Riassunto: Viene descritto il MOI, indice di oscillazione mediterranea, nelle due versioni che riguardano la differenza normalizzata di pressione tra Algeri-Cairo e Gibilterrra-Israele. Entrambe confermano una dicotomia che divide in due il Mediterraneo, come verificato nella pendenza del livello del mare negli anni '80 del secolo scorso. Si confrontano brevemente MOI e NAO e si mostra una somiglianza solo parziale tra i due indici.
Abstract: MOI, Mediterranean Oscillation Index, is described in its versions, i.e. Algiers-Cairo and Gibraltar-Israel sea-level pressure difference. Both confirm a separation between west and east regions of the Mediterranean Sea as the tide gauge slope in the 80's has already shown. Also, MOI and NAO are compared and only a partial similar appearance is shown between those indices.

In un precedente post sulla identificabilità dello shift climatico degli anni '80 del secolo scorso nei dati mareografici del Mediterraneo, un commento di Luigi Mariani aveva aperto la possibilità di usare l'Indice dell'Oscillazione Mediterranea (MOI) (Conte et al.,1989) per confermare una netta dicotomia tra le parti occidentale e orientale del Mediterraneo da lui evidenziata in base a ispezione visuale della variazione del livello marino negli anni '80. Mariani aveva identificato la variazione come positiva, negativa o nulla e notato che tutte le stazioni mediterranee (23, a cui è stata aggiunta Bakar, Croazia) mostrano una pendenza positiva o nulla a occidente dell'Italia e negativa o nulla ad oriente. La mappa prodotta da Mariani è visibile nei commenti al post citato (il segno positivo per Algeri è sicuramente un refuso perché non sono disponibili dati di livello marino per questa stazione). In fig.1 riproduco la mappa di Mariani (con *,-,= che indicano i tre livelli di pendenza considerati).

Fig.1: Localizzazione geografica delle 24 stazioni con indicata la pendenza del livello marino negli anni '80. Si noti che le stazioni del Mar Nero sembrano confermare la divisione osservata nel Mediterraneo. Nella mappa sono visibili 23 stazioni ma ci sono due stazioni per Alicante.

In questo post mi propongo di rappresentare l'Indice di Oscillazione Mediterranea (Mediterranean Oscillation Index o MOI) per tentare di capire le sue caratteristiche, anche considerando che non sono in grado di accedere al lavoro in cui l'indice viene definito (Conte et al., 1989), pubblicato in un volume dell'Accademia delle Scienze finlandese. Ho scritto all'Accademia chiedendone una copia e attendo fiducioso.

Il MOI è disponibile nel sito CRU (Climate Research Unit) in due versioni basate sulla differenza normalizzata di pressione a livello del mare (SLP) tra Algeri e Cairo (MOI1) e tra Gibilterra e Israele (MOI2). I dati giornalieri attualmente disponibili vanno dal 1.1.1948 al 31.12.2016 e sono costituiti da 25203 linee per ogni serie. Per entrambe le serie ho calcolato le medie mensili che mostro, insieme ad un filtro passa-basso di base 13 mesi, nelle figg. 2 (pdf) e 3 (pdf).

Fig.2: Medie mensili di MOI1 (grigio chiaro). La linea rossa è un filtro passa-basso con finestra pari a 13 mesi che approsimativamente rappresenta l'andamento annuale dell'indice.

Fig.3: Medie mensili di MOI2 (grigio chiaro). La linea rossa è un filtro passa-basso con finestra pari a 13 mesi che approsimativamente rappresenta l'andamento annuale dell'indice.

In fig 4 (pdf) viene mostrato il confronto diretto tra le serie filtrate

Fig.4: Confronto diretto tra le serie MOI1 e MOI2 filtrate su 13 mesi. Nel grafico sono anche riportati i valori medi e la rispettiva deviazione standard. L'errore relativo è superiore al 100% per MOI1 ed è circa il 90% per MOI2. MOI1 presenta massimi positivi per 13 volte e MOI2 per 11 volte in 68 anni.

Come si vede dalle ultime tre figure, il valore medio dell'indice è negativo, indicando così che la pressione delle stazioni orientali (Cairo e Israele, aeroporto Lod) è maggiore di quelle occidentali. La fig.1 mostra quindi che le zone a pressione inferiore hanno livelli marini che negli anni '80 sono cambiati in senso positivo (sono cresciuti) mentre il contrario è successo per le areee con pressione inferiore. Dalla stessa figura si nota anche che, malgrado la mancanza di dati mareografici in loco, l'Italia sembra essere il "separatore" tra le zone a pendenza positiva e negativa del livello marino almeno negli anni '80 e, si potrebbe pensare, tra le zone di maggiore e minore SLP. Quest'ultima affermazione mi sembra debole in quanto se è possibile immaginare differenze di pressione atmosferica al di quà e al di là dell'Italia causata dalla presenza della catena appenninica, il MOI dipende debolmente da catene montuose (Sicilia meridionale, forse qualche rilievo del sud della Grecia per MOI2; la catena dell'Atlante per MOI1); la debolezza della dipendenza (se una dipendenza esiste davvero) è sottolineata anche dalla notevole somiglianza tra i due MOI che non permette di immaginare cause diverse per le due serie.

Senza voler sottolineare con troppa enfasi il fatto, dalla fig.4 si vede che il maggior picco positivo (e negativo) per MOI2 e uno dei maggiori per MOI1 si ha in corrispondenza di una fluttuazione triennale, tra il 1987 e il 1989, che separa una crescita circa decennale dei MOI da una loro decrescita di pari estensione temporale. Immaginare una fase di aumento negli anni '80 (in corrispondenza dello shift climatico), seguita da una fase di diminuzione negli anni '90 è facile anche se si osservano altri periodi di cambiamento di pendenza (ad esempio quello che termina con il minimo relativo del 1978).

In fig 5 (pdf) viene mostrato lo spettro MEM dei dati filtrati (circa annuali) delle due serie che ancora mostrano notevoli somiglianze, insieme a qualche diversità.

Fig.5: Confronto tra gli spettri MEM (Massima Entropia) dei due MOI: accanto a molte similitudini, il massimo di periodo 1.2 anni è presente solo per MOI1, come si vede anche negli spettri singoli nel sito di supporto.

Il massimo spettrale di periodo 3.4 anni, il più potente per MOI1 e il secondo per MOI2 ricorda i simili massimi di El Niño (3.5-3.6 anni) identificati nelle diverse regioni del Pacifico in questo post, fig.5, su CM. Anche il massimo principale di MOI2 a 1.2 anni è simile al massimo di 1.5 anni di El Niño.

Legame tra MOI e NAO
Generalmente si considera esistente un legame tra MOI e NAO (North Atlantic Oscillation), mentre in Lionello et al, 2006 (in particolare nell'introduzione al volume) la relazione tra i due indici viene considerata debole, con ENSO a fare la parte del leone tra le numerose teleconnessioni individuabili, ad esempio quella tra Mediterranneo occidentale e Sahel. In particolare, nella sua debolezza, viene considerata più importante la serie invernale di NAO (DJFM).
Per verificare la presenza o meno di tale relazione mostro in fig.6 (pdf) le serie MOI1 (scalata arbitrariamente) e NAO DJFM e i rispettivi spettri MEM.

Fig.6: Confronto tra MOI1 e NAO invernale. Da notare che mentre per NAO si tratta delle medie annuali, per MOI1 si utilizzano i dati filtrati a 13 mesi, simili ma non uguali alle medie annuali. NAO è disegnata in arancio nel quadro superiore e in verde in quello inferiore. La serie NAO si trova in http://www.cru.uea.ac.uk/cru/data/nao/nao.dat e si usa con l'aggiornamento di Osborne fino ad aprile 2017. La parte invernale della serie è stata ricavata da FZ.

Il confronto tra le due serie appare buono a partire dal 1980 e genericamente non buono prima di questa data, a parte alcuni brevi tratti. Gli spettri non sembrano in accordo: forse solo i massimi a ~5 e ~11 anni mostrano una coincidenza, mentre quello a 5.7 anni % molto più debole in NAO. In particolare i più potenti massimi di MOI1 non coincidono con quelli di NAO. Lo stesso confronto per MOI2 è disponibile nel sito di supporto.

Conclusioni
L'indice di oscillazione mediterranea MOI mostra una differenza media di pressione quasi costante nel tempo, dal 1948 al 2016 e quindi una dicotomia pressoria tra le due parti del Mediterraneo che si possono supporre separate dal Canale di Sicilia (v. anche Diodato e Bellocchi, 2010). La pendenza delle variazioni del livello marino nel Mediterraneo durante gli anni '80 del secolo scorso sembra confermare questa differenza est-ovest. Le due serie del MOI disponibili presentano una notevole somiglianza e fanno supporre una causa comune per la variazioni di SLP sia della parte meridionale (Algeri-Cairo) che della parte centrale del Mediterraneo (Gibilterra-Israele). La relazione con NAO invernale non appare particolarmente significativa, anche se si possono individuare alcune somiglianze nella parte più recente di entrambe le serie.

Tutti i grafici e i dati, iniziali e derivati, relativi a questo post si trovano nel sito di supporto qui.

Bibliografia

• Conte, M., Giuffrida, A. and Tedesco, S., 1989: The Mediterranean Oscillation. Impact on precipitation and hydrology in Italy Climate Water., Publications of the Academy of Finland, Helsinki
• Diodato N., Bellocchi G., 2010: Storminess and Environmental Changes in the Mediterranean Central Area , Earth Interactions, 14, 1-16.doi:10.1175/2010EI306.1
• P. Lionello, P. Malanotte-Rizzoli, R. Boscolo (eds), 2006. Mediterranean Climate Variability, Elsevier, Amsterdam. Per un'introduzione al clima del Mediterraneo vedere ad es. Lionello et al., The Mediterranean Climate: An overview of the main characteristics and issues, pagg. 1-26. Il volume è parzialmente disponibile su Google books cercando la prima bibliografia (Conte et al.,1989).