Le Temperature di 8 stazioni italiane – Parte I, Montevergine (AV)

In questo post abbiamo utilizzato la serie delle temperature medie mensili e annuali della stazione di alta montagna di Montevergine (AV, 1280m slm) e, per confronto, in un post successivo, i dati di altre 7 stazioni disponibili nel database SCIA. L’elenco e la posizione delle stazioni sono qui sotto, mentre i link ai file dati sono nella tabella dati nel sito di supporto.

  1. Montevergine
  2. Monte Cimone
  3. Monte Terminillo
  4. Grottaglie
  5. Gioia del Colle
  6. Monte Sant’Angelo
  7. Capo Palinuro
  8. Monte Scuro
stazioni

Elenco delle stazioni utilizzate e loro localizzazione geografica.

Montevergine
Il contesto meteo-climatico della stazione di Montevergine si inquadra nel più generale ambiente appenninico campano: il clima mediterraneo costiero, progressivamente diventa continentale e le piogge, favorite dall’azione di barriera dell’Appenino rispetto alle depressioni occidentali, raggiungono valori di 1500-2000 mm annui, rendendo complessivamente la Campania una delle regioni più piovose d’Italia. In inverno i venti caratteristici sono Ponente e Maestrale che si presentano sovente associati a irruzione di aria fredda (polare) dalla valle del Rodano. Il tempo più instabile delle zone interne è favorito da Tramontana e Grecale che sulla costa, invece, stabilizzano la situazione meteorologica.

Variazioni accentuate di temperatura sono presenti tra la costa e l’entroterra. La catena appeninica che blocca le perturbazioni occidentali favorendo la piovosità, protegge la Campania dalle perturbazioni continentali (orientali) e dai venti freddi ad esse associati.
Gli ambienti d’alta quota sono scarsamente influenzati dalle dinamiche atmosferiche degli strati prossimi al suolo e non hanno subìto nel corso del tempo la crescente influenza dei fattori antropogenici. La serie climatica di Montevergine offre la possibilità (per certi versi unica) di studiare la climatologia d’alta quota di tutto il XX secolo e di indagare riguardo alle sue relazioni con la variabilità atmosferica di grande scala.

Questo sito, proprio per la sua quota, presenta un’ottima esposizione sia al flusso umido sud-occidentale, particolarmente foriero di precipitazioni, sia al flusso freddo e più secco di provenienza balcanica. Per tale ragione, la serie climatologica di Montevergine è altamente rappresentativa delle peculiarità climatiche del Mediterraneo centrale.

Le temperature medie annuali di Montevergine sono mostrate in fig.1 (pdf). I dati di Montevergine appaiono notevoli per la loro estensione temporale; infatti iniziano a gennaio 1884 e qui sono aggiornati a settembre 2015. Nessuna delle altre stazioni utilizzate in questo post ha dati precedenti il 1950.
Il processo di omogenizzazione e l’analisi dei dati fino al 2012 sono descritti in Capozzi-Budillon (2013).

fig1

Fig.1. Temperatura media annuale di Montevergine da gennaio 1884 a settembre 2015. La linea rossa è un filtro passa-basso con finestra 5 anni.

Ad una prima analisi visuale appaiono evidenti oscillazioni attorno alla media (la retta dei minimi quadrati) con semi-periodo di circa 50 anni: positive dal 1885 al 1935; negative dal 1935 al 1985; positive dal 1985 al 2015 (fine serie). Altro aspetto da notare è che, dopo l’aumento della temperatura attorno al 1997-98 (El Niño?) quella che potrebbe sembrare una pausa (nel senso di salita con pendenza inferiore al tratto precedente) in realtà, non è statisticamente significativa. Le temperature di Montevergine crescono in modo continuo a partire da almeno il 1975, ma più probabilmente dal 1955.

Per le medie mensili abbiamo preferito calcolare le anomalie, per ridurre gli effetti stagionali, rispetto al periodo 1971-2000. Mostriamo queste anomalie in fig.2 (pdf).

Fig.2. Anomalia media mensile con base 1971-2000. Notare che l'errore sulla pendenza è circa il 31% inferiore a quello delle medie annuali. La pendenza, nella stessa forma usata in fig.1, vale (0.078±0.011). La riga rossa è un filtro passa-basso di finestra 12 mesi.

Fig.2. Anomalia media mensile con base 1971-2000. Notare che l’errore sulla pendenza è circa il 31% inferiore a quello delle medie annuali. La pendenza, nella stessa forma usata in fig.1, vale (0.078±0.011). La riga rossa è un filtro passa-basso di finestra 12 mesi.

Abbiamo anche provato a verificare la presenza o meno di una pausa nelle temperature, seguendo questo schema: i dati sono stati interpolati con una retta dei minimi quadrati nei due intervalli temporali 1975-2000 e 2000-2015 (settembre) e poi si è verificato se le due pendenze avessero valori statisticamente incompatibili (e quindi fosse presente una pausa) oppure, al contrario, fossero manifestazioni dello stesso valore (e quindi nessuna pausa). La scelta del 1975 non è un cherry-picking: è più semplicemente un (onorevole?) compromesso tra il desiderio di iniziare dal 1970 (fine del trentennio “freddo” 1940-1970) e una richiesta di confrontare le pendenze a partire dal 1980. In questo caso “statisticamente” significa che le pendenze, con le rispettive barre d’errore (sempre 1 σ se non specificato diversamente) vengono confrontate e se i due intervalli si sovrappongono, anche in minima parte, si dichiara che le pendenze NON sono statisticamente differenti e che, quindi, la pausa non c’è. È chiaro che sarebbe più corretto calcolare un test sulle medie ma in questo modo è molto facile per chiunque verificare i risultati. E chi fosse in grado di calcolare il test potrebbe farlo, avendo a disposizione le pendenze e i loro errori.
Questo procedimento è stato usato per tutte le stazioni (dati annuali e mensili). Qui mostriamo i risultati per Montevergine: il confronto con gli altri dataset verrà presentato in un altro post.
I due fit delle medie annuali sono in fig.3 (pdf).

Fig.3. Fit lineari degli intervalli 1975-2000 e 2000-2015 (settembre), estremi compresi. A quanto già presente nella figura si può aggiungere che il fit dell'intervallo complessivo 1975-2015 fornisce una pendenza di (0.42±0.07)°C/decade. Il valore conferma la mancanza di una pausa perché è molto simile alla pendenza del primo tratto.

Fig.3. Fit lineari degli intervalli 1975-2000 e 2000-2015 (settembre), estremi compresi. A quanto già presente nella figura si può aggiungere che il fit dell’intervallo complessivo 1975-2015 fornisce una pendenza di (0.42±0.07)°C/decade. Il valore conferma la mancanza di una pausa perché è molto simile alla pendenza del primo tratto.

Applicando il metodo sopra descritto, si vede che gli intervalli (0.25÷0.55) e (-0.13÷0.39) si sovrappongono parzialmente, facendo escludere la presenza della pausa.

 

Esempio del test di normalità sulle medie applicato ai dati precedenti:
z*=(0.40-0.13)/sqrt(0.15^2+0.26^2)=0.8995.
z* è l’ascissa della normale standardizzata derivata dai dati; z è lo stesso valore teorico.
Assumendo un livello di significatività α=0.05, l’ipotesi nulla H0=0.40-0.13=0 fornisce z=1.96 > 0.8995
e non può essere respinta, al livello di confidenza (1-α)=95% (qualcuno, sbagliando, direbbe
“viene accettata” ma i test sono solo in grado di respingere un’ipotesi, non di accettarla).

Lo stesso risultato si ottiene dalle medie mensili i cui fit sono in fig.4 (pdf).

Fig.4. Temperatura media mensile e i fit lineari sugli intervalli 1975-2000 e 2000-2015, estremi compresi. Il fit sull'intervallo complessivo 1975-2015 fornisce una pendenza di (0.42±0.06)°C/decade. Il valore conferma ancora la mancanza di una pausa.

Fig.4. Temperatura media mensile e i fit lineari sugli intervalli 1975-2000 e 2000-2015, estremi compresi. Il fit sull’intervallo complessivo 1975-2015 fornisce una pendenza di (0.42±0.06)°C/decade. Il valore conferma ancora la mancanza di una pausa.

Gli spettri LOMB
La serie delle temperature di Montevergine è completa, senza “buchi”. Sarebbe stato logico calcolare gli spettri con il Metodo della Massima Entropia (MEM) che richiede dati equispaziati. Dovendo però confrontarci con i dati delle altre 7 stazioni che hanno saltuarie (e in qualche caso sistematiche) mancanze, per le quali gli spettri sono stati necessariamente calcolati con il metodo di Lomb che ammette dati non equispaziati ma vuole che questi siano “detrended”, cioè depurati dalla pendenza del fit lineare mostrato in fig.1, abbiamo usato lo stesso metodo anche per questi dati.
Gli spettri Lomb dei dati annuali (pdf) e mensili (pdf) sono in fig.5 e fig.6, rispettivamente:

Fig.5. Periodogramma di Lomb delle temperature medie annuali. Le bande rosa rappresentano la posizione di alcuni massimi derivati da Scafetta (2010) come firma di fenomeni astronomici, con un'incertezza di ±5%.

Fig.5. Periodogramma di Lomb delle temperature medie annuali. Le bande rosa rappresentano la posizione di alcuni massimi derivati da Scafetta (2010) come firma di fenomeni astronomici, con un’incertezza di ±5%.

Fig.6. Come fig.5, per le anomalie medie mensili. Notare la potenza doppia rispetto allo spettro delle medie annuali.

Fig.6. Come fig.5, per le anomalie medie mensili. Notare la potenza doppia rispetto allo spettro delle medie annuali.

Nelle figure appare molto evidente una potente ed estesa struttura che, pur avendo i massimi spettrali a 108.3 anni per le medie annuali e a 131.6 anni per le anomalie mensili, in realtà si configura come un pianerottolo tra 92 e 130 anni (meno visibile nei dati annuali) che a nostro parere dovrebbe essere l’identificazione delle oscillazioni di semi-periodo circa 50 anni di cui si è parlato in riferimento alla fig.1. Degli altri massimi, meglio visibili nei quadri inferiori, si nota una cadenza circa decennale (9, 19, 29, 39 anni) e alcune “firme” astronomiche (8, 11, 12 anni). Il massimo a 60-67 anni, tipico di oscillazioni oceaniche (ad esempio NAO) e ben visibile nelle temperature medie globali (terra+oceano), in questi spettri è del tutto assente, a meno che la grande struttura centrata a 120 anni non sia una sua armonica.
Non siamo in grado di identificare (associare ad eventi climatici o astronomici) i massimi a ~19 e ~38-39 anni mentre quello a ~28 anni potrebbe esser uno spostamento del contiguo periodo di 30 anni.

In conclusione, la serie di temperature (e precipitazioni, qui non analizzate) della stazione di alta montagna di Montevergine (AV) appare un dato raro, se non unico per estensione temporale e completezza, nel panorama italiano. Alcune sue caratteristiche particolari (come la mancanza di una pausa dopo il 2000 o del massimo spettrale a 60 anni) verranno inquadrate in un contesto più ampio e nel confronto con altre serie nella seconda parte di questo post.

Tutti i grafici e i dati, iniziali e derivati, relativi a questo post si trovano nel sito di supporto qui.
I dati mensili e annuali di Montevergine e i dati mensili di Monte Scuro non sono presenti
perché non disponibili per la divulgazione.

Bibliografia

  1. Capozzi V., Budillon G.: Time Series Analyses of Climatological Records from a High Altitude Observatory in Southern Italy (Montevergine, AV). Proceedings of the SISC First Annual Conference, Lecce 23-24 Settembre 2013, 303-327, 2013 pdf.
    Gli Atti sono scaricabili dal sito http://www.sisclima.it/conferenza/proceedings-della-conferenza/
  2. Scafetta, N.: Empirical evidence for a celestial origin of the climate oscillations and its implications, J. Atm. & Sol-Terr. Phys., 72, 951-970, 2010.doi:10.1016/j.jastp.2010.04.015 (abstract)

 

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Author: Franco Zavatti

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2 Comments

  1. Caro Donato, non entro nel merito dei tuoi commenti perché non voglio
    svelare la trama di questa “storia avvincente” che si dipana per altri due
    post.
    Per la pausa che non c’è, noto scherzosamente che Montevergine si comporta come un Karl et al.,2015 al contrario: quelli hanno cercato di eliminare la pausa e ci sono riusciti solo in parte; questa ha tentato di “costruirsi” una pausa ma non lo ha fatto con sufficiente convinzione. 🙂
    .
    .
    Se nei prossimi giorni guarderai Montevergine con occhio diverso, un po’ anche per merito nostro, a me, ma sono sicuro anche a Vincenzo, farà molto piacere.
    Ciao. Franco

    Post a Reply
  2. Il lavoro di F. Zavatti e V. Capozzi che ci viene presentato in questo articolo mi sembra di notevole interesse in quanto prosegue le analisi delle temperature italiane iniziata da F. Zavatti già da lungo tempo ed il cui penultimo capitolo è rappresentato dall’analisi delle serie di temperature elaborate dal prof. Pinna.
    ( http://www.climatemonitor.it/?p=39042 )
    Ciò che mi ha colpito è stata l’assenza della pausa che invece appariva netta nelle serie del prof. Pinna. In altre parole le temperature medie di Montevergine stanno aumentando in modo sistematico a partire dal 1955 e, se analizziamo la serie dall’inizio, a partire dal 1885 (trend lineare). Volendo sottilizzare, come hanno precisato gli autori nel loro articolo, il periodo può essere suddiviso in tre parti con tendenza variabile, ma la cosa mi sembra scarsamente interessante. Quello che salta subito all’occhio è la tendenza del periodo successivo al 1955: è maggiore di quella precedente, c’è poco da obiettare.
    Circa le cause che hanno determinato questo trend costante che diviene molto evidente a partire dagli anni ’70 del secolo scorso, mi sembra che ci sia poco da speculare. Possiamo azzardare solo due spiegazioni: un trend periodo secolare che la serie non riesce a individuare a causa della sua lunghezza o l’impatto antropico legato ai cosiddetti gas serra.
    La presenza di periodi molto lunghi desunti dai periodogrammi elaborati dagli autori (periodi di 108 e 131 anni, circa) farebbero propendere per la prima ipotesi, ma la lunghezza della serie di dati non consente, a mio parere, di suffragare tale ipotesi al di la di ogni ragionevole dubbio. Allo stato dei fatti mi sembra che possiamo considerare sensato ipotizzare un concorso delle due cause: quella antropica e quella naturale di cui, però, non riusciamo ad intravvedere una causa fisica ben precisa.
    La presenza di cicli di periodo circa-decadale fa intuire una firma solare sulle oscillazioni a media frequenza delle temperature di Montevergine.
    Aspetto con curiosità il seguito dell’articolo per poter confrontare la serie di Montevergine con quella della altre stazioni prese in esame dagli autori.
    E per finire un piccolo omaggio al campanile: domani mattina, guardando la montagna di Montevergine mentre mi recherò al lavoro, la guarderò con occhio diverso dal solito. Vivo, infatti, a pochi chilometri dalla montagna: in linea d’aria saranno una quarantina di chilometri e posso ricevere i programmi televisivi grazie ai ripetitori chiaramente visibili nella foto che apre l’articolo. Stiamo parlando di casa mia, insomma. 🙂
    Ciao, Donato.

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