Come promesso nell' outlook scritto a me, luca90 e riccardo94 outlook-inverno-2014-2015-t41756.html, vi posto questa mia ricerca che ci ha permesso di prevedere la NAO del bimestre di gennaio e febbraio.
Domani vi posto anche i risultati di quest' anno e la previsione della NAO per i prossimi mesi
Se avete dubbi o sono stato poco chiaro in alcuni passaggi dell' articolo chiedete pure...
Dai venti zonali dell’ Alaska un nuovo indice per la previsione della NAO invernale e la variabilità degli inverni nel nord Atlantico e in Europa
Articolo a cura di Alessandro Castagna. (Ale90)
In questo articolo divulgativo verrà mostrata l’ esistenza di una forte correlazione tra le anomalie dei venti zonali del pacifico con la NAO media dei mesi di gennaio.
1.1 Introduzione
Il clima dell’ emisfero nord è forte legato all’ Artic Oscillation (AO), l’AO viene calcolato in base alla differenza di pressione tra l'artico e le medio-basse latitudini.
Nella fase positiva dell’ indice AO abbiamo:
-un rafforzamento del vortice polare, ovvero della zona di bassa pressione che staziona permanentemente sopra l’ artico
- un rafforzamento delle alte pressioni nella zona del medio Atlantico e del medio Pacifico .
Invece nella Fase negativa dell’ AO si ha un indebolimento del vortice polare e delle alte pressioni oceaniche, in queste condizioni c’ è la maggior probabilità di discesa di aria artica verso le basse latitudini.
La North Atlantic Oscillation rappresenta il ramo nord atlantico dell’ Artic Oscillation, l’ indice NAO viene calcolato misurando la differenza di pressione al livello del mare a Punta Delgada (Azzorre) e Akureyri (Islanda).
La NAO è uno degli indici che ha maggior influenza sugli inverni nel nord Atlantico e in Europa; infatti nella fase positiva della NAO si crea un forte dislivello di pressione tra le medie e le alte latitudini con conseguente rafforzamento del ciclone semipermanente islandese e dell’ anticiclone delle Azzorre che tende ad estendersi verso l’ Europa meridionale e verso il Mediterraneo: In questa situazione le perturbazioni si muovono a latitudini più alte verso il Regno Unito e verso le Scandinavia.
Invece in condizioni di NAO negativa, la situazione è invertita e ci sono maggiori probabilità di discese di aria artica della Groenlandia verso l’ Europa centro-occidentale, in modo particolare se associate ad una AO negativa.
NB La NAO è strettamente correlata all’ AO
1.2 AZWI (Alaska’s zonal wind index) e il vento zonale
L’ analisi statica è partita dall’ osservazione di una forte correlazione tra i venti zonali sull’ Alaska e nel nord del Pacifico mesi di settembre e ottobre con la NAO media del bimestre gennaio-febbraio.
In particolare, come si può osservare da questa sezione verticale, esiste una forte correlazione positiva con i venti zonali presenti a, a latitudini comprese tra i 47.5-62.5N e una forte correlazione negativa alle latitudini inferiori 27-42N, ed è interessante notare come queste correlazioni riguardino tutta la colonna atmosferica.
Dopo aver analizzato le serie di dati scaricati dal database NCEP/NCAR Reanalysis monthly means disponibili sul sito http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/timeseries/ ho riscontrato che le correlazioni maggiori con la NAO si ottenevano considerando la quota isobarica di 500mb e longitudini comprese tra i 195-260E, comunque ottime correlazioni sono state ottenute considerando anche le altre quote isobariche da 850mb a 250mb.
Ma cos’è il vento zonale?
In meteorologia viene fissato un sistema di riferimento tridimensionale dove:
-L’ asse x coincide con la direzione E-W (lungo i paralleli),
-L’ asse y coincide con la direzione N-S (lungo i meridiani),
-L’ asse z coincide con il versore esterno alla superficie terrestre.
In questo modo è possibile scomporre la velocità di una particella d’ aria in atmosfera lungo questi tre assi in tre componenti che, generalmente, vengono indicate con:
-u: velocità zonale (componente della velocità diretta lungo la direzione E-W)
-v: velocità meridionale (componente della velocità diretta lungo la direzione N-S)
-w: velocità verticale (componente della velocità diretta normalmente rispetto alla superficie terrestre)
1.3 Calcolo dell’ AZWI
L’ AZWI è stato calcolato semplicemente misurando le anomalie del vento zonale nei mesi di settembre e di ottobre.
2.1 Analisi dati e risultati.
Iniziamo a vedere i dati sul periodo 1971-2013.
Sull’ asse delle ascisse è rappresentato l’ anno in cui è stato calcolato l’ AZWI.
Sull’ intero periodo è stato trovato un coefficiente di correlazione R=0,71 tra le due serie di dati.
Come si può notare dai grafici qui sotto, i risultati migliori sono stati ottenuti sul periodo più recente 1981-2013.
Tra le due serie è stato trovato un coefficiente di correlazione R=0,80.
Sul periodo più recente 1991-2013 la correlazione aumenta leggermente (R=0,82) (non mostrato)
In base ai dati dell’ AZWI sono state calcolate anomalie medie del bimestre gennaio e febbraio negli anni con l’ AZWI positiva e AZWI negativa.
2.2 Pattern atmosferici associati all’ AZWI
Pattern invernale con l’ AZWI positivo
Pattern invernale con l’ AZWI negativo
Come si può notare, e com' era prevedibile, questi pattern corrispondono molto bene a quelli tipici della NAO
2.3 Confronto dell’ AZWI con i geopotenziali di gennaio e febbraio nell’ area atlantica e in Europa
Dopo aver analizzato questi dati sono state ricavate anche le correlazioni tra i geopotenziali misurati alla quota isobarica di 500mb e l’ AZWI nelle aree in cui le anomalie erano più forti.
Iniziamo dalle correlazioni tra l’ AZWI e i geopotenziali a 500mb nel medio atlantico che è la “sede” dell’ anticiclone dell’ Azzorre.
Come si può osservare tra le due serie di dati c’ è una buona correlazione (coefficiente R= 0,77)
Inoltre sono state osservate buone correzioni (R=0,68) tra l’ AZWI e i geopotenziali del nord atlantico dove staziona il vortice islandese.
Ovviamente essendoci una correlazione negativa tra le due serie, ho deciso di cambiare il segno dell’ AZWI .
In Europa le correlazioni maggior le troviamo sull’ Europa occidentale nella zona tra Spagna, Portogallo, Regno Unito e Francia.
Comunque in questo caso le correlazioni tra i GPT a 500mb e l’ AZWI risultano decisamente inferiori (R=0,43)
3..1 Correlazione e causalità.
In quest’ ultima parte dell’ articolo voglio sottolineare alcuni limiti e problemi nell’ utilizzo dell’ AZWI.
Iniziamo dalla differenza tra correlazione e causalità: nonostante sia stata trovata una significativa correlazione tra l’ AZWI con la NAO del bimestre di gennaio e febbraio non mi è possibile, almeno per il momento, affermare che tra i due indici ci sia qualche rapporto di causalità; infatti la correlazione non implica necessariamente la causalità. Negli ultimi anni diverse ricerche hanno dimostrato che il pattern atmosferico autunnale è correlato con lo stato invernale del vortice polare, ma non mi è possibile affermare che sia così anche l’ AZWI.
Per il futuro sarebbe interessante cercare l’ esistenza di qualche legame tra l’ AZWI e gli altri indici predittivi dell’ inverno (SAI e OPI).
3.2 L’ AZWI, SAI, OPI: analogia e differenze.
L’ AZWI come l’ OPI e il SAI rientra nell’ insieme degli indici predittivi invernali, ci sono alcune differenze riassunte in questa tabella sottostante.
Le correlazioni dell’ AZWI risultano leggermente inferiori rispetto a quelle dal SAI e soprattutto dell’ OPI, tuttavia è stato verificato che l’ AZWI tende a sovrastimare o a sottostimare la NAO in base allo all’ indice AO:
-in condizioni di AO positivo, la NAO viene, generalmente, sottostimata dall’ AZWI
-in condizioni di AO negativo, la NAO viene, generalmente, sovrastimata dall’ AZWI
Quindi conoscendo l’ AO medio invernale ricavato dagli altri indici OPI e SAI si potrebbe stimare la NAO con maggiore affidabilità.
3.3 L’ utilizzo dell’ AZWI nelle tendenze stagionali
Ovviamente l’ utilizzo del solo indice AZWI è totalmente inutile per lo sviluppo di una tendenza stagionale, come detto anche precedentemente, l’ AZWI potrebbe tornare utile se confrontato con gli altri indici predittivi per l’inverno e con tutti gli altri indici teleconnettivi.
Come mostrato precedentemente, l’ AZWI ha una maggior influenza nell’ area dell’ oceano Atlantico, in Europa gli effetti dell’ AZWI sono minori, anche se questo indice è in grado di prevedere con buona affidabilità “la forza” dell’ anticiclone delle Azzorre e del vortice Islandese.
Inoltre si deve sottolineare che l’ indice è utile per individuare le anomalie in zone molte ampie ed è inutile utilizzare l’ indice per elaborare previsioni su scala ridotta. In modo particolare non sarà possibile elaborare previsioni per l’ Italia vista anche la complessa morfologia del territorio.
NB Questo articolo, non essendo sottoposto a peer review, è un articolo divulgativo e non deve essere considerato una ricerca scientifica.
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