Onde nel Jet Stream polare: nuove scoperte svelano le cause del “warming hole” negli Stati Uniti orientali | FOTO

Un’analisi storica rivela che le fluttuazioni del Jet Stream hanno inciso sulle temperature invernali ben prima del rapido riscaldamento artico

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    Immagine a scopo illustrativo realizzata con l'Intelligenza Artificiale © MeteoWeb
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    Climatologia invernale dell'ondulazione della corrente a getto negli Stati Uniti. (a) Media DJF LWA e (b) MCI basati sulle rispettive climatologie 1980-2010, utilizzando NCEPr1 con vettori del vento medi a 300 hPa. Il riquadro tratteggiato rosso indica la regione utilizzata per calcolare le serie temporali per ciascuna metrica.
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    Anomalia della temperatura invernale WH negli Stati Uniti. (a) Differenza della temperatura media DJF 1958-1988 dal 1927 al 1957, utilizzando i dati giornalieri del Berkeley Earth. Il riquadro tratteggiato indica la regione del nucleo WH. (b) Media T DJF all'interno (blu) e all'esterno (rosso) del nucleo WH, rispetto a una linea di base 1927-1957, utilizzando i dati giornalieri del Berkeley Earth. Le linee continue sono medie mobili di 7 anni e le linee tratteggiate sbiadite sono medie T non smussate. (c) Media T DJF all'interno del nucleo WH secondo vari set di dati di temperatura e rianalisi, media mobile di 7 anni rispetto a una linea di base 1980-2010.
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    SOM principale dell'altezza geopotenziale NCEPr1 a 500 hPa. Le curve di livello sono ogni 100 m. Le frecce indicano la velocità e la direzione medie del vento a 300 hPa. Le mappe incorniciate in rosso sono state identificate come eventi di depressione della corrente a getto sugli Stati Uniti orientali (vedi Metodi)
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    Velocità media del vento NCEPr1 a 300 hPa del master SOM, con vettori del vento. Le curve di livello sono ogni 5 m/s. Come in Figura 3 , le mappe incorniciate in rosso sono state identificate come eventi di depressione della corrente a getto sugli Stati Uniti orientali.
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    Metriche di ondulazione della corrente a getto sugli Stati Uniti orientali (a) STI invernale, calcolato in base alla presenza di nodi di depressione della corrente a getto identificati dai SOM. La media della temperatura media del WH di Berkeley Earth , relativa a una linea di base 1980-2010, è mostrata in nero. (b) Come (a) ma per l'LWA (c) come (a) ma per l'MCI. (d) Anomalia della velocità media del vento zonale invernale (U-wind) nel WH, calcolata a 300 hPa tra 140° O e 0° O e 40° N e 60° N, secondo Francis e Vavrus ( 2012 ). Tutte le serie temporali mostrano una media mobile di 7 anni. I pannelli sono orientati in modo tale che l'ondulazione (ovvero la depressione degli Stati Uniti orientali) aumenti verso il basso.
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    Scomposizione dell'anomalia media invernale WH T in componenti dinamiche, termodinamiche e combinate durante l'era WH (a), fase 1 di raffreddamento (b) e fase 2 di raffreddamento (c).
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    Scomposizione annuale dell'anomalia media invernale del T di WH in (dall'alto verso il basso) componenti dinamiche, termodinamiche e combinate. Le linee più spesse mostrano il livellamento su 7 anni, mentre le linee più chiare mostrano le medie invernali. La prima e la seconda fase del raffreddamento di WH sono ombreggiate in grigio.
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    LWA invernale (a) e MCI (b) nell'emisfero settentrionale rispetto a una baseline 1980-2010. Tutte le serie temporali mostrano una media mobile di 7 anni e i riquadri sono orientati in modo che l'ondulazione aumenti verso il basso. Entrambe le metriche sono state calcolate calcolando la media di LWA e MCI su griglia su 30°N–65°N.
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Il Jet Stream polare è una corrente a getto ad alta quota che gioca un ruolo cruciale nel modulare il clima delle medie latitudini durante l’inverno. Le sue ondulazioni possono determinare ondate di freddo estremo, tempeste di neve e significativi impatti socio-economici. Un esempio recente è la tempesta invernale del febbraio 2021, che ha paralizzato il Texas e causato centinaia di vittime. Negli ultimi decenni, numerosi studi hanno suggerito un aumento della “sinusoidalità” del Jet Stream tra il 1990 e il 2010, ipotizzando un legame con l’amplificazione artica, ovvero il riscaldamento più rapido dell’Artico rispetto alle latitudini inferiori. Tuttavia, un fenomeno climatico osservato tra il 1958 e il 1988, noto come “warming hole” (WH), caratterizzato da un raffreddamento invernale anomalo nel sud-est degli Stati Uniti, è stato anch’esso associato a una maggiore ondulazione del Jet Stream diversi decenni prima della recente fase di riscaldamento artico.

Questa apparente contraddizione ha sollevato interrogativi fondamentali:

  • Le ondulazioni moderne del Jet Stream sono davvero senza precedenti?
  • Qual è il ruolo del Jet Stream nel determinare le tendenze termiche del passato, come il warming hole?

Per rispondere, i ricercatori hanno ricostruito un record dettagliato delle fluttuazioni del Jet Stream dal 1901 al 2023, utilizzando tecniche di machine learning e nove diversi set di dati climatici.

Metodi, dati climatici e rianalisi

Lo studio si è basato su una combinazione di:

  • Dati giornalieri di temperatura media dal database Berkeley Earth (1880–2022).
  • Cinque dataset di rianalisi climatica (inclusi ERA5, JRA-55 e NCEPr1) per ottenere informazioni sulla circolazione atmosferica e sulle altezze geopotenziali a 500 hPa.

Per analizzare l’ondulazione del Jet Stream, sono stati utilizzati tre indicatori complementari:

  • Local Wave Activity (LWA) – misura le deviazioni locali del flusso atmosferico.
  • Meridional Circulation Index (MCI) – quantifica la componente meridiana rispetto a quella zonale del vento.
  • SOM Troughing Index (STI) – un nuovo indice sviluppato tramite mappe auto-organizzanti (Self-Organizing Maps, SOM), un algoritmo di machine learning che individua schemi ricorrenti nella circolazione atmosferica.

Decomposizione delle cause del warming hole

Gli autori hanno separato l’effetto dinamico (legato alla frequenza dei pattern di circolazione) da quello termodinamico (variazioni di temperatura indipendenti dalla circolazione) per attribuire le cause del raffreddamento invernale osservato tra il 1958 e il 1988.

I risultati

Ricostruzione storica del warming hole

Il raffreddamento medio di 1,3°C nel sud-est degli Stati Uniti durante l’inverno (DJF) tra il 1958 e il 1988 è stato confermato da tutti i dataset analizzati. Questo “buco di riscaldamento” (WH) ha coinciso con un aumento della frequenza di avvallamenti profondi del Jet Stream sulla regione.

Ondulazioni del Jet Stream nel XX secolo

L’analisi ha rivelato che:

  • Negli anni ’40, ’60 e ’80 il Jet Stream presentava una maggiore ondulazione rispetto al periodo 1990–2010.
  • Il picco di ondulazione negli anni ’60–’80 ha superato i livelli osservati durante la recente fase di amplificazione artica.
  • Circa il 67% del raffreddamento del WH può essere spiegato da cambiamenti dinamici legati a un Jet Stream più ondulato.

Due fasi del warming hole

Il periodo 1958–1988 è stato suddiviso in due fasi:

  • 1958–1970: Il raffreddamento era dominato da effetti dinamici (fino all’81% del totale).
  • 1977–1988: Gli effetti termodinamici (probabilmente legati ad aerosol e modifiche della copertura del suolo) hanno contribuito quasi quanto quelli dinamici.

Discussione

I risultati mettono in dubbio l’idea che l’aumento moderno dell’ondulazione del Jet Stream sia un fenomeno esclusivamente legato al riscaldamento artico. Periodi di forte ondulazione sono stati frequenti anche prima dell’era satellitare e dell’accelerazione dell’amplificazione artica negli anni ’90.

Questa variabilità naturale, non considerata in molte analisi recenti, suggerisce che:

  • L’ondulazione del Jet Stream è un fenomeno intrinsecamente variabile.
  • Meccanismi atmosferici su scala oceanica, come la Pacific Decadal Oscillation (PDO), possono avere un ruolo importante nel modulare il comportamento del Jet Stream.
  • Gli effetti degli aerosol e dei cambiamenti nella copertura vegetale potrebbero aver amplificato le anomalie termiche locali.

Lo studio evidenzia l’importanza di un approccio storico per comprendere le dinamiche atmosferiche odierne. Le ondulazioni del Jet Stream osservate nel XXI secolo non sono senza precedenti: il clima del secolo scorso ha già mostrato episodi simili, con impatti tangibili sulle temperature regionali. Questi risultati non escludono un ruolo dell’amplificazione artica nell’influenzare il Jet Stream, ma sottolineano la necessità di approfondire l’interazione tra fattori naturali e antropici. In un contesto di cambiamento climatico, comprendere queste dinamiche diventa cruciale per migliorare le previsioni degli eventi estremi.

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