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Il sole influenza anche i maggiori indici teleconnettivi…

20 ottobre 2008

Girando per internet, ho trovato questo interessantissimo e didattico articolo di Daniele Campello di meteotriveneto datato 2006, ma mai così attuale come in questo periodo! Ecco a voi un ottimo sunto di come la nostra stella influenzi direttamente gli oceani e l’atmosfera terrestre, e in questo modo il clima di tutto il pianeta! E’ un pò lungo, ma fidarevi, ne vale veramente la pena! Buona lettura.

 

“Il dibattito continuo circa il riscaldamento globale sta generando molta confusione tra gli esperti e gli appassionati che studiano la variabilità del clima. Con il presente articolo intendo mettere in risalto l’importanza del sole per la vita e le condizioni meteorologiche del nostro pianeta.
Nella prima parte ho affrontato il tema della stretta relazione tra l’attività solare e le variazioni del clima; in questo secondo articolo mi preme mettere in risalto come il sole influenzi anche le teleconnessioni più rilevanti, dall’ENSO alla PDO, dall’indice NAO alla QBO.

Uno degli errori che si commettono, quando si analizza il comportamento solare, è quello di credere che un minimo del ciclo di Schwabe indichi un sole più “freddo” e un massimo un sole più “caldo”. La differenza d’irraggiamento tra queste due fasi risulta trascurabile e da sola non è in grado di provocare gli evidenti cambiamenti climatici che andremo ad analizzare.
Si è visto che il sole presenta variazioni periodiche e che quando esso è massimamente attivo (picco massimo delle macchie solari) aumenta proporzionalmente anche il campo magnetico. Quest’ultimo, espandendosi verso la terra attraverso il vento solare, provoca una naturale schermatura al flusso dei raggi cosmici, quelle particelle cariche provenienti dallo spazio che colpiscono la Terra in ogni direzione.
Queste particelle sono la fonte dominante della ionizzazione della troposfera. Si è calcolato che il tasso di ionizzazione tra un massimo e un minimo del ciclo solare raggiunge addirittura il 10%. Questo processo è uno dei fattori primari per la formazione delle nuvole, risulta chiaro perciò che una forte attività solare produce una minore copertura nuvolosa e quindi più caldo; mentre una bassa attività del sole provoca un aumento della copertura nuvolosa e giacché le nubi riflettono fra il 20 e 30% nuova luce solare, si ha anche un minor irraggiamento.

Sappiamo bene che l’energia del sole non è distribuita in modo omogeneo su tutta la terra e che essa risulta più intensa all’equatore e meno nei poli. Questa situazione mette in moto fattori di scambio di calore tra poli ed equatore, che grazie alla forza di Coriolis genera la struttura proposta da Hadley.

ENSO:

L’ENSO (El Niño Southern Oscillation) consiste in un sistema climatico fluttuante di interazioni tra oceano e atmosfera che è conseguenza diretta della circolazione oceanica e atmosferica terrestre. L’ENSO è la più nota causa di variabilità interannuale delle condizioni meteorologiche e climatiche al mondo, con una frequenza che varia dai 3 agli 8 anni.

Sebbene non ci siano studi scientifici in grado di spiegare in maniera specifica come l’attività solare provochi gli eventi dell’ENSO, è possibile capire che il sole incide su questo e gli altri indici. Studi hanno dimostrato in maniera inequivocabile che una forte attività solare determina un maggiore irradiamento (schermatura ai raggi cosmici) e quindi generi nell’oceano pacifico, il più grande “contenitore di calore” del pianeta, una maggiore inclinazione per il fattore di El Niño il fenomeno inverso vale per La Niña.
Quando si presenta una notevole attività solare dovuta a intensi brillamenti, si riscontra un aumento dei raggi UV del sole del 16%. L’ozono nella stratosfera assorbe l’energia eccedente che causa le dispersioni locali di circolazione e di riscaldamento. Questi cambiamenti inizialmente indotti nella stratosfera, possono penetrare nella troposfera ed influenzare la temperatura, la pressione d’aria, la circolazione di Hadley. Questo, secondo la mia opinione, è il fattore dominante della relazione sole/clima. A riguardo ho letto diversi studi, tra cui gli scritti Joanna Haigh dell’università imperiale di Londra, che ha verificato attraverso un modello meteorologico associato ai dati dei raggi cosmici, precisi effetti sulla circolazione della bassa media troposfera con un conseguente indebolimento ed espansione delle celle tropicali di Hadley e uno spostamento di poleward delle celle di Ferrel.

Seguendo la teoria delle macchie solari e più precisamente del vento solare e dei moti ciclici orbitali del Sole (ciclo di Gleissberg, ciclo di Hale), lo studioso Theodor Landscheidt ha portato avanti una tecnica che gli ha permesso di prevedere in anticipo di qualche anno gli ultimi tre El Niño.
La sua teoria si basa essenzialmente sulla correlazione tra il ciclo solare e i valori dell’indice SOI (Southern Oscillation Index) con risultati sorprendenti. Personalmente ho trovato buone correlazioni anche con altri indici, in particolare ho voluto sovrapporre gli ultimi cicli solari con l’indice MEI.

Evidente come questa comparazione non abbia particolari pretese e andrebbe sviluppata ulteriormente, ma qualche spunto di riflessione pare inevitabile: mi concentrerei non tanto sui valori in campo, ma piuttosto sulla bassa e alta attività solare. A prima vista si può notare come una bassa attività solare tenda ad abbinarsi meglio con La Niña, viceversa con El Niño. Altro aspetto rilevante: se dividiamo il grafico dei 4 cicli a metà, possiamo notare che durante i primi due cicli si è verificata una predominanza de La Niña, nei secondi due de El Niño. Questa opposizione richiama il ciclo magnetico del sole.

Il Ciclo di Hale raggruppa due cicli undecennali e corrisponde all’intervallo tra due apparizioni di macchie solari con polarità magnetica identica. Dopo avere constatato nel 1908 che le macchie solari erano legate dal magnetismo del sole, l’astronomo americano George Ellery Hale ha lavorato tra 1919 e 1925 sulla polarità di questi campi magnetici. E’ emerso che le macchie che appartengono ad un gruppo mostrano generalmente una bipolarità ben definita: questo significa che se la macchia di testa dispone di una polarità magnetica sud, quella di coda è sottomessa ad una polarità magnetica nord. Tutti i gruppi di uno stesso emisfero manifestano una bipolarità identica alla quale è opposta quelli dell’altro emisfero. Hale si è accorto che queste polarità restano costanti durante un ciclo di Schwabe per invertirsi all’inizio del ciclo successivo. In seguito ai due cicli undecennali, i gruppi di macchie ritrovano una bipolarità magnetica identica a quella manifestata dai gruppi che sono apparsi precedentemente, quindi 22 anni.
Questo ciclo esercita enormi influenze sul clima terrestre e viene definito da molti studiosi come il vero ciclo del sole.

Le fasi iniziali dei cicli di Hale sono contrassegnate dalle frecce. La preponderanza di La Niña nel ciclo Hale 1954 – 1976 e di EL Niño nel seguente ciclo è evidente.

PDO:

Nel 1996 lo Scienziato Steven Hare ha mostrato l’esistenza di una seconda oscillazione nel Pacifico dopo l’ENSO: Il PDO (Pacific Decadal Oscillation). Di questa teleconnessione si conoscono due fasi:
– fase calda, positiva, al nord-est del Pacifico le acque sono più fredde del normale. Ma la temperatura dell’oceano lungo il Nord America occidentale è calda così come lungo l’equatore del centro dell’America fino all’isole Marchesi.
– Nella fase fredda, negativa, il PDO somiglia ad un arco di acqua calda che va dal nord al sud del Pacifico passando vicino al Giappone con temperatura dell’oceano lungo il Nord America occidentale fredda), e che normalmente avvolgono una grande zona di acqua fredda vicino all’equatore.

Sebbene il PDO si sviluppi in due fasi, una negativa (fredda) e una positiva (calda) che durano circa 20-30 anni, si riscontrano parecchie similitudini confrontando tale indice teleconnettivo con il ciclo magnetico del sole. Nel grafico sottostante ho voluto comparare l’andamento del PDO con il MEI; in seguito ho evidenziato le fasi opposte di entrambi i grafici. Il risultato ottenuto conferma in primo luogo il forte collegamento tra il PDO e l’ENSO e di conseguenza l’influenza precisa che il ciclo di Hale esercita su entrambi gli indici.
Il PDO ha conosciuto una fase fresca dal 1900 al 1924 e dal 1947 al 1976, e una fase calda dal 1925 al 1946 e dal 1977 al 1997.

Da questa analisi possiamo trarre delle considerazioni molto importanti anche in visione futura:
Dovremmo andare incontro ad un PDO di segno negativo (PDO freddo) e di conseguenza verso un periodo caratterizzato da episodi più frequenti de La Niña ed episodi più rari e meno intensi de El Niño. Se questo trend sarà confermato, darà una forte spallata a chi sostiene il progressivo riscaldamento causato dall’effetto serra, che secondo una buona parte degli studiosi è la causa principale dei frequenti episodi di El Niño degli anni 80-90.
Inoltre, vale la pena tener conto che il minimo del ciclo di Hale coincide con la fase fredda del PDO e con un cambiamento avvenuto anche nel nostro clima dal 2000 in poi: la “continentalizzazione” del nostro clima, che vede l’alternanza di periodi freddi e caldi e una scarsa zonalità in generale.

NAO:

NAO (North Atlantic Oscillation) indica la differenza fra l’anomalia di pressione registrata in Portogallo e quella registrata in Islanda. La sua fase positiva è data dalla presenza di una forte depressione semipermanente d’Islanda contrapposta ad un forte anticiclone delle Azzorre disteso sui paralleli. La fase negativa vede una situazione barica invertita, con anticicloni tra Groenlandia e Islanda e depressioni sulle Azzorre.


L’attività solare sembra regolare in maniera equivocabile anche l’indice  (North Atlantic Oscillation). Lo dimostrano le due figure sottostanti che mettono a confronto questo importante indice teleconnettivo con l’attività del sole.

Nella prima figura si è voluto confrontare l’andamento della NAO con i raggi cosmici, mostrando una correlazione molto alta. Nella seconda figura l’oscillazione nord atlantica è stata comparata ad un indice che misura i brillamenti solari che realmente interessano la terra (esplosioni solari in direzione del nostro pianeta). Anche in questo caso la similitudine dei due grafici è sorprendente.

QBO:

Quasi-Biennal Oscillation. La QBO indica la direzione dei venti zonali, ossia quelli diretti lungo i paralleli, nella stratosfera tropicale. Nell’arco di circa due anni tali venti compiono due successive e graduali inversioni nella direzione di provenienza, fino a tornare allo stato originario. Valori negativi della QBO indicano che nella stratosfera tropicale i venti soffiano da est verso ovest, viceversa per valori positivi.

Diversi studi sono stati fatti per cercare di trovare dei legami tra la QBO e il ciclo solare, tra le varie pubblicazioni spiccano i risultati ottenuti da KARIN LABITZKE del Stratospheric Research Group FU Berlin, Germany. Queste ricerche sono state eseguite utilizzando i dati disponibili dal 1950 della temperatura della stratosfera nell’emisfero nord.
L’insieme dei dati può essere raggruppato in quattro categorie basate sulla fase della QBO, si è visto che questo indice si comporta in modi diversi a seconda dell’intensità solare. Tutto questo ovviamente mantenendo lo stesso segno e quindi la stessa direzione dei venti.
La valutazione delle caratteristiche di segno positivo o negativo della QBO, senza considerare l’attività del sole è a mio avviso incompleta e superficiale, di conseguenza non completamente attendibile.

Cerchiamo ora di vedere come e quanto incide il ciclo undecennale sul comportamento di questo importante indice. Partiamo da una Quasi Biennal Oscillation di segno positivo, quindi la direzione dei venti va da est a ovest (fase ovest) e supponiamo di essere in presenza di un massimo del ciclo solare. Si è visto che si hanno temperature “calde” al Polo e quindi possibilità di inverni freddi nelle nostre latitudini. Mantenendo la QBO con lo stesso segno, ma passando ad un minimo delle macchie solari, si è visto che il vortice polare risulta più profondo.
Cambiamo ora segno alla QBO, passiamo al segnale negativo (fase est): si è notato che con una forte attività solare il vortice polare risulta profondo, mentre con un minimo undecennale si sono registrate temperature calde al polo e freddo alle nostre latitudini.

 

Vediamo ora la Stratosfera artica dal 1942 nel mese di febbraio ad una altezza di 30 hPa.

Qualche dato per capire meglio il grafico:

10,7 costante solare
70 unità sono un minimo solare, 250 un massimo.
n= anni qbo (numero totale di anni disponibili è 65)
r= coefficiente di correlazione
H= differenza delle altezze tra massimo e minimo solare
Dati: FU-Berlino 1942-2006; più tardi ECMWF

Qui in dettaglio le temperature registrate sempre a 30 hPa quando la QBO è di fase ovest

Il coefficiente di correlazione è molto alto. Si può notare quanto l’andamento solare influenzi la temperatura della QBO, durante la fase di minima attività solare (70) si ha un vortice polare profondo con un minimo di macchie, al contrario (200/250) si ottiene un VPS più disturbato. Grafico molto interessante.
Altra correlazione importante è quella del ciclo di Hale, si è notato che nei periodi di bassa attività geomagnetica la semipermanente d’Islanda si comporta così:
QBO– = tende ad rafforzarsi
QBO+ = tende ad indebolirsi (possibilità di rimonte dell’HP verso Nord).
Come è facilmente intuibile questa caratteristica incide anche sul comportamento dell’indice NAO.

Conclusioni:

L’importanza del sole viene spesso sottovalutata, in questi anni l’attenzione degli esperti verso i cicli solari è cresciuta enormemente, sempre più scienziati stanno facendo marcia indietro riguardo le previsioni catastrofiche (parere personale) del IPCC. Se gli studi degli esperti avranno ragione c’è da aspettarsi che la temperatura della terra ricominci a stabilizzarsi per poi iniziare a scendere. In particolare trovo molto interessante la previsione del prossimo minimo di Gleissberg (argomento trattato nella prima parte della relazione), e sono convinto che il futuro ci riserverà sorprese.

Mi auguro di aver esposto con sufficiente chiarezza le articolate dinamiche sole/clima che tanto mi affascinano, e spero di aver almeno in parte soddisfatto la vostra curiosità riguardo a questo interessante aspetto della climatologia.”

Daniele Campello (Climate Prediction Staff M3V)

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