Il massimo spettrale a 2.87 anni in alcuni dataset

di Franco Zavatti

In un commento a un mio post su CM, relativo all’aggiornamento dei dati NOAA (GHCN-M 3.2.0) a novembre 2012, Donato Barone scriveva :“… ho notato un picco intorno ai tre anni che tende ad aumentare negli ultimi mesi: è un’anomalia statistica o una cosa più seria?
Devo riconoscere che non avevo mai prestato attenzione a quel massimo ma, dopo il suggerimento di Donato Barone e dopo aver verificato che era effettivamente presente in tutti gli spettri a partire da novembre 2011, in una posizione (con un periodo) piuttosto stabile attorno a 2.87 anni, mi sono chiesto se fosse un segnale reale di qualche fenomeno climatico riconoscibile.

Intanto la Fig.1 suggerisce che il comportamento della potenza del picco (in arancione nel pannello di sinistra) non è dissimile da quello degli altri massimi, almeno nella struttura generale; e che anche il periodo è variato in modo del tutto simile al picco di 21-22 anni (qui, fig.9), il che da subito mi aveva fatto pensare che fosse una struttura reale e non una fluttuazione numerica.

FiG_1.jpg

Fig.1: Il picco di 2.87 anni confrontato con gli altri massimi del dataset NOAA. Il pannello di destra mostra l’andamento temporale della potenza e del periodo.

La potenza del massimo di 2.87 anni è confrontabile con quella del massimo di 9 anni, inferiore a quella degli altri massimi, e solo da ottobre 2012 è diventata paragonabile alla potenza del picco di 21-22 anni.
Una volta accertata la sua realtà, ne ho cercato la presenza negli spettri dei dataset che ho a disposizione (in grande maggioranza elaborati precedentemente e per altri motivi) e ho cercato in letteratura se altri lo avessero notato (devo dire che ho trovato riferimenti a 2.9 anni).
Riporto nella tabella successiva i dataset che ho analizzato e se ho trovato il massimo di 2.87 anni e/o massimi vicini.

N Dataset 2.87 anni Note Link
  1 NOAA 11/2011-11/2012, mensili pdfpng
  2 NOAA senza alcuni El Niño; debole pdfpng
  3 HADCRUT3 Temp. globali pdfpng
  4 MEI Ext 1871-2005 pdfpng
  5 SOI 2.91 2/1951-3/2012 pdfpng
  6 AMO 1861-2007, smoothed pdfpng
  7 NAM No 1899-2012, DJFM (invernale) pdfpng
  8 NAO No 1950-2012 pdfpng
  9 NAO year-ave 2.90 1826-2000, medie annuali pdfpng
10 HadSST CRU Sea Surface Temp. pdfpng
11 ERSST NOAA Sea Surface Temp pdfpng
12 Sun Spots No 1700.5-2011.5, medie annuali pdfpng
13 TSI-TIM 2.89 1610-2011 (debole) pdf png
14 Cosmic Rays No Usoskin, 2002. Modello pdfpng
15 Cloudiness No HISTALP, media annuale pdfpng
16 Maiana Coral δ18O 2.84 Maiana Atoll pdfpng
17 Niño 3.4 SST Non calcolato, letto da Maiana       ,png
18 AA-geomagnetic Index No Medie mensili 1868-2012 pdfpng
19 Labrjin Air Temp. 2.92 medie mensili 1706-2005 pdfpng
20 PDO 2.86 Medie annuali 930-1996 pdfpng

Tutti i dati numerici e i risultati grafici sono visibili in un sito di supportoqui. Tranne il caso 17 della tabella (Niño 3.4), per cui si è usata la figura 3 di Urban et al., (2000), ripresa nella Fig.3 successiva, tutti i link della tabella mostrano lo spettro MEM del dataset relativo – calcolato su un numero di poli pari alla metà dei dati – in due scale: una minore per mostrare l’importanza relativa del massimo di 2.87 anni rispetto agli altri massimi e una maggiore per leggere meglio il dettaglio della presenza o meno del massimo e dei massimi vicini. La presenza o assenza di questo massimo è evidenziata nei grafici dal valore del periodo e/o da una riga verticale, entrambi di colore arancio.

Una piccola nota di … colore: in questo post avrei voluto utilizzare solo file pdf perché sono piccoli e permettono di scalare a piacimento le immagini. Ma, guardando il sito di supporto con l’Ipad 2 (e con l’Ipad 3 e con un Mac Air), ho notato che nelle immagini pdf la riga arancio verticale non c’è, mentre resta la scritta con il periodo. Sono stato quindi costretto a rendere disponibili anche i file png, riprodotti fedelmente, anche se occupano 6-8 volte più spazio dei pdf. Questa anomalia non si verifica guardando i grafici con gli altri computer Linux/Windows di cui dispongo. Se sull’Ipad istallo Acrobat Reader le righe si vedono perfettamente. Questo significa che il visore pdf di Safari, e le apps di Ipad PDF Reader e PDF Pro hanno un piccolo baco.

Da una prima occhiata alla tabella si deduce che il massimo 2.87 anni è presente nei dataset che hanno a fare con l’oceano e non è presente in quelli che hanno a che fare con il Sole. Un’eccezione è la NAO (8), subito compensata dalla NAO-medie annuali, che però inizia 125 anni prima; è come se questo massimo fosse presente in un certo periodo e assente in un altro. Una cosa simile è stata osservata nei dati della variazione dell’ossigeno 18 nell’atollo Maiana (Urban et al, 2000, fig.4). Nella figura, un’ellisse bianca mette in evidenza il picco di 2.9 anni presente a cavallo del 1900 e assente (o più debole)successivamente.

Anche la TSI (13) mostra un picco a 2.89 anni ma la sua potenza è molto bassa, quasi trascurabile.
Landscheidt (2001, link) trova nello spettro della NAO (1826-2005) i massimi di 2.8 e 2.9 anni e lega i 2.9 anni alla seconda armonica della distanza ad (scrive che … special phases a and d within the ascending and the declining part of the 11-year sunspot cycle), cioè al Sole, ma io non sono in grado di confermare questa affermazione.
L’unico dataset che non presenta il massimo di 2.87-2.9 anni è la NAM (7). Il massimo più vicino è di 3 anni, come si vede nel grafico in basso della successiva Fig.2.

20130103-224257.jpg

Fig.2: Spettro della North Atlantic Modulation (NAM)

Un breve commento merita il punto 2 della tabella, in cui, ai dati NOAA del punto 1, sono stati sottratti (in modo brutale, ponendo dei valori costanti al posto dei massimi) i 5 eventi El Niño elencati nel grafico. Ricalcolato lo spettro, il massimo di 2.87 anni continua ad essere presente con minore potenza. Basta guardare questo elenco per vedere che sono stati tolti solo alcuni eventi e che la presenza degli altri ha continuato ad influenzare lo spettro.

L’analisi spettrale di δ18O fatta da Urban et al.(2000) sul corallo dell’atollo di Maiana è mostrata nella figura successiva, tratta dall’abstract disponibile in rete e modificata con le due righe verticali e i valori numerici in arancio.

20130103-195650.jpg

Fig.3: Analisi spettrale di Maiana, confrontata con altre due analisi. Da notare il picco di circa 2.9 anni nello spettro in rosso (pannello b) e, soprattutto, il forte picco a 2.87 anni nello spettro in blu, relativo alla temperatura superficiale della zona Niño 3.4.

Da quando ho spedito il post a CM la prima volta (30.12.12), ho aggiunto altri tre dataset (Indice geomagnetico aa, PDO, Temperatura dell’aria in Olanda), raggiungendo il numero di 20. Di questi, solo NAM, NAO, Sun Spots, Cosmic Rays, Cloudiness e indice aa non mostrano la presenza del picco a 2.87 e PDO lo mostra di potenza molto bassa, quasi trascurabile.

Il calcolo della media del periodo (dove, nella tabella, è scritto Sì, si legge il periodo sui grafici) per questo picco dà come risultato (2.88±0.02)anni, molto stabile, data l’incertezza di una settimana su 14 dataset, anche quando la potenza è molto bassa. È difficile affermarlo con certezza, ma ho l’impressione che questo picco si possa considerare una specie di “marker” dell’influenza di El Niño sul dataset corrispondente. Il fatto che non compaia in dataset più legati al Sole o meno direttamente legati a ENSO come NAO e NAM (sono legati a ENSO, ma con ritardi e interazioni con altri eventi “locali” come il Vortice Polare) sembrerebbe confermare questa mia impressione. Dai dati NAO (punti 8 e 9) si può pensare anche che il picco di 2.87 anni possa subire (aver subìto) un’evoluzione temporale, come ricordato sopra.

Finora ho dimenticato di scriverlo esplicitamente, ma l’origine dei dati utilizzati è sempre riportata, in rosso, nella parte superiore dei grafici.

In conclusione, il massimo spettrale di 2.87-2.9 anni sembra interessante e da tenere sotto controllo. Spero anche di aver risposto in modo sufficientemente approfondito alla domanda iniziale di Donato Barone.

Bibliografia
Theodor Landscheidt: Solar Eruptions Linked to North Atlantic Oscillation, 9 aprile 2001. link, solo in rete.
F.E. Urban, J.E. Cole, J.T. Overpeck: Influence of Mean Climate Change on Climate Variability from a 155-year Tropical Pacific Coral Record Nature,407, pp. 989-993, 2000. Abstract esteso, con figure.

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Author: Guido Guidi

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9 Comments

  1. Caro Franco, prima di tutto consentimi di augurarti di risolvere rapidamente e nel migliore dei modi i problemi con il chirurgo vascolare.
    Per quel che riguarda i nostri discorsi “numerici” sarò lieto di leggere il tuo prossimo post e, soprattutto, le tue considerazioni in quanto la correlazione che hai individuato mi sembra piuttosto intrigante: essa potrebbe essere un segnale di quei feedback di cui parlavi nel tuo commento e che erano adombrati nel mio.
    A presto e, mi raccomando, riguardati.
    Ciao, Donato.

    Post a Reply
  2. @agrimensore g
    Grazie per i complimenti.
    @Donato
    visti gli effetti che provocano, aspetto con impazienza le tue domande. Ciao F.

    Post a Reply
    • Caro Franco, con fortissimo ritardo (il tempo è tiranno e non basta mai) cercherò di illustrarti qualche considerazione che mi è stata suggerita dal tuo post.
      Il massimo spettrale di 2,87 anni da te analizzato sembra avere scarsa correlazione con il Sole e più o meno forte correlazione con le fasi di NINO in zona 3.4 e con altri indici che regolano i pattern di circolazione atmosferica. Io concordo con te sul fatto che il picco denota una dipendenza del dataset dagli eventi ENSO e questo mi induce a pensare che esistano delle cause fisiche che legano gli eventi ENSO alle temperature globali. In parole povere eventi ENSO di segno positivo (negativo) che si susseguono per lunghi periodi potrebbero essere responsabili di aumenti (diminuzioni) delle temperatutre globali indipendentemente da altre cause. Ovviamente bisognerebbe quantificare il contributo di simili eventi, ma ciò è molto difficile da fare (allo stato attuale dell’arte). Il bilancio radiativo, pertanto, potrebbe non essere l’unica ed esclusiva causa del riscaldamento planetario. Ed a questo punto, per capire cosa stia effettivamente succedendo, bisognerebbe indagare le cause profonde degli eventi ENSO e, quindi, di tutta la catena di fenomeni che essi determinano. Nei giorni scorsi (ed anche oggi leggendo il post di G. Guidi sulle conclusioni cui sono giunti gli scienziati NASA sull’influenza del Sole sulle dinamiche dell’atmosfera terrestre) mi sono convinto che queste considerazioni non sono del tutto campate in aria e che oltre all’uomo anche il Sole (unica fonte di energia del nostro pianeta) deve avere la sua buona dose di responsabilità nelle variazioni di temperatura che hanno caratterizzato il nostro pianeta nel passato, lo caratterizzano nel presente e lo caratterizzeranno nel futuro. ENSO, infatti, è una manifestazione energetica e, quindi, in ultima analisi, dipende da chi fornisce energia alla Terra, cioé il Sole. E’ quindi vero che il massimo spettrale a 2,87 anni non è correlato ai cicli solari noti, ma, sotto sotto, non è del tutto indipendente dal Sole e chi ci dice che non esista qualche periodicità nel Sole che oggi ci sfugge e che abbia a che fare con l’ENSO? Secondo me se un evento si verifica con una certa periodicità deve esistere una causa, con lo stesso periodo, che lo determina.
      Ciao, Donato.

    • Caro Donato, anche io ho preso una breve pausa di riflessione (in realtà me
      l’ha fatta prendere il chirurgo vascolare, ma è lo stesso). Veniamo al
      discorso: hai ovviamente ragione e niente e nessuno sulla Terra può
      prescindere dal Sole (tralascio l’uomo perché non so quanto pesa la sua
      attività, però in qualche misura va incluso anche lui nel produrre il
      riscaldamento). Quindi la presenza del picco a 2.87 ha una causa originale
      solare, magari mediata da altri fenomeni con feedback più o meno ritardati e
      mescolati. In questo primo post ho voluto mettere in evidenza la presenza o
      meno del picco in questione, ma mi sono reso conto che un modo più corretto
      di usare quei dataset sarebbe stato non quello del si/no (esiste/non esiste
      il picco) ma quello della misura della potenza. Per questo ho calcolato la
      potenza del picco 2.87-2.91 come frazione della potenza totale dello spettro,
      per tutti i dataset (adesso sono 24) e poi ho messo in fila queste potenze,
      indipendentemente dalla presenza del picco e leggendo la potenza a 2.87 anni
      in mancanza di picchi vicini, in funzione del numero d’ordine del dataset.
      Ho trovato una bella relazione lineare (coeff. di correlazione maggiore di
      0.9) tra dataset più o meno “solari” e logaritmo della potenza del picco, con
      un’oscillazione che esce dalla linearità e che per ora non so spiegare.
      Ho finito i conti (forse aggiungo i dati noaa di dicembre dove il 2.87 anni
      è passato in potenza assoluta da 4 a 0.7) e nei prossimi giorni spedisco a Guido il post.
      Franco

  3. Franco, non avrei mai immaginato che dietro la mia innocente curiosità ci fosse tutto questo ben di Dio!
    Ovviamente sono pienamente soddisfatto dalla tua risposta, però, essa ha suscitato altre curiosità che ti esporrò in un prossimo commento (impegni di lavoro mi impediscono di approfondire la questione in questa sede). A presto.
    Ciao, Donato.

    Post a Reply
  4. Complimenti per l’ottimo lavoro!

    Post a Reply
  5. Per un paio di errori miei è stata ripetuta due volte la frase relativa al periodo di (2.88+- 0.02) anni, e il link all’articolo di Landscheidt funziona solo in parte in quanto rimanda alla pagina principale del blog su cui è pubblicato. Per fortuna il link in bibliografia funziona bene.
    Con nuova “faccia” di CM vedo le figure a metà e anche parte del testo viene perso.
    Buon lavoro, Guido!

    Post a Reply
    • Franco, ho corretto la frase e sistemato il link. Quanto alle figure sono perplesso, temo sia un problema di compatibilità di browser o di definizione dello schermo perché mi sembra a posto.
      gg

    • hai ragione. Con Crome vedo tutto. Grazie per le correzioni.
      f.

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