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EN SO
Spiegazione del fenomeno; principali indici utilizzati per
descriverlo, breve descrizione del suo andamento nel
passato recente e stato attuale
DEFINIZIONE
L'acronimo ENSO sta per “El Niño Southern Oscillation” ed è uno dei più importanti e più
studiati fenomeni climatici del nostro pianeta, poiché durante la sua presenza si hanno
pesanti ripercussioni sul regime dei venti, temperature, idrologico e sull'ubicazione dei
centri di alta e bassa pressione a livello planetario.Esso si verifica nella porzione di oceano
pacifico centrale e che consiste in una periodica variazione delle SST(Sea Surface
Temperature) oceaniche a partire dalle coste peruviane, fino a raggiungere la porzione di
oceano coincidente con la linea del cambiamento di data da dove poi ha invece inizio la
cosiddetta Piscina Calda(Warm Pool) del pacifico occidentale, che consiste in una vasta
regione, grande più o meno quanto gli Stati Uniti, caratterizzata da uno spesso strato di
acque superficiali molto calde che regola e influenza la circolazione atmosferica di tutto il
bacino del pacifico ma che viene pesantemente modificata durante forti fenomeni
dell’ENSO. Come detto in precedenza tale fenomeno è caratterizzato da una componente
oceanica che rappresenta un riscaldamento (El Niño) o raffreddamento (La Niña) anomalo
delle acque del pacifico centro orientale che ha origine intorno ai mesi di dicembregennaio e si protrae mediamente per circa 12-18 mesi, accoppiata ad una componente
atmosferica, chiamata oscillazione meridionale (Southern Oscillation) caratterizzata da
cambiamenti dei livelli di pressione nel pacifico centro occidentale che perturbano la
circolazione generale atmosferica su quell'area che prende il nome di CELLA DI WALKER.
NORMALI CONDIZIONI DEL PACIFICO
L'ENSO come detto precedentemente è un sistema accoppiato mare-atmosfera che
dipendono uno dall'altro; se le condizioni dell'oceano cambiano, l'atmosfera risponde e
viceversa. Per poter meglio comprendere e riconoscere tale fenomeno bisogna quindi
conoscere quali sono le condizioni neutrali di temperatura delle SST e pressione a livello
del mare dell'intero pacifico equatoriale. Normalmente durante una condizione neutra la
pressione a livello del mare è molto più bassa al di sopra del caldo pacifico occidentale
(warm-pool) e più elevata nella parte fredda centro-orientale. I due punti di riferimento
dove vengono effettuate le misure di pressione sono Darwin per il pacifico occidentale e
Tahiti per il pacifico orientale.
Figura 1 Cella di Walker- Normali Condizioni
Tale differenza di pressione fa si che l'aria si muova naturalmente dalla zona di alta
pressione verso la zona di bassa pressione, in questo caso sotto forma di venti equatoriali
chiamati Alisei. Ciò che accade è che l'acqua calda superficiale oceanica a livello
dell'equatore viene spinta grazie all'azione dei venti alisei verso ovest andando ad
accumularsi nella warm-pool. Di conseguenza sulle coste sud-americane avviene una
risalita(up-welling) di acque più fredde e ricche di nutrienti dalle profondità che va a
rimpiazzare lo spazio lasciato libero dalle acque superficiali calde e permette lo sviluppo di
una numerosa fauna ittica che rappresenta la maggior fonte di sostentamento dei
pescatori Sud-Americani. Ciò fa si che mentre a occidente, a causa dell'evaporazione di
massicce quantità di acqua molto calda, è presente un perenne centro di bassa pressione
foriero di intense e costanti piogge, a oriente vi siano condizioni anticicloniche durature.
Tale processo si autoalimenta e si ripete fino a che una qualche perturbazione non
intervenga a modificarlo.
El Niño
A causa di cambiamenti nell'interazione tra le onde di Rossby e le onde di Kelvin si può
avere uno sconvolgimento a livello di circolazione generale sull'area pacifica. Il tutto
comincia con lo spostamento di grandi masse d'acqua calde che in profondità migrano da
ovest verso est per poi risalire a livello delle coste del Sud-America andando ad indebolire
la normale risalita di acqua fredda trasportata dalla corrente marina di Humboldt, che dai
mari sub-antartici risale l’intera costa occidentale dell’America meridionale, dal Cile
meridionale fino all’Ecuador e alle isole Galapagos, causando un costante raffreddamento
delle acque oceaniche che è all’origine della grande pescosità di quella zona e della
costante aridità che caratterizza il clima del Cile, della costa peruviana e dell’Ecuador
meridionale. Il continuo fluire di acque calde anomale verso est, ha come conseguenza
quella di abbassare la pressione a livello del mare sulle coste Americane.
Figura 2 Condizioni di Nino
Ciò fa si che piano piano la zona di bassa-pressione situata sulla warm-pool inizi a migrare
verso il pacifico centro orientale a causa del graduale surriscaldamento delle acque
superficiali oceanica. El-Niño inizia così ad insorgere a causa del surriscaldamento delle
acque superficiali oceaniche del Pacifico orientale che, a sua volta, determina un notevole
incremento dell’attività convettiva su tutto il Pacifico centro-orientale, modificando a loro
volta la circolazione equatoriale dei venti, con l’allentamento degli Alisei, e delle correnti
oceaniche. Tali modifiche a loro volta sono all’origine di un vero e proprio sconvolgimento
della distribuzione delle precipitazioni lungo tutto il Pacifico equatoriale. In sostanza con la
fase di Niño si instaura una circolazione con una forte attività convettiva (correnti
ascensionali che originano i Cumulonembi e i temporali) e un conseguente incremento
della copertura nuvolosa sul Pacifico orientale, mentre al contempo una più estesa area di
“Subsidenze” (correnti discendenti) si viene a formare sul Pacifico occidentale, sull’area
indo-Australiana. In poche parole tale stravolgimento meteo/climatico comporta uno
spostamento longitudinale verso oriente dell’intera circolazione di Walker che causa
pesanti inondazioni sul Pacifico orientale mentre riduce se non addirittura azzera le
precipitazioni nella zona polinesiana e del nord-est dell'Australia. Un altro effetto da
ricondurre al fenomeno del Nino è la modificazione e abbassamento del termoclino
equatoriale sulla zona est dove viene inibito il fenomeno dell'upwelling causando così una
drastica diminuzione di fauna ittica e determinando conseguentemente un rilevante danno
economico ai paesi di pescatori delle coste Cilene e Peruviane.
LA Niña
Tale fenomeno è opposto al Niño e consiste nel rafforzamento del pattern atmosferico e
oceanico presente durante le condizioni di neutralità. In questo caso si ha un'ulteriore
raffreddamento delle SST del pacifico centro-orientale e riscaldamento delle acque della
WARM-POOL aumentando il gradiente barico sulle due sponde opposte dell'oceano.
Figura 3 Condizioni di Nina
Questo non fa altro che aumentare l'intensità dei venti alisei che a loro volta spingono
maggiormente acqua calda verso Ovest permettendo il continuo raffreddamento di quella
ad est. Questo non fa altro che esasperare il regime climatico della cella di Walker
causando enormi inondazioni a occidente e siccità estrema sulle coste sud-americane.
L'unico aspetto positivo di tale fenomeno è la maggiore pescosità sulle coste orientali
grazie ad un ulteriore innalzamento del termoclino che favorisce un maggiore Upwelling
COME RICONOSCERE FENOMENI DI Niña o Niño?
Essendo un sistema accoppiato atmosfera-oceano, possiamo avere sia indici atmosferici
che oceanici che ci indicano se è in atto un fenomeno del nino o nina.L'indice atmosferico
più usato è sicuramente il SOI(The Southern Oscillation Index).È un indice standardizzato
basato sull'osservazione della differenza di pressione a livello del mare tra Tahiti e Darwin.
In pratica questo indice misura le fluttuazioni e le anomalie a larga scala della pressione
atmosferica tra la sponda est Peruviana e la sponda ovest Australiana durante i fenomeni
del nino o nina. I valori di SOI ben si correlano con il cambiamento di temperatura delle
acque oceaniche nell'est Pacifico. Fasi negative di SOI corrispondono a temperature più
calde sulle coste del Sud-America e di solito indicano fasi di Niño. Viceversa fasi positive
coincidono con temperature più basse della media sulle coste Cilene e Peruviane che
indicano fasi di Niña. L'indice SOI viene così calcolato:
SOI=
(StandardizedTahiti−Standardized Darwin)
(MSD=Monthly Standard Deviation)
Fig.4: SOI dal 1950 ad oggi
Come detto precedentemente il fenomeno climatico può essere osservato e riconosciuto
tramite le anomalie di temperatura oceanica sul pacifico equatoriale. Lungo tutta questa
fascia di oceano è stata installata dall'agenzia NOAA una rete di boe che prende il nome di
TAO(Tropical Atmosphere Ocean (TAO) Array) le quali sono in grado di raccogliere ed
inviare dati in tempo reale riguardanti temperatura superficiale e sub-superficiale marina,
correnti oceaniche e intensità del vento. La regione monitorata da questa rete viene
suddivisa in sezioni di oceano che posseggono differenti caratteristiche e implicazioni nella
manifestazione e riconoscimento del NINO. Come spiegato in numerosi papers
scientifici(Es:The Definition of El Niño Kevin E. Trenberth National Center for
Atmospheric Research, Boulder, Colorado) dopo il 1950, ai fini di dare un indice
quantitativo e scientificamente valido che indicasse la presenza o meno di fenomeni di
Niño o Niña si è giunti alla conclusione che la miglior zona che meglio descrive tale
fenomeno è
la zona Niño 3.4(120°W-170°W and 5°S- 5°N), poiché è qui che
maggiormente si notano i gradienti e le variazioni di temperatura tra EST ed OVEST.
Fig.5: Condizioni durante il fenomeno del Niño
Si può dire di essere in presenza di un fenomeno di Niño se per almeno 5 periodi
consecutivi la media su 3 mesi delle anomalie delle acque superficiali in questa zona è
superiore a 0,5 °C. Stessa cosa vale per i fenomeni di Niña dove però la temperatura deve
rimanere al di sotto della media di 0,5°C.
INDICE MEI
Nonostante i 2 indici appena descritti siano indici abbastanza solidi e accettati in
letteratura, con il tempo si è andato affermando un indice di recente formulazione, che
pare descrivere con maggiore rigorosità e precisione il fenomeno ENSO che prende il
nome di MEI(Multivariate ENSO Index). Tale indice, che viene calcolato separatamente
per ciascuno dei periodi bimensili(jen-feb;feb-mar) sintetizza le anomalie di sei parametri
fondamentali del pacifico tropicale: pressione a livello del mare,componente lungo i
meridiani e lungo i paralleli del vento,temperatura superficiale delle acque,dell’aria
soprastante e copertura nuvolosa del cielo. Si ottiene così un valore,bimensile,che tiene
conto di quanto tutti questi parametri si siano discostati dalla normalità o in un verso o
nell’altro.
Fig.6: Indice MEI dagli anni 50 ai giorni nostri
Valori del MEI maggiori di 0,5 suggeriscono che è in atto un episodio di El Niño e se si
supera la soglia di 1,2, l’episodio viene considerato di forte intensità;viceversa gli stessi
valori ma negativi mi rappresentano un fenomeno opposto di Niña.
PALEOPROXY DATA E VARIABILITÀ ENSO DURANTE L'EPOCA OLOCENICA
Sono stati effettuati molti studi volti a scoprire il comportamento e la variabilità dei cicli
ENSO durante gli ultimi 10-15ky dopo la fine dell'ultima era glaciale. Tali studi prendono in
esame la stratificazione di serie alluvionali inorganiche, o la variazione di diversi isotopi
all'interno di resti organici situati in laghi o ambienti sedimentari di paesi come Cile Perù; o
Ecuador; infatti è proprio in questi luoghi solitamente aridi che durante i fenomeni del Niño
cambia maggiormente il regime pluviometrico e idrologico che a sua volta causa delle
modificazioni a livello di isotopi che vengono “registrati” da resti organici, e fenomeni
alluvionali che possiamo ritrovare in zone di sedimentazione come ad esempio bacini
lacustri. Grazie alle variazioni del rapporto di concentrazione dell’isotopo di idrogeno, nei
lipidi prodotti dall’alga verde Botryococcus braunii (alga che fiorisce durante le piogge
dell’El Niño, nelle Isole Galapagos) trovati in serie sedimentarie lacustri di un lago delle
isole Galapàgos si è riusciti ad ottenere una serie storica degli ultimi 10ky del fenomeno
del Niño. Ciò che si è evidenziato è che dall'inizio dell'epoca olocenica vi è stato una
tendenza all'aumento di fenomeni di Niño sia in intensità che frequenza fino ad un loro
abbassamento negli ultimi 200 anni. In particolare il periodo che va tra i 10ky(BP) e i
5,7ky(BP) pare sia stato caratterizzato da un'alternanza di eventi di Niño di media
intensità. Il medio-olocene e i 500 anni tra 1ky(BP)-1,5ky(BP) sono stati periodi con bassa
frequenza di eventi di Niño e di medio-bassa intensità.
Figura 7 Frequenza degli eventi di Nino negli ultimi 10.000 anni correlati con l'attività solare
La causa, come documentano numerosi studi, pare che debba essere ricercata nel
cambiamento dell'orbita terrestre che ha influito sulla distribuzione della radiazione solare
soprattutto ai tropici. Infatti durante questi 2 periodi, come dimostrerebbero i paleo-proxy e
i modelli di simulazione climatica calibrati su di essi, le acque dei tropici erano più calde
dei giorni nostri e il gradiente di temperatura tra area oceanica equatoriale pacifica e
tropicale era minore. Sarebbe proprio questo fatto a favorire la mancanza di cicli ENSO di
una certa intensità e frequenza a sua volta dovuta alla diversa quantità e distribuzione di
radiazione solare sul pianeta. Come si nota dal grafico si è giunti inoltre ad affermare che
vi sia una forte correlazione tra periodi di forte e frequente Niño e picchi di attività solare.
Tali conclusioni trovano conferme in un altro studio effettuato su depositi alluvionali, erosi,
trasportati e sedimentati che si sono accumulati durante le piene provocate dalle grandi
piogge indotte dal Niño in zone notoriamente aride come le coste ecuadoregne. A
differenza dello studio sugli isotopi, con lo studio su proxy alluvionali si può risalire solo ad
eventi di Niño medio o strong che portano piogge molto abbondanti sulle coste orientali
Sud-Americane.
Fig.8: Serie di eventi Niño ogni 100 anni durante tutta l'epoca Olocenica
Quello che è emerso da questo studio è la frequenza di fasi di attività alta e bassa degli
eventi di Niño che pare si alternino in un ciclo di durata di circa 2000 anni, e la tendenza
dall'inizio dell'epoca Eocenica fino a 1200 anni fa ad un aumento di intensità e frequenza
del fenomeno fino ad un a netta diminuzione nell'ultimo millennio.
ANDAMENTO ENSO DAGLI ANNI 50 AD OGGI
Come possiamo vedere dal grafico che ci mostra l'indice MEI dagli anni 50 ad oggi,
notiamo che vi è un trend che indica una crescita di fenomeni positivi di Niño a scapito di
quelli di Niña.
Figura 9 Indice MEI e PDO
In particolare si nota come dagli anni 80 al 2000 si siano susseguiti intensi e ripetuti
fenomeni di Niño che ben si correlano con una fase di PDO positiva. Viceversa vediamo
che prima degli anni 80, durante una PDO in fase negativa a dominare erano fasi di Niña
spesso Strong. Possiamo meglio apprezzare le due fasi di PDO ben correlate con il
fenomeno ENSO, nel grafico gentilmente concesso dalla NOAA che rappresenta il suo
andamento durante gli ultimi 145 anni.
Figura 10: Fasi PDO
Inoltre grazie ad uno studio effettuato dalla NASA riguardante la ricostruzione
dell'irradianza solare durante gli ultimi 100 anni seguendo oltre 11 cicli solari si è notato,
nonostante l'estrema variabilità , un progressivo trend in aumento.
Figura 11: Irradianza solare stimata dell'ultimo secolo
Si è provato poi a sovrapporre l'andamento dei cicli ENSO con quello dell'irradianza solare
ottenendo una buona sovrapponibilità delle due serie:
Figura 11 Indice MEI ed irradianza solare in correlazione
Ciò che è ben evidente nel grafico dell'indice MEI, è ulteriormente confermato dai grafici
NOAA che mostrano come 4 dei sette eventi di Niña più intensi dagli anni 50 ad oggi si
siano verificati prima degli anni 80:
Figura 12: I sette eventi di Nina più forti degli ultimi 65 anni
mentre 4 dei 7 eventi di Niño più intensi si siano verificati dopo gli anni 80:
Figura 13: I sette eventi di Nino più forti degli ultimi 65 anni
Nel contesto di forti condizioni di El Niño dal marzo-aprile 2015, questa sezione offre una
figura di confronto con la classica serie di forti eventi di El Niño nel periodo MEI di record.
Rispetto al mese scorso, la versione aggiornata (dicembre-gennaio) MEI è leggermente
aumentata (da 0,08) per 2,20, proseguendo alla 3 ° posizione più elevata, e da 0,3 a 0,5
sigma dietro il 1998 e il 1983, rispettivamente, per questa stagione. Durante Agostosettembre 2015 il valore di 2,53 rimane al terzo posto generale, in qualsiasi periodo
dell'anno dal 1950. L'evoluzione del 2015-16 rimane molto simile al 1997, come
monitorato dal MEI, tra cui un primo picco in agosto- settembre e conseguente
indebolimento durante il resto dell'anno. Nel 1998, questo è stato seguito da un secondo
picco nel tardo inverno boreale con 0,2-0,3 sigma superiore rispetto a dicembre-gennaio.
Eventi simili di Nino sono stati riscontrati molte volte in passato: 1965-66, 1972-73, 198283 e 1997-98, oltre a 1957-1958 e 1991-1992. Due di questi sei sono evoluti in eventi di
Niña un anno dopo (1973-74 e '98 -99), due di loro sono finiti neutri ('83 -84 e '65 -66), e
due hanno avuto deboli condizioni di El Niño ('58 -59 e '92 -93). Se si espande la serie di
casi analoghi per includere i sei casi (più deboli), si trova un grande aumento di fenomeni
di Niña successiva al Nino: quattro su sei sono evoluti in Niña, uno neutro, e uno
proseguito con un Niño debole. Nel frattempo, forti condizioni di El Niño (top ranking 10%)
sono molto probabili durante marzo-aprile (quattro dei primi sei casi sono rimasti in quella
categoria), mentre un accentuato calo lo si prevede per il periodo Maggio-Giugno
ENSO: EVOLUZIONE RECENTE, STATO E PREDIZIONE FUTURA
La fase attuale del Niño ha avuto inizio durante la fine dell'inverno 2014-2015 e le
previsioni attuali sono aggiornate al 10 febbraio, 2015. Le anomalie di temperatura
superficiale del mare nel pacifico equatoriale (SST) continuano sulla maggior parte del
Pacifico. Si prevede l’indebolimento del fenomeno gradualmente durante la primavera
2016, fino a raggiungere condizioni neutre durante l’inizio della stagione estiva 2016. Lo
stato attuale delle quattro regioni in cui il Pacifico equatoriale è diviso mostrano tutti valori
positivi rispetto alla media:
Figura 14: Le quattro regioni del Nino
Nino 4: +1.5°C; Nino 3.4: +2.5°C; Nino 3: +2.3°C; Nino 1+2: +1°C
In generale, le anomalie SST rimangono positive e maggiori di 2 ° C rimangono tra 170ºW
e 100ºW. Nel corso delle ultime quattro settimane, le SST tropicali sono state sopra la
media in tutta la maggior parte del Pacifico e dell'Oceano Indiano.
Figura 15: Temperatura delle SST globali nelle ultime 4 settimane
I valori più recenti delle anomalie di calore superiore dell'oceano (positivo) e la pendenza
negativa del termoclino riflettono le condizioni di forte El Niño.
Figura16: Indice di gradiente del termoclino equatoriale Pacifico
Anomali e bassi livelli dei venti occidentali a 850 hPa sono stati registrati in prossimità
della linea di data mentre alla quota di 200 hPa sono stati osservati venti orientali al di
sopra della norma.
Figura 17: Anomalie dei venti equatoriali a 850 e 200 hPa
Le temperature delle acque superficiali della zona 3.4 sono previste in netta diminuzione
durante la primavera 2016. Molti modelli prevedono il passaggio a condizioni neutrali di
ENSO entro il trimestre estivo Giugno-Luglio-Agosto.
Figura 18: Scenari futuri del Nino, zona 3.4
REFERENCES
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