PP27
La circolazione di Walker del Pacifico: una ricostruzione
dell'ultimo millenio
Franco Zavatti
La circolazione di Walker del Pacifico (Pacific Walker Circulation o PWC)
è strettamente accoppiata con la temperatura superficiale (SST) del Pacifico e
forma la componente atmosferica di El Nino Southern Oscillation (ENSO), il modo
dominante della variabilità climatica interannuale. Malgrado la sua importanza,
sia la risposta di PWC alle forzanti radiative esterne sia la sua variabilità
interna sono ancora mal comprese: ad esempio non c'è accordo sul fatto che
la forzante antropica possa rafforzare la PWC, indebolirla, oppure non
abbia alcuna influenza misurabile.
La maggior parte dei dati indica che dal 1992 al 2011 la PWC si è molto
rafforzata ed ha, di conseguenza, mostrato una tendenza ad essere in uno
stato "La Nina-like".
La circolazione di Walker del Pacifico viene misurata come pressione a
livello del mare (SLP) oppure come sua variazione (anomalia) ΔSLP,
entrambe misurate in hPa e rispetto alla media di un certo periodo (qui
rispetto a 1960-1990). Valori più bassi di ΔSLP indicano una PWC più
debole, una condizione più "El Nino-like".
Un articolo -Felster et al., 2023- si propone di valutare la variazione di
PWC (cioè ΔSLP) tramite una ricostruzione multiproxy dal 1200 al 2000 CE
e varie analisi e confronti (spettri delle varie sezioni del dataset, uso
dell'analisi delle componenti pricipali [PCA], confronto con le eruzioni
vulcaniche).
Io qui assumo che la ricostruzione sia attendibile, nel senso
che non discuto le scelte fatte, produco le mie considerazioni in base a
tale assunto ed uso una parte del loro ricco dataset per avere i valori
annuali di ΔSLP (in hPa).
Anticipo nel riquadro le conclusioni del lavoro:
| Non troviamo
andamenti significativi di PWC nell'era industriale (1850-2000), in contrasto
con il suo indebolimento simulato dalla maggior parte dei modelli climatici.
Tuttavia uno spostamento nell'era industriale verso variabilità a più bassa
frequenza suggerisce una impercettibile (subtle, ndT) influenza antropica.
La ricostruzione suggerisce anche che le eruzioni vulcaniche possano
innescare un indebolimento della PWC (cioè El Nino-like) simile a quello
simulato dai modelli
climatici. |
I valori di PWC sono in figura 1, insieme allo spettro MEM.
| Fig.1:
La serie di ΔSLP ricostruita da Felster et al., 2023, dai dati
disponibili nell'articolo. Da notare le sempre più ampie oscillazioni dopo
il 1600 CE e una crescita media continua prima di questa data.
Successivamente l'andamento complessivo è incerto anche a causa della forte
variabilità dei dati. Lo spettro mostra massimi netti il cui periodo varia da
267 a 3.5 anni. Per confronto, il valore numerico del periodo varrà
riportato anche nella figura successiva.
|
La prima cosa che si nota ad una semplice analisi visuale è che la serie
può essere divisa in tre parti:
- Dal 1200 al 1599 CE l'andamento è crescente (da anomalie negative a
positive) e la varianza dei dati è relativamente piccola.
- Dal 1600 al 1849 l'andamento è oscillante (in gran parte positivo) ma la
varianza dei dati è nettamente superiore a quella del periodo precedente.
- Dal 1850 al 2000 l'andamento è mediamente costante, in presenza di
oscillazioni molto ampie (la varianza è elevata)
Una considerazione aggiuntiva è che, dopo il 1600, non è più osservabile
un netto trend (positivo o negativo). I trend si osservano, separatamente,
se dividiamo il periodo successivo al 1600 in due parti (fino al 1850 e dopo
questa data) ma sono affetti da cherry-picking, come vedremo.
Pur dato l'aspetto della divisione in tre parti, gli autori, almeno
inizialmente, preferiscono evidenziare una eventuale variazione prima e dopo
il 1850 (inizio dell'era industriale ma anche fine della Piccoa Era Glaciale,
o PEG) per eventualmente osservare una variazione connessa (secondo loro) al
forcing antropico di cui, come visto all'inizio, non si conoscono gli
effetti su PWC.
La divisione in due parti è mostrata in figura 2 insiene agli
spettri MEM delle singole sezioni
| Fig.2:
Il file dati di figura 1 diviso in due parti: prima e dopo il 1850. Nei
quadri inferiori sono riportati separatamnete gli spettri delle due sezioni.
Da notare la differenza in periodo e in potenza tra le due parti, tale da
giustificare una netta separazione tra prima e dopo il 1850.
|
Malgrado la differenza di estensione delle due sezioni -che potrebbe
giustificare una precisione diversa nel calcolo degli spettri- gli spettri
appaiono molto diversi e tali, a mio parere, da giustificare una
netta evoluzione nel passaggio pre- e post-era industriale o, nella mia
visione, fine della PEG e inizio del riscaldamento successivo. Infatti, ad
esempio, nello spettro della prima parte (verde) scompaiono del tutto i
periodi inferiori a 10 anni, quelli che potremmo chiamare ENSO-like, che
sono invece abbastanza ben visibili nello spettro della sezione post-1850
(rosso); non sono certo prominenti ma neanche trascurabili. È come se
solo nel periodo post-1850 si fosse innescata una relazione PWC-ENSO che
prima di questa data era inesistente o particolarmente debole. Il periodo
iniziale mostra massimi da circa 22 fino a 260 anni mentre nel periodo
recente i picchi sono compresi tra 60 e circa 3.5 anni. Nella figura 2 ho
fatto una scelta grafica che probabilmente aumenta la confusione ma che
permette un confronto (letteralmente a colpo d'occhio) con lo spettro della
serie completa di PWC: ho lasciato il valore numerico dei periodi dei
massimi spettrali della serie 1200-2000 CE che, siccome (figura 1) sono
scritti immediatamente sopra i singoli massimi, forniscono
un'idea del posizionamento e della potenza degli spettri di figura 1
rispetto a quelli di figura 2 e di come la situazione può cambiare quando
invece della serie completa si usano due parti distinte della stessa.
Sarebbe importante un confronto tra gli spettri mostrati da Falster e
colleghi nella loro figura 2 e quelli prodotti da me (figure 1 e 2), ma
gli autori mostrano la proporzione dei singoli periodi negli spettri dei
4800 membri dell'insieme che contribuisce alla ricostruzione di ΔSLP,
cioè in quale percentuale si osserva -su 4800 casi- un certo massimo spettrale
si osserva. Un tale confronto con gli spettri di sezioni di una singola
serie, come ho calcolato io, può essere solo vago e fumoso e, tutto sommato,
fornisce poche indicazioni. Si può osservare che i massimi spettrali sono in
gran parte gli stessi e che si osserva la diversa struttura per i massimi
del periodo 1850-2000 (loro quadro C) che ho messo in evidenza poco sopra;
poi che gli autori si sono fermati al periodo massimo di 75 anni
mentre io ho visualizzato fino a 500 anni (non oltre, per evitare effetti al
bordo in una serie di 800 anni).
Nell'ultima parte di questo post osservo il comportamento di PWC quando
iul dataset viene diviso nelle tre parti definite dalla differenza di
dispersione (1600 CE) e dal passaggio PEG-riscaldamento successivo oppure
pre- e post-era industriale (1850). In prima istanza mostro la tabella con
alcuni parametri statistici delle tre sezioni
pwc.dat: sections 1200-1599; 1600-1849; 1850-1999 CE
N SUM AVE SD VAR SKEW KURT MAX MIN RANGE
400 -0.1248E+02 -0.3120E-01 0.1956E+00 0.3827E-01 0.4346E+00 0.3573E+01 0.5387E+00 -0.5676E+00 0.1106E+01
250 0.4072E+02 0.1629E+00 0.2748E+00 0.7551E-01 -0.1896E+00 0.2719E+01 0.6970E+00 -0.7519E+00 0.1449E+01
150 0.9756E+01 0.6504E-01 0.3577E+00 0.1279E+00 0.2350E-01 0.2104E+01 0.7533E+00 -0.7402E+00 0.1494E+01
dove le varianze (VAR) crescono progressivamente.
| Fig.3:
Divisione della serie ΔSLP in tre parti (1200-1599; 1600-1849;
1850-1999) per mettere in evidenza le diverse varianze e le pendenze dei fit
lineari. Per le pendenze è bene sottolineare l'influenza del cherry-picking
sul
comportamento (parametri dei fit) se ad esempio si sceglie il 1800 invece del 1850 come separazione
tra la seconda e la terza parte. I valori numerici sono sito di supporto.
|
e poi i parametri dei fit lineari delle singole sezioni dove i dati di
interesse sono il parametro numero 2 (la pendenza), la sua deviazione standard
e il t-stat, una misura del p-value (maggiore il valore assoluto, minore il
p-value)
Linear fits of the 3-sections of pwc.txt
1st 1200-1599 Y=A1+A2X+A3X**2+...+AnX**(n-1)
DEGREE OF POLYNOMIAL=1 No OF DATA= 400 RMS OF RESIDUALS = 0.173514
*PEARSON CORR. OF (X,Y) (5=unknown) = 0.46279006633992908
COEFF OF DETERMINATION OF (X,Y) R2 = 0.21524954793290629
CORRECTED COEFF OF DETERMINATION = 0.21633120395266964
PARAMETERS: (i,par,sd,t-stat)
1 -1.1298394943646755 0.10550710830949983 -10.708657572628640
2 7.8502314352102160E-004 7.5133840357233372E-005 10.448329804366841
2nd 1600-1849 Y=A1+A2X+A3X**2+...+AnX**(n-1)
DEGREE OF POLYNOMIAL=1 No OF DATA= 250 RMS OF RESIDUALS = 0.274929
*PEARSON CORR. OF (X,Y) (5=unknown) = 5.4730688473380709E-002
COEFF OF DETERMINATION OF (X,Y) R2 = 3.0195563990605967E-003
CORRECTED COEFF OF DETERMINATION = 3.0439076603433436E-003
PARAMETERS: (i,par,sd,t-stat)
1 -0.19722469535653886 0.41586121059934023 -0.47425605064799897
2 2.0881387211622859E-004 2.4093797347334226E-004 0.86667065845198565
3rd 1850-1999 Y=A1+A2X+A3X**2+...+AnX**(n-1)
DEGREE OF POLYNOMIAL=1 No OF DATA= 150 RMS OF RESIDUALS = 0.357803
*PEARSON CORR. OF (X,Y) (5=unknown) = 7.7594253732019419E-002
COEFF OF DETERMINATION OF (X,Y) R2 = 6.1019564332761567E-003
CORRECTED COEFF OF DETERMINATION = 6.1844153039961047E-003
PARAMETERS: (i,par,sd,t-stat)
1 -1.1726692109400005 1.2987779027939841 -0.90290203461061869
2 6.4313414635461252E-004 6.7469435630138411E-004 0.95322295250877465
Dalla figura appare che il periodo intermedio ha un comportamento
diverso dagli altri due, più o meno accentuato in funzione dell'anno
finale e che, dopo il 1850, l'evoluzione di PWC (ΔSLP) riprende il
"corso normale" (forse dopo la parentesi della PEG?). Anche considerando
quest'ultimo aspetto, mi sembra che l'affermazione degli autori sul
rafforzamento di PWC da 1992 al 2011 (riportata all'inizio del post e che
qui non si può verificare se non con gli ultimi otto valori), seppur
vera, debba più correttamente essere inquadrata in una visione temporale più
ampia.
Conclusioni
Dal lavoro si può leggere che:
| Although
there is no significant PWC trend since the onset of anthropogenic
forcing (around 1850), an anomalous PWC strengthening trend over
the past couple of decades, as well as an industrial-era shift towards
lower-frequency variability, suggests that the PWC may be responding to
anthropogenic forcing, albeit in ways that are not consistently
reproduced by climate model simulations. |
Considerazioni che parzialmente condivido, nel senso che dai dati non appare
una evoluzione tanto netta, dopo il 1850, da far gridare a qualche tipo di
emergenza; si nota un aumento della dispersione e quindi della variabilità ad
alta frequenza di PWC (e NON uno spostamento verso una variabilità a bassa
frequenza dall'inizio dell'era industriale come scrivono gli autori). Per
il "anomalous PWC strengthening trend over the past couple of
decades" sottolineo ancora come la variabilità visibile nelle figure del
post non permetta di fare affermazioni categoriche; piuttosto sembra che dopo
la "pausa"
1600-1850 CE, la pressione sul Pacifico equatoriale abbia ripreso il suo
corso, molto simile a quello pre-1600. Questo fatto, cioè un fenomeno che
inizia e poi finisce con il ripristino di una situazione precedente, mi sembra
descritto meglio da inizio e fine PEG e successiva ripresa del
riscaldamento piuttosto che da inizio era industriale che non è
ancora finita e che con la sua continua accelerazione non dovrebbe portare ad
una situazione simile a quella del 1200-1600 CE, cioè ad un lontano passato
pre-industriale.
Sul fatto che il vulcanesimo possa innescare i fenomeni El Nino-like di
indebolimento di PWC non sono in grado di commentare non avendo fatto
verifiche. Però non credo si possa
titolare, come fa l'agenzia
giornalistica AGI riferendosi a questo lavoro, su una connessione diretta
tra ENSO e PWC -nel senso che se PWC diminuisce allora la frequenza degli
eventi ENSO aumenta- non visibile abbastanza chiaramente dagli spettri e di
cui gli autori non scrivono. Al massimo, se ci riferiamo ad un lavoro
precedente degli stessi autori (Falster et al., 2021) possiamo associare
El Nino-La Nina a diminuzioni-aumenti di ΔSLP, rispettivamente, senza
nominare la loro frequenza di apparizione.
Una nota di "colore giornalistico": l'articolista dell'AGI,
riferendosi a Giorgina (Georgy) Falster la definisce "ricercatore" anziché
"ricercatrice" e questo, in tempi di distinzione di genere (indirizzi di
saluto a lavoratrici e lavoratori; studentesse e studenti; ecc.), è un errore
non veniale ...
Bibliografia
Georgina Falster, Bronwen Konecky, Midhun
MadHavanm, Samantha Stevenson & Sloan Coats:
Imprint of the Pacific Walker Circulation in Global Precipitation
d18O, Journal of Climate, 34:21, 8579-8597, 2021. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-21-0190.1
Georgina Falster, Bronwen Konecky, Sloan Coats & Samantha Stevenson
Forced changes in the Pacific Walker circulation over the past
millennium, Nature, published on line 23 August, 2023. https://doi.org/10.1038/s41586-023-06447-0
| Tutti i dati, il software e i grafici
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