Le Piogge in Irlanda e la QBO

Non mi capita spesso di essere d’accordo con Willis Eschenbach (WE) ma questa è una di quelle rare volte. Mi spiego: Eschenbach ha pubblicato su WUWT un articolo di commento e analisi di un recente lavoro (Murphy et al., 2018) sulla serie pluviometrica mensile dell’Irlanda dal 1711 al 2016 (l’articolo è liberamente disponibile, insieme ad un supplemento che riporta la copia del brogliaccio originale delle misure); come sua abitudine, WE sottolinea che nei dati non è presente alcun segnale solare (periodo ~11 anni) e io, come si vede bene in figura 1 (pdf) non posso che confermare che del picco a ~11 anni c’è solo un accesso debole.

Fig.1: Serie della pioggia in Irlanda dal 1711 al 2016 e suo spettro MEM. La linea arancione è un filtro su 12 mesi dei dati mensili.

Lo stesso WE scrive che l’esponente di Hurst per questa serie vale 0.5 e che quindi non c’è persistenza. Io non ho fatto la verifica (la farò e la inserirò nel sito di supporto) ma l’aspetto complessivo del grafico della serie, senza particolari strutture e con i dati successivi fluttuanti tra valori positivi e negativi, mi fa pensare che la mancanza di persistenza sia reale e che i dati non siano autocorrelati.

Passando ad analizzare lo spettro, si vede che il massimo di periodo maggiore (67.8 anni) può essere associato ai periodi delle oscillazioni atlantiche (60-75 anni); il massimo a 16.5 anni è forse associabile alla combinazione tra ciclo solare di Hale (22 anni) e ciclo oceanico (~70 anni) nella forma 1/16.5≅1/22+1/70; il massimo a 28.6 non saprei come spiegarlo: forse un effetto locale legato alla temperatura dell’oceano, come sembra suggerire lo spettro della temperatura del Canale Faroer-Shetland visibile su CM, http://www.climatemonitor.it/?p=46742 figura 3, con il suo picco spettrale a 28.5 anni, o forse dovuto a qualcosa che non sono in grado di identificare; il massimo a 21 anni fa pensare al già ricordato ciclo solare di Hale; il ciclo di 6 anni è della classe “El Niño” ed è nota l’influenza di ENSO su tutto il pianeta.

Mi preme però mettere in evidenza il massimo a 2.3 anni che, con qualche sorpresa, ho notato essere il picco più potente dell’intero spettro (esclusi i periodi minori o uguali a 1 anno, immaginabili come oscillazioni annuali e stagionali del regime delle piogge). Il valore del periodo mi ha dato da pensare: 2.3 anni=2 anni e 4 mesi=28 mesi è esattamente il periodo principale della Oscillazione Quasi Biennale (QBO) su tutte le altezze (livelli di pressione) disponibili, come si vede in figura 2 b) (pdf), tratta dal post “L’Oscillazione Quasi Biennale (QBO) da un punto di vista matematico” – CM 15/09/2016.

Fig.2: Spettro della QBO. a) periodi in anni; b) periodi in mesi.

La figura 2 a) ci dice che in realtà esiste un segnale solare a 11 anni che definirei “suddiviso”: un po’ inferiore a 11 nei livelli pressori “bassi” (50, 70, 100 hPa); un po’ superiore a 11 nei livelli “alti” (10, 20 hPa), con il livello 30 hPa a fare da separatore (periodo ~9.5 anni).

Non saprei che significato dare a questa separazione e mi limito a segnalarla.

Mi ha invece dato da pensare la possibilità che l’influenza di questi venti (correnti a getto) equatoriali e il loro periodico cambiamento di verso possa influenzare la situazione meteo, emisferica o almeno quella ai ~52° N dell’Irlanda, lontano dall’Equatore.
Anche qui non ho una risposta, se non la presenza nello spettro delle piogge del picco a 2.3 anni e la coincidenza tra questo valore e il massimo della QBO.

Una nota: quando ho scaricato il dataset originale e ho iniziato ad analizzare i dati, il quadro superiore di figura 1 mostrava due fastidiose linee orizzontali che iniziavano in mezzo alla “nuvola” dei dati e terminavano sul bordo destro del grafico. All’inizio non ho dato troppa importanza a queste linee (presenti anche nei dati filtrati), più occupato ad analizzare lo spettro che mostrava un evidente massimo a 10.6 anni e a rinnovare il disaccordo con WE. Ma il fastidio per quelle linee è aumentato fino a costringermi a controllare la serie originale; ho così scoperto che il dataset conteneva due errori in quanto il 1754-01 (gennaio 1754) e il 1900-01 non erano riportati come data. Era presente solo la precipitazione, mentre per la data c’era uno spazio vuoto. Corretti questi due dati, lo spettro è diventato quello di figura 1 (con il massimo solare molto indebolito). L’influenza di 2 dati su 3682 può essere davvero importante!

  • Ho avvertito il gestore del database Pangea che mi comunicato di aver corretto l’errore.

Bibliografia

  • Conor Murphy, Ciaran Broderick, Timothy P. Burt, Mary Curley, Catriona Duffy, Julia Hall, Shaun Harrigan, Tom K. R. Matthews, Neil Macdonald, Gerard McCarthy, Mark P. McCarthy, Donal Mullan, Simon Noone, Timothy J. Osborn, Ciara Ryan, John Sweeney, Peter W. Thorne, Seamus Walsh and Robert L. Wilby: A 305-year continuous monthly rainfall series for the island of Ireland (1711-2016) , Clim.Past, 14, 413-440, 2018. doi:10.5194/cp-14-413-2018
Tutti i grafici e i dati, iniziali e derivati, relativi a questo post si trovano nel sito di supporto qui

 

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Author: Franco Zavatti

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7 Comments

  1. @ Donato, aggiunta alla risposta:
    Donato, scusami ma mi sono accorto solo ora di non aver risposto alla tua domanda sull’esponente di Hurst H. Quei numeri che ti sono sembrati strani in effetti lo sono: sono il risultato del mio modo sbagliato di calcolare H.
    Il mio calcolo si basa sulla acf a lag 1 mentre la formula teorica lega H al valore asintodico di acf (acf per lag–> infinito). Quindi, se la acf a lag 1 ha valori alti (e si stabilizza verso lo zero ai lag successivi) il mio valore di H sarà alto mentre quello “vero” che si basa su una acf già stabilizzata sarà inferiore. Per i miei scopi (spettri) il valore vero di H non serve e ogni tanto penso di non usarlo più e di usare solo la forma della acf come indice della persistenza, ma poi penso che nei prossimi mesi metterò a punto la formula corretta e continuo. Per ora non bisognerebbe tenere conto dei valori di H. Ciao. Franco

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    • Ok. A questo punto è meglio non considerare H.
      Per il resto è sorprendente il modo in cui variano gli spettri se si trascurano solo pochissimi dati (due su diverse migliaia).
      Ciao, Donato.

  2. Caro Franco, non finirò mai di ringraziarti per i tuoi magnifici lavori e per il fatto che li condividi con noi qui su CM.
    .
    Passando allo specifico, solo due considerazioni.
    La prima riguarda il periodo solare di 11 anni. E’ vero, non c’è, ma ci sono due periodi a poco meno di 11 anni ed a poco più di 11 anni. Siamo proprio sicuri che essi non siano dipendenti dal ciclo solare? Il ciclo solare non è un periodo matematico, ma oscilla intorno a 11 anni. Il fatto che nella serie QBO sono presenti periodi inferiori a 11 anni e superiori a 11 anni a vari livelli pressori, mi fa pensare che anche per le piogge irlandesi povremmo tener conto di questa circostanza.
    Stupefacente, inoltre, la sensibilità del periodo di 11 anni alla mancanza o presenza di 2 soli punti su migliaia di altri punti: io avrei giurato che la loro presenza o assenza fosse ininfluente sui risultati finali. Se ho ben capito per due mesi è stato riportato solo il dato relativo alla quantità di pioggia, ma non la coordinata temporale. Ciò ha determinato la comparsa del periodo solare (a livello significativo) mentre la correzione dell’errore ne ha decretato la scomparsa . Franco, se non ti costa fatica che ne dici di “eliminare” del tutto questi due mesi, cioè non inserire né la coordinata pluviometrica, né quella temporale? Sarei curioso di vedere cosa succederebbe. 🙂
    .
    E per finire un breve passaggio circa l’esponente di Hurst. Sul grafico della funzione di autocorrelazione hai riportato sia il valore di H relativo ai dati grezzi, sia quello relativo ai dati derivati: mi sembra che il valore di H dopo la derivazione sia notevolmente aumentato o è una mia impressione?
    Ciao, Donato.

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    • Caro Donato, grazie dei complimenti. Sono lieto di condividere con gli amici di CM quanto riesco a fare (oltretutto questo è un articolo speciale: è il
      mio centesimo contributo su CM).
      Mi è sembrato interessante notare il comportamento dei massimi spettrali attorno agli 11 anni nella QBO anche se le mie considerazioni su una superficie di separazione a 30 hPa sono pure illazioni o, se preferisci, un’ipotesi di partenza su cui discutere. Anche le piogge irlandesi mostrano un picco spettrale a 10.6 anni che in qualche modo potrebbe essere legato a quanto si vede nella QBO, ma la potenza del segnale è debole e, in mancanza di altri spettri che lo confermino, non mi sento di accettare tout-court quel massimo.
      Per i dati mancanti sì, hai capito bene. In due casi la colonna relativa ad anno-mese è bianca ed è riempita solo quella della precipitazione. Il problema per me sorge quando trasformo anno-mese in anno.decimale-di-mese (anno+mese/12 come ho sempre fatto dall’inizio).
      Il programma di trasformazione, non trovando l’anno, usa la precipitazione come anno e la “trasforma”; poi prende un numero a caso (forse qualcosa che ha già in memoria, magari molto grande) e lo attribuisce alla pioggia, provocando una
      sensibile differenza.
      Ho comunque tolto i due dati “sbagliati” e ricalcolato lo spettro (questa volta è LOMB e non MEM perché i dati non sono più a passo costante) che accludo. Come vedi ci sono differenze che sono meno accentuate verso i valori QBO ma che esistono attorno al periodo solare di 11 anni.
      Ciao. Franco

      Immagine allegata

  3. Caro Franco,
    circa la presenza del segnale della QBO in serie termiche e pluviometriche dell’area da te indagata, la stessa è stata da tempo messa in luce in lavori di analisi spettrale. Al riguardo ti segnalo Kutzbash and Bryson 1974. Variance spectrum of Holocene climatic fluctations in the North Atlantic sector (https://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/1520-0469(1974)031%3C1958%3AVSOHCF%3E2.0.CO%3B2) ove con riferimento alla serie termica dell’Inghilterra Centrale si scrive fra l’altro che “The central England spectrum is rather typical in most respects including the presence of the quasi-biennial oscillation”.
    Infine la spiegazione dell’influenza della QBO sul clima delle medie latitudini del nostro emisfero potrebbe spiegarsi con l’influsso di QBO sul vortice polare, come evidenziato in Watson e Gray, 2014. How Does the Quasi-Biennial Oscillation Affect the Stratospheric Polar Vortex? (https://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/JAS-D-13-096.1) in cui fra l’altro si scrive che: “The vortex is weaker on average in the easterly QBO phase than in the westerly phase by over 10 m s-1 (Holton and Tan 1980; Pascoe et al. 2005).”
    In sostanza hai portato all’attenzione dei lettori di CM un tema davvero interessante e di questo ti ringrazio.
    Luigi

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    • Caro Luigi,
      direi che è piuttosto interessante l’inquadramento meteo-climatico che tu fai dell’area delle Isole Britanniche con una “copertura bibliografica” che non conoscevo o non ricordavo di avere. Grazie. Quanto scrivi suffraga la possibilità che la QBO influenzi le latitudini medio-alte e che io, nel caso specifico, non abbia preso un abbaglio. Nelle piogge irlandesi il segnale QBO è nitido e preciso (stretto) mentre nella CET è meno nitido, forse si divide tra 2.1 e 2.4 anni come nella figura acclusa che è lo spettro della CET (la parte attorno ai 2-4 anni), osservata (a destra) e delle differenze, cioè corretta dalla persistenza. Come si vede gli spettri sono praticamente uguali con le ormai note differenze di potenza. Non so se attribuire alla QBO i due massimi o uno solo dei due, però posso immaginare che la
      temperatura reagisca in modo diverso dalla precipitazione. Ciao. Franco

      Immagine allegata

  4. Nel sito di supporto ho aggiunto il controllo della persistenza e confermo che non c’è memoria a lungo termine nei dati, come si vede sia nella funzione di autocorrelazione (allegata) che dal confronto tra gli spettri. Franco

    Immagine allegata

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