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  1. #1
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    Predefinito Amplificazione Artica

    Una questione spesso dibattuta in questi anni è il forte riscaldamento osservato nell'artico e se stia influenzando i pattern atmosferici alle medie latitudini,le cause dell'amplificazione artica nei modelli sono state parecchio studiate negli ultimi anni e sono ben riassunte in questa immagine:

    Amplificazione Artica (AA)-feedback.png
    http://www.nature.com/ngeo/journal/v.../ngeo2071.html


    La figura sopra mostra come l'amplificazione artica è dovuta principalmenta ai feedback dato dall'albedo e di lapse rate(dovuto al riscaldamento non uniforme lungo la troposfera) e di Planck. Il feedback di lapse rate è negativo nei tropici poichè la convezione profonda trasferisce calore latente nell'alta troposfera ma è fortemente positivo (in inverno e nella media annuale) nell'artico dove la troposfera è fredda e fortemente stratificata.
    Il forcing dei GHG e il feedback del vapore acqueo invece sono più positivi nei tropici, i restanti due termini(nuvole e trasporto atmosferico) sono più incerti e dibattuti.
    A livello stagionale il feedback dato dall'albedo è molto positivo in estate e ~nullo in inverno, tuttavia in estate è in gran parte compensato dall'accumulo di calore nell'oceano(sia radiazione solare/IR che calore latente di fusione del ghiaccio) motivo percui l'aumento termico atteso è modesto, in inverno questo calore viene rilasciato in atmosfera e porta ad un marcato riscaldamento che tuttavia per i motivi sopra è limitato alla bassa troposfera e si annulla oltre gli 850hpa circa.


    Diversi studi hanno mostrato come il riscaldamento osservato nell'artico negli ultimi decenni è in larga parte compatibile con i meccanismi descritti sopra sia per distribuzione spaziale che stagionale, tuttavia si osserva un marcato riscaldamento primaverile che potrebbe essere dovuto a variabilità interna ed anche un più modesto riscaldamento al di sopra degli 850hpa che non è imputabile alla perdita di ghiaccio o alle ssta locali della regione artica, l'immagine sotto da Screen 2012 mostra il riscaldamento osservato(1979-2008) in alto a sx, in alto a dx quello simulato da un modello forzato dalla variazione globale delle ssta e ghiaccio, in basso a sx quello simulato dallo stesso modello in risposta alla sola perdita di ghiacco/variazione delle sst nelle regioni in cui varia la concentrazione di ghiaccio e in basso a dx la differenza tra i due che mostra come tutto il riscaldamento oltre 850hpa e parte di quello sotto sia imputabile al forcing remoto delle ssta globali.

    Amplificazione Artica (AA)-screen.png
    http://www.cgd.ucar.edu/staff/cdeser...cing.grl12.pdf


    Questo risultato è anche confermato da un nuovo studio in pubblicazione che mostra come essendo la variazione termica indotta dalla perdita di ghiaccio marino molto forte ma limitata alla bassa troposfera la variazione negli spessori 1000-500hpa nell'artico è in maggior parte imputabile all'influenza remota delle ssta al di fuori dell'artico(in particolare il riscaldamento dell'oceano nord atlantico e il trend verso la fase negativa della pdo che raffredda solo una limitata area a ridosso della costa nord americana ma riscalda il resto del nord pacifico), in parte a variabilità interna e solo per 1/5 alla perdita di ghiaccio artico:

    Amplificazione Artica (AA)-nnn1.png
    Amplificazione Artica (AA)-nnn3.png


    Inutile dire che questo risultato ribalta anche il link proposto tra riscaldamento artico e l'impatto sulla circolazione atmosferica alle medie latitudini che è comunque dubbio per le metodologie usate ed incerto in molti studi modellistici a causa dell'utilizzo di ensemble non ampie a sufficienza per eliminare la variabilità interna:
    http://forum.meteonetwork.it/meteoro...post1059843778

    Con questi risultati viene anche in larga parte meno la base su cui si fonda se l'aumento degli spessori di gpt nell'artico è causato solo in piccola parte dalla perdita di ghiaccio.
    Our results thus provide an alternate interpretation of Arctic-midlatitude interactions during recent years of warming.It has been surmised that sea ice losses during this period have been a primary driver of Arctic tropospheric warming which, through a cascade of processes, has led to more persistent and extreme weather conditions in mid-latitudes(Francis and Vavrus, 2012). In contrast, our findings suggest that over this period the Arctic troposphere has been mainly responding to rather than forcing mid-latitude weather and climate.
    http://www.esrl.noaa.gov/psd/csi/pub...2014_FINAL.pdf
    Ultima modifica di elz; 04/03/2014 alle 21:24

  2. #2
    Comitato Tecnico Scientifico L'avatar di steph
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    Predefinito Re: Amplificazione Artica

    Ottimo contributo e interessante thread.
    Questi ultimi e recenti lavori falsificano (per buona parte) l'ipotesi circa la relazione diretta fra perdita estiva di ghiacci artici, aumento dei flussi di calore nella media troposfera e conseguente ispessimento dei gpt con associato mutamento della circolazione atmosferica alle ML e conseguenti effetti remoti.
    Ridimensionati anche i presunti e (per me ancora) fantomatici effetti sul dipolo artico, imho.
    È da un po' di tempo che mi sto convincendo di aver preso un piccolo e relativo abbaglio, a suo tempo, seguendo questa pista; il fascino delle ipotesi speculative
    È che tutte le volte, per poter giustificare eventuali connessioni fra la perdita dei ghiacci marini e le influenze su gpt e circolazione atmosferica - di fronte a recenti esempi parzialmente in contraddizione fra loro - ,bisognava ricorrere alla non linearità del sistema e la cosa mi puzzava di forzatura sin dall'inizio. Non che non possa esserci, ma andrebbe verificata su un lotto di esempi assai più corposo.
    Insomma: variabilità interna e in parte influenza remota delle ssta rulez...

    Qui il primo lavoro del post in open.
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  3. #3
    Comitato Tecnico Scientifico L'avatar di mat69
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    Predefinito Re: Amplificazione Artica

    Citazione Originariamente Scritto da steph Visualizza Messaggio
    Ottimo contributo e interessante thread.
    Questi ultimi e recenti lavori falsificano (per buona parte) l'ipotesi circa la relazione diretta fra perdita estiva di ghiacci artici, aumento dei flussi di calore nella media troposfera e conseguente ispessimento dei gpt con associato mutamento della circolazione atmosferica alle ML e conseguenti effetti remoti.
    Ridimensionati anche i presunti e (per me ancora) fantomatici effetti sul dipolo artico, imho.
    È da un po' di tempo che mi sto convincendo di aver preso un piccolo e relativo abbaglio, a suo tempo, seguendo questa pista; il fascino delle ipotesi speculative
    È che tutte le volte, per poter giustificare eventuali connessioni fra la perdita dei ghiacci marini e le influenze su gpt e circolazione atmosferica - di fronte a recenti esempi parzialmente in contraddizione fra loro - ,bisognava ricorrere alla non linearità del sistema e la cosa mi puzzava di forzatura sin dall'inizio. Non che non possa esserci, ma andrebbe verificata su un lotto di esempi assai più corposo.
    Insomma: variabilità interna e in parte influenza remota delle ssta rulez...

    Qui il primo lavoro del post in open.
    visto cosa è successo quest'inverno dopo l'incremento del SFI (pur dando adito alle forzanti tropo/strato in essere) potrebbe riprendere quota l'ipotesi di un correlazione della circolazione proprio con quest'ultimo.
    Del resto della connessione tra la NAO e l'Ap index ne aveva parlato se non sbaglio alcuni anni fa Mike Lockwood....
    Matteo

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  4. #4
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    Predefinito Re: Amplificazione Artica

    Citazione Originariamente Scritto da mat69 Visualizza Messaggio
    visto cosa è successo quest'inverno dopo l'incremento del SFI (pur dando adito alle forzanti tropo/strato in essere) potrebbe riprendere quota l'ipotesi di un correlazione della circolazione proprio con quest'ultimo.
    Del resto della connessione tra la NAO e l'Ap index ne aveva parlato se non sbaglio alcuni anni fa Mike Lockwood....
    È una parte del prisma. La NAO è però fortemente internally generated. Diciamo che il sole potrebbe fungere da metronomo esterno

    http://forum.meteonetwork.it/meteoro...post1059737493

    A proposito: devo emendare il thread \fp\
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  5. #5
    Comitato Tecnico Scientifico L'avatar di mat69
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    Predefinito Re: Amplificazione Artica

    Citazione Originariamente Scritto da steph Visualizza Messaggio
    È una parte del prisma. La NAO è però fortemente internally generated. Diciamo che il sole potrebbe fungere da metronomo esterno

    http://forum.meteonetwork.it/meteoro...post1059737493

    A proposito: devo emendare il thread \fp\
    E' l'elemento esogeno al sistema

    Opss. anche io devo terminare l'emendamento al mio outlook nel tuo thread appena sono ispirato...
    Matteo

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  6. #6
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    Predefinito Re: Amplificazione Artica

    C'è da dire che la categoria di fattori che speculano sulla possibile connessione suddetta è sostanzialmente divisa in due: una fa capo a quel che elz ha riportato nel post d'apertura, l'altra è invece l'ipotesi introdotta, fra gli altri, da Jennifer Francis.
    Il primo e più famoso paper faceva leva sul fatto che, secondo gli autori, il ridotto gradiente termico superficiale fra zone polari e zone subpolari / zone a latitudine media più bassa sarebbe in grado di interferire con la progressione zonale delle rossby waves, rallentandone creste e avvallamenti. Non è privo di criticità, in primis appunto relativamente alla connessione fra amplificazione artica e variazioni dello spessore 1000-500 hpa nell'artico.

    http://marine.rutgers.edu/~francis/p...051000_pub.pdf

    Del più recente metto l'abstract.

    The satellite record since 1979 shows downward trends in Arctic sea ice extent in all months, which are smallest in winter and largest in September. Previous studies have linked changes in winter atmospheric circulation, anomalously cold extremes and large snowfalls in mid-latitudes to rapid decline of Arctic sea ice in the preceding autumn. Using observational analyses, we show that the winter atmospheric circulation change and cold extremes are also associated with winter sea ice reduction through an apparently distinct mechanism from those related to autumn sea ice loss. Associated with winter sea ice reduction, a high-pressure anomaly prevails over the subarctic, which in part results from fewer cyclones owing to a weakened gradient in sea surface temperature and lower baroclinicity over sparse sea ice. The results suggest that the winter atmospheric circulation at high northern latitudes associated with Arctic sea ice loss, especially in the winter, favors the occurrence of cold winter extremes at middle latitudes of the northern continents.
    Francis, nel blog di Revkin - sollecitata dalle critiche mosse recentemente a questo genere di ipotesi speculative (in parte suffragate da dati parziali) - , replica facendo riferimento anche e soprattutto a questo suo recente lavoro.
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  7. #7
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    Predefinito Re: Amplificazione Artica

    Un'altra via attraverso la quale è stata ipotizzata la connessione fra l'impulso dato dall'amplificazione artica alla diminuzione del ghiaccio marino e i pattern atmosferici alle ML verte su questa catena causale:

    amplificazione artica -> meno ghiaccio estivo -> maggior accumulo di calore in oceano -> aumento di diffusione turbolenta e maggior flusso di calore sensibile e latente dall'oceano all'atmosfera in autunno -> aumento del vapore nella bassa troposfera artica autunnale (umidità aumentata anche a causa di un incremento nel trasporto avvettivo dalle medie alle alte latitudini) -> maggior probabilità di precipitazioni nevose sul continente euroasiatico in autunno -> maggior propensione ad avere AO- in inverno. L'ultima connessione è il ben noto "effetto Cohen" (come lo chiamo io ) o indice SAI e il ponte fra le ultime due componenti potrebbe essere la stratosfera ma anche no.
    Non mancano anche in questo caso parecchi dubbi fra le varie connessioni, come sempre sull'ultima c'è l'ipoteca della serie troppo corta e della conseguente influenza preminente della variabilità interna sul principale modo di circolazione atmosferica extra-tropicale.

    Amplificazione Artica (AA)-schermata-2013-03-31-21.49.41.png

    Fra l'altro, come già segnalato, il forte riscaldamento artico invernale è ritenuto essere la conseguenza per circa 1/4 del rilascio del calore accumulato in eccesso dall'oceano in estate (feedback dell'albedo in estate) e per circa 3/4 da potente feedback radiativo nell'infrarosso (feedback invernale) causato da mutamento del contenuto di vapore, della copertura nuvolosa e dell'intensità dell'inversione.

    The changing seasonal climate in the Arctic : Scientific Reports : Nature Publishing Group
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  8. #8
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    Predefinito Re: Amplificazione Artica

    Evidenze e gaps nella presunta relazione fra amplificazione artica (AA) ed eventi meteo estremi in Europa e alle medie latitudini: Jennifer Francis è una delle ricercatrici (unitamente a Jim Overland) a cui maggiormente si deve la ricerca di possibili connessioni, la descrizione analitica dei legami e la formulazione dell'ipotesi suddetta. Lo scorso 2 aprile la sua presentazione è stata quella di apertura di un convegno multi- e inter-disciplinare tenutosi a Berna dedicato ai cambiamenti climatici e a cui ho avuto occasione di partecipare.


    La sua presentazione è una sintesi ed estensione dei suoi principali lavori già linkati in precedenti post, mi limito a segnalare questo video che mostra un suo speech molto simile a quello che ha tenuto lo scorso mercoledì nella capitale elvetica.


    Ricordo come l'AA sia figlia sia dell'effetto di feedback estivo dell'albedo dato dalla minor presenza di superficie ghiacciata durante la stagione del sole alto e dal maggior assorbimento di calore da parte dell'oceano, sia dall'effetto di feedback invernale e annuo del lapse rate (tipico di una troposfera fredda e fortemente stratificata come quella al di sopra dell'Artico) e sia dalla presenza di maggior vapore acqueo in atmosfera in conseguenza di terra e acqua più calda, cosa che tende a formare più nubi (feedback invernale nell'infrarosso). Nuvole che normalmente hanno un effetto misto, isolano la superficie sottostante e riflettono parte della luce solare in entrata, ma che nell'Artico - non essendoci la luce del sole per diversi mesi ed essendo la superficie spesso coperta di neve e ghiaccio - hanno un effetto isolante più grande rispetto a quello riflettente. La condensazione del vapore acqueo in nuvole rilascia sua volta calore, una parte dell'umidità – come visto – viene però trasportata avvettivamente dalle latitudini più basse e d'altra parte il terzo tipo di feedback è più debole a quelle latitudini (mentre è potente ai tropici) e perlopiù confinato nella parte bassa della troposfera.

    Le slides più importanti del suo speech sono le seguenti (tranne le prime tre, le altre sono tutte tratte dalla sua presentazione):

    Amplificazione Artica (AA)-jet.jpgAmplificazione Artica (AA)-weaker-zonal-winds.jpgAmplificazione Artica (AA)-jetstreamdiagram.jpg

    Amplificazione Artica (AA)-schermata-2014-04-03-09.12.43.jpgAmplificazione Artica (AA)-schermata-2014-04-03-09.14.49.jpgAmplificazione Artica (AA)-schermata-2014-04-03-09.16.11.jpg
    Amplificazione Artica (AA)-schermata-2014-04-03-09.18.48.jpgAmplificazione Artica (AA)-schermata-2014-04-03-09.20.51.jpg


    Molto efficace la metafora del fiume costretto a scendere da un pendio:
    . nel caso sia ripido (caso 1, senza AA), il forte gradiente fra la cima del pendio (= più alta e calda tropopausa alle latitudini più basse) e la base (= più bassa e fredda tropopausa al di sopra dell'Artico) costringe il fiume a scendere impetuoso e piuttosto “incanalato” solcando gli ostacoli che trova sul suo cammino come le zone di alta pressione (= jetstream polare forte e poco ondulato, orientato dalla forza di Coriolis da ovest verso est, con veloci onde di ampiezza piccola e di frequenza elevata);
    . nel caso sia poco ripido (caso 2, con AA), il gradiente meno forte fra cima del pendio (= più alta e calda tropopausa alle latitudini più basse) e la base (= meno bassa e meno fredda tropopausa al di sopra dell'Artico, a causa dell'AA) permette al fiume di scendere meno impetuoso e “incanalato” e in modo assai più serpeggiante, snodandosi ogni volta che trova un ostacolo (= jetstream polare meno forte e assai più ondulato, con ridotta velocità di propagazione di onde più ampie e meno frequenti).
    L'aumento del flusso di calore dalla superficie delle alte latitudini tenderebbe, a sua volta, ad amplificare lo spessore isobarico e ad ingrandire e rallentare le creste d'onda.


    Ho avuto modo di scambiare con lei qualche opinione sul tema durante il pranzo (e fra una consultazione di poster e l'altra) e le ho posto una serie di domande e di ipotesi speculative, quello che emerge è che:

    . l'ipotesi nulla circa l'assenza della connessione (e il conseguente ruolo prioritario dato alla variabilità interna) non può ancora essere ribaltata del tutto;

    . tuttavia, vere e proprie evidenze contrarie e contro-ipotesi fattuali sostanziali non sono per ora state proposte, se non la critica di Elizabeth Barnes (ma non priva, a sua volta, di criticità e punti deboli) e in parte quella di Screen and Simmonds;

    . il fatto che il surplus di calore rilasciato in atmosfera da parte dell'oceano porti ad un marcato riscaldamento limitato però alla sola bassa troposfera (tipicamente al di sotto degli 850 hPa) potrebbe ridimensionare almeno in parte questa spiegazione causale, anche se non del tutto, visto il pur grande gradiente termico meridionale in gioco e il fatto che questo processo, di per sé, presuppone un'interazione fra effetti di convezione-frizione e di baroclinicità;

    . il ruolo giocato dalla variabilità interna e dall'influenza remota delle SSTA delle latitudini medie e basse è ovviamente forte e andrebbe separato dalla possibile relazione fra AA ed effetti meteorici, ma questo procedimento non è privo di difficoltà. L'ENSO, pur giocando un ruolo importante (perché riconfigura temporaneamente il gradiente termico meridionale fra la troposfera tropicale e quella delle alte latitudini e perché condiziona flussi di calore sensibile e latente e forza l'attività convettiva della MJO), non pare avere grande voce in capitolo, dal momento che dal 2007 (anno del breakpoint nell'artico) non si scorge un vero e proprio trend, piuttosto sembrerebbero acquisire maggior importanza – come già riportato in apertura di thread - le SST più calde del Nordatlantico e lo stato generale del Pacifico che è in fase di IPO negativa da inizio secolo (come noto, la fase negativa della PDO raffredda solo una limitata area a ridosso della costa Nordamericana ma riscalda il resto del Nordpacifico).
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  9. #9
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    Predefinito Re: Amplificazione Artica

    Citazione Originariamente Scritto da steph Visualizza Messaggio

    Molto efficace la metafora del fiume costretto a scendere da un pendio:
    . nel caso sia ripido (caso 1, senza AA), il forte gradiente fra la cima del pendio (= più alta e calda tropopausa alle latitudini più basse) e la base (= più bassa e fredda tropopausa al di sopra dell'Artico) costringe il fiume a scendere impetuoso e piuttosto “incanalato” solcando gli ostacoli che trova sul suo cammino come le zone di alta pressione (= jetstream polare forte e poco ondulato, orientato dalla forza di Coriolis da ovest verso est, con veloci onde di ampiezza piccola e di frequenza elevata);
    . nel caso sia poco ripido (caso 2, con AA), il gradiente meno forte fra cima del pendio (= più alta e calda tropopausa alle latitudini più basse) e la base (= meno bassa e meno fredda tropopausa al di sopra dell'Artico, a causa dell'AA) permette al fiume di scendere meno impetuoso e “incanalato” e in modo assai più serpeggiante, snodandosi ogni volta che trova un ostacolo (= jetstream polare meno forte e assai più ondulato, con ridotta velocità di propagazione di onde più ampie e meno frequenti).
    L'aumento del flusso di calore dalla superficie delle alte latitudini tenderebbe, a sua volta, ad amplificare lo spessore isobarico e ad ingrandire e rallentare le creste d'onda.



    Davvero molto interessante

    Questo conferma alcuni assunti.
    Lo sviluppo orizzontale (e verticale d'onda) presuppone l'esistenza di un gradiente termico.
    Tale gradiente è alla base dell'ampiezza e della velocità di traslazione dell'onda ed è motivo di attrito tra i meridional winds tropicali e i venti occidentali massimamente espressi nella corrente a getto (e quindi al limite della tropopausa).
    La diminuzione di gradiente polo/tropici diminuisce l'attrito (rende quindi più probabile eventi di blocking) ma diminuisce anche la portata (ovvero la velocità di trasporto) del flusso aumentandone tuttavia sia l'ampiezza che la profondità.
    Velocità zonali molto elevate generano una circolazione verticale e orizzontale molto veloce ma assai stretta con subsidenza e quindi fase discesa a livello subtropicale o delle medie latitudini mentre velocità zonali più basse generano una circolazione verticale e orizzontale più lenta ma molto più ampia permettendo maggior propagazione d'onda verso i poli anche grazie ad una jet stream più blanda.

    Citazione Originariamente Scritto da steph Visualizza Messaggio

    Un'altra via attraverso la quale è stata ipotizzata la connessione fra l'impulso dato dall'amplificazione artica alla diminuzione del ghiaccio marino e i pattern atmosferici alle ML verte su questa catena causale:

    amplificazione artica -> meno ghiaccio estivo -> maggior accumulo di calore in oceano -> aumento di diffusione turbolenta e maggior flusso di calore sensibile e latente dall'oceano all'atmosfera in autunno -> aumento del vapore nella bassa troposfera artica autunnale (umidità aumentata anche a causa di un incremento nel trasporto avvettivo dalle medie alle alte latitudini) -> maggior probabilità di precipitazioni nevose sul continente euroasiatico in autunno -> maggior propensione ad avere AO- in inverno. L'ultima connessione è il ben noto "effetto Cohen" (come lo chiamo io ) o indice SAI e il ponte fra le ultime due componenti potrebbe essere la stratosfera ma anche no.



    E questo è un altro aspetto interessantissimo di puro nesso di causalità per cui l'assunto secondo il quale l'amplificazione artica dovrebbe esaurire in tale periodo i propri effetti nei mesi autunnali lascia perplessità e non poche a riguardo anche se non sono più del tutto certo che la bussola di riferimento debba essere per forza l'Arctic Oscillation quanto invece l'Arctic dipole

    In riferimento all'inverno trascorso, poste tali anomalìe riferite ai gpt (500 hpa):


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    e al getto:



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    mi chiedo quale sia il focus ovvero il punto di arrivo del fiume che scende la montagna e se l'AA non vada ad accentuare una fase artica più propriamente dipolare


    con una forte anticorrelazione AO/GPT dislocata tra il Canada orientale e la Groenlandia ove massimo (o minimo) potrebbe essere il dislivello rispetto le latitudini tropico / equatoriali.



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    Ultima modifica di mat69; 08/04/2014 alle 16:57
    Matteo

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    Predefinito Re: Amplificazione Artica

    C'è un sommario di un meeting promosso dal nas e che si è tenuto lo scorso settembre sull'amplificazione artica e conseguenze climatiche qui:
    Linkages Between Arctic Warming and Mid-Latitude Weather Patterns: Summary of a Workshop

    Molte delle controversie citate sono simili a quanto riportato in questo td, una che mi sono dimenticato di citare riguarda i trend nei venti zonali che mostrano un declino durante il periodo satellitare, tuttavia come fa notare John Walsh prima di allora il trend è opposto(e questo è anche valido usando la stessa area del grafico di jennifer francis), tutto questo in un periodo in cui i ghiacci artici erano già in declino seppur meno marcato dell'ultimo decennio, mostrando ancora una volta la difficoltà di separare un eventuale trend forzato dalla perdita di ghiaccio marino dalla variabilità interna.
    Amplificazione Artica (AA)-walsh.png

    Martin Hoerling ha proposto la possibilità che fossero le ssta extratropicali a forzare l'atmosfera nell'artico da cui poi è nato quello studio citato ad inizio td(_> vedere anche questa presentazione:http://www.cesm.ucar.edu/working_gro...4/perlwitz.pdf) , in particolare il segnale associato all'AMV nelle serie storiche così come nelle simulazioni ha parecchi punti in comune con quanto osservato in questi anni ad esempio i pattern di regressione delle slp invernali:
    Amplificazione Artica (AA)-1-s2.0-s0924796313001589-gr7.jpg

    Ma anche a riguardo delle ultime umide estati inglesi:
    Variability of the North Atlantic summer storm track: mechanisms and impacts on European climate - Abstract - Environmental Research Letters - IOPscience
    Ultima modifica di elz; 20/04/2014 alle 08:31

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