione e intensità del getto della Kuroshio Extension. Studi sull’accoppiamento oceano-atmosfera hanno inoltre mostrato che proprio nella regione della Kuroshio Extension si osservano alcune delle più intense variazioni sia della circolazione oceanica sia dello scambio termico aria-mare del Pacifico settentrionale.
La variabilità della Kuroshio e dell’Oyashio non deve quindi essere considerata una semplice risposta passiva alla meteorologia sovrastante. Taguchi e collaboratori hanno documentato variazioni decadali della posizione e dell’intensità dei fronti, mentre studi più recenti hanno confermato il ruolo dei processi advettivi e delle variazioni dei trasporti di calore nel determinare le anomalie termiche a bassa frequenza della Oyashio Extension. Ciò non significa che l’oceano costituisca necessariamente la causa primaria della teleconnessione multidecadale identificata da Palmeiro et al.; gli stessi autori sottolineano che la significatività statistica delle anomalie THF è limitata e che il pattern potrebbe rappresentare una retroazione delle SST piuttosto che una vera forzante iniziale. Tuttavia, la persistenza delle anomalie fredde nonostante un flusso di calore atmosferico diretto verso l’oceano è difficilmente conciliabile con una spiegazione esclusivamente atmosferica e rende plausibile un ruolo sostanziale della dinamica dell’oceano superiore. La letteratura sulla variabilità interdecadale sottolinea proprio l’importanza della memoria oceanica, delle onde di Rossby, dell’avvezione e dell’interazione tra forcing atmosferico stocastico e risposta dinamica dell’oceano.
Questo contrasto tra i due regimi può essere riassunto in termini di causalità prevalente. Nel caso interannuale, l’ENSO tropicale modifica l’atmosfera e quest’ultima produce una parte sostanziale delle anomalie SST extratropicali attraverso i flussi superficiali: l’oceano del Pacifico settentrionale funziona quindi in gran parte come risposta al forcing atmosferico. Nel caso multidecadale, le anomalie più intense sono collocate nella regione dove la dinamica oceanica interna è particolarmente vigorosa e il segno dei flussi turbolenti suggerisce che l’atmosfera stia reagendo almeno in parte a condizioni oceaniche persistenti. Si passa dunque da una situazione nella quale l’atmosfera tende a guidare la risposta extratropicale dell’oceano a una nella quale l’oceano potrebbe partecipare più attivamente alla generazione o al mantenimento del segnale atmosferico. Questa distinzione rappresenta una possibile chiave fisica per comprendere perché le teleconnessioni risultino così diverse alle due scale temporali.
Il ruolo della Kuroshio–Oyashio Extension risulta particolarmente interessante anche alla luce dello studio di Benassi et al. sulla modulazione della teleconnessione El Niño–Europa. Quegli esperimenti indicano che la fase negativa della PDO può amplificare la risposta di El Niño nel settore Nord Atlantico-Europeo attraverso un aumento del gradiente meridionale delle SST e una modifica dei flussi turbolenti di calore lungo la Kuroshio–Oyashio Extension. Il conseguente indebolimento del getto del Pacifico settentrionale può favorire una propagazione più poleward dell’attività ondulatoria e intensificare il treno d’onda forzato dall’ENSO. Ciò dimostra che la regione frontale del Pacifico nord-occidentale può svolgere non soltanto un ruolo nella variabilità locale, ma anche modulare l’efficienza con cui un segnale tropicale viene trasmesso verso il Nord Atlantico e l’Europa.
La fase finale della catena di teleconnessione viene illustrata dalla risposta superficiale nel settore Nord Atlantico-Europeo mostrata nella Figura 4. Qui l’opposizione tra il regime multidecadale e quello interannuale diventa particolarmente evidente. Nel caso multidecadale compaiono anomalie negative dell’altezza geopotenziale alle latitudini subpolari e anomalie positive alle medie latitudini. Il segnale interannuale presenta invece anomalie positive in prossimità dell’Islanda e negative alle medie latitudini. Sebbene tali configurazioni non debbano essere identificate rigidamente con una fase ideale della NAO, la loro opposizione mostra chiaramente che le due modalità pacifiche influenzano il settore nord-atlantico in direzioni differenti. La risposta è coerente sia con il diverso treno d’onda troposferico sia con il segno opposto del vortice polare stratosferico.
Questo risultato si inserisce in un quadro scientifico nel quale la teleconnessione ENSO-Nord Atlantico è considerata il prodotto dell’interazione tra un percorso troposferico e uno stratosferico. Mezzina e collaboratori hanno mostrato che durante il tardo inverno la risposta ENSO nel settore NAE assume frequentemente una struttura dipolare simile alla NAO, sebbene essa non coincida necessariamente con la semplice eccitazione del modo NAO interno. Ayarzagüena et al. hanno inoltre dimostrato che l’impatto europeo di El Niño può variare sensibilmente su scala interdecadale e che il percorso attraverso la stratosfera tende a essere più attivo nei periodi nei quali il segnale europeo è più intenso. I risultati di Palmeiro et al. offrono una possibile chiave aggiuntiva per comprendere tale non stazionarietà: la variabilità multidecadale del Pacifico settentrionale può produrre una risposta atmosferica di segno opposto a quella interannuale e quindi amplificare, attenuare o mascherare il segnale ENSO osservato sul Nord Atlantico.
Le conseguenze non si limitano al geopotenziale. Nella Figura 4 anche le precipitazioni presentano anomalie largamente opposte tra la componente multidecadale e quella interannuale nel settore NAE, coerentemente con la riorganizzazione della circolazione e delle traiettorie delle perturbazioni. Differenze particolarmente marcate emergono inoltre nelle temperature superficiali, con segnali opposti nelle regioni del Labrador e della Groenlandia e sull’Eurasia settentrionale. Questi risultati sono climaticamente rilevanti perché dimostrano che due configurazioni apparentemente simili nel Pacifico settentrionale possono produrre risposte completamente differenti a migliaia di chilometri di distanza. La conoscenza del semplice segno della PDO non è dunque sufficiente per dedurre la probabile risposta europea: è indispensabile conoscere la scala temporale dominante e la natura fisica del segnale oceanico.
Un risultato metodologicamente molto significativo emerge quando gli autori utilizzano la serie NPSST completa, senza filtraggio. In questo caso la risposta superficiale del settore Nord Atlantico-Europeo assomiglia maggiormente a quella interannuale, ma presenta un’ampiezza più debole. Ciò avviene perché il segnale multidecadale, di segno opposto, viene sovrapposto alla componente interannuale e ne attenua l’espressione nella regressione complessiva. Questo è un esempio concreto di masking, cioè di mascheramento statistico: due teleconnessioni fisicamente differenti e opposte vengono combinate all’interno di un unico indice e il risultato finale può apparire debole anche quando ciascuna componente, considerata separatamente, presenta una struttura coerente.
Tale risultato ha implicazioni importanti anche per l’interpretazione della letteratura precedente. Studi basati su periodi relativamente brevi o su indici PDO non filtrati possono campionare in misura diversa la componente interannuale e quella multidecadale, ottenendo quindi correlazioni differenti tra Pacifico, vortice polare e Nord Atlantico. Ciò potrebbe contribuire a spiegare perché la relazione tra PDO e vortice sia stata descritta in alcuni lavori come variabile nel tempo e perché le teleconnessioni ENSO-Europee mostrino una marcata non stazionarietà. Hu e Guan avevano già evidenziato una differenza tra il comportamento del vortice alle scale subdecadali e decadali, mentre Seabrook et al. avevano fornito ulteriori evidenze modellistiche di impatti opposti della variabilità pacifica interannuale e a bassa frequenza. Il nuovo contributo dello studio di Palmeiro et al. consiste nel mostrare che l’inversione più netta appare soprattutto nella componente multidecadale, mentre la banda decadale rimane sorprendentemente simile alla risposta interannuale ENSO-like.
I risultati invitano pertanto a una certa prudenza nell’utilizzo degli indici climatici. Definire un determinato inverno o periodo come caratterizzato da PDO positiva o negativa non specifica necessariamente quale meccanismo stia operando. La stessa struttura delle SST può derivare dalla risposta extratropicale a El Niño, dalla memoria termica dell’oceano, dalla propagazione di anomalie dinamiche attraverso il Pacifico settentrionale o da variazioni persistenti della Kuroshio Extension. Come sottolineato dalla revisione di Newman et al., la PDO rappresenta una combinazione di processi e non un semplice oscillatore decadale autonomo. Separare il segnale in funzione della frequenza permette quindi di avvicinarsi maggiormente alla distinzione dei meccanismi fisici sottostanti.
È altrettanto importante evitare una lettura deterministica dei risultati. Le regressioni utilizzate nello studio descrivono covariabilità e non costituiscono una prova definitiva della causalità. Inoltre, il campione disponibile per la componente multidecadale è necessariamente ridotto: circa ottant’anni di dati atmosferici contengono soltanto poche oscillazioni complete di un segnale con periodo caratteristico superiore a vent’anni. La forte autocorrelazione riduce ulteriormente il numero effettivo di gradi di libertà, motivo per cui gli autori adottano un livello di significatività del 10% e sottolineano la necessità di interpretare con cautela soprattutto le anomalie dei flussi turbolenti di calore. Il valore dei risultati deriva quindi non dalla significatività di singoli punti, ma dalla coerenza complessiva tra pattern oceanici, treni d’onda troposferici, risposta stratosferica e segnale superficiale sul Nord Atlantico.
Nel complesso, la sezione dei risultati mostra dunque una catena dinamica coerente. Alle scale interannuali, El Niño imprime una forte firma tropicale alle SST, genera attraverso il riscaldamento convettivo un treno di onde di Rossby a grande scala, produce una configurazione extratropicale PDO-like, tende a favorire l’indebolimento del vortice polare e si associa nel settore Nord Atlantico-Europeo a una risposta superficiale di un determinato segno. Alle scale multidecadali, invece, la variabilità delle SST è maggiormente concentrata nella Kuroshio–Oyashio Extension, i flussi di calore suggeriscono un contributo più importante della dinamica oceanica, il treno d’onda assume una configurazione maggiormente PNA-like e resta più confinato alle latitudini subpolari, mentre il vortice polare si rafforza e la risposta NAE cambia sostanzialmente segno.
La rilevanza dello studio risiede quindi nel dimostrare che la scala temporale non rappresenta semplicemente un modo diverso di osservare lo stesso fenomeno, ma può identificare regimi fisici distinti. La somiglianza delle anomalie delle SST del Pacifico settentrionale non garantisce una medesima teleconnessione atmosferica, perché ciò che conta è anche il processo responsabile della loro origine e persistenza. Il Pacifico tropicale può generare rapidamente una risposta atmosferica capace di imprimere un pattern PDO-like all’oceano extratropicale; la Kuroshio–Oyashio Extension può invece conservare e riorganizzare anomalie su scale molto più lunghe, partecipando a una modalità di interazione aria-mare differente. Le conseguenze raggiungono la stratosfera e il Nord Atlantico, producendo risposte opposte che, se sovrapposte all’interno di un indice non filtrato, possono reciprocamente mascherarsi. Questa conclusione aiuta a comprendere perché le teleconnessioni Pacifico–vortice polare–Nord Atlantico possano apparire instabili nelle osservazioni e rappresenta un passaggio importante per migliorare l’interpretazione della variabilità climatica interannuale, decadale e multidecadale, nonché delle sue possibili implicazioni per la prevedibilità stagionale e decadale del clima europeo.
Figura 2. Struttura troposferica e stratosferica delle teleconnessioni associate alla variabilità multidecadale e interannuale del Pacifico settentrionale
La Figura 2 rappresenta uno dei passaggi dinamicamente più importanti dello studio di Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano, perché consente di osservare come la separazione della variabilità delle temperature superficiali del Pacifico settentrionale nelle componenti multidecadale e interannuale non produca semplicemente differenze quantitative nell’intensità della risposta atmosferica, ma conduca a due configurazioni tridimensionali profondamente differenti, fino a determinare un’inversione del segno della risposta del vortice polare stratosferico. La figura permette infatti di seguire la teleconnessione lungo quasi tutta la colonna atmosferica, dalla media troposfera, rappresentata dalle anomalie dell’altezza geopotenziale a 500 hPa, attraverso la troposfera superiore a 200 hPa e la regione della tropopausa a 100 hPa, fino alla media stratosfera a 50 e 10 hPa. La colonna di sinistra descrive la risposta associata alla componente multidecadale delle SST del Pacifico settentrionale, mentre quella di destra mostra il regime interannuale. La differenza fra le due colonne costituisce una dimostrazione particolarmente efficace del fatto che configurazioni oceaniche superficialmente PDO-like possono essere collegate a meccanismi di propagazione ondulatoria, strutture troposferiche e stati stratosferici sostanzialmente opposti.
Il risultato più immediatamente riconoscibile emerge nella parte superiore della figura. A 10 hPa, durante la fase positiva della componente multidecadale, domina una vasta anomalia negativa dell’altezza geopotenziale sulle alte latitudini artiche. La struttura, ampiamente coerente su gran parte della calotta polare, è indicativa di un vortice polare stratosferico più profondo e intenso. Nel caso interannuale compare invece un’anomalia di segno opposto: l’altezza geopotenziale aumenta fortemente sulla regione polare, configurazione associata a un vortice più caldo e debole. Palmeiro e collaboratori identificano esplicitamente questa inversione come uno dei risultati principali dello studio: la fase positiva del segnale multidecadale del Pacifico settentrionale corrisponde a un rafforzamento dello SPV, mentre quella interannuale, fortemente connessa alla variabilità ENSO, è associata al suo indebolimento.
Il medesimo contrasto persiste a 50 hPa. Sebbene l’ampiezza delle anomalie sia inferiore rispetto alla media stratosfera, la componente multidecadale mantiene una firma negativa alle alte latitudini, mentre quella interannuale conserva un’estesa anomalia positiva. Questo elemento è particolarmente significativo perché dimostra che la risposta non è confinata a un singolo livello stratosferico. La coerenza verticale fra 10 e 50 hPa indica invece una modificazione sostanziale della struttura del vortice. Nel regime multidecadale il vortice appare rafforzato lungo una porzione considerevole della colonna stratosferica; nel regime interannuale esso risulta sistematicamente più debole. La Figura 2 consente pertanto di interpretare il segnale individuato nella precedente Figura 1 non come una semplice correlazione statistica fra due indici, ma come una configurazione tridimensionale coerente della circolazione atmosferica.
Il comportamento interannuale è in accordo con una delle teleconnessioni stratosferiche dell’ENSO meglio documentate nella letteratura. La revisione di Domeisen, Garfinkel e Butler ha mostrato che gli eventi El Niño sono mediamente associati a un aumento della propagazione verticale dell’attività ondulatoria extratropicale, a un’intensificazione della circolazione di Brewer-Dobson e a un riscaldamento e indebolimento della stratosfera polare. La Niña tende frequentemente a produrre anomalie opposte, anche se il segnale è meno lineare e dipende fortemente dalla variabilità atmosferica interna, dalla QBO e dalle caratteristiche specifiche dell’evento ENSO. La firma positiva di geopotenziale osservata nei pannelli interannuali della Figura 2 si inserisce quindi nel comportamento medio atteso durante gli inverni El Niño.
È tuttavia essenziale non interpretare questa relazione in maniera deterministica. Uno studio di Palmeiro e collaboratori del 2023 dedicato specificamente all’influenza dell’ENSO sui sudden stratospheric warmings ha mostrato che l’ENSO sembra agire soprattutto modulando lo stato medio stagionale del vortice: El Niño favorisce mediamente un vortice più debole e maggiormente perturbato, mentre La Niña tende a produrre un vortice più intenso e stabile. Gli episodi di SSW, tuttavia, vengono in ultima analisi innescati da attività ondulatoria troposferica che possiede una forte componente interna, in particolare attraverso precursori eurasiatici. In altre parole, ENSO modifica il “terreno dinamico” sul quale le onde agiscono, ma non determina automaticamente l’insorgenza di un riscaldamento stratosferico improvviso. Questa distinzione è molto utile anche per leggere la Figura 2: il segnale interannuale descrive uno stato medio della circolazione favorevole a un vortice relativamente debole, non la certezza che ogni inverno con una configurazione ENSO-like evolva verso un disturbo stratosferico maggiore.
Il comportamento multidecadale è più problematico e, proprio per questo, scientificamente interessante. L’anomalia negativa di geopotenziale sulla regione polare indica un vortice più intenso in presenza della fase positiva dell’indice multidecadale, cioè in una situazione nella quale le SST del Pacifico settentrionale presentano comunque una struttura che, a prima vista, ricorda la PDO positiva. Ne deriva una conclusione fondamentale: la geometria superficiale delle SST non è sufficiente a determinare la risposta stratosferica. È necessario conoscere la scala temporale del segnale e il processo che ha generato quelle anomalie. Il lavoro originale attribuisce infatti alla componente multidecadale una maggiore connessione con la variabilità extratropicale del Pacifico e della Kuroshio-Oyashio Extension, mentre la componente interannuale è fortemente dominata dall’ENSO.
Per comprendere come si arrivi a due risposte stratosferiche opposte è necessario scendere nella troposfera. Nei pannelli a 500 hPa entrambe le componenti mostrano una depressione anomala nel Pacifico settentrionale, coerente con un’intensificazione della depressione delle Aleutine. Tuttavia, la configurazione atmosferica a valle cambia sensibilmente. Nel regime multidecadale l’anomalia anticiclonica sul Nord America rimane maggiormente concentrata sul settore occidentale del continente; nel caso interannuale si estende invece molto più verso est, raggiungendo il Canada orientale. Contemporaneamente, il centro negativo successivo del treno d’onda assume posizioni differenti: nella componente multidecadale raggiunge già un massimo in prossimità della Groenlandia meridionale, mentre nella componente interannuale si estende più chiaramente all’interno del bacino nord-atlantico.
Queste differenze diventano ancora più chiare a 200 hPa, dove è possibile osservare la struttura del treno d’onda nella troposfera superiore. Il regime interannuale presenta una marcata anomalia positiva nella fascia tropicale del Pacifico e una successione di centri alternati che si estende verso il Pacifico settentrionale, il Nord America e le alte latitudini. La configurazione è coerente con una risposta atmosferica originata dal riscaldamento convettivo tropicale associato all’ENSO. Il fondamento teorico di questa risposta risale ai lavori classici di Matsuno e Gill. Matsuno mostrò come l’atmosfera equatoriale possa sostenere specifiche strutture ondulatorie, comprendenti onde di Rossby equatoriali, mentre Gill sviluppò un modello analitico della risposta atmosferica al riscaldamento diabatico tropicale, evidenziando la forte asimmetria longitudinale della circolazione prodotta da sorgenti termiche localizzate.
Durante El Niño, le anomalie delle SST tropicali modificano la localizzazione e l’intensità della convezione profonda e quindi il rilascio di calore latente nell’alta troposfera. Questa perturbazione non rimane confinata ai tropici. Il cambiamento della divergenza nella troposfera superiore crea condizioni favorevoli alla generazione di onde di Rossby che possono propagarsi verso le medie e alte latitudini. La risposta osservata nel pannello interannuale a 200 hPa rappresenta quindi la manifestazione tridimensionale di una teleconnessione che nasce nel Pacifico tropicale e raggiunge progressivamente il Pacifico settentrionale e il Nord America.
La teoria di Hoskins e Karoly fornisce un quadro particolarmente utile per interpretare questa propagazione. Attraverso un modello baroclino su una sfera, gli autori dimostrarono che una sorgente termica posta alle basse latitudini può generare onde relativamente lunghe capaci di propagarsi fortemente sia verso est sia verso il polo, mentre componenti con lunghezza d’onda più breve tendono a essere maggiormente intrappolate dalle caratteristiche del getto atmosferico. La Figura 2 riproduce qualitativamente proprio questa distinzione: la componente interannuale di origine tropicale presenta un treno d’onda più esteso e raggiunge con maggiore efficacia il Canada orientale e il settore nord-atlantico, mentre la componente multidecadale mostra una struttura più compatta e maggiormente confinata alle latitudini subpolari.
Il regime multidecadale assume quindi caratteristiche più simili a una configurazione PNA-like, mentre quello interannuale ricorda maggiormente il Tropical/Northern Hemisphere pattern associato all’ENSO. Questa terminologia deve tuttavia essere utilizzata con una certa cautela. Il PNA non è un pattern che possa essere attribuito esclusivamente a una forzante oceanica extratropicale: esso rappresenta anche uno dei principali modi della variabilità atmosferica del settore Pacifico-Nord America. Straus e Shukla hanno inoltre mostrato che l’ENSO non agisce semplicemente aumentando o diminuendo la probabilità di un PNA preesistente, ma può forzare proprie configurazioni extratropicali distinte. Per questo motivo è più corretto affermare che il segnale multidecadale di Palmeiro et al. presenta una geometria PNA-like, mentre la risposta interannuale possiede una firma più direttamente riconducibile alla teleconnessione tropicale dell’ENSO.
Questo punto aiuta anche a comprendere perché le differenze fra i due regimi divengano progressivamente più marcate procedendo dal Pacifico verso il Nord America. Nel regime interannuale il centro anticiclonico nordamericano si estende significativamente verso est; nel regime multidecadale rimane invece maggiormente confinato al Canada occidentale. La posizione del centro d’azione sul continente è fondamentale perché determina il punto nel quale il treno d’onda entra nella regione Labrador-Groenlandia-Nord Atlantico. Una variazione apparentemente modesta di fase o di lunghezza d’onda sul Nord America può pertanto produrre una risposta molto diversa quando il segnale raggiunge il settore atlantico.
Il Mare del Labrador e la Groenlandia assumono in questo schema un ruolo particolarmente interessante. Gli autori mostrano che la componente settentrionale del treno d’onda presenta firme opposte in questa regione nei due regimi e si colloca in prossimità della parte inferiore del vortice polare. Questo suggerisce una possibile continuità verticale tra la diversa struttura della teleconnessione troposferica e la risposta stratosferica. Non significa necessariamente che la singola anomalia osservata sul Labrador “provochi” direttamente il rafforzamento o l’indebolimento del vortice; indica piuttosto che l’intera configurazione del flusso alle alte latitudini cambia in maniera tale da modificare le condizioni nelle quali le onde planetarie interagiscono con la stratosfera.
Il legame tra troposfera e stratosfera dipende infatti non soltanto dall’ampiezza delle anomalie, ma dalla loro interferenza con le onde planetarie climatologiche. Le onde di numero zonale 1 e 2 presenti nell’atmosfera invernale possono essere amplificate o indebolite dalla circolazione anomala. Quando l’interferenza è costruttiva, aumenta il flusso di attività ondulatoria verso la stratosfera e il vortice tende a essere maggiormente decelerato; quando l’interferenza è distruttiva, la propagazione verticale può diminuire e il vortice mantenersi più intenso. Studi recenti hanno mostrato quanto questo meccanismo sia delicato: un’analisi del 2024 sui bias dei modelli nella teleconnessione ENSO-vortice polare ha evidenziato che un modello può perfino riprodurre correttamente la risposta troposferica e l’interferenza con le onde climatologiche, senza necessariamente produrre una risposta stratosferica del segno osservato. Ciò sottolinea quanto la transizione dalla troposfera alla stratosfera sia più complessa di una semplice relazione lineare.
I pannelli della temperatura a 100 hPa aggiungono un ulteriore livello interpretativo. Entrambi i regimi presentano un raffreddamento sul Pacifico tropicale centrale, ma soltanto il segnale interannuale mostra chiaramente il riscaldamento associato all’ENSO nella regione della Tropical Tropopause Layer sopra l’Indonesia, oltre a un pronunciato riscaldamento della bassa stratosfera alle alte latitudini. Quest’ultimo è coerente con l’indebolimento del vortice osservato a 50 e 10 hPa. Il segnale tropicale assume invece importanza perché la TTL rappresenta il principale “collo di bottiglia termico” attraverso cui l’aria tropicale entra nella stratosfera.
Le temperature nella regione più fredda della tropopausa tropicale influenzano infatti la quantità di vapore acqueo che riesce a raggiungere la stratosfera. Questo aspetto è stato richiamato nello studio perché Seabrook e collaboratori avevano proposto un possibile meccanismo radiativo per spiegare le differenti risposte del vortice associate alla variabilità pacifica a bassa e alta frequenza. Tuttavia, i risultati di Palmeiro et al. mostrano che il riscaldamento della TTL indonesiana è particolarmente evidente nel segnale interannuale, mentre l’inversione più netta della risposta del vortice emerge alle frequenze multidecadali. Ciò rende improbabile che la sola modulazione del vapore acqueo stratosferico costituisca una spiegazione completa dell’opposizione fra i due regimi.
La diversità stessa dell’ENSO aggiunge un ulteriore elemento di complessità. Gli eventi El Niño non possiedono infatti una configurazione spaziale unica: possono presentare il massimo riscaldamento nel Pacifico orientale, nel Pacifico centrale o assumere strutture intermedie. Studi recenti hanno confermato che questa diversità modifica le caratteristiche dinamiche dell’ENSO e che la probabilità relativa dei differenti tipi di evento varia anche su scale decadali. Ne deriva che perfino all’interno della componente interannuale la struttura del treno d’onda e il modo in cui esso interagisce con il vortice possono cambiare da un evento all’altro. La Figura 2 deve quindi essere interpretata come una risposta statistica media e non come uno schema che necessariamente si ripete identico in ogni singolo inverno.
La distinzione fra le due teleconnessioni possiede importanti implicazioni anche per il collegamento con il Nord Atlantico e l’Europa. Nel regime interannuale, l’estensione più orientale dell’anomalia anticiclonica nordamericana e del successivo centro negativo facilita una propagazione del segnale all’interno dell’Atlantico. Nel regime multidecadale, la struttura si chiude più rapidamente verso Groenlandia e Labrador. Questa differenza costituisce il presupposto dinamico della risposta superficiale di segno opposto che gli autori mostreranno nella Figura 4.
La letteratura sulla teleconnessione ENSO-Nord Atlantico ha da tempo evidenziato la coesistenza di due percorsi principali: uno prevalentemente troposferico, associato alla propagazione diretta delle onde dal Pacifico verso il Nord America e l’Atlantico, e uno stratosferico, nel quale l’ENSO modifica il vortice polare e quest’ultimo influenza successivamente la circolazione troposferica. Mezzina e collaboratori hanno mostrato che in tardo inverno la risposta ENSO nel settore Nord Atlantico-Europeo può assumere una configurazione dipolare simile alla NAO, pur non essendo semplicemente equivalente alla normale variabilità interna della NAO. Ayarzagüena e collaboratori hanno inoltre evidenziato che la forza della risposta europea a El Niño varia su scale interdecadali e che, nei periodi nei quali la risposta europea risulta più intensa, il percorso stratosferico tende a essere maggiormente attivo.
La Figura 2 fornisce una possibile spiegazione fisica di almeno una parte di questa non stazionarietà. Se la variabilità multidecadale del Pacifico settentrionale produce un treno d’onda e uno stato del vortice di segno opposto a quello associato alla componente interannuale ENSO-like, la sovrapposizione delle due modalità può rafforzare oppure attenuare il segnale che raggiunge il Nord Atlantico in un determinato periodo storico. La teleconnessione ENSO-Europa potrebbe quindi apparire più forte in alcuni decenni e più debole in altri non soltanto perché l’ENSO cambia intensità, ma anche perché lo stato a bassa frequenza del Pacifico altera il contesto dinamico attraverso il quale il segnale deve propagarsi.
È qui che la stratosfera può diventare particolarmente importante. Il lavoro classico di Baldwin e Dunkerton dimostrò che forti anomalie del vortice possono propagarsi verso la bassa stratosfera e precedere cambiamenti persistenti della circolazione troposferica, modificando la distribuzione probabilistica dell’Arctic Oscillation, della NAO e delle storm tracks per diverse settimane. Questo non significa che un vortice debole produca automaticamente una NAO negativa o che un vortice forte conduca inevitabilmente a una NAO positiva. Significa piuttosto che la stratosfera possiede una memoria maggiore rispetto alla troposfera e può modificare le probabilità dei regimi atmosferici superficiali.
Nel contesto della Figura 2, l’interessante conseguenza è che i due regimi pacifici non differiscono soltanto nella teleconnessione troposferica diretta, ma preparano anche stati stratosferici opposti. La componente interannuale produce una configurazione favorevole a un vortice più debole, mentre quella multidecadale è associata a un vortice più intenso. Quando queste anomalie stratosferiche interagiscono successivamente con la troposfera nord-atlantica, possono contribuire ad amplificare ulteriormente la differenza fra le risposte superficiali dei due regimi.
Il quadro diventa ancora più complesso considerando che la relazione ENSO-Nord Atlantico può essere modulata dalla QBO. Un lavoro di Ma e collaboratori ha mostrato che ENSO e QBO possono interagire in maniera non lineare: durante El Niño la teleconnessione QBO può assumere maggiormente un percorso subtropicale attraverso il getto, mentre durante La Niña il percorso polare associato alle modificazioni del vortice può assumere maggiore importanza. Ciò rafforza un principio generale importante: la risposta atmosferica osservata nella Figura 2 rappresenta la componente media associata alle SST del Pacifico, ma in natura essa viene modulata continuamente dallo stato preesistente della stratosfera e della troposfera.
In questo senso la figura non dovrebbe essere interpretata come una semplice sequenza causale “SST → treno d’onda → vortice”. Le regressioni identificano strutture di covariabilità e indicano meccanismi fisicamente plausibili, ma non possono da sole dimostrare il verso della causalità. Questa cautela è particolarmente necessaria nella componente multidecadale, dove il numero di oscillazioni indipendenti disponibile nel periodo 1940–2020 è limitato. La significatività statistica al 10%, evidenziata dalla puntinatura, deve pertanto essere interpretata insieme alla coerenza verticale e spaziale dei pattern, non come prova definitiva di un meccanismo causale.
Ciò non riduce tuttavia l’importanza della struttura osservata. La coerenza tra 500, 200, 100, 50 e 10 hPa mostra che le differenze tra i due regimi attraversano l’intera atmosfera. Nel caso interannuale, la firma tropicale dell’ENSO è riconoscibile a 200 hPa, il treno d’onda attraversa il Pacifico e il Nord America con una lunghezza d’onda relativamente ampia, raggiunge più efficacemente il Canada orientale e il Nord Atlantico e si associa nella stratosfera a geopotenziali positivi e a un vortice debole. Nel caso multidecadale, la risposta possiede una struttura più extratropicale e PNA-like, è maggiormente confinata alle latitudini subpolari e si associa a geopotenziali stratosferici negativi e a un vortice più forte.
La conseguenza concettuale è profonda. Una medesima regione del Pacifico settentrionale può mostrare anomalie della temperatura superficiale dello stesso segno senza che il sistema atmosferico risponda nello stesso modo. Nel regime interannuale quelle anomalie fanno parte di una teleconnessione dominata dalla forzante tropicale dell’ENSO; nel regime multidecadale appartengono a una struttura nella quale la dinamica extratropicale e, come mostrerà la successiva analisi dei flussi di calore, probabilmente anche la memoria dell’oceano svolgono un ruolo più importante. La diversa origine modifica la sorgente delle onde, la loro lunghezza, la traiettoria seguita attraverso il Nord America, l’interazione con il flusso atmosferico climatologico e infine lo stato del vortice polare.
Questa interpretazione aiuta anche a capire perché l’utilizzo di un unico indice PDO non filtrato possa risultare fuorviante. Se una componente tende statisticamente a indebolire il vortice e un’altra, molto più lenta, tende a rafforzarlo, la loro sovrapposizione può produrre una relazione apparentemente debole o instabile. In alcuni periodi storici potrebbe prevalere il segnale ENSO-like; in altri la componente multidecadale potrebbe compensarlo o modificarne sensibilmente la teleconnessione. La non stazionarietà osservata in diversi studi delle relazioni Pacifico-stratosfera-Nord Atlantico potrebbe quindi derivare almeno in parte dalla sovrapposizione di meccanismi fisici diversi piuttosto che da un semplice cambiamento casuale delle correlazioni.
Nel complesso, la Figura 2 fornisce quindi un supporto dinamico molto forte alla tesi centrale di Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano. La dipendenza dalla frequenza non rappresenta un dettaglio statistico, ma modifica la struttura tridimensionale della circolazione atmosferica. Alle scale interannuali domina una teleconnessione tropicale ENSO-like, caratterizzata dalla risposta convettiva del Pacifico, dalla generazione di onde di Rossby a lunga scala, dalla propagazione attraverso il Nord America e da un vortice polare mediamente più debole. Alle scale multidecadali emerge invece una configurazione maggiormente extratropicale, con una geometria PNA-like, un diverso percorso del treno d’onda e un vortice stratosferico più intenso.
La Figura 2 mostra dunque perché, nello studio delle teleconnessioni, non è sufficiente chiedersi quale sia il segno delle SST del Pacifico settentrionale: bisogna chiedersi a quale scala temporale appartengano, quale processo le abbia generate e quale struttura ondulatoria esse siano in grado di sostenere. È questa distinzione a trasformare due configurazioni oceaniche apparentemente simili in due risposte atmosferiche opposte e a fornire il collegamento dinamico necessario per comprendere, nelle figure successive, perché anche il clima superficiale del Nord Atlantico e dell’Europa possa reagire con segno diverso alla variabilità interannuale e multidecadale del Pacifico settentrionale.
Figura 3. Flussi turbolenti di calore e anomalie delle SST nel Pacifico settentrionale alle scale multidecadali e interannuali
La Figura 3 rappresenta un passaggio fondamentale nell’interpretazione fisica dei risultati di Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano, perché consente di andare oltre la semplice identificazione delle anomalie della temperatura superficiale del mare e di interrogarsi sulla natura dell’accoppiamento tra oceano e atmosfera che le accompagna. Dopo aver mostrato, nelle Figure 1 e 2, che la variabilità interannuale e quella multidecadale del Pacifico settentrionale possono produrre strutture troposferiche differenti e risposte addirittura opposte del vortice polare stratosferico, gli autori utilizzano i flussi turbolenti di calore per cercare di comprendere se le anomalie oceaniche che caratterizzano i due regimi possano avere origini dinamiche differenti. Questa distinzione è cruciale, perché la presenza di SST anormalmente fredde o calde non permette, da sola, di stabilire se sia stata l’atmosfera a generare l’anomalia oceanica oppure se sia l’oceano a mantenerla e, almeno in parte, a influenzare l’atmosfera sovrastante. È proprio la relazione tra SST e flussi di calore sensibile e latente a fornire indizi sulla direzione prevalente dell’interazione aria-mare.
Nella figura il turbulent heat flux, THF, rappresenta la somma del flusso di calore sensibile e di quello latente. La convenzione adottata nello studio stabilisce che valori positivi, rappresentati dalle tonalità arancioni, corrispondono a un trasferimento di energia dall’atmosfera verso l’oceano, mentre valori negativi, rappresentati dalle tonalità viola-blu, indicano un trasferimento di calore dall’oceano verso l’atmosfera. Le anomalie della SST sono invece indicate dai contorni neri. La colonna di sinistra mostra il regime multidecadale e quella di destra il regime interannuale; i pannelli superiori descrivono dicembre-gennaio e quelli inferiori gennaio-febbraio. Questa organizzazione consente di valutare anche l’evoluzione temporale dell’accoppiamento aria-mare nel corso dell’inverno, aspetto particolarmente importante perché la direzione e l’intensità degli scambi termici possono cambiare mentre l’anomalia oceanica si sviluppa, persiste o viene progressivamente smorzata.
Nel regime interannuale, mostrato nei pannelli di destra, le anomalie fredde più intense della superficie marina si concentrano prevalentemente nel Pacifico settentrionale centrale e orientale, soprattutto a est della linea internazionale del cambio di data. La struttura è quella attesa durante gli inverni caratterizzati da una forte influenza dell’ENSO e, in particolare, durante la risposta extratropicale a El Niño. Le anomalie negative del THF presenti in gran parte della stessa regione indicano che l’oceano sta rilasciando quantità anomale di calore verso l’atmosfera. Secondo la convenzione utilizzata dagli autori, ciò significa che il bilancio turbolento superficiale tende a sottrarre energia alla superficie oceanica, favorendo il raffreddamento delle SST. Il massimo di questa risposta si osserva in dicembre-gennaio, mentre in gennaio-febbraio il segnale tende a indebolirsi.
Questo comportamento è pienamente coerente con il classico concetto di “atmospheric bridge” dell’ENSO formulato e documentato da Alexander e collaboratori. Durante El Niño, il riscaldamento anomalo del Pacifico equatoriale modifica la convezione tropicale, le celle di Walker e Hadley e la propagazione delle onde di Rossby. La conseguente riorganizzazione della circolazione atmosferica raggiunge il Pacifico extratropicale, dove altera i venti superficiali, l’evaporazione, i flussi di calore, il rimescolamento dello strato superficiale e anche il trasporto di Ekman. In questo modo l’ENSO può generare anomalie delle SST nel Pacifico settentrionale senza che sia necessario ipotizzare che tali anomalie siano inizialmente forzanti autonome della circolazione atmosferica. Alexander et al. mostrarono inoltre che il ponte atmosferico dell’ENSO può influenzare non soltanto le SST su scala interannuale, ma anche la profondità dello strato mescolato, la salinità e una frazione significativa della variabilità a frequenza più bassa del Pacifico settentrionale.
La configurazione interannuale della Figura 3 deve quindi essere interpretata soprattutto come una situazione nella quale l’atmosfera svolge il ruolo dominante nella generazione iniziale dell’anomalia extratropicale. L’oceano perde calore in risposta alla circolazione anomala, la superficie si raffredda e il segnale SST che ne deriva costituisce almeno in parte una conseguenza del forcing atmosferico. Non si tratta naturalmente di un sistema unidirezionale: una volta formatesi, le anomalie delle SST possono retroagire sullo strato limite atmosferico, modificandone temperatura, stabilità e flussi superficiali. Tuttavia, alla scala interannuale rappresentata dalla figura, la firma complessiva risulta coerente con un forcing atmosferico ENSO-driven che precede e mantiene, almeno nella fase iniziale dell’inverno, il raffreddamento dell’oceano extratropicale.
La letteratura sulla variabilità interdecadale del Pacifico ha tuttavia mostrato che questa interpretazione non può essere trasferita automaticamente alle scale temporali più lunghe. Deser, Phillips e Hurrell hanno evidenziato che la variabilità invernale del Pacifico settentrionale presenta importanti connessioni con i tropici anche su scale interdecadali, ma hanno anche mostrato che la struttura e l’intensità relativa delle anomalie differiscono rispetto all’ENSO puramente interannuale. La variabilità a bassa frequenza del Pacifico deve quindi essere vista come il risultato della sovrapposizione tra segnali tropicali persistenti, forcing atmosferico stocastico, memoria oceanica e processi dinamici extratropicali. Questa complessità diventa particolarmente evidente nei pannelli multidecadali della Figura 3.
Nel regime multidecadale, infatti, la distribuzione delle SST cambia sensibilmente. Le anomalie negative non rimangono concentrate prevalentemente nel Pacifico centrale-orientale, ma si estendono molto più verso ovest e raggiungono la regione situata a est del Giappone, dove la Kuroshio Extension incontra le acque più fredde associate al sistema dell’Oyashio. In questa zona si osservano alcune delle anomalie più intense della figura. Il massimo raffreddamento localizzato nella Kuroshio-Oyashio Extension costituisce uno degli elementi che maggiormente distinguono la componente multidecadale da quella interannuale e suggerisce un maggiore coinvolgimento dei processi oceanici delle medie latitudini.
La Kuroshio Extension rappresenta una delle regioni oceanografiche più dinamiche del pianeta. La corrente del Kuroshio, dopo essersi separata dalla costa del Giappone, si estende verso est sotto forma di un intenso getto oceanico, caratterizzato da forti gradienti meridionali di temperatura, elevata energia cinetica vorticosa e notevoli fluttuazioni della posizione e dell’intensità della corrente. A nord si trovano acque molto più fredde associate all’Oyashio e alla regione subartica del Pacifico. La stretta vicinanza tra masse d’acqua con proprietà termiche così differenti crea una zona frontale nella quale modesti spostamenti geografici della corrente possono produrre grandi variazioni locali delle SST. La dinamica di questa regione possiede inoltre una memoria temporale molto maggiore rispetto alla troposfera, perché le anomalie oceaniche possono essere trasportate, accumulate e riorganizzate su scale da pluriennali a decadali. Qiu ha mostrato come la variabilità della Kuroshio Extension comprenda importanti cambiamenti della forza e della posizione del getto, collegati alla risposta oceanica a variazioni del forcing atmosferico su scala di bacino.
Gli studi successivi di Taguchi e collaboratori hanno fornito un sostegno particolarmente importante a questa interpretazione. Utilizzando osservazioni e una simulazione oceanica globale ad alta risoluzione capace di rappresentare esplicitamente i vortici di mesoscala, gli autori hanno mostrato che una parte considerevole della variabilità a bassa frequenza del Pacifico nord-occidentale rimane fortemente concentrata lungo il fronte della Kuroshio Extension. Le variazioni possono essere collegate alla propagazione verso ovest di anomalie oceaniche generate da cambiamenti del vento su scala di bacino, ma la risposta finale viene fortemente organizzata dalla struttura frontale e dalla dinamica del getto oceanico. In particolare, sono stati identificati spostamenti meridionali e variazioni quasi decadali dell’intensità della Kuroshio Extension, dimostrando come la regione possa trasformare un forcing atmosferico diffuso su grande scala in anomalie oceaniche molto più concentrate e persistenti.
Qiu e collaboratori hanno inoltre proposto un quadro di variabilità accoppiata nel quale le modificazioni della Kuroshio Extension e della SST possono retroagire sulla circolazione atmosferica. Nella regione compresa approssimativamente tra 32° e 38°N e tra il Giappone e la linea del cambio di data, sia la variabilità della circolazione oceanica sia quella dello scambio di calore aria-mare risultano particolarmente intense. Nel loro modello idealizzato, una parte della variabilità decadale della Kuroshio Extension nasce dall’interazione tra forcing atmosferico, propagazione delle onde barocline di Rossby attraverso il bacino e feedback delle SST sulla circolazione atmosferica. Il sistema non può quindi essere descritto semplicemente come un oceano passivo sottoposto a un’atmosfera dominante; alle frequenze decadali l’oceano accumula memoria e può contribuire a strutturare la variabilità accoppiata.
È proprio alla luce di questa letteratura che il segno dei flussi di calore osservati nella Figura 3 assume un significato particolarmente interessante. Nel regime multidecadale, lungo la Kuroshio-Oyashio Extension, compaiono anomalie positive del THF, soprattutto nei pressi del Giappone e intorno ai 40°N. Poiché il flusso positivo è definito verso il basso, queste anomalie indicano che l’atmosfera sta trasferendo calore all’oceano. In dicembre-gennaio l’oceano è quindi anormalmente freddo e, contemporaneamente, riceve un surplus di energia dall’atmosfera. Se il raffreddamento oceanico fosse causato principalmente e direttamente dai flussi atmosferici, ci si aspetterebbe invece che l’oceano perdesse calore verso l’atmosfera. L’osservazione del segno opposto suggerisce che il flusso superficiale stia agendo come una retroazione negativa, cercando di smorzare l’anomalia fredda già presente.
La situazione risulta ancora più significativa in gennaio-febbraio. Nonostante il trasferimento di calore dall’atmosfera verso l’oceano continui, le SST nella Kuroshio-Oyashio Extension rimangono anormalmente fredde e localmente possono risultare persino più fredde rispetto al periodo precedente. Ciò significa che l’apporto termico atmosferico non è sufficiente a cancellare l’anomalia. Per mantenere una superficie fredda mentre il bilancio turbolento tende a riscaldarla deve esistere una sorgente o un processo oceanico in grado di sostenere il deficit termico: trasporto orizzontale di acque più fredde, cambiamenti nella posizione del fronte, variazioni del trasporto di calore della corrente, rimescolamento verticale, variazioni della profondità dello strato mescolato oppure una combinazione di questi processi. Il risultato non identifica automaticamente quale di essi sia dominante, ma indica che il semplice forcing atmosferico locale non costituisce una spiegazione sufficiente.
Questo comportamento riflette un principio generale dell’interazione aria-mare extratropicale. Se una SST anomala viene generata inizialmente dall’oceano, l’atmosfera tende spesso a reagire in modo da ridurne l’ampiezza: sopra un’anomalia fredda, l’aria può cedere calore alla superficie; sopra un’anomalia calda, l’oceano tende a perdere più energia verso l’atmosfera. I flussi superficiali agiscono quindi come un damping termodinamico. Small e collaboratori, analizzando dataset osservativi ad alta risoluzione e modelli climatici, hanno mostrato che nelle regioni frontali delle medie latitudini la variabilità dei flussi turbolenti può essere significativamente controllata dalle variazioni delle SST generate dalla dinamica oceanica. Il comportamento differisce da quello di molte regioni tropicali e subtropicali, dove il vento e la variabilità atmosferica dominano maggiormente gli scambi di calore. Inoltre, modelli oceanici a risoluzione grossolana tendono a sottorappresentare questa componente di forcing oceanico, mentre configurazioni capaci di risolvere la mesoscala riproducono meglio il ruolo delle SST nelle zone frontali.
Questa evidenza è particolarmente rilevante per l’interpretazione della Figura 3, perché la Kuroshio-Oyashio Extension è precisamente una delle regioni nelle quali il tradizionale paradigma di un oceano passivo rispetto all’atmosfera risulta più problematico. Un’analisi osservativa dell’accoppiamento Nord Pacifico ha mostrato che, a est della linea del cambio di data, la variabilità delle SST dipende fortemente dalla temperatura atmosferica e quindi dal forcing dell’atmosfera; nella regione di confluenza ed estensione Kuroshio-Oyashio, invece, circa metà della variabilità delle SST risultava indipendente dalla variabilità della temperatura dell’aria e attribuibile a forcing interno dell’oceano. La distinzione geografica individuata in quello studio richiama molto da vicino il contrasto della Figura 3: componente interannuale dominante nel Pacifico centrale-orientale, maggiormente atmosphere-driven, e componente multidecadale intensificata nel Pacifico occidentale, dove la dinamica oceanica possiede maggiore autonomia.
Le osservazioni di Wills e collaboratori forniscono un’ulteriore conferma della complessità delle relazioni causali nella Kuroshio-Oyashio Extension. Gli autori identificarono due configurazioni atmosferiche distinte associate alle anomalie invernali delle SST della regione: una precedeva le anomalie oceaniche ed era coerente con un forcing atmosferico delle SST, mentre una seconda compariva successivamente e veniva interpretata come risposta dell’atmosfera alle anomalie oceaniche. Questa separazione temporale mostra che nella stessa regione possono coesistere entrambe le direzioni dell’accoppiamento: l’atmosfera può generare inizialmente parte della variabilità oceanica, ma l’oceano può successivamente retroagire sulla circolazione atmosferica. La Figura 3 di Palmeiro et al. deve essere interpretata proprio all’interno di questo quadro bidirezionale, evitando una dicotomia troppo rigida tra “oceano causa” e “atmosfera causa”.
Il forte contrasto meridionale del THF osservato nel Pacifico occidentale multidecadale ha inoltre un significato legato alla struttura frontale del Kuroshio-Oyashio. Le masse d’aria che attraversano la regione incontrano rapidamente superfici oceaniche con temperature molto differenti. Una massa d’aria continentale fredda che passa sopra una corrente relativamente calda può essere rapidamente riscaldata e umidificata; attraversando successivamente un’area più fredda, il gradiente aria-mare può cambiare segno e modificare radicalmente sia il flusso sensibile sia quello latente. Per questo motivo i gradienti frontali delle SST possono imprimere una struttura molto netta ai flussi di calore. La letteratura sulle correnti di bordo occidentale ha mostrato che Gulf Stream e Kuroshio Extension sono regioni privilegiate per questo tipo di interazione, poiché i fronti oceanici influenzano direttamente lo strato limite atmosferico, la convergenza dei venti, la stabilità e l’attività delle perturbazioni.
Questo legame non è limitato alla scala locale. Esperimenti modellistici nei quali viene rappresentata ad alta risoluzione la dinamica oceanica del Pacifico occidentale mostrano che cambiamenti del trasporto meridionale di calore associato alle correnti e ai vortici possono modificare il gradiente meridionale delle SST, i flussi superficiali e la baroclinicità della bassa troposfera. Queste modificazioni possono a loro volta alterare posizione e intensità della storm track invernale del Pacifico e produrre una risposta della circolazione atmosferica su scala di bacino con caratteristiche PNA-like. Questo risultato è particolarmente interessante se confrontato con la Figura 2 dello studio di Palmeiro et al., dove proprio la componente multidecadale del Pacifico settentrionale si associa a una teleconnessione più simile al PNA rispetto al regime interannuale ENSO-like.
La Figura 3 può quindi essere considerata un ponte concettuale tra l’anomalia oceanica e la differente struttura atmosferica identificata nella Figura 2. Nel regime interannuale, la circolazione tropicale associata a ENSO modifica l’atmosfera extratropicale, che a sua volta altera i flussi di calore superficiali e raffredda il Pacifico settentrionale: la teleconnessione nasce principalmente ai tropici e l’oceano extratropicale partecipa come risposta e successiva retroazione. Nel regime multidecadale, invece, l’anomalia più intensa delle SST si colloca nella Kuroshio-Oyashio Extension e persiste malgrado flussi atmosferici che tendono a riscaldarla. Questa configurazione suggerisce che i processi dell’oceano superiore contribuiscano in maniera importante a sostenere il segnale, creando le condizioni affinché l’atmosfera reagisca a una forzante termica extratropicale molto più persistente.
L’idea che l’oceano rappresenti una fonte di memoria per la variabilità climatica interdecadale è ben consolidata. La revisione di Liu ha descritto la variabilità interdecadale come il risultato di un insieme di processi che comprendono forcing atmosferico stocastico, dinamica oceanica, feedback aria-mare e propagazione delle anomalie. Il forcing atmosferico casuale costituisce spesso il meccanismo iniziale che eccita il sistema, ma la risposta oceanica può integrare tale forcing nel tempo e trasformarlo in segnali a frequenza più bassa, secondo un comportamento simile a un processo di “red noise”. In sistemi più complessi, i feedback accoppiati possono ulteriormente selezionare specifiche scale temporali e produrre massimi spettrali decadali o multidecadali. La Kuroshio Extension, con i suoi tempi di propagazione delle onde di Rossby e con la forte variabilità del getto oceanico, costituisce uno dei luoghi più plausibili per questo tipo di memoria climatica.
È però necessario distinguere con precisione il concetto di “influenza oceanica” da quello, più forte, di “forzante oceanica della circolazione atmosferica”. La Figura 3 fornisce evidenze coerenti con un ruolo importante dell’oceano nel mantenimento delle SST multidecadali, ma non dimostra da sola che quelle SST siano la causa originaria del pattern atmosferico osservato. Gli stessi Palmeiro et al. sottolineano che la significatività statistica delle anomalie del THF è limitata e che la configurazione potrebbe rappresentare soprattutto un feedback delle SST sull’atmosfera locale piuttosto che una prova diretta di una forzante oceanica della circolazione su larga scala. Questa cautela è particolarmente importante perché le regressioni non stabiliscono il verso della causalità e il campione multidecadale comprende necessariamente poche realizzazioni indipendenti.
La differenza concettuale può essere chiarita considerando una SST fredda persistente nella Kuroshio-Oyashio Extension. Se questa anomalia è stata originariamente generata da una precedente fase della circolazione atmosferica, ma successivamente viene mantenuta dalla dinamica oceanica e induce un flusso di calore dall’atmosfera verso l’oceano, il segnale osservato nella Figura 3 rappresenta un feedback oceanico-atmosferico senza implicare necessariamente che l’oceano abbia avviato l’intera teleconnessione. Se invece l’anomalia deriva principalmente da variazioni autonome del trasporto di calore della corrente o da processi oceanici interni e produce poi una risposta atmosferica coerente, si avrebbe un caso più diretto di forcing oceanico. I dati osservazionali e le regressioni possono difficilmente separare in modo definitivo queste due possibilità senza il supporto di esperimenti modellistici controllati.
La ricerca ad alta risoluzione mostra tuttavia che la possibilità di una risposta atmosferica alle SST frontali non è soltanto teorica. Wills et al. hanno trovato che le anomalie delle SST della Kuroshio-Oyashio Extension possono essere seguite da una configurazione atmosferica distinta, interpretabile come risposta alla superficie oceanica. Analogamente, gli studi di accoppiamento aria-mare hanno mostrato che variazioni del trasporto di calore dell’oceano nella KOE possono alterare il gradiente termico superficiale, la baroclinicità e le storm tracks, generando una risposta su scala molto più ampia della singola anomalia oceanica. Questi lavori rafforzano quindi la plausibilità dinamica dell’interpretazione proposta da Palmeiro et al., pur senza eliminarne le incertezze.
Anche la scala spaziale riveste un ruolo importante. Small et al. hanno mostrato che l’impronta del forcing oceanico sui flussi di calore emerge con maggiore chiarezza alle scale relativamente piccole associate ai fronti oceanici, mentre un’eccessiva media spaziale tende a riportare l’analisi verso la classica relazione in cui l’atmosfera sembra controllare il flusso. Questo risultato ha implicazioni rilevanti per i modelli climatici: se la risoluzione oceanica non è sufficiente a rappresentare correttamente la Kuroshio Extension, gli eddies e i gradienti frontali, il modello può sottostimare la capacità dell’oceano di influenzare lo scambio energetico e quindi distorcere l’accoppiamento aria-mare a bassa frequenza.
Gli studi sull’energia dei vortici nella Kuroshio Extension confermano inoltre che gli scambi aria-mare sono particolarmente vigorosi in inverno, quando i contrasti termici e di umidità tra oceano e atmosfera sono maggiori. Analisi con modelli ad alta risoluzione indicano che il flusso di calore atmosferico costituisce un importante meccanismo di dissipazione della varianza termica associata ai vortici oceanici e che questa interazione è significativamente più intensa durante la stagione fredda. Ciò aiuta a comprendere perché la Figura 3, concentrata su dicembre-febbraio, mostri strutture così nette proprio nella regione frontale del Pacifico occidentale.
Un altro aspetto importante riguarda il contrasto fra le anomalie della Kuroshio-Oyashio Extension e quelle delle regioni subtropicali poste immediatamente più a sud. Nei pannelli multidecadali emerge una brusca transizione del segno del THF, coerente con il passaggio tra acque anormalmente fredde lungo il fronte e acque relativamente più calde alle latitudini subtropicali. Questo gradiente modifica rapidamente la massa d’aria che attraversa la regione e può influenzare non soltanto gli scambi superficiali ma anche la stabilità della troposfera inferiore. È proprio la presenza di questi gradienti a rendere le correnti di bordo occidentale regioni particolarmente efficaci nel collegare la variabilità oceanica alla dinamica atmosferica.
La relazione tra flussi turbolenti e SST assume quindi il significato di una vera e propria diagnosi della direzione dell’accoppiamento. Nel caso interannuale, il segno dei flussi è compatibile con un’atmosfera che tende a generare o amplificare il raffreddamento oceanico. Nel caso multidecadale, il segno dei flussi è invece compatibile con un’atmosfera che tende a smorzare l’anomalia fredda, mentre l’oceano continua a mantenerla. Questa opposizione non dimostra una causalità assoluta, ma costituisce un indizio molto forte del fatto che i processi dominanti siano diversi.
È interessante osservare come questa interpretazione risolva anche un apparente paradosso della variabilità PDO-like. Due mappe delle SST possono mostrare entrambe anomalie fredde nel Pacifico settentrionale, ma ciò non significa che tali anomalie abbiano la stessa origine. Alle scale interannuali la configurazione fredda può essere prodotta attraverso il ponte atmosferico dell’ENSO; alle scale multidecadali la stessa anomalia superficiale può derivare almeno in parte da variazioni persistenti della circolazione oceanica. La similitudine geografica nasconde quindi processi termodinamici e dinamici diversi. Questo è uno dei motivi per cui trattare la PDO come un unico oscillatore autonomo può risultare fuorviante.
La differenza diventa ancora più importante considerando la successiva risposta della stratosfera. Se il regime interannuale nasce prevalentemente dal forcing tropicale dell’ENSO, il treno d’onda troposferico presenta la struttura TNH-like mostrata nella Figura 2 e si associa mediamente a un indebolimento del vortice polare. Se invece la componente multidecadale è maggiormente sostenuta dall’oceano extratropicale occidentale, la perturbazione atmosferica può assumere una struttura PNA-like, con diversa lunghezza d’onda e differente propagazione attraverso il Nord America, risultando nello studio associata a un vortice più intenso. La Figura 3 fornisce quindi una possibile origine fisica alla biforcazione delle teleconnessioni individuata nelle figure precedenti.
Il quadro complessivo che emerge è quello di un sistema accoppiato nel quale la direzione prevalente dello scambio oceano-atmosfera cambia in funzione della frequenza. Alle scale interannuali, la rapidità della risposta atmosferica tropicale permette all’ENSO di dominare la variabilità extratropicale attraverso il ponte atmosferico. Alle scale più lunghe, invece, la grande capacità termica dell’oceano, il trasporto di calore delle correnti occidentali, la propagazione delle onde barocline di Rossby e la dinamica della Kuroshio Extension consentono al Pacifico extratropicale di accumulare memoria e di sviluppare una variabilità più autonoma. La revisione di Liu sottolinea proprio come i processi oceanici possano trasformare un forcing atmosferico inizialmente rapido e stocastico in una risposta molto più lenta, sulla quale possono successivamente innestarsi feedback accoppiati.
Questa interpretazione deve comunque convivere con il fatto che le teleconnessioni tropicali continuano a essere importanti anche alle scale interdecadali. Deser et al. hanno mostrato che molti aspetti della variabilità interdecadale del Pacifico settentrionale rimangono coerenti con cambiamenti tropicali e che le configurazioni interdecadali possono assomigliare a quelle associate all’ENSO, pur differendo nella distribuzione relativa delle anomalie. Ne deriva un sistema nel quale non esiste una divisione netta tra una “variabilità tropicale” e una “variabilità extratropicale”: le due componenti interagiscono, ma la loro importanza relativa cambia con la scala temporale.
Per questa ragione il risultato della Figura 3 non deve essere semplificato affermando che “l’atmosfera controlla l’interannuale e l’oceano controlla il multidecadale”. Una formulazione più corretta è che la firma interannuale è maggiormente coerente con un forcing atmosferico delle SST associato all’ENSO, mentre la firma multidecadale mostra evidenze di una partecipazione più importante dei processi oceanici nel mantenimento delle anomalie della Kuroshio-Oyashio Extension. La distinzione può apparire sottile, ma è scientificamente essenziale, perché evita di trasformare una covariabilità osservata in una relazione causale non ancora dimostrata.
Nel complesso, la Figura 3 rafforza quindi la tesi centrale dello studio: la dipendenza dalla frequenza della relazione Pacifico-stratosfera ha probabilmente radici non soltanto nella diversa propagazione atmosferica delle onde, ma già nella natura dell’accoppiamento aria-mare che genera e mantiene le anomalie oceaniche. La componente interannuale mostra una sequenza tipicamente ENSO-driven, nella quale l’atmosfera favorisce la perdita di calore e il raffreddamento del Pacifico extratropicale. La componente multidecadale mostra invece SST fredde concentrate nella Kuroshio-Oyashio Extension che persistono malgrado l’atmosfera trasferisca calore verso la superficie oceanica. Questa configurazione è coerente con un contributo importante della memoria e della dinamica oceanica e con quanto già documentato da studi sulla variabilità della Kuroshio Extension, sulle onde di Rossby, sul trasporto di calore e sull’accoppiamento nelle regioni frontali.
La Figura 3 assume pertanto un ruolo decisivo nel collegare i diversi elementi dello studio. Essa mostra che una stessa configurazione apparente delle SST non implica lo stesso bilancio energetico né la stessa origine dinamica; chiarisce perché il regime multidecadale non possa essere considerato una semplice versione rallentata della variabilità ENSO; suggerisce un ruolo particolare della Kuroshio-Oyashio Extension come sede della memoria oceanica del Pacifico settentrionale; e prepara l’interpretazione della risposta atmosferica remota. In ultima analisi, la figura suggerisce che per comprendere la teleconnessione tra Pacifico settentrionale, vortice polare e Nord Atlantico non basta sapere dovel’oceano è più caldo o più freddo: bisogna comprendere chi sta forzando chi, con quale persistenza e a quale scala temporale. È proprio questa distinzione tra forcing atmosferico, risposta oceanica e successivo feedback aria-mare a rendere possibile la coesistenza di teleconnessioni di segno opposto all’interno di un pattern SST che, osservato superficialmente, potrebbe essere classificato nello stesso modo.
Figura 4. Risposta superficiale nel settore Nord Atlantico-Europeo associata alla variabilità multidecadale e interannuale del Pacifico settentrionale
La Figura 4 rappresenta il punto di arrivo della catena dinamica analizzata da Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano, poiché mostra come la separazione della variabilità del Pacifico settentrionale nelle componenti multidecadale e interannuale non produca soltanto differenti configurazioni nella troposfera superiore e nella stratosfera, ma si traduca infine in risposte di segno largamente opposto nella circolazione atmosferica, nelle precipitazioni e nelle temperature superficiali della regione Nord Atlantico-Europea. La figura assume quindi un significato particolarmente importante dal punto di vista climatologico: dimostra che due configurazioni delle SST del Pacifico settentrionale che possono apparire superficialmente simili a un pattern PDO-like sono in grado di raggiungere l’Europa attraverso percorsi dinamici differenti e di produrre anomalie climatiche sostanzialmente opposte. È proprio questa dipendenza dalla scala temporale a costituire il risultato centrale dello studio e a suggerire che l’interpretazione delle teleconnessioni Pacifico–Nord Atlantico richieda una separazione esplicita tra variabilità interannuale e multidecadale.
La Figura 4 è costruita confrontando tre versioni del segnale del Pacifico settentrionale: la componente multidecadale, nella colonna sinistra; quella interannuale, nella colonna centrale; e la serie complessiva non filtrata, indicata come “Total”, nella colonna destra. Nei pannelli superiori sono rappresentate contemporaneamente le anomalie delle precipitazioni totali e quelle dell’altezza geopotenziale a 1000 hPa durante gennaio-febbraio, mentre nei pannelli inferiori sono mostrate le anomalie della temperatura superficiale dell’aria. Il confronto permette pertanto di valutare non soltanto la struttura della circolazione prossima alla superficie, ma anche alcune delle sue principali conseguenze climatiche. La significatività statistica al livello del 10% viene indicata attraverso la puntinatura o mediante particolari contorni, ma, come sottolineato dagli autori, la limitata estensione temporale della rianalisi richiede cautela soprattutto nell’interpretazione della componente multidecadale, caratterizzata da un numero ridotto di oscillazioni indipendenti.
Nel regime multidecadale il campo di geopotenziale a 1000 hPa mostra anomalie negative alle latitudini subpolari e anomalie positive alle medie latitudini. Questa struttura indica un rafforzamento relativo del gradiente meridionale della circolazione nord-atlantica e presenta caratteristiche qualitativamente riconducibili al lato positivo di una configurazione NAO-like, pur senza coincidere necessariamente con la struttura canonica della North Atlantic Oscillation ottenuta mediante un indice NAO tradizionale. Questa precisazione è importante: la regressione della Figura 4 rappresenta la risposta del settore NAE alla componente multidecadale delle SST pacifiche e non una regressione direttamente effettuata su un indice della NAO. È quindi più corretto parlare di una configurazione “NAO-like” piuttosto che identificare rigidamente il pattern con una fase della NAO.
La componente interannuale presenta invece una struttura quasi opposta: anomalie positive dell’altezza geopotenziale si sviluppano in prossimità dell’Islanda e delle alte latitudini nord-atlantiche, mentre anomalie negative interessano maggiormente le medie latitudini. Questa configurazione possiede caratteristiche più simili al lato negativo della NAO e risulta coerente con numerosi studi sulla teleconnessione tardoinvernale dell’ENSO verso il Nord Atlantico. Mezzina e collaboratori hanno mostrato che la risposta di El Niño nel settore Nord Atlantico-Europeo durante la parte avanzata dell’inverno assume frequentemente una struttura dipolare della pressione al livello del mare simile a quella della NAO negativa, pur sottolineando che il segnale forzato dall’ENSO non deve essere interpretato semplicemente come una riproduzione del modo interno della NAO. La struttura, l’origine e la dinamica del segnale ENSO-NAE possono infatti differire da quelle della variabilità spontanea nord-atlantica.
Il risultato della Figura 4 deve essere letto in continuità con quanto mostrato nella Figura 2. Nella componente interannuale, la configurazione ENSO-like delle SST del Pacifico era associata a un vortice polare stratosferico relativamente debole, mentre nella componente multidecadale la configurazione extratropicale del Pacifico era correlata a un vortice più intenso. La risposta superficiale nord-atlantica cambia segno coerentemente con questa opposizione stratosferica. Gli autori osservano infatti che la risposta NAE è compatibile sia con le differenze della circolazione troposferica regionale sia con il diverso stato del vortice polare. Non è quindi necessario attribuire l’intera risposta della superficie alla stratosfera: è più appropriato interpretarla come il risultato combinato di una via troposferica, attraverso i treni d’onda Pacifico–Nord America–Atlantico, e di una possibile via stratosferica capace di modulare ulteriormente la circolazione del Nord Atlantico.
La possibilità che la stratosfera contribuisca a modulare la circolazione superficiale è sostenuta da una letteratura ormai molto ampia. Il lavoro classico di Baldwin e Dunkerton mostrò che intense anomalie della circolazione stratosferica possono propagarsi verso la bassa stratosfera e essere seguite, nelle settimane successive, da anomalie troposferiche che ricordano l’Arctic Oscillation. Tali eventi risultavano inoltre associati a spostamenti della distribuzione della NAO, della posizione delle storm tracks e della probabilità di perturbazioni alle medie latitudini. La relazione non implica che la stratosfera determini in maniera univoca lo stato della troposfera; indica piuttosto che uno stato anomalo e persistente del vortice può modificare le probabilità dei principali regimi atmosferici superficiali.
Questa interpretazione probabilistica è particolarmente importante quando si esamina il regime interannuale della Figura 4. Gli eventi El Niño sono mediamente associati a un vortice polare stratosferico più caldo e debole, a una maggiore propagazione verso l’alto delle onde planetarie e a un rafforzamento della circolazione di Brewer-Dobson. La risposta stratosferica può successivamente contribuire alla teleconnessione verso il Nord Atlantico, favorendo durante alcuni inverni una configurazione superficiale più vicina alla NAO negativa. Tuttavia, Domeisen, Garfinkel e Butler sottolineano che l’ampiezza della risposta dipende dalla tipologia dell’ENSO, dalla variabilità atmosferica interna, dallo stato della QBO e da altre condizioni del sistema climatico; il segnale osservato è quindi una risposta media e non una relazione deterministica valida per ogni singolo evento.
La Figura 4 acquista ulteriore significato alla luce degli studi sulla non stazionarietà della teleconnessione ENSO-Europa. Ayarzagüena e collaboratori hanno mostrato che la risposta delle precipitazioni europee a El Niño presenta cambiamenti interdecadali sostanziali. In alcuni periodi storici il segnale tardoinvernale di El Niño sull’Europa è relativamente pronunciato, mentre in altri diventa molto debole o quasi assente. Nel loro studio, i periodi caratterizzati da una risposta europea più intensa coincidevano con condizioni nelle quali il percorso stratosferico risultava maggiormente attivo, mentre variazioni a bassa frequenza delle SST modificavano il background troposferico e l’efficienza delle teleconnessioni.
Il risultato di Palmeiro e colleghi offre un’interpretazione complementare di questa non stazionarietà. Se la componente interannuale ENSO-like tende a produrre nel settore NAE una configurazione superficiale di un determinato segno, mentre la componente multidecadale del Pacifico settentrionale produce una risposta largamente opposta, l’intensità apparente della teleconnessione ENSO-Europa dipenderà inevitabilmente dallo stato a bassa frequenza nel quale gli eventi interannuali si verificano. In una determinata epoca la componente multidecadale potrebbe opporsi al segnale ENSO e attenuarlo; in un’altra configurazione potrebbe interferire con esso in maniera differente. Il cambiamento della correlazione osservata nel tempo non implica necessariamente la scomparsa del meccanismo ENSO, ma può derivare almeno in parte dalla sovrapposizione di teleconnessioni operanti su scale differenti.
Le anomalie delle precipitazioni mostrate nella riga superiore della Figura 4 rafforzano questa interpretazione. I pattern pluviometrici associati alle componenti interannuale e multidecadale risultano largamente di segno opposto nella regione Nord Atlantico-Europea, coerentemente con la diversa configurazione del geopotenziale. Le precipitazioni invernali europee sono strettamente collegate alla posizione e all’intensità del getto nord-atlantico, alla traiettoria delle depressioni extratropicali e alla frequenza dei regimi di blocco. Pertanto, una modifica della struttura meridionale del geopotenziale può spostare le storm tracks e cambiare le regioni nelle quali le perturbazioni atlantiche trasportano più efficacemente umidità e precipitazioni. La Figura 4 non deve quindi essere interpretata come una semplice correlazione locale tra Pacifico e pioggia europea, ma come l’espressione superficiale di una riorganizzazione su scala emisferica della circolazione atmosferica.
Nel regime interannuale, la configurazione più vicina alla NAO negativa implica una riduzione relativa del contrasto barico tra le latitudini subtropicali e quelle subpolari del Nord Atlantico. In termini climatologici generali, una simile struttura tende a essere associata a uno spostamento verso sud o a un indebolimento del ramo principale del getto eddy-driven nord-atlantico rispetto alla fase NAO positiva. Di conseguenza, le traiettorie delle perturbazioni e i pattern di precipitazione vengono riorganizzati. È proprio questa relazione fra risposta ENSO, pattern NAO-like e precipitazioni europee ad aver motivato numerosi studi sul valore potenziale dell’ENSO per la prevedibilità stagionale dell’Europa, pur in presenza di una variabilità interna molto elevata. Mezzina et al. sottolineano infatti che il segnale ENSO tardoinvernale nel settore NAE è ben riconoscibile nelle lunghe rianalisi, ma la sua relazione con la NAO interna è dinamicamente complessa.
Il regime multidecadale, al contrario, presenta geopotenziali relativamente inferiori alle alte latitudini e superiori alle medie latitudini. Questa configurazione risulta coerente con il vortice stratosferico più intenso individuato nella Figura 2. Anche in questo caso, però, sarebbe eccessivo interpretare il rapporto in termini di causalità unidirezionale dalla stratosfera verso la superficie. Il pattern troposferico multidecadale nasce già nel settore Pacifico–Nord America con una struttura più PNA-like rispetto al treno d’onda ENSO-driven, e la sua propagazione verso Labrador e Groenlandia differisce da quella della componente interannuale. La risposta nord-atlantica può pertanto derivare dalla combinazione tra questo percorso troposferico differente e il simultaneo stato di un vortice polare più forte.
Il fatto che i segnali troposferici e stratosferici abbiano lo stesso orientamento dinamico è particolarmente significativo. Gli studi sulle previsioni stagionali hanno mostrato che gli stati estremi della stratosfera sono associati a importanti spostamenti della distribuzione della NAO prevista. Scaife e collaboratori hanno trovato che i membri di ensemble contenenti sudden stratospheric warmings tendevano verso valori più negativi della NAO, mentre quelli caratterizzati da eventi di vortice particolarmente forte presentavano mediamente valori NAO più positivi. Gli stessi autori hanno però sottolineato che tale associazione non dimostra che tutta la prevedibilità della NAO abbia origine nella stratosfera; essa mostra piuttosto che la corretta rappresentazione del vortice contribuisce in maniera importante alla previsione del clima invernale nord-atlantico.
Il confronto fra la Figura 4 e questi risultati suggerisce quindi un quadro fisicamente coerente. La componente interannuale ENSO-like dello studio di Palmeiro et al. è associata a un vortice relativamente debole e a una risposta NAE orientata verso il lato negativo di una struttura NAO-like. La componente multidecadale si associa invece a un vortice più intenso e a una risposta superficiale più vicina al lato positivo della stessa dipolarità. Questa coerenza verticale dalla stratosfera alla superficie aumenta la plausibilità dinamica della teleconnessione, sebbene la regressione non permetta di stabilire quanto della risposta superficiale sia mediato causalmente dalla stratosfera e quanto derivi direttamente dal treno d’onda troposferico proveniente dal Pacifico.
La riga inferiore della Figura 4 estende il confronto alla temperatura superficiale dell’aria e mostra che l’opposizione tra i due regimi non riguarda soltanto il geopotenziale e le precipitazioni. Gli autori evidenziano differenze particolarmente notevoli nel settore del Labrador e dei mari della Groenlandia, nonché sull’Eurasia settentrionale, dove le anomalie multidecadali e interannuali assumono segno opposto. Questo comportamento è coerente con la riorganizzazione del trasporto meridionale di calore prodotta dalle differenti configurazioni della circolazione. Quando i centri di pressione cambiano posizione e segno, cambiano anche le traiettorie preferenziali lungo le quali le masse d’aria artiche e subtropicali vengono trasportate, producendo conseguentemente pattern termici differenti sulla superficie continentale e marina.
Il contrasto sull’Eurasia settentrionale è particolarmente rilevante dal punto di vista della dinamica invernale. Una circolazione nord-atlantica più meridionale e meno zonale può aumentare la frequenza di configurazioni favorevoli all’advezione di aria fredda verso alcune regioni del continente eurasiatico, mentre una circolazione più fortemente zonale tende in media a favorire l’ingresso di masse d’aria oceaniche relativamente miti verso l’Europa e una maggiore confinazione dell’aria artica alle alte latitudini. Tali relazioni costituiscono tuttavia medie climatologiche: le condizioni di un singolo inverno rimangono fortemente dipendenti dai blocchi atmosferici, dalla posizione precisa del getto, dalle onde planetarie e dalla variabilità interna. La Figura 4 descrive pertanto un segnale statistico di fondo e non una previsione meteorologica deterministica.
Anche le anomalie nella regione Labrador–Groenlandia possiedono una rilevanza dinamica particolare. Le figure precedenti avevano mostrato che proprio quest’area rappresenta una sorta di punto di biforcazione dei treni d’onda provenienti dal Pacifico. Nel regime multidecadale, il terzo centro di azione del treno d’onda raggiunge la Groenlandia meridionale con una struttura differente rispetto alla componente interannuale, nella quale il segnale penetra maggiormente nel Nord Atlantico. Le anomalie termiche opposte mostrate nella Figura 4 sono quindi coerenti con la diversa struttura atmosferica già presente nella troposfera media e superiore.
Questa continuità spaziale è uno dei punti di forza dell’interpretazione proposta dagli autori. Se le differenze fra componente interannuale e multidecadale comparissero soltanto nelle temperature superficiali dell’Eurasia, sarebbe difficile stabilire se rappresentassero una teleconnessione fisicamente coerente oppure una coincidenza statistica. Nello studio, invece, l’opposizione compare successivamente nelle SST pacifiche, nei flussi di calore aria-mare, nel treno d’onda troposferico, nella stratosfera polare, nel geopotenziale a 1000 hPa, nelle precipitazioni e infine nella temperatura superficiale. La consistenza tra variabili indipendenti rafforza l’ipotesi che le due bande temporali rappresentino realmente due differenti regimi di covariabilità del sistema Pacifico–stratosfera–Atlantico.
Particolarmente interessante è il confronto con la colonna destra della Figura 4, nella quale viene utilizzato l’indice NPSST originale senza filtraggio temporale. In tutti i campi analizzati, la risposta complessiva assomiglia maggiormente alla componente interannuale, ma presenta generalmente un’ampiezza più debole. Questo comportamento è facilmente comprensibile ricordando che la serie NPSST non filtrata è fortemente influenzata dall’ENSO alle frequenze più elevate, ma contiene contemporaneamente la componente multidecadale che produce una risposta opposta. La regressione sulla serie completa somma dunque segnali di segno contrario, con il risultato di attenuare la teleconnessione osservata. Gli autori interpretano esplicitamente questo risultato come un effetto di mascheramento della variabilità multidecadale sulla risposta attribuita complessivamente alle SST del Pacifico settentrionale.
Questo punto possiede implicazioni metodologiche molto più ampie della singola Figura 4. Quando una correlazione climatica risulta debole, si tende frequentemente a concludere che la teleconnessione stessa sia debole oppure poco robusta. Il risultato di Palmeiro et al. dimostra invece che una correlazione complessivamente modesta può emergere anche dalla sovrapposizione di due relazioni relativamente organizzate ma di segno opposto. In altre parole, un segnale debole non implica necessariamente l’assenza di dinamica; può essere il prodotto della compensazione statistica tra meccanismi differenti. Questo principio è particolarmente importante nelle analisi climatiche di lungo periodo, nelle quali le serie osservate combinano inevitabilmente fenomeni con tempi caratteristici molto diversi.
La non stazionarietà della teleconnessione ENSO-NAE può essere letta nello stesso contesto. Ayarzagüena et al. hanno mostrato che l’impatto di El Niño sulle precipitazioni europee varia significativamente su scale multidecadali e che i periodi con una risposta europea più robusta sono accompagnati da una diversa struttura delle SST e da un ruolo più evidente del percorso stratosferico. Anche Garfinkel e collaboratori hanno evidenziato che la teleconnessione fra ENSO e stratosfera artica non appare ugualmente robusta in tutti i periodi osservativi: il legame risultava particolarmente evidente nelle analisi comprendenti i decenni precedenti all’era satellitare, mentre diveniva meno chiaro in alcuni periodi più recenti. Queste evidenze sono compatibili con l’idea generale che lo stato climatico di fondo e la sovrapposizione di variabilità a bassa frequenza possano modificare l’espressione osservata della teleconnessione.
Il risultato della Figura 4 ha quindi conseguenze anche per la prevedibilità stagionale. ENSO costituisce una delle principali sorgenti di prevedibilità climatica su scala stagionale, ma la sua influenza sull’Europa è molto più indiretta e variabile rispetto alle regioni tropicali e al Pacifico-Nord America. Se la risposta europea dipende non soltanto dalla fase dell’ENSO, ma anche dalla configurazione multidecadale del Pacifico settentrionale e dallo stato della stratosfera, una previsione stagionale efficace deve rappresentare correttamente l’intero sistema accoppiato. La capacità dei modelli di simulare la stratosfera è particolarmente rilevante: Scaife et al. hanno mostrato che la rappresentazione degli eventi stratosferici contribuisce in maniera importante alla skill delle previsioni stagionali della NAO.
Ciò significa che una semplice classificazione dell’inverno come “El Niño”, “La Niña” o “PDO positiva” non è sufficiente per dedurre le condizioni probabili sull’Europa. Bisogna conoscere la struttura spaziale dell’ENSO, lo stato del Pacifico extratropicale, la scala temporale delle anomalie, la configurazione del getto pacifico, la propagazione dell’attività ondulatoria, lo stato della QBO e del vortice polare e infine la modalità con cui il segnale entra nel Nord Atlantico. La revisione di Domeisen et al. sottolinea esplicitamente l’importanza della diversità degli eventi ENSO e dei fattori che modulano la teleconnessione con la stratosfera. La Figura 4 mostra che anche la variabilità multidecadale del Pacifico settentrionale deve probabilmente essere inclusa fra questi fattori modulanti quando l’obiettivo è comprendere la risposta NAE.
Il risultato è rilevante anche per l’interpretazione dei trend climatici di lungo periodo. Se una modalità multidecadale è associata a una risposta del Nord Atlantico opposta a quella della componente interannuale, un intervallo osservativo di alcuni decenni può mostrare una tendenza apparentemente persistente semplicemente perché attraversa una determinata fase della variabilità naturale. Al contrario, una teleconnessione multidecadale può temporaneamente compensare una tendenza forzata o una teleconnessione interannuale e ridurne l’espressione apparente. Palmeiro e collaboratori sottolineano proprio che la dipendenza dalla frequenza delle connessioni Pacifico-NAE costituisce una complicazione importante per l’interpretazione sia delle variazioni climatiche passate sia di quelle future.
Da questo punto di vista, la colonna “Total” della Figura 4 costituisce forse il risultato più istruttivo dell’intera figura. Il segnale non filtrato non rappresenta semplicemente una versione più completa delle due componenti: può essere, paradossalmente, meno informativo dal punto di vista fisico, perché mescola processi differenti. La predominanza visiva della firma interannuale indica che l’ENSO esercita una forte influenza sulla varianza complessiva, ma l’indebolimento dell’ampiezza dimostra contemporaneamente che la componente multidecadale agisce in opposizione. L’analisi tradizionale del solo indice PDO o NPSST non filtrato potrebbe quindi sottostimare l’intensità reale di entrambe le teleconnessioni.
La distinzione è particolarmente importante perché la PDO viene spesso utilizzata come indice sintetico dello stato del Pacifico settentrionale. Lo studio di Palmeiro et al. mostra invece che una configurazione PDO-like alle scale interannuali può rappresentare soprattutto l’impronta extratropicale dell’ENSO, mentre alle scale multidecadali la stessa geometria generale delle SST appare più strettamente associata alla variabilità della Kuroshio-Oyashio Extension e a processi oceanici a bassa frequenza. Se queste due componenti esercitano effetti opposti sulla stratosfera e sul Nord Atlantico, allora il segno della PDO, preso isolatamente, perde parte del suo valore interpretativo per la previsione del clima europeo.
Questa conclusione contribuisce inoltre a spiegare perché l’ENSO produca una risposta europea molto meno robusta rispetto alla risposta del Pacifico-Nord America. Il segnale che deve raggiungere l’Europa attraversa una lunga catena dinamica nella quale ciascun passaggio può essere modulato: la sorgente convettiva tropicale, la struttura delle onde di Rossby, la posizione dell’anticiclone nordamericano, la configurazione Labrador-Groenlandia, lo stato del vortice polare e infine la variabilità interna del getto nord-atlantico. Mezzina et al. hanno mostrato che il segnale tardoinvernale ENSO-NAE è riconoscibile statisticamente, ma la relazione con la NAO rimane complessa proprio perché la regione nord-atlantica possiede una variabilità interna molto elevata.
In tale prospettiva, la stratosfera può essere vista come una componente che contribuisce alla memoria e alla persistenza della teleconnessione. Le perturbazioni troposferiche hanno tempi di evoluzione relativamente brevi, mentre un’anomalia significativa del vortice può persistere per settimane e propagarsi verso il basso. Baldwin e Dunkerton mostrarono che gli effetti superficiali associati alle anomalie stratosferiche possono protrarsi per circa due mesi, modificando la probabilità dei regimi AO/NAO. La risposta interannuale mostrata nella Figura 4 può quindi essere rafforzata nei casi nei quali l’ENSO riesce effettivamente a perturbare il vortice e l’anomalia stratosferica si accoppia con la troposfera.
Allo stesso modo, un vortice anormalmente intenso può contribuire a favorire condizioni superficiali orientate verso il lato opposto della distribuzione NAO. Gli esperimenti di previsione stagionale analizzati da Scaife et al. mostravano infatti che gli eventi di strong polar vortex erano associati mediamente a uno spostamento positivo della NAO prevista, mentre gli SSW producevano lo spostamento opposto. La componente multidecadale della Figura 4, accompagnata nella Figura 2 da un vortice più intenso, risulta qualitativamente coerente con questo comportamento. Anche in questo caso, però, la relazione deve essere letta statisticamente: possono verificarsi valori fortemente negativi della NAO anche senza un SSW e viceversa, perché la troposfera mantiene una propria dinamica interna.
Un ulteriore elemento di cautela riguarda la lunghezza del campione. Il periodo atmosferico utilizzato da Palmeiro et al. copre il 1940–2020, quindi circa ottant’anni. Per la variabilità interannuale ciò fornisce numerosi eventi indipendenti; per una componente con scala caratteristica di circa 20–25 anni significa invece disporre soltanto di poche grandi oscillazioni. La significatività statistica dei pattern multidecadali è quindi inevitabilmente più fragile e l’autocorrelazione riduce ulteriormente il numero effettivo di gradi di libertà. Gli stessi autori sottolineano che i risultati devono essere interpretati come evidenza di una distinta covariabilità a bassa frequenza, non come dimostrazione definitiva di una catena causale univoca.
Proprio per questa ragione la coerenza fra le diverse figure assume un valore considerevole. La Figura 1 identifica l’opposizione fra Pacifico e vortice alle diverse frequenze; la Figura 2 mostra che questa opposizione è accompagnata da treni d’onda troposferici differenti e da una risposta stratosferica verticalmente coerente; la Figura 3 suggerisce che anche la natura dell’accoppiamento aria-mare differisca, con una componente interannuale prevalentemente associata al forcing atmosferico dell’ENSO e una componente multidecadale nella quale l’oceano extratropicale potrebbe svolgere un ruolo più importante; infine, la Figura 4 mostra che tali differenze raggiungono il livello del suolo e producono anomalie opposte nel settore NAE.
Si delinea quindi una prima catena dinamica associata alla variabilità interannuale: l’ENSO modifica il riscaldamento convettivo del Pacifico tropicale, genera un treno di onde planetarie che attraversa il Pacifico e il Nord America, produce nel Pacifico settentrionale una configurazione delle SST simile alla PDO positiva, contribuisce mediamente a indebolire il vortice polare e raggiunge infine il Nord Atlantico con una risposta superficiale più vicina a una configurazione NAO negativa. La stratosfera può amplificare o prolungare tale teleconnessione quando l’accoppiamento verso il basso è sufficientemente efficace. Questo quadro è coerente con la letteratura sulla teleconnessione ENSO-stratosfera e con gli studi sulla risposta tardoinvernale europea.
La seconda catena, associata alla componente multidecadale, presenta caratteristiche profondamente differenti. Le anomalie del Pacifico settentrionale sono maggiormente concentrate nella regione della Kuroshio-Oyashio Extension e gli scambi aria-mare suggeriscono un ruolo relativamente più importante della dinamica oceanica. Il treno d’onda troposferico assume una configurazione maggiormente PNA-like, rimane più confinato alle latitudini subpolari e interagisce diversamente con la regione Labrador-Groenlandia. Il vortice polare risulta più intenso e la risposta superficiale nord-atlantica assume un segno largamente opposto rispetto alla componente interannuale.
La Figura 4 fornisce quindi una spiegazione particolarmente convincente del motivo per cui il collegamento tra Pacifico e clima europeo possa apparire instabile quando viene analizzato senza separare le frequenze. Non necessariamente la teleconnessione “scompare” o cambia arbitrariamente nel tempo; possono essere le diverse componenti del sistema climatico a sovrapporsi con pesi differenti. Un periodo storico dominato dalla componente interannuale ENSO-like mostrerà una determinata relazione Pacifico-NAE, mentre una fase in cui la variabilità multidecadale assume grande ampiezza può attenuare o modificare quel rapporto. La non stazionarietà osservata diventa così almeno in parte interpretabile come conseguenza della sovrapposizione di processi fisicamente differenti.
Dal punto di vista della climatologia europea, questo risultato invita pertanto a superare interpretazioni eccessivamente semplici basate su singoli indici. Non esiste una corrispondenza universale per cui una PDO positiva, un El Niño o un vortice debole producano automaticamente una determinata stagione in Europa. Questi fattori modificano piuttosto la distribuzione delle probabilità attraverso un sistema di teleconnessioni che dipende dallo stato di fondo dell’atmosfera e dell’oceano. La capacità di previsione aumenta quando tali componenti vengono considerate congiuntamente e quando i modelli rappresentano correttamente la stratosfera, le onde planetarie e la variabilità oceanica a bassa frequenza.
Nel complesso, la Figura 4 costituisce quindi la dimostrazione finale del principio su cui si fonda l’intero lavoro di Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano: la scala temporale modifica la natura della teleconnessione Pacifico–stratosfera–Nord Atlantico. Alle frequenze interannuali prevale una dinamica ENSO-like associata a un vortice polare relativamente debole e a una risposta superficiale NAE più simile al lato negativo della NAO; alle frequenze multidecadali emerge una configurazione oceanica e atmosferica differente, associata a un vortice più forte e a un segnale nord-atlantico largamente opposto. Le precipitazioni e le temperature rispondono coerentemente a questa inversione, dimostrando che la differenza non rimane confinata alla circolazione in quota ma possiede conseguenze climatiche concrete fino alla superficie.
Il risultato più significativo dal punto di vista metodologico rimane tuttavia quello della serie Total. Quando le componenti vengono ricombinate, la risposta superficiale assomiglia a quella interannuale ma diventa più debole, perché il segnale multidecadale di segno opposto la maschera parzialmente. Ne consegue che analizzare soltanto un indice non filtrato può sottostimare la reale organizzazione dinamica del sistema. La Figura 4 dimostra pertanto che separare le frequenze non costituisce un semplice artificio statistico, ma permette di distinguere meccanismi fisici altrimenti sovrapposti. In ultima analisi, è questa distinzione a consentire una comprensione più rigorosa del modo in cui la variabilità del Pacifico settentrionale può propagarsi attraverso il Nord America, interagire con il vortice polare, raggiungere il Nord Atlantico e infine modulare le condizioni di temperatura e precipitazione sull’Europa.
4. Discussione – 4.1. Segnali delle SST del Pacifico settentrionale
La distinzione tra le differenti scale temporali della variabilità del Pacifico settentrionale rappresenta uno degli elementi più rilevanti per comprendere la natura delle teleconnessioni che collegano l’oceano Pacifico, la troposfera extratropicale, il vortice polare stratosferico e, infine, il clima della regione Nord Atlantico-Europea. I risultati di Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano mostrano infatti che una configurazione delle temperature superficiali del mare apparentemente riconducibile alla fase positiva della Pacific Decadal Oscillation non possiede un significato dinamico univoco. Quando il segnale viene separato nelle componenti interannuale, decadale e multidecadale emergono meccanismi distinti, caratterizzati da differenti rapporti tra oceano e atmosfera e, soprattutto, da teleconnessioni di segno opposto nella stratosfera e nel settore nord-atlantico. La principale implicazione è che la scala temporale non rappresenta soltanto una proprietà statistica della variabilità climatica, ma costituisce una componente essenziale della sua interpretazione fisica.
La metodologia adottata consente di isolare questo comportamento attraverso una separazione delle frequenze della variabilità invernale delle SST del Pacifico settentrionale. Una soglia temporale di circa 25 anni viene utilizzata per individuare la componente multidecadale, mentre una seconda separazione a 10 anni permette di distinguere una banda decadale compresa approssimativamente tra 10 e 25 anni e una componente interannuale più rapida. Tale procedura acquista particolare significato alla luce del fatto che il massimo spettrale individuato dagli autori si colloca attorno a 20–25 anni. Il risultato non implica necessariamente l’esistenza di un oscillatore perfettamente periodico con una durata fissa di venti o venticinque anni; indica piuttosto che una frazione importante della variabilità pacifica presenta organizzazione e persistenza preferenziale su quelle scale. Nel sistema climatico reale, caratterizzato da interazioni non lineari e forcing stocastici, le modalità a bassa frequenza raramente assumono la regolarità di oscillazioni armoniche semplici.
Ciò che rende particolarmente interessante la separazione effettuata nello studio è il fatto che tutte e tre le componenti producano, nel Pacifico settentrionale, una struttura delle SST che ricorda la fase positiva della PDO: anomalie fredde occupano il settore centrale del bacino, mentre anomalie relativamente calde si estendono verso la costa occidentale del Nord America. Se l’analisi si arrestasse alla geometria del pattern superficiale, le tre configurazioni potrebbero quindi essere interpretate come manifestazioni dello stesso fenomeno climatico. È proprio questa apparente somiglianza a rendere i risultati particolarmente istruttivi: osservando contemporaneamente il Pacifico tropicale, gli scambi aria-mare e la risposta atmosferica, diventa evidente che le tre bande temporali non rappresentano semplicemente versioni più lente o più rapide della medesima oscillazione.
Alle scale interannuali il legame con l’ENSO è particolarmente chiaro. La fase positiva dell’indice NPSST è accompagnata da un pronunciato riscaldamento del Pacifico tropicale centrale e orientale, mentre nel Pacifico settentrionale centrale si sviluppano anomalie fredde. Il pattern extratropicale può essere interpretato in larga misura come la conseguenza del cosiddetto atmospheric bridge dell’ENSO: il riscaldamento tropicale modifica la convezione profonda e il rilascio di calore latente, riorganizza la circolazione troposferica e genera un treno di onde di Rossby che altera la depressione delle Aleutine, i venti superficiali e i flussi di calore nel Pacifico settentrionale. In questo quadro l’anomalia fredda extratropicale non rappresenta necessariamente una forzante oceanica indipendente, ma può costituire la risposta dell’oceano a una perturbazione atmosferica generata originariamente ai tropici.
La letteratura sulla variabilità del Pacifico ha progressivamente messo in discussione l’idea di una PDO concepita come oscillatore autonomo. Zhao, Newman e Capotondi hanno quantificato direttamente il contributo della dinamica tropicale alla variabilità del Pacifico settentrionale, mostrando che i tropici spiegano una quota molto rilevante della varianza stagionale e una parte ancora maggiore della varianza decadale in alcune regioni del bacino, in particolare lungo la costa nordamericana e nella zona del fronte subtropicale a nord-ovest delle Hawaii. La Kuroshio-Oyashio Extension risulta invece molto meno dipendente dal forcing tropicale a tutte le scale temporali. Quando il contributo dei tropici viene rimosso dall’analisi, il principale pattern residuo del Pacifico settentrionale non assomiglia più alla PDO tradizionale, ma assume una struttura centrata proprio sulla Kuroshio-Oyashio Extension. Questo risultato fornisce un forte supporto indipendente all’interpretazione proposta da Palmeiro e collaboratori.
La componente decadale costituisce, in questo senso, uno dei risultati più interessanti dello studio. Si sarebbe potuto ipotizzare che un segnale compreso fra 10 e 25 anni rappresentasse già pienamente il regime oceanico lento responsabile della risposta opposta del vortice. I risultati mostrano invece che la sua configurazione atmosferica rimane molto più simile a quella interannuale. Le anomalie tropicali sono meno intense, ma la struttura generale conserva una chiara impronta ENSO-like, e anche l’accoppiamento con la stratosfera rimane dello stesso segno della componente interannuale. Questo suggerisce che almeno una parte della variabilità decadale isolata nello studio rappresenti il prolungamento a frequenza più bassa della dinamica ENSO, anziché il regime multidecadale responsabile dell’inversione del segnale.
Questa interpretazione è coerente con una vasta letteratura secondo cui l’ENSO non deve essere concepito esclusivamente come un fenomeno confinato alla banda canonica di pochi anni. L’ampiezza, la frequenza e le caratteristiche spaziali degli eventi ENSO possono variare significativamente su scale decadali e multidecadali. Anche il sistema accoppiato del Pacifico tropicale può quindi produrre una variabilità a bassa frequenza che si proietta sulle SST extratropicali. Studi sulla variabilità decadale del Pacifico hanno mostrato come la PDO possa essere interpretata in parte come una risposta “arrossata” alla combinazione di ENSO e forcing atmosferico, in cui la memoria oceanica trasforma perturbazioni relativamente rapide in variazioni più persistenti. Allo stesso tempo, simulazioni climatiche multicentenarie mostrano che persino l’ampiezza dell’ENSO può essere modulata in maniera sostanziale su scale multidecadali da cambiamenti della stratificazione oceanica e della forza dell’accoppiamento oceano-atmosfera.
Questa distinzione permette di affinare significativamente i risultati ottenuti in precedenza da Hu e Guan. Utilizzando rianalisi e simulazioni numeriche, questi autori avevano identificato una relazione positiva tra la PDO e il vortice artico stratosferico sulle scale decadali: la configurazione di PDO positiva, caratterizzata da SST relativamente fredde nel Pacifico settentrionale, risultava associata a un vortice più intenso, mentre il rapporto alle frequenze più rapide era differente. Palmeiro e collaboratori mostrano tuttavia che, quando la banda a bassa frequenza viene ulteriormente scomposta, l’inversione più chiara non si verifica genericamente a tutte le scale decadali, ma emerge soprattutto alle frequenze multidecadali dell’ordine di 20–25 anni e oltre. La banda compresa fra circa 10 e 25 anni mantiene invece una teleconnessione molto più affine a quella interannuale e può essere interpretata come parte dello spettro a bassa frequenza dell’ENSO.
Questa revisione del quadro precedente ha conseguenze concettuali importanti. Il termine “decadale”, utilizzato in senso molto ampio, può infatti raggruppare fenomeni fisici differenti. Un’oscillazione con una scala caratteristica di dieci o quindici anni può rappresentare la modulazione lenta di un sistema prevalentemente tropicale, mentre una variazione che persiste per venticinque o più anni può essere maggiormente associata alla memoria e alla dinamica dell’oceano extratropicale. L’uso di una singola banda temporale troppo ampia rischia pertanto di mescolare le due componenti e di attribuire alla “PDO decadale” un comportamento che deriva in realtà dalla sovrapposizione di processi differenti.
La separazione multidecadale rivela infatti una configurazione nella quale le anomalie delle SST diventano più intense nella regione della Kuroshio-Oyashio Extension. Questa zona rappresenta uno dei principali sistemi frontali dell’oceano globale, caratterizzato dall’incontro fra le acque subtropicali relativamente calde trasportate dal Kuroshio e le acque più fredde provenienti dal sistema dell’Oyashio. L’intenso gradiente termico meridionale, l’elevata attività vorticosa, le variazioni della posizione del getto oceanico e la propagazione di anomalie dinamiche attraverso il bacino conferiscono alla regione una memoria molto più lunga di quella dell’atmosfera. Il fatto che, eliminando la variabilità tropicale, Zhao et al. ottengano proprio un modo dominante centrato sulla KOE rafforza notevolmente l’idea che la componente multidecadale di Palmeiro et al. contenga una parte più autenticamente oceanica della variabilità del Pacifico settentrionale.
Le anomalie dei flussi turbolenti di calore analizzate nello studio rafforzano questa interpretazione, pur senza fornire una dimostrazione causale definitiva. Alle scale interannuali, il segno dei flussi è quello atteso quando la circolazione atmosferica associata all’ENSO contribuisce a raffreddare la superficie del Pacifico extratropicale: l’oceano cede calore all’atmosfera e le SST diminuiscono. Nella componente multidecadale, invece, le anomalie fredde della Kuroshio-Oyashio Extension persistono anche mentre il flusso turbolento anomalo trasferisce calore dall’atmosfera verso l’oceano. Ciò significa che il bilancio superficiale tende a smorzare il raffreddamento, non a produrlo. La persistenza dell’anomalia richiede pertanto un contributo di processi oceanici, come variazioni dell’avvezione, della posizione dei fronti, del trasporto meridionale di calore, dello strato mescolato o della circolazione oceanica superiore.
Il punto deve essere formulato con cautela. Un flusso atmosferico che tende a smorzare un’anomalia delle SST è compatibile con un feedback oceanico sull’atmosfera, ma non dimostra automaticamente che l’oceano sia stato la causa iniziale dell’intera teleconnessione. Le SST potrebbero essere state generate da una precedente fase della circolazione atmosferica e successivamente conservate dalla memoria oceanica. La relazione oceano-atmosfera nel Pacifico settentrionale è intrinsecamente bidirezionale e può cambiare con la scala temporale. Il risultato più robusto consiste quindi nell’affermare che la componente multidecadale presenta una maggiore partecipazione dei processi oceanici rispetto alla componente interannuale, non che essa rappresenti necessariamente una forzante oceanica completamente autonoma.
La differenza nelle origini delle SST acquista un’importanza ancora maggiore quando viene esaminata la risposta atmosferica. Tutte le bande temporali mostrano un approfondimento della depressione delle Aleutine, ma la successiva struttura del treno d’onda cambia profondamente. Nelle componenti interannuale e decadale, l’anomalia nordamericana si estende maggiormente verso est e assume caratteristiche compatibili con una teleconnessione tropicale ENSO-driven. Nel regime multidecadale il treno d’onda è più confinato alle latitudini subpolari e presenta una struttura più PNA-like. Queste differenze, che possono sembrare relativamente sottili nel Pacifico, si amplificano procedendo verso il Canada, la Groenlandia, il Mare del Labrador e infine il Nord Atlantico.
La stratosfera rappresenta il punto nel quale l’opposizione diventa più evidente. Nella fase positiva della componente interannuale, la configurazione ENSO-like si associa a un vortice polare più debole, coerentemente con la risposta media di El Niño documentata nella letteratura. Nella componente multidecadale, la stessa apparente firma PDO-like delle SST del Pacifico settentrionale si associa invece a un vortice più forte. L’inversione del segno indica che la risposta della stratosfera non può essere dedotta direttamente dalla presenza di SST fredde nel Pacifico centrale: deve essere considerata l’intera struttura della teleconnessione atmosferica che quelle SST rappresentano.
Questa conclusione aiuta a comprendere perché studi precedenti abbiano talvolta trovato relazioni apparentemente instabili tra Pacifico settentrionale e vortice polare. Se una serie non filtrata contiene contemporaneamente una componente interannuale che tende a indebolire il vortice e una componente multidecadale che tende a rafforzarlo, il segnale risultante dipenderà dal peso relativo delle due modalità nel periodo analizzato. Una correlazione può apparire forte in alcuni decenni, debole in altri e perfino cambiare segno senza che sia necessario invocare una completa riorganizzazione della dinamica atmosferica. Può semplicemente cambiare la combinazione delle frequenze presenti nel campione.
Un effetto analogo emerge nel settore Nord Atlantico-Europeo. Quando viene utilizzata la serie non filtrata delle SST del Pacifico settentrionale, la risposta superficiale assomiglia prevalentemente a quella interannuale associata all’ENSO, ma risulta più debole. Il motivo è che la componente multidecadale produce un segnale largamente opposto e quindi maschera parzialmente la teleconnessione interannuale. Questo risultato fornisce una spiegazione fisicamente plausibile della non stazionarietà documentata negli studi sulla teleconnessione ENSO-Europa.
Ayarzagüena e collaboratori hanno mostrato che la risposta europea a El Niño cambia sensibilmente da un periodo multidecadale all’altro. Nei periodi in cui il segnale pluviometrico europeo è forte, la configurazione ENSO tende maggiormente a ricordare un Eastern Pacific El Niño e il percorso stratosferico contribuisce in maniera importante alla trasmissione della teleconnessione verso l’Europa durante il tardo inverno. Nei periodi in cui la risposta europea è debole, le anomalie tropicali sono più concentrate nel Pacifico centrale e la via stratosferica diventa meno evidente. Gli autori attribuiscono questa non stazionarietà a variazioni dello stato medio delle SST e della circolazione atmosferica di fondo, capaci di modificare il luogo e l’efficienza della sorgente ENSO.
Il lavoro di Palmeiro et al. introduce un ulteriore elemento in questo quadro: non soltanto cambia la struttura dell’ENSO, ma anche la variabilità multidecadale extratropicale del Pacifico settentrionale può sovrapporsi al segnale ENSO e produrre una teleconnessione di segno opposto. Ciò significa che la non stazionarietà della relazione ENSO-NAE può dipendere sia dalla variabilità della sorgente tropicale sia dallo stato a bassa frequenza del Pacifico extratropicale. Le due componenti non sono necessariamente indipendenti, ma la loro sovrapposizione può alterare in maniera sostanziale la risposta osservata nel Nord Atlantico.
La differenza fra i due regimi diventa particolarmente evidente sulla superficie eurasiatica. La componente multidecadale individuata nello studio produce anomalie termiche coerenti con una variabilità a bassa frequenza degli episodi di Eurasian Cold Anomaly. Ricerche condotte da Luo e collaboratori hanno mostrato che il pattern invernale Warm Arctic–Cold Eurasia e, più specificamente, le anomalie fredde dell’Eurasia centrale presentano una pronunciata variabilità decadale e interdecadale. La loro struttura può essere modulata dalle fasi della variabilità pacifica e atlantica attraverso modificazioni della frequenza e della persistenza dei blocchi sugli Urali. In particolare, determinate combinazioni della PDO e della variabilità multidecadale atlantica favoriscono configurazioni differenti dell’anomalia fredda eurasiatica e della circolazione associata.
Il collegamento non implica naturalmente che la variabilità del Pacifico settentrionale sia l’unica causa degli episodi freddi eurasiatici. Il clima invernale dell’Eurasia dipende dall’interazione fra blocchi atmosferici, variabilità artica, stato del Nord Atlantico, copertura nevosa, ghiaccio marino, dinamica stratosferica e variabilità interna della troposfera. Ciò che lo studio di Palmeiro et al. suggerisce è che la componente multidecadale del Pacifico possa partecipare alla modulazione del contesto atmosferico nel quale questi episodi diventano più o meno probabili. Questa interpretazione è coerente con gli studi di Luo, che attribuiscono una parte della variabilità decadale del pattern Warm Arctic–Cold Eurasia alla modulazione combinata della circolazione pacifica e atlantica, soprattutto attraverso il comportamento dei blocchi uralici.
Le implicazioni di tali variazioni non sono necessariamente limitate alla scala regionale. Le oscillazioni decadali e multidecadali della temperatura superficiale su vaste regioni oceaniche e continentali possono contribuire a periodi di accelerazione o rallentamento della temperatura media globale, sovrapponendosi al trend di lungo periodo imposto dalle forzanti esterne. Esperimenti con modelli climatici mostrano che le oscillazioni non forzate della temperatura globale su scale decadali possono essere accompagnate da pattern spaziali robusti e da importanti redistribuzioni del calore tra oceano e atmosfera; la frequenza e l’ampiezza di tali oscillazioni, tuttavia, variano notevolmente da un modello all’altro. La variabilità interna deve quindi essere interpretata come una modulazione del trend climatico, non come un’alternativa alla forzante antropogenica.
Il risultato di Palmeiro et al. è particolarmente importante proprio per l’interpretazione dei trend. Una teleconnessione multidecadale capace di produrre anomalie opposte a quelle della componente interannuale può, in determinati periodi, amplificare o attenuare temporaneamente l’espressione superficiale delle tendenze climatiche. Se il periodo osservativo comprende soltanto poche fasi della modalità multidecadale, diventa difficile distinguere statisticamente un cambiamento persistente da una sovrapposizione temporanea della variabilità interna. Questo problema è ancora più rilevante quando si analizzano gli ultimi ottant’anni, perché una periodicità caratteristica di 20–25 anni fornisce soltanto un numero molto limitato di oscillazioni complete.
Proprio il numero ridotto di cicli multidecadali costituisce una delle principali ragioni per cui le conclusioni dello studio devono essere considerate robuste sul piano della coerenza dinamica, ma ancora suscettibili di ulteriori verifiche sul piano quantitativo. Le rianalisi moderne forniscono una descrizione atmosferica sempre più accurata, ma l’informazione disponibile per la stratosfera diminuisce andando indietro nel tempo e il campionamento di una modalità pluridecadale rimane inevitabilmente limitato. I risultati acquistano valore soprattutto perché diversi elementi indipendenti – SST, flussi di calore, geopotenziale troposferico, temperatura della tropopausa, vortice polare e clima NAE – mostrano una risposta coerente con la stessa separazione delle frequenze.
Il confronto con Zhao et al. rafforza ulteriormente questa lettura. Il fatto che, eliminando l’influenza tropicale, il principale modo residuo del Pacifico settentrionale diventi un pattern centrato sulla Kuroshio-Oyashio Extension significa che la tradizionale PDO osservata contiene effettivamente una forte componente tropicale. In osservazioni, i tropici contribuiscono in modo particolarmente importante alla variabilità lungo la costa nordamericana e nel fronte subtropicale, mentre la KOE rimane relativamente più indipendente. Tale distinzione geografica corrisponde quasi esattamente a quella temporale individuata da Palmeiro et al.: la componente interannuale-decadale conserva una forte impronta tropicale, mentre quella multidecadale si concentra maggiormente nel Pacifico nord-occidentale.
Ne consegue che la PDO, utilizzata come singolo indice climatico, deve essere interpretata con prudenza. Un valore positivo dell’indice può derivare da una risposta atmosferica extratropicale a El Niño, da una fase persistente della dinamica Kuroshio-Oyashio, dalla memoria del mixed layer o dalla combinazione di questi processi. Due anni o due decenni classificati entrambi come “PDO positiva” possono pertanto non essere dinamicamente equivalenti. La loro risposta stratosferica e nord-atlantica dipenderà dal meccanismo dominante e dalla frequenza alla quale si manifesta.
Questa osservazione è particolarmente importante per la previsione stagionale e decadale. Alle scale stagionali, conoscere la fase dell’ENSO e la risposta prevista del vortice polare può fornire informazioni utili sulle probabilità dei regimi nord-atlantici. Alle scale decadali e multidecadali, però, è necessario rappresentare correttamente anche i processi oceanici lenti del Pacifico settentrionale. I modelli climatici incontrano tuttora difficoltà nel simulare la corretta ampiezza della variabilità KOE e il suo equilibrio con la teleconnessione tropicale: Zhao et al. hanno mostrato, ad esempio, che molti modelli CMIP6 producono una variabilità del Pacifico settentrionale eccessivamente concentrata nella regione KOE e risultano meno sensibili alla forzante tropicale rispetto alle osservazioni. Ciò può avere conseguenze dirette sulla capacità di simulare correttamente le teleconnessioni verso la stratosfera e il Nord Atlantico.
La distinzione proposta dallo studio permette inoltre di interpretare in maniera più rigorosa la relazione tra PDO e vortice polare identificata da Hu e Guan. Questi ultimi avevano trovato che, su scale decadali, il raffreddamento del Pacifico settentrionale associato alla PDO positiva coincideva con un vortice artico più intenso e che questa relazione era diversa da quella osservata alle frequenze più alte. La nuova analisi mostra che il comportamento non è semplicemente una dicotomia “decadale contro interannuale”: quando la banda decadale viene isolata dal vero segnale multidecadale, essa mantiene la stessa direzione della risposta interannuale. È quindi la variabilità più lenta, attorno a 20–25 anni e oltre, a essere principalmente responsabile dell’inversione.
Questa precisazione cambia il modo in cui deve essere interpretato il concetto stesso di variabilità decadale del Pacifico. La banda 10–25 anni può contenere una quantità significativa di energia associata alle modulazioni lente dell’ENSO e al modo in cui l’oceano extratropicale integra il forcing tropicale. Soltanto alle frequenze ancora più basse emerge con sufficiente chiarezza una struttura maggiormente dominata dalla dinamica della Kuroshio-Oyashio Extension e associata a una teleconnessione atmosferica diversa. Il passaggio dalla variabilità tropicalmente forzata a quella più oceanicamente sostenuta appare quindi graduale nello spettro, ma produce conseguenze qualitative quando viene raggiunta la scala multidecadale.
Da questo punto di vista, il principale contributo della sezione 4.1 non consiste semplicemente nell’identificazione di una nuova correlazione tra Pacifico e stratosfera, ma nella dimostrazione che la stessa struttura spaziale delle SST può appartenere a famiglie dinamiche differenti. Alle scale interannuali e decadali il pattern PDO-like costituisce soprattutto l’espressione extratropicale di un sistema ENSO-driven: la sorgente primaria della teleconnessione si trova nel Pacifico tropicale, l’atmosfera trasferisce il segnale verso le medie latitudini e il vortice polare tende a indebolirsi. Alle scale multidecadali la configurazione SST si sposta maggiormente verso la Kuroshio-Oyashio Extension, gli scambi di calore suggeriscono una maggiore partecipazione della dinamica oceanica, il treno d’onda assume caratteristiche differenti e il vortice polare tende invece a rafforzarsi.
Questa opposizione prosegue fino al Nord Atlantico e all’Europa. La componente interannuale produce una risposta coerente con il noto percorso ENSO-NAE, comprendente sia una teleconnessione troposferica sia un possibile contributo stratosferico; la componente multidecadale genera un segnale di segno largamente opposto. Il fatto che la risposta non filtrata risulti simile a quella interannuale ma più debole dimostra concretamente come il regime multidecadale possa mascherare una parte della teleconnessione ENSO. Ciò fornisce un meccanismo plausibile attraverso il quale la forza apparente del collegamento Pacifico-Europa può variare nel corso dei decenni senza che la teleconnessione interannuale debba necessariamente cessare di esistere.
Nel complesso, la discussione dei segnali delle SST del Pacifico settentrionale conduce quindi a una visione più articolata della variabilità pacifica. La PDO non dovrebbe essere considerata un’entità monolitica, né il termine “decadale” dovrebbe essere utilizzato come sinonimo di un singolo meccanismo oceanico. La variabilità osservata è il risultato della sovrapposizione tra ENSO, risposta atmosferica extratropicale, memoria oceanica, dinamica della Kuroshio-Oyashio Extension e interazioni aria-mare che assumono importanza relativa diversa lungo lo spettro temporale. La separazione delle frequenze permette di rendere visibili queste differenze e mostra che il passaggio alle scale multidecadali coincide con un’autentica riorganizzazione della teleconnessione atmosferica.
La conseguenza più rilevante è che per comprendere gli effetti del Pacifico settentrionale sulla stratosfera e sul clima europeo non è sufficiente stabilire se la PDO sia positiva o negativa. È necessario determinare quale componente della variabilità stia producendo quel pattern, quale sia il ruolo relativo del Pacifico tropicale e della Kuroshio-Oyashio Extension e su quale scala temporale il segnale si stia evolvendo. Soltanto in questo modo diventa possibile distinguere un regime ENSO-like associato statisticamente a un vortice polare più debole da una configurazione multidecadale oceanicamente più persistente associata a un vortice più intenso. Lo studio di Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano mostra così che la non stazionarietà delle teleconnessioni Pacifico–stratosfera–Nord Atlantico non deve essere interpretata necessariamente come instabilità casuale della relazione climatica: può essere, almeno in parte, la manifestazione osservabile della sovrapposizione di processi fisici differenti che operano su scale temporali diverse.
4.2. Meccanismi potenziali
La spiegazione fisica dell’inversione di segno della risposta del vortice polare stratosferico rappresenta probabilmente la questione più complessa e ancora aperta dello studio di Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano. I risultati mostrano infatti un comportamento apparentemente paradossale: sia alle scale interannuali sia a quelle multidecadali, una fase positiva della variabilità delle SST del Pacifico settentrionale è accompagnata nella troposfera da un approfondimento della depressione delle Aleutine, eppure la risposta della stratosfera è opposta. Alle scale interannuali, dominate dalla teleconnessione dell’ENSO, il vortice polare tende a indebolirsi; alle scale multidecadali, invece, il vortice tende a rafforzarsi. La semplice intensità della depressione aleutinica non è quindi sufficiente a spiegare il comportamento della stratosfera. Occorre considerare la struttura tridimensionale del treno d’onda, la sua origine geografica, la distribuzione dei venti di fondo, la propagazione verticale delle onde planetarie e, possibilmente, processi radiativi e forme di variabilità interna della stratosfera che operano su scale temporali molto più lunghe. Gli stessi autori sottolineano che nessuno dei meccanismi attualmente proposti fornisce ancora una spiegazione definitiva dell’inversione osservata attorno alle frequenze multidecadali di 20–25 anni.
Il punto di partenza della discussione riguarda il ruolo della depressione delle Aleutine. Durante l’inverno boreale, questa struttura costituisce uno dei principali centri d’azione della circolazione troposferica del Pacifico settentrionale ed è strettamente collegata alla generazione e alla propagazione delle onde planetarie verso la stratosfera. In termini generali, un approfondimento della depressione aleutinica può aumentare l’ampiezza delle anomalie del geopotenziale troposferico, favorire una maggiore attività ondulatoria verso le alte latitudini e contribuire a un incremento del flusso verticale di attività d’onda. Quando queste onde raggiungono la stratosfera e interagiscono con il flusso zonale medio, possono depositare momento, decelerare i venti occidentali e provocare un riscaldamento dinamico delle regioni polari. In condizioni sufficientemente intense il processo può culminare in un sudden stratospheric warming; anche in assenza di un SSW maggiore, un aumento persistente dell’attività ondulatoria tende comunque a produrre un vortice più caldo e debole.
Questo schema funziona relativamente bene per la componente interannuale dello studio. Durante El Niño, il riscaldamento tropicale modifica la convezione e genera un treno di onde di Rossby che attraversa il Pacifico settentrionale, approfondisce la depressione delle Aleutine e modifica la propagazione ondulatoria verso la stratosfera. La risposta media consiste in un vortice polare relativamente debole, in accordo con l’ampia letteratura sulla teleconnessione ENSO-stratosfera. Il problema nasce quando lo stesso ragionamento viene applicato alla componente multidecadale: anche in questo caso la depressione aleutinica appare più intensa, ma il vortice risulta più forte. Ne consegue che non è sufficiente conoscere l’ampiezza del centro depressionario pacifico; deve esistere qualche differenza nella struttura delle onde o nell’ambiente attraverso il quale esse si propagano che modifica radicalmente la quantità di attività ondulatoria effettivamente trasferita alla stratosfera.
Hu e Guan avevano già affrontato questa apparente contraddizione analizzando la relazione tra PDO e vortice artico sulle scale decadali. Utilizzando rianalisi e simulazioni numeriche, individuarono una relazione in fase tra la PDO e l’intensità del vortice: le SST relativamente fredde del Pacifico settentrionale associate alla fase positiva della PDO risultavano correlate con un vortice più intenso, diversamente dal comportamento osservato alle frequenze subdecadali. Le loro analisi suggerivano che il segnale pacifico modificasse principalmente la propagazione verticale dell’onda planetaria zonale 1, riducendo il flusso ondulatorio che raggiungeva la stratosfera e consentendo quindi al vortice di mantenersi più forte. Il problema, evidenziato dal nuovo studio, è comprendere perché una configurazione SST apparentemente simile debba ridurre la propagazione ondulatoria alle frequenze lente e intensificarla o comunque favorire un vortice più debole alle frequenze interannuali.
La risposta proposta da Palmeiro e collaboratori è che i due casi, in realtà, non rappresentino affatto lo stesso treno d’onda. L’apparente somiglianza delle SST del Pacifico settentrionale nasconde due sorgenti dinamiche differenti. Alle scale interannuali domina il treno d’onda forzato dall’ENSO, la cui sorgente fondamentale risiede nel riscaldamento convettivo anomalo del Pacifico tropicale. Alle scale multidecadali emerge invece una struttura maggiormente PNA-like, collegata alla variabilità extratropicale del Pacifico settentrionale e, con maggiore probabilità, alla regione della Kuroshio-Oyashio Extension. I due pattern possono produrre anomalie dello stesso segno in alcune regioni, come la depressione delle Aleutine, ma differiscono nella fase, nella lunghezza d’onda, nell’estensione meridionale e nella posizione dei centri d’azione sul Nord America e alle alte latitudini.
Questa distinzione è fondamentale nella dinamica delle onde planetarie. La capacità di un’onda di propagarsi verticalmente dalla troposfera alla stratosfera non dipende soltanto dalla sua ampiezza al livello del suolo, ma anche dal numero d’onda zonale, dalla latitudine, dalla struttura verticale del vento zonale medio e dalla posizione dei cosiddetti waveguides e delle regioni di rifrazione. Le onde planetarie di grande scala, in particolare quelle con numero d’onda zonale 1 e 2, sono quelle più efficaci nel raggiungere la stratosfera invernale. Piccole modificazioni nella fase di un treno d’onda possono inoltre trasformare un’interferenza costruttiva con l’onda climatologica in un’interferenza distruttiva. Due pattern dotati di una depressione aleutinica apparentemente simile possono pertanto produrre flussi verticali di attività ondulatoria molto differenti se i centri successivi dell’onda si trovano in posizioni diverse.
La Figura 2 dello studio aveva mostrato proprio questa differenza. Nel regime interannuale il centro anticiclonico nordamericano si estende maggiormente verso il Canada orientale, mentre il treno d’onda prosegue nel Nord Atlantico; nel regime multidecadale il centro positivo rimane più occidentale e il successivo centro negativo raggiunge già una forte espressione sulla Groenlandia meridionale. Ciò implica differenze nella fase dell’onda proprio nelle regioni alle quali è particolarmente sensibile la propagazione verso il vortice polare. È quindi plausibile che la risposta stratosferica opposta derivi non dalla forza della depressione delle Aleutine isolatamente considerata, ma dalla geometria complessiva del pattern emisferico.
La distinzione fra una sorgente tropicale e una extratropicale è importante anche per le scale spaziali del treno d’onda. Il forcing convettivo tropicale dell’ENSO genera strutture di grande lunghezza d’onda capaci di propagarsi verso il polo e di attraversare vaste porzioni dell’emisfero. Una sorgente extratropicale associata alle SST del Pacifico settentrionale può invece produrre una struttura più corta e maggiormente confinata alle latitudini subpolari. In questo senso, due configurazioni che producono entrambe una depressione aleutinica intensificata possono interagire con il vortice in modo completamente diverso perché l’onda che raggiunge la base della stratosfera possiede caratteristiche differenti. È questo uno degli aspetti più convincenti dell’interpretazione proposta da Palmeiro et al.: l’inversione del vortice non richiede necessariamente un meccanismo misterioso attraverso cui “la stessa” teleconnessione cambi effetto, perché potrebbe trattarsi in realtà di due teleconnessioni differenti che condividono soltanto alcuni centri d’azione nel Pacifico settentrionale.
Tale interpretazione può inoltre spiegare perché la componente decadale isolata nello studio rimanga più simile a quella interannuale. Se la variabilità fra circa 10 e 25 anni contiene ancora una parte importante della modulazione a bassa frequenza dell’ENSO, la sorgente tropicale e la struttura ondulatoria restano relativamente simili a quelle del regime interannuale. L’inversione si manifesta solamente quando si raggiungono le frequenze multidecadali alle quali la Kuroshio-Oyashio Extension e altri processi oceanici extratropicali assumono un peso maggiore. La transizione non sarebbe quindi prodotta dalla semplice durata temporale dell’anomalia, ma da un cambiamento nella natura del processo dominante.
Questa prospettiva permette di reinterpretare anche i risultati precedenti di Hu e Guan. Il loro studio documentava una relazione decadale fra PDO e vortice, ma la separazione spettrale utilizzata da Palmeiro e collaboratori indica che parte di ciò che viene comunemente indicato come “variabilità decadale” contiene componenti dinamicamente differenti. Quando la banda 10–25 anni viene separata dalla componente più lenta, essa mantiene infatti caratteristiche ENSO-like, mentre la vera inversione del vortice emerge soprattutto nella componente multidecadale. Il nuovo risultato non invalida quindi il lavoro precedente, ma ne raffina l’interpretazione mostrando che il termine “decadale” può nascondere più di un meccanismo.
Un secondo meccanismo proposto nella letteratura riguarda il vapore acqueo stratosferico. Seabrook e collaboratori hanno utilizzato esperimenti modellistici per studiare perché la variabilità pacifica interannuale e quella decadale possano produrre impatti opposti sulla stratosfera. Il loro risultato principale suggerisce che, durante la variabilità pacifica positiva a bassa frequenza, un progressivo aumento del vapore acqueo stratosferico possa favorire il raffreddamento radiativo della regione polare. Un maggiore raffreddamento aumenterebbe il gradiente meridionale di temperatura tra basse e alte latitudini e, attraverso il bilancio del vento termico, rafforzerebbe i venti occidentali stratosferici e quindi il vortice polare.
Il collegamento fra Pacifico e vapore acqueo sarebbe mediato dalla Tropical Tropopause Layer. L’aria che entra nella stratosfera tropicale attraversa regioni estremamente fredde, e la quantità di acqua che riesce a superare questa barriera è fortemente controllata dalla temperatura minima incontrata dalle masse d’aria, il cosiddetto cold point lagrangiano. Se questo punto si riscalda, una quantità maggiore di vapore acqueo può sopravvivere al processo di condensazione e congelamento e raggiungere la stratosfera. Poiché il vapore acqueo è un efficace emettitore infrarosso nelle condizioni della stratosfera, variazioni persistenti della sua concentrazione possono produrre effetti radiativi capaci di modificare il bilancio termico polare. Seabrook et al. propongono dunque una catena nella quale una perturbazione tropicale relativamente piccola, integrata nel tempo, produce gradualmente un’anomalia radiativa sufficientemente persistente da rafforzare il vortice.
L’ipotesi è fisicamente interessante soprattutto perché introduce una memoria stratosferica. Mentre la propagazione delle onde planetarie può cambiare rapidamente da un inverno all’altro, l’accumulo e il trasporto del vapore acqueo attraverso la stratosfera possono integrare anomalie per periodi più lunghi. Ciò offre un possibile ponte fra una perturbazione pacifica a bassa frequenza e una risposta relativamente persistente del vortice. Tuttavia, i risultati di Palmeiro et al. pongono una difficoltà importante a questa interpretazione. Il riscaldamento a 100 hPa sul Pacifico tropicale occidentale, che potrebbe aumentare l’ingresso di vapore acqueo, compare chiaramente nella componente interannuale ma non nelle componenti più lente; eppure l’inversione del vortice emerge soltanto alla scala multidecadale.
La mancata corrispondenza temporale non esclude completamente il meccanismo radiativo, perché il trasporto del vapore acqueo, la sua permanenza nella stratosfera e le interazioni con la circolazione di Brewer-Dobson possono introdurre ritardi considerevoli. Tuttavia, rende difficile considerarlo la spiegazione unica della transizione. Se il segnale responsabile dell’umidificazione stratosferica è principalmente interannuale, occorre dimostrare in modo convincente come esso venga integrato fino a produrre soltanto dopo molti anni una risposta multidecadale di segno opposto. Lo studio originale non trova una prova sufficiente di questa catena e mantiene quindi l’ipotesi del vapore acqueo tra i meccanismi plausibili ma non conclusivi.
Una terza possibilità, concettualmente ancora più importante, consiste nel fatto che la variabilità multidecadale del vortice non sia necessariamente forzata dalle SST del Pacifico settentrionale. La correlazione osservata potrebbe essere almeno in parte il risultato di un terzo processo comune oppure di una forma di accoppiamento in senso opposto, dalla stratosfera verso la troposfera e l’oceano. Il sistema atmosfera-oceano non è infatti unidirezionale. È ben documentato che anomalie persistenti del vortice possono modificare la NAO, la posizione del getto e le storm tracks; queste alterazioni cambiano a loro volta i venti superficiali, i flussi di calore e la circolazione oceanica. Su scale sufficientemente lunghe, la risposta dell’oceano può quindi immagazzinare una parte del segnale stratosferico e trasformarlo in variabilità decadale. Studi con grandi ensemble modellistici mostrano inoltre che il coupling stratosfera-troposfera può amplificare la variabilità delle temperature superficiali anche su scale decadali.
L’idea di una relazione bidirezionale tra stratosfera e oceano trova sostegno anche negli studi sul settore atlantico. Dimdore-Miles e collaboratori, utilizzando una simulazione preindustriale di mille anni del modello UKESM, hanno mostrato che periodi persistenti caratterizzati da un vortice anomalo possono generare risposte oscillanti della Atlantic Meridional Overturning Circulation, mentre a scale ancora più lunghe anomalie dell’AMOC possono retroagire sulla stratosfera attraverso un percorso che coinvolge Pacifico equatoriale e QBO. Il loro risultato evidenzia che, su scale multidecadali, la distinzione tra causa e risposta può diventare molto meno netta di quanto suggeriscano le correlazioni contemporanee.
Questa possibilità è particolarmente rilevante per lo studio di Palmeiro et al., perché il campione osservativo disponibile è breve rispetto alle frequenze analizzate. Il periodo atmosferico 1940–2020 comprende soltanto alcune oscillazioni complete di una componente caratteristica di 20–25 anni. Dopo aver tenuto conto dell’autocorrelazione, il numero effettivo di gradi di libertà si riduce ulteriormente. Una correlazione apparentemente coerente tra Pacifico e vortice potrebbe quindi risultare sensibile alla fase specifica delle poche oscillazioni osservate. Gli autori sono espliciti su questo punto: la covariabilità multidecadale costituisce un risultato suggestivo e dinamicamente coerente, ma non può essere trasformata automaticamente in una dimostrazione causale.
Una quarta possibilità riguarda la variabilità interna della stratosfera stessa. In una visione tradizionale, la stratosfera invernale viene spesso considerata soprattutto come sistema che risponde alle onde generate nella troposfera. Tuttavia, le interazioni non lineari fra QBO, onde planetarie e vortice possono creare variazioni a frequenza molto più bassa di quella delle singole forzanti. Dimdore-Miles, Gray e Osprey hanno analizzato una simulazione preindustriale di mille anni e individuato una marcata variabilità multidecadale nella frequenza degli SSW, con periodi di circa 60–90 anni. Nel loro modello, la principale fonte di questa variabilità non era costituita dalle SST tropicali o dalla depressione delle Aleutine, che spiegavano soltanto una parte limitata del segnale, ma dalle variazioni a lungo termine nell’ampiezza e nella struttura verticale della QBO.
Questo risultato è estremamente importante perché dimostra che una periodicità lenta del vortice non richiede necessariamente una forzante oceanica altrettanto lenta. Interazioni interne alla stratosfera possono trasformare la variabilità della QBO e delle onde in un segnale multidecadale emergente. In altre parole, il fatto che Pacifico e vortice mostrino covariabilità a 20–25 anni non prova che il primo debba necessariamente forzare il secondo: entrambi potrebbero essere influenzati da un sistema di interazioni atmosferiche capace di produrre spontaneamente variabilità a bassa frequenza.
Il ruolo della QBO è fisicamente plausibile alla luce della ben nota relazione Holton-Tan. La fase dei venti equatoriali nella bassa stratosfera modifica il waveguide subtropicale delle onde planetarie e quindi la quantità di attività ondulatoria che raggiunge il vortice polare. Esperimenti con modelli tridimensionali hanno riprodotto una tendenza del vortice boreale a risultare più debole durante la fase orientale della QBO e più forte durante quella occidentale, insieme a differenze nella frequenza dei grandi riscaldamenti stratosferici. Ciò significa che variazioni persistenti nell’ampiezza, profondità o coerenza verticale della QBO potrebbero modulare lo stato medio del vortice per periodi molto più lunghi della semplice durata di un singolo ciclo quasi-biennale.
Lo studio di Dimdore-Miles et al. costituisce un esempio particolarmente interessante: nelle simulazioni, lunghi periodi privi di SSW erano associati a fasi occidentali della QBO particolarmente profonde e intense, mentre variazioni della QBO su scale multidecadali spiegavano gran parte della modulazione della frequenza degli SSW. Ciò apre la possibilità che la relazione Pacifico-vortice osservata da Palmeiro et al. sia almeno in parte modulata da uno stato stratosferico interno che modifica simultaneamente la sensibilità del vortice alle onde provenienti dal Pacifico.
La QBO potrebbe inoltre interagire con l’ENSO stesso. In questo caso, la separazione fra “forzante pacifica” e “variabilità interna stratosferica” diventerebbe ancora meno netta: la fase della QBO può modificare la risposta extratropicale all’ENSO, mentre l’ENSO può alterare la circolazione tropicale e quindi il contesto nel quale la QBO influenza il vortice. La risposta media osservata in una serie relativamente breve sarebbe quindi il risultato di un campionamento specifico delle combinazioni ENSO-QBO, non necessariamente di una teleconnessione lineare immutabile. Questa possibilità è particolarmente importante per l’interpretazione delle componenti a bassa frequenza, nelle quali la sovrapposizione casuale o organizzata di differenti modi climatici può produrre apparenti relazioni multidecadali.
Un’altra ipotesi discussa dagli autori riguarda il forcing solare. La connessione tra variabilità solare e stratosfera è fisicamente ben fondata soprattutto per la radiazione ultravioletta. La variabilità dell’UV nel ciclo solare di circa 11 anni è proporzionalmente molto maggiore di quella dell’irraggiamento solare totale e influenza direttamente la fotolisi e la produzione dell’ozono nella stratosfera. Le variazioni dell’ozono modificano il riscaldamento radiativo, il gradiente meridionale di temperatura e quindi i venti zonali; questi cambiamenti possono a loro volta alterare la propagazione delle onde planetarie e trasferire una parte del segnale solare verso la stratosfera polare e, attraverso l’accoppiamento verso il basso, nella troposfera. Questo meccanismo cosiddetto “top-down” è uno dei percorsi solari-climatici meglio studiati.
Esperimenti modellistici hanno mostrato che variazioni realistiche della radiazione solare possono produrre una risposta invernale della circolazione nord-atlantica attraverso la stratosfera. Ineson e collaboratori, ad esempio, riprodussero nei modelli condizioni caratterizzate da venti occidentali più deboli durante periodi di bassa attività solare, mostrando che la risposta radiativa stratosferica può propagarsi dinamicamente verso la superficie. Il dataset di forcing solare raccomandato per CMIP6 include esplicitamente la variabilità spettrale della radiazione e i suoi effetti sull’ozono proprio perché una rappresentazione limitata alla sola irradiazione totale non è sufficiente a simulare correttamente il collegamento solare-stratosferico.
La situazione diventa tuttavia più incerta quando si passa dal ciclo undecennale alle oscillazioni multidecadali. Lo studio di Palmeiro et al. osserva nel proprio materiale supplementare una forte correlazione, alle frequenze lente, tra l’indice del vortice e la componente della forzante solare nel vicino infrarosso, con una risposta delle SST del Pacifico simile alla componente multidecadale individuata nello studio. Gli autori presentano questo risultato come possibile indizio, non come prova causale. La prudenza è essenziale perché, in una serie contenente poche oscillazioni indipendenti, due segnali filtrati a bassa frequenza possono presentare correlazioni elevate anche in assenza di un collegamento diretto.
La possibilità che il Sole moduli la variabilità pacifica non è comunque priva di precedenti. Meehl e collaboratori hanno mostrato, in esperimenti con modelli climatici, che il debole forcing del ciclo solare di 11 anni può essere amplificato nel Pacifico attraverso la combinazione di un percorso “top-down”, mediato dalla stratosfera, e di un percorso “bottom-up”, basato sulla risposta accoppiata oceano-atmosfera tropicale. Studi più recenti hanno inoltre individuato una possibile sincronizzazione tra il ciclo solare e forme di variabilità decadale del Pacifico tropicale, con modificazioni del contenuto di calore oceanico e della circolazione di Walker. Questi risultati dimostrano che un’interazione Sole-Pacifico è fisicamente possibile, ma non stabiliscono che essa spieghi la particolare oscillazione multidecadale di 20–25 anni osservata da Palmeiro et al.
Anche le analisi di Huo e collaboratori mostrano che l’attività solare può modulare alcune relazioni fra variabilità nord-atlantica e SST tropicali pacifiche, rafforzando l’idea di un sistema nel quale forcing esterni e variabilità interna possono interagire. Tuttavia, la maggior parte delle evidenze più robuste riguarda il ciclo undecennale e i meccanismi UV-ozono; il passaggio verso periodicità multidecadali rimane molto meno vincolato dalle osservazioni. La correlazione con il vicino infrarosso individuata nello studio originale deve quindi essere considerata un’ipotesi di lavoro che richiede esperimenti modellistici mirati in cui il forcing solare venga controllato indipendentemente dalla variabilità interna oceanica e stratosferica.
È inoltre importante distinguere il ruolo potenziale della variabilità solare da quello del cambiamento climatico antropogenico. La revisione di Gray et al. mostra che le variazioni solari possono produrre segnali regionali atmosferici attraverso meccanismi dinamici di amplificazione, ma il loro contributo al cambiamento della temperatura media globale degli ultimi decenni è molto più piccolo di quello dei gas serra. Nel contesto dello studio di Palmeiro et al., il Sole viene quindi considerato come possibile modulatore della variabilità naturale multidecadale della circolazione, non come spiegazione alternativa del riscaldamento climatico di lungo periodo.
L’esistenza contemporanea di tutte queste ipotesi – propagazione delle onde, vapore acqueo, QBO, variabilità interna stratosferica, forcing solare e possibile accoppiamento verso il basso – evidenzia un problema metodologico fondamentale: alle basse frequenze è estremamente difficile distinguere correlazione e causalità utilizzando soltanto le osservazioni. Se una modalità possiede una scala caratteristica di circa 25 anni e il record atmosferico affidabile ne contiene tre o quattro oscillazioni, qualunque stima della fase, dell’ampiezza e della relazione con altri indici possiede un’incertezza intrinseca molto elevata. È inoltre possibile che due fenomeni appaiano sincronizzati semplicemente perché entrambi rispondono a una terza sorgente di variabilità o perché il filtro temporale enfatizza componenti lente comuni.
Da questo punto di vista, le simulazioni climatiche multicentenarie o millenarie rappresentano uno strumento indispensabile. Esse permettono di osservare molte più realizzazioni della variabilità interna rispetto al record strumentale e di verificare se una relazione Pacifico-vortice simile a quella osservata emerga spontaneamente senza forcing esterni. Gli studi di Dimdore-Miles dimostrano proprio la capacità di lunghe simulazioni di rivelare periodicità della stratosfera che sarebbero praticamente impossibili da identificare con sicurezza nelle sole rianalisi.
Ancora più utili sarebbero esperimenti meccanicistici mirati. Un primo gruppo di simulazioni potrebbe prescrivere soltanto le anomalie multidecadali della Kuroshio-Oyashio Extension mantenendo climatologico il Pacifico tropicale; un secondo potrebbe imporre la componente ENSO-like interannuale mantenendo neutro il Pacifico extratropicale; altri esperimenti potrebbero utilizzare una QBO controllata, differenti condizioni solari e concentrazioni fisse di vapore acqueo stratosferico. La risposta del vortice potrebbe così essere attribuita con maggiore sicurezza a ciascun meccanismo. La stessa logica potrebbe essere applicata mediante pacemaker experiments, nei quali soltanto una determinata regione oceanica viene vincolata alle osservazioni mentre il resto del sistema climatico evolve liberamente.
La capacità di eseguire tali esperimenti dipende però dalla qualità dei modelli. Proprio qui emerge un’altra delle questioni sollevate dagli autori: i modelli CMIP6 incontrano ancora difficoltà nel riprodurre la variabilità temporale della PDO. Ma et al. hanno mostrato che le simulazioni storiche CMIP6 presentano una capacità relativamente limitata di riprodurre l’evoluzione dell’indice PDO, anche quando riescono a rappresentarne alcune caratteristiche spaziali. Un’analisi successiva condotta su 40 modelli CMIP6 ha confermato che la struttura spaziale media della PDO può essere rappresentata ragionevolmente, mentre la sua evoluzione temporale e l’ampiezza della variabilità risultano generalmente molto meno realistiche; il multi-model ensemble, in particolare, non riproduce adeguatamente la periodicità osservata attorno ai vent’anni.
Questa carenza è particolarmente rilevante per il problema discusso da Palmeiro et al. Se l’inversione della risposta del vortice emerge proprio attorno alle frequenze di 20–25 anni, un modello incapace di rappresentare quella banda dello spettro difficilmente potrà simulare correttamente la teleconnessione Pacifico-stratosfera associata. La valutazione della qualità dei modelli non dovrebbe pertanto limitarsi alla capacità di riprodurre la mappa media della PDO. Due modelli possono generare pattern SST molto simili ma avere spettri temporali, interazioni aria-mare e dinamiche Kuroshio-Oyashio completamente differenti. Per comprendere le teleconnessioni è necessario valutare simultaneamente struttura spaziale, frequenza, persistenza, flussi di calore, treni d’onda e risposta stratosferica.
Un lavoro molto recente sull’intera famiglia della Pacific Decadal Variability ha confermato questa difficoltà: numerosi modelli CMIP6 sottostimano la variabilità decadale della PDO e dell’IPO e presentano bias nella posizione delle anomalie del Pacifico settentrionale, con conseguenze sulla capacità di riprodurre le teleconnessioni idroclimatiche remote. Il problema non è quindi puramente accademico. Se l’ampiezza e la frequenza della variabilità oceanica sono errate, anche l’atmosfera riceve una forzante differente da quella reale e può produrre una risposta stratosferica e nord-atlantica distorta.
La rappresentazione della stratosfera costituisce un secondo requisito. Un modello che riproduca correttamente le SST pacifiche ma possieda una QBO troppo debole, un vortice poco variabile o una propagazione ondulatoria irrealistica può fallire nel simulare il passaggio Pacifico-stratosfera. Analogamente, un modello che non rappresenti adeguatamente la chimica dell’ozono o la variabilità spettrale della radiazione solare non può essere utilizzato con la stessa fiducia per valutare l’ipotesi del forcing solare. Le raccomandazioni CMIP6 sul forcing solare sottolineano proprio la necessità di includere variabilità spettrale e risposta dell’ozono nei modelli che intendono rappresentare i meccanismi stratosferici.
L’interazione fra questi bias rende particolarmente difficile attribuire l’inversione multidecadale a un unico processo. Un modello potrebbe produrre una PDO corretta ma una QBO sbagliata; un altro potrebbe rappresentare bene la QBO ma avere una Kuroshio Extension troppo diffusa; un terzo potrebbe riprodurre il vortice medio ma non la sensibilità alle onde planetarie. Per questo gli autori suggeriscono che la variabilità a bassa frequenza dovrebbe diventare un criterio esplicito di valutazione dei modelli accoppiati, invece di concentrarsi solamente sui climatological means e sulla variabilità interannuale.
La distinzione fra i meccanismi possibili è essenziale anche per la previsione decadale. Se il segnale multidecadale deriva principalmente dalla dinamica della Kuroshio-Oyashio Extension, la prevedibilità potrebbe dipendere dalla memoria oceanica, dal contenuto di calore e dalla capacità di inizializzare correttamente la circolazione del Pacifico settentrionale. Se invece una parte importante del segnale nasce nella stratosfera attraverso interazioni QBO-vortice, la qualità dell’inizializzazione stratosferica e la corretta simulazione della QBO diventerebbero altrettanto essenziali. Se interviene il forcing solare, una componente esterna relativamente prevedibile potrebbe contribuire al segnale; se, al contrario, le correlazioni osservate derivano soprattutto dal campionamento limitato della variabilità interna, la prevedibilità reale sarebbe molto inferiore.
Lo stesso problema riguarda l’interpretazione dei trend climatici. Una componente multidecadale capace di rafforzare il vortice e produrre una risposta Nord Atlantico-Europea opposta a quella interannuale può temporaneamente rafforzare, attenuare o mascherare tendenze generate da altri processi. La sovrapposizione tra variabilità interna e forcing esterno potrebbe quindi far apparire una determinata teleconnessione più forte in alcuni decenni e quasi assente in altri. Il lavoro di Dimdore-Miles et al. dimostra inoltre che l’accoppiamento stratosfera-oceano può produrre variabilità a lunghissima scala persino in condizioni di forcing esterno costante. Ne consegue che periodi di alcune decine d’anni non sono necessariamente sufficienti per definire un trend dinamico stabile del sistema.
Un’ulteriore implicazione riguarda l’idea stessa di “precursore”. La depressione delle Aleutine viene spesso utilizzata come indicatore della futura attività ondulatoria stratosferica, ma i risultati discussi in questa sezione mostrano che la relazione non è universalmente valida a tutte le frequenze. Una Aleutian Low più profonda può essere associata a un vortice debole in un regime ENSO-like e a un vortice forte in un regime multidecadale. Ciò non significa che il ruolo della depressione aleutinica sia errato; significa che il valore diagnostico di un singolo centro d’azione dipende dal resto del pattern atmosferico. La fase dei centri d’onda a valle, la posizione del getto, la struttura verticale dei venti e l’interferenza con l’onda climatologica devono essere considerati congiuntamente.
Questo punto è particolarmente importante per la meteorologia stratosferica operativa. La previsione di un vortice debole non può basarsi esclusivamente sull’intensità della depressione delle Aleutine. Due inverni con valori simili di pressione nel Pacifico settentrionale possono possedere strutture ondulatorie emisferiche molto diverse e quindi trasferire quantità differenti di momento alla stratosfera. La distinzione fra pattern ENSO-forzato e PNA-like multidecadale identificata da Palmeiro et al. offre un esempio concreto di questa complessità.
Nel complesso, il meccanismo più convincente suggerito dall’insieme dei risultati non è necessariamente un singolo processo, ma una dipendenza dalla sorgente e dalla geometria della teleconnessione. Alle scale interannuali il forcing tropicale ENSO produce un treno d’onda a grande scala, altera la propagazione planetaria e si associa al comportamento canonico di un vortice relativamente debole. Alle scale multidecadali le SST extratropicali, maggiormente concentrate nella Kuroshio-Oyashio Extension, sono associate a una struttura PNA-like diversa; il modo in cui questa struttura interagisce con il background atmosferico può ridurre l’effettivo trasferimento di attività d’onda alla stratosfera e favorire un vortice più intenso. Questa interpretazione è coerente sia con i pattern troposferici mostrati dallo studio sia con la precedente evidenza di Hu e Guan sulla propagazione dell’onda zonale 1, ma necessita ancora di esperimenti modellistici in grado di verificarne direttamente la causalità.
Gli altri meccanismi non devono tuttavia essere considerati alternativi in senso esclusivo. Il vapore acqueo stratosferico potrebbe modificare radiativamente la risposta del vortice; la QBO potrebbe cambiare il waveguide e quindi la sensibilità del vortice alla teleconnessione pacifica; la variabilità solare potrebbe modulare temperatura, ozono e circolazione; la stratosfera stessa potrebbe generare una parte della variabilità multidecadale e trasferirla verso la troposfera e l’oceano. Il sistema reale potrebbe quindi produrre l’inversione attraverso la combinazione di più processi relativamente deboli piuttosto che attraverso un solo meccanismo dominante.
Proprio questa possibilità rende particolarmente importante evitare una conclusione causale prematura. La forza dello studio di Palmeiro, Hitchcock e García-Serrano non risiede nell’aver identificato definitivamente la causa dell’inversione, ma nell’aver dimostrato con chiarezza che l’inversione esiste nella covariabilità osservata e compare soltanto quando vengono separate correttamente le scale temporali. Questo risultato restringe considerevolmente il campo dei meccanismi plausibili: qualunque spiegazione futura dovrà essere in grado di riprodurre contemporaneamente la risposta ENSO-like interannuale, la continuità della componente decadale con essa, il cambio di segno soltanto alle frequenze multidecadali, il diverso treno d’onda sul Nord America, la persistenza delle anomalie della Kuroshio-Oyashio Extension e la risposta opposta del settore Nord Atlantico-Europeo.
La sezione sui meccanismi potenziali conduce quindi a una conclusione scientificamente molto importante. L’inversione della relazione tra Pacifico settentrionale e vortice polare non sembra spiegabile attraverso un semplice principio secondo cui “PDO positiva significa più o meno onde planetarie”. Le anomalie PDO-like sono il risultato superficiale di processi differenti e il comportamento della stratosfera dipende dalla struttura completa del sistema. ENSO, dinamica della Kuroshio-Oyashio Extension, propagazione delle onde planetarie, QBO, vapore acqueo stratosferico e forcing solare possono tutti partecipare, a diversi livelli, alla costruzione della risposta osservata.La sfida futura consiste nel separare quantitativamente questi contributi attraverso simulazioni lunghe, esperimenti meccanicistici e modelli capaci di rappresentare simultaneamente oceano, troposfera e stratosfera con sufficiente fedeltà.
Indipendentemente dal meccanismo finale, la conseguenza pratica rimane quella evidenziata dagli autori: la teleconnessione Pacifico–stratosfera–Nord Atlantico è intrinsecamente dipendente dalla frequenza. Una relazione diagnosticata sulle scale interannuali non può essere estrapolata automaticamente ai decenni e, allo stesso modo, una correlazione multidecadale non può essere utilizzata per interpretare ogni singolo inverno. Questa distinzione è essenziale per la previsione decadale, per la valutazione dei modelli e per l’interpretazione dei trend di lungo periodo. Lo studio mostra così che comprendere il sistema climatico non significa soltanto identificare dove si trovano le anomalie, ma determinare a quale frequenza operano, da quale sorgente provengono e attraverso quale catena dinamica riescono a collegare il Pacifico settentrionale, il vortice polare e il clima del Nord Atlantico e dell’Europa.
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