GW continues to break records, in the silence of media.

GW continues to break records, in the silence of media.

No news, no bad news, says a proverb. Since last October, 2015, the news is always the same: monthly global temperature anomaly has updated previous record of heat. At least, considering GISS database, that start from 1880. Ten consecutive months, including also the month of June 2016, in which the anomaly was equal to that of June 2015 (and higher than others). Never occurred before. With August well positioned for beating its warm record, the only hope fror avoiding a complete year of records is kept in the month of September. This when ENSO index has turned versus its negative phase, as this global SST animation shows. And this is not a good news.

Below, the update of the plots shown some months ago using linear and spiral visualization, and including the data until July. It is evident in both figures as the red line from October 2015 constitutes the upper border of the temperature ensemble.

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Anomaly of monthly global mean temperatures, according with GISS database. Linear visualization.

Both visualizations show the beginning of the actual warming phase, in late 1980’s, and the violent acceleration in last nine months, much larger than those observed in previous large El Niño (positive phase of ENSO) episodes.

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Anomaly of monthly global mean temperatures, according with GISS database. Spiral viualization.

Despite these alarming data, the news about the continuous records of global temperatures does not attract public opinion too much. A research of “global warming” keywords on google trends gives a signal slowly decreasing since the peak of 2007, perhaps due to the book and movie of Al Gore “An inconvenient truth”.

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“Global warming” key according with google trends.

Of course, soccer and olympic games, or actresses gossips, or Pokemons, are much more attractive news for common people. After all, global temperatures involve just the earth…

Il mese di luglio 2014 a Torino visto dalla stazione meteorologica dell’istituto di fisica

Il mese di luglio 2014 a Torino visto dalla stazione meteorologica dell’istituto di fisica

Vediamo come si colloca, dal punto di vista climatico, il mese di luglio appena trascorso esaminando i dati della stazione meteorologica ubicata sul tetto dell’istituto di fisica dell’università di Torino.

immagine della collocazione della capannina meteorologica posta sul tetto dell'istituto di fisica dell'università di Torino, contenente una parte della strumentazione.

Immagine della collocazione della capannina meteorologica posta sul tetto dell’istituto di fisica dell’università di Torino, contenente una parte della strumentazione.

Abbiamo deciso di usare un doppio riferimento climatico in questa analisi: gli ultimi dieci anni (2005-2014, periodo che chiameremo decennio recente), in cui, tra l’altro, i dati della stazione sono disponibili sul web, ed il periodo 1981-2014 (detto periodo lungo); in quest’ultimo caso, i dati relativi a temperature minime e massime, ed alla piovosità giornaliera, relativi ai periodi precedenti al 2005, sono stati presi dalla climatologia di Torino.

Nella fase finale, cercheremo di collocare i risultati all’interno degli andamenti relativi all’Europa ed all’intero planisfero.

Temperature minime: il valore medio mensile di 17,3 °C rappresenta il valore inferiore del periodo lungo; il precedente valore minimo medio si registrò nel 1993, con 17,4 °C. L’anomalia rispetto al valor medio del periodo lungo è di -2,3 °C. I 13,0 °C registrati il 9 luglio non rappresentano però il minimo assoluto, che fu invece registrato il 13 luglio 1981 con 11,0 °C, ma il terzo valor minimo.

Temperature massime: il valore medio mensile di 27,3 °C rappresenta il sestultimo valore inferiore del periodo lungo, e l’ultimo valore del decennio recente; il valore minimo delle medie si registrò nel 1981, con 26,5 °C. Tre anni fa, nel 2011, il valor medio fu simile a quello di quest’anno, con 27,5 °C. In ogni caso, l’anomalia rispetto alla media del periodo lungo è di -1,9 °C. I 32,5 °C registrati il 17 luglio, che sono il valore massimo assoluto del mese, sono molto lontani dal valore massimo assoluto di 36,9 °C del 22 luglio 2006.

Temperature medie: con 21,9 °C il mese di luglio 2014 batte il precedente record negativo del luglio 1981, di 22,0 °C. L’anomalia rispetto alla media del periodo lungo è di -2,5 °C. Relativamente a tutti i valori termici, le anomalie superano la dispersione dei dati intorno al valor medio (deviazioni standard comprese tra 1,3 e 1,5 °C): questo significa che, se assumiamo che la distribuzione delle temperature sia normale, la probabilità di accadimento di un evento compreso tra 1 e 2 deviazioni standard sarebbe compresa tra il 3 ed il 16%.

Piovosità: sul tetto dell’istituto sono caduti 151,6 mm di pioggia, valore lievemente superiore a quello di un anno fa (149,8) e massimo assoluto del periodo lungo, ben superiore al valore medio pari a 62,0 mm (anomalia quindi di +89,6 mm, pari al 145% di pioggia in più). Anche in questo caso, l’anomalia supera la deviazione standard dei dati (41,1 mm).

Ci sono stati 14 giorni di pioggia a luglio (nuovo record: il precedente, di 13 giorni, si verificò nel 1981), molti di più rispetto ad un anno fa (8), pur avendo registrato un quantitativo di pioggia simile, che costituiscono il doppio del valor medio di luglio (7 giorni). In sei di questi giorni è stato superato il quantitativo giornaliero di 10 mm (anche questo dato rappresenta un nuovo record che aggiorna il precedente, di 5 giorni, detenuto dal luglio 2011), a fronte di una media di due giorni. Il valore massimo giornaliero è stato di 34,2 mm, lontano dal massimo assoluto di 64,4 del 1° luglio 1987.

In relazione al decennio recente, possiamo notare come soltanto in cinque giorni sia stata registrata una temperatura massima superiore a 30 °C, a fronte di una media di 14 giorni; parallelamente, la temperatura minima ha superato 23 °C soltanto in un caso, a fronte di una media di 4 casi. L’umidità relativa media è stata del 70%, superiore alla media del 62% e valore massimo del decennio recente. La pressione atmosferica media mensile è stata di 1012,7 hPa: pur non battendo il minimo di 1010,9 hPa, registrato nel 2011, rappresenta un valore inferiore alla media (1014 hPa).

In definitiva, i dati registrati presso la stazione dell’istituto di fisica delineano un mese di luglio con temperature molto inferiori non soltanto al decennio più recente, ma anche al periodo lungo preso come riferimento, in particolare per quanto riguarda le minime e le medie giornaliere. Dal punto di vista pluviometrico, l’apporto di pioggia è stato il maggiore del periodo lungo ed ha quasi uguagliato il quantitativo di un anno fa, distribuendolo però su più giorni di pioggia, il numero dei quali è stato di gran lunga superiore alla media in tutte le soglie di precipitazione, come si deduce anche dal valore elevato dell’umidità relativa media e dal valore inferiore alla norma della pressione atmosferica, nonostante le basse temperature.

Vogliamo sottolineare, in questa sede, che l’analisi si riferisce ai valori di una singola stazione, quella dell’istituto di fisica. Mentre, dal punto di vista pluviometrico, non è lecito attendersi differenze clamorose, per quanto riguarda la pioggia, in occasione di precipitazioni a carattere di rovescio o temporale, è possibile che altre stazioni, anche limitrofe, abbiano registrato quantitativi di pioggia sensibilmente differenti: come noto, infatti, la pioggia è una variabile meteorologica che risente firtemente dalla caratterizzazione geografica e orografica del territorio.

Cerchiamo, ora, di vedere come si collocano i valori termici sopra menzionati all’interno del clima a più grande scala.

La distribuzione delle anomalie delle temperature medie a livello del suolo relativa all’Europa nel mese di luglio 2014 evidenzia una grossa area, che ingloba praticamente l’intero Mediterraneo ed i paesi che si affacciano ad esso da nord (dalla penisola iberica fino al bordo occidentale della Turchia) in cui spicca un’anomalia termica negativa, con valori che, sui Pirenei e lungo la nostra penisola, sfiorano e talora eccedono i -2 °C. Al contrario, tutto il resto dell’Europa e gran parte dell’Atlantico settentrionale evidenziano anomalie positive, che culminano sulla Scandinavia settentrionale, in particolare sulla Svezia settentrionale, dove l’anomalia eccede i +6 °C.

anomalia della temperatura media superficiale rispetto al trentennio di riferimento 1981-2010. Dati NOAA/NCEP.

Anomalia della temperatura media superficiale rispetto al trentennio di riferimento 1981-2010. Dati NOAA/NCEP.

A livello planetario, si nota come siano presenti anomalie termiche negative su Alaska, Stati Uniti orientali, Mediterraneo, Kazakhstan, Siberia e Cina centrali (emisfero nord) e Cile, Sudafrica e Namibia, Australia nordoccidentale e Oceania, e su vaste zone dell’Antartide, compensate da valori positivi i cui massimi sono identificabili in Scandinavia e tutta L’Europa tranne le zone mediterranee, in Antartide a sud della terra del fuoco e dell’Australia, in Canada occidentale ed orientale, in Siberia orientale, India, Africa sahariana, Australia occidentale (si noti che, per esaltare le piccole differenze termiche, i colori nelle due mappe precedenti sono stati limitati all’intervallo tra -4 e +4 °C).

anomalia della temperatura media superficiale nel mondo rispetto al trentennio di riferimento 1981-2010. Dati NOAA/NCEP.

Anomalia della temperatura media superficiale nel mondo rispetto al trentennio di riferimento 1981-2010. Dati NOAA/NCEP.

Queste due mappe dimostrano come i valori termici particolarmente bassi registrati praticamente sull’intero territorio nazionale siano ascrivibili ad un pattern a scala continentale che, in questo periodo estivo, penalizza fortemente la regione mediterranea, che è una delle zone nel mondo densamente abitato che ha fatto registrare l’anomalia termica più negativa. Per inciso, si nota anche come, complessivamente, ovvero a scala globale, l’anomalia termica risulti tutt’altro che negativa.

Che cosa ha provocato questa situazione termica? Possiamo farci aiutare dalla mappa della distribuzione dell’altezza di geopotenziale a 500 hPa: esso rappresenta la quota a cui la pressione vale 500 hPa e, come valore grossolano di stima, si può approssimare al livello di 5500 m circa. Le isolinee su queste mappe rappresentano quindi una stima delle isobare ad un ipotetico livello di 5500 m. La mappa mostra, proprio sulla stessa area mediterranea in cui si è registrata l’anomalia termica negativa, un campo decisamente inferiore alla media, così come c’è un’anomalia negativa anche in corrispondenza delle isole Azzorre, zona in cui, abitualmente, d’estate è presente un’area di alta pressione ben strutturata anche in quota. Si nota, invece, un’anomalia gigantesca sulla Scandinavia.

anomalia dell'altezza di geopotenziale a 500 hPa nel mondo rispetto al trentennio di riferimento 1981-2010. Dati NOAA/NCEP.

Anomalia dell’altezza di geopotenziale a 500 hPa nel mondo rispetto al trentennio di riferimento 1981-2010. Dati NOAA/NCEP.

L’alterazione di questi sistemi barici provoca una rimodellazione di tutto il sistema di correnti a scala sinottica e addirittura planetaria, il cui effetto è l’arrivo fin sul Mediterraneo dei sistemi perturbati atlantici. Vediamo infatti la distribuzione media delle correnti in quota in questo mese di luglio, confrontandola con la media climatica.

Di norma, a luglio il ramo principale delle correnti più intense emerge dal nordamerica e si dirige, in direzione ENE, verso le isole britanniche e l’Europa centrosettentrionale, spingendo in tali zone i sistemi perturbati; l’Europa meridionale ed il Mediterraneo occidentale sono interessate solo di striscio da un ramo secondario di tali correnti, in direzione ESE.

andamento medio delle correnti a 500 hPa nel mondo riferito al trentennio di riferimento 1981-2010. Dati NOAA/NCEP.

Andamento medio delle correnti a 500 hPa nel mondo riferito al trentennio di riferimento 1981-2010. Dati NOAA/NCEP.

In questo mese di luglio, invece, il ramo principale delle correnti si è diviso in due parti al largo delle isole britanniche: il ramo più robusto ha circumnavigato la Scandinavia per poi ritornare quasi da N sul Kazakhstan , mentre l’altro ramo, anch’esso intenso, si è diretto sul Mediterraneo, attraversando la penisola iberica e rinforzandosi (probabilmente per motivi orografici) proprio sul Mediterraneo occidentale.

andamento delle correnti a 500 hPa nel mondo nel mese di luglio 2014.  Dati NOAA/NCEP.

Andamento delle correnti a 500 hPa nel mondo nel mese di luglio 2014. Dati NOAA/NCEP.

L’intero anello di flussi occidentali che, alle medie latitudini, circonda l’emisfero nord (e che può essere ascritto alle note correnti di Rossby) appare molto meno intenso e più ondulato del solito, di modo che le onde di Rossby risultano molto più ampie di quanto normalmente non succeda a luglio. Notiamo, per inciso, che anche nell’emisfero sud le correnti sull’oceano indiano risultano nettamente meno intense del solito, pur mantenendo la loro struttura e direzione.

Queste mappe mostrano chiaramente come la circolazione a grande scala abbia assunto caratteristiche anomale nel passato mese di luglio, con deviazioni più vistose proprio sulla zona atlantica e dell’Europa, con conseguenti ripercussioni sui valori termici e sulla piovosità.

La circolazione atmosferica nel nostro emisfero dall’inizio del 2014

La circolazione atmosferica nel nostro emisfero dall’inizio del 2014

L’inizio dell’anno è stato caratterizzato da una circolazione atmosferica un po’ particolare. La figura sottostante (tutte le mappe mostrate in questo post le ho realizzate con i dati prelevati dal sito NOAA/NCEP) mostra il valore medio dell’altezza di geopotenziale a 500 hPa (che può essere intesa in prima approssimazione come la quota alla quale la pressione è di 500 hPa, ovvero circa la metà di quella al livello del mare) nei primi 42 giorni del 2014. Le isoipse a tale quota ci dicono come si muovono, in media, le correnti. Nel seguito, abbrevierò la dicitura “altezza di geopotenziale” semplicemente con “geopotenziale”, valore ad essa proporzionale anche se propriamente quest’ultima è un’energia potenziale per unità di massa.

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Valore medio dell’altezza di geopotenziale a 500 hPa relativo ai primi 42 giorni del 2014 (in m). Dati NCEP/NCAR.

Si nota che la stuttura, identificabile dalla macchia azzurro-violacea più scura, che raggruppa i valori delle altezze inferiori, presenta cinque “punte”, abbastanza elongate e strette, raggruppate in due grossi lobi: uno è disposto tra l’America settentrionale, parte orientale, e le coste occidentali europee, mentre l’altra si estende dagli Urali alle coste nordorientali asiatiche. Il nucleo centrale di tale configurazione possiede la forma di una grossa Z in cui i due bracci hanno praticamente gli stessi valori.

Il lobo atlantico, molto allungato, nella zona colorata di giallo-verde indirizza, in media, delle correnti sudoccidentali dall’oceano Atlantico: tali correnti rappresentano delle linee guida che hanno diretto innumerevoli saccature in questo inizio di anno verso il Mediterraneo, saccature che, una volta giunte nei pressi delle Alpi, hanno dato il via a classici episodi di ciclogenesi sottovento alle Alpi (come Buzzi, Speranza e Tibaldi ci hanno insegnato in tutta una serie di magistrali articoli scritti negli anni ’80-’90: si veda ad esempio qui).

Anche le isole britanniche sono state colpite in pieno da correnti sudoccidentali intense (le isoipse sono molto ravvicinate) che hanno sospinto i fronti scaricandoli sulle prime alture che hanno trovato nel loro tragitto, e cioè le modeste colline inglesi (culminanti nel Ben Nevis, ma tanto basta…), e con essi tutta l’umidità raccolta nel tragitto sopra l’oceano Atlantico, nella parte centrale parzialmente scaldato dalla corrente del Golfo e quindi ricco di umidità. Il terreno inzuppato di acqua a causa delle abbondanti precipitazioni, l’assenza di evapotraspirazione nelle pause tra le piogge (a causa dei valori termici limitati e del fatto che, in questa stagione, le piante non hanno ancora le foglie), la presenza di pendii molto dolci o quasi inesistenti, e quindi correnti fluviali lente a trasportare le piene verso le foci sono le concause che stanno mettendo in ginocchio le isole britanniche in questi giorni. Un altro aspetto non trascurabile è costituito dai valori termici relativamente alti, che non permettono nevicate neppure sulle alture, favorendo quindi la raccolta dell’acqua piovana sull’intera superficie dei bacini.

Un’altra caratteristica rimarchevole nella mappa è costituita dai valori superiori alla media assunti dal geopotenziale sulle regioni subtropicali orientali dei due oceani Atlantico e Pacifico, rispetto ai valori medi. Soprattutto sull’Atlantico, questo fatto comporta isoipse più ravvicinate alle medie latitudini, e quindi correnti più intense. L’ondulazione più pronunciata del lobo americano e la corrispondente anomalia positiva sul Pacifico tropicale orientale comporta allo stesso modo correnti più intense e più meridionali sull’America settentrionale, che appare tagliata in due parti all’incirca a metà: la parte orientale sotto l’influenza del lobo, e quindi delle correnti più fredde, e quella occidentale invece sotto l’influenza del promontorio sul Pacifico, e quindi dell’avvezione calda.

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Valore medio dell’altezza di geopotenziale a 500 hPa relativo ai primi 42 giorni di ogni anno tra il 1981 e il 2010 (climatologia, in m). Dati NCEP/NCAR.

L’andamento della media climatica relativa al periodo 1981-2010 ed allo stesso intervallo di giorni (qui sopra) mostra una struttura media con tre grossi lobi, dei quali i due principali risultano meno elongati di quanto non sia avvenuto nel 2014. In media, l’area di minimo è compresa tra il polo Nord e la baia di Baffin, con un lobo meno intenso rivolto verso il Giappone, ed uno appena abbozzato sugli Urali. Nel 2014 i due lobi principali sono invece della stessa intensità, molto superiore alla media, e sono anche molto elongati, mentre c’è un piccolo promontorio anticiclonico sulla Scandinavia. Il lobo Atlantico nel 2014 coinvolge anche le latitudini medioalte, interessando Canada e USA orientali e allungandosi fino alle isole britanniche, con isoipse disposte quasi lungo i paralleli sull’Atlantico. Notiamo come, nella configurazione media, il bacino occidentale del Mediterraneo sia interessato da correnti provenienti da Ovest-Nord-Ovest, e le isoipse siano ivi divergenti e allargate, segno di correnti non molto intense, a differenza di quanto riscontrato, invece, nel 2014, la cui configurazione mostrava isoipse raggruppate, e quindi correnti mediamente più intense, provenienti da sudovest.

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Anomalia dell’altezza di geopotenziale a 500 hPa relativa ai primi 42 giorni tra il 2014 ed il periodo 1981-2010 (in m). Dati NCEP/NCAR.

L’anomalia del geopotenziale a 500 hPa del 2014 rispetto al periodo medio di riferimento, sempre per i primi 42 giorni dell’anno, ovvero la differenza tra le due mappe precedenti, mostra valori inferiori alla media alle latitudini medioalte dell’oceano Atlantico e su Stati Uniti e Canada orientali, e, in misura minore, sulla Siberia, e valori decisamente superiori alla media sulle zone polari e anche subtropicali dell’oceano Atlantico. In particolare, si nota come l’anomalia più negativa, sull’oceano Atlantico settentrionale, sia posta in mezzo a due zone con anomalia positiva, rispettivamente poste vicino al polo Nord e poco ad est degli Stati Uniti sudorientali.

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Valore medio del vento a 500 hPa relativo ai primi 42 giorni del 2014 (in m/s). Dati NCEP/NCAR.

È interessante osservare come i valori del geopotenziale si ripercuotano sulle correnti alla stessa quota barica. In sequenza, sono riportate le velocità del vento relative a 500 hPa per il 2014, per il periodo climatico di riferimento 1981-2010, e l’anomalia delle stesse.

Nel 2014, si ha una zona di forti correnti zonali tra le coste orientali degli Stati Uniti e del Canada, e la penisola iberica; la velocità del vento in questa zona è superiore a quella che si riscontra sul Pacifico orientale alle stesse latitudini medioalte. È inoltre rimarchevole la netta curvatura delle correnti nei pressi delle isole britanniche, interessate da correnti sudoccidentali molto intense.

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Valore medio del vento a 500 hPa relativo ai primi 42 giorni di ogni anno tra il 1981 e il 2010 (climatologia, in m/s). Dati NCEP/NCAR.

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Anomalia della velocità del vento a 500 hPa relativa ai primi 42 giorni tra il 2014 ed il periodo 1981-2010 (in m/s). Dati NCEP/NCAR.

Tale andamento è sensibilmente differente da quello medio, che mostra invece la presenza di venti più intensi sul Pacifico che non sull’Atlantico, e una curvatura molto più dolce delle correnti in arrivo sull’Europa nordoccidentale. Anche i flussi in transito sul Mediterraneo occidentale sono moderati occidentali, e non forti sudoccidentali come è avvenuto nei primi giorni del nel 2014. Si nota anche come, sul nord America, le correnti abbiano un andamento più occidentale e meno settentrionale, almeno in media, rispetto a quanto avvenuto nel 2014.

Questa differenza è ben evidente sulla mappa dell’anomalia del vettore velocità del vento orizzontale a 500 hPa, ovvero la mappa delle differenze tra le due mappe precedenti. Essa evidenzia sia i venti più intensi della media sull’Atlantico centrale che la forte curvatura presente ad ovest delle isole britanniche, che su questa mappa si configura proprio come se si trattasse di un ciclone secondario.

Passiamo ora ad analizzare le mappe relative alla quota barica di 100 hPa. In atmosfera standard, 100 hPa corrispondono a circa 16 km di quota, un livello che, d’inverno, a latitudini polari o delle medie latitudini, si trova nella bassa stratosfera, poco sopra la tropopausa che, come noto, rappresenta il limite superiore della troposfera.

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Valore medio dell’altezza di geopotenziale a 100 hPa relativo ai primi 42 giorni del 2014 (in m). Dati NCEP/NCAR.

Perchè uno dovrebbe guardare delle mappe relative a quote così elevate? La circolazione atmosferica a quote così alte è molto meno distorta di quella relativa alla troposfera, e risente in pratica soltanto dei “disturbi” a grande scala. Questo poiché la stratosfera è uno strato caratterizzato da una elevata stabilità termica, dovuta al fatto che ivi la temperatura cresce con la quota.

La prima mappa che mostriamo si riferisce ai primi 42 giorni del 2014. Si nota come siano presenti due lobi, quasi della stessa intensità, molto elongati verso sud. Uno dei due si estende in Asia fino a sfiorare la Mongolia, mentre l’altro abbraccia la parte orientale del continente nordamericano. Si può notare ache come, in corrispondenza di Alaska e Scandinavia, sia presente una rimonta di alti valori digeopotenziale, che favoriscono così una struttura simile al numero OTTO.

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Valore medio dell’altezza di geopotenziale a 100 hPa relativo ai primi 42 giorni di ogni anno tra il 1981 e il 2010 (climatologia, in m). Dati NCEP/NCAR.

L’andamento climatologico (media del periodo 1981-2010) della circolazione a questa quota è invece normalmente trilobato. Il lobo europeo, il cui asse si trova in pratica sugli Urali, è il meno evidente dei tre, ma anche gli altri due, pur essendo posizionati, come asse, quasi esattamente come nel 2014, appaiono molto meno profondi ed elongati, così come la rimonta di alto geopotenziale evidente nel 2014 sul nord Europa non fa parte delle caratteristiche climatiche della circolazione a queste quote. Notiamo anche come le correnti atlantiche, dirette dall’America verso l’Europa alle medie latitudini, appaiano molto più tese nel 2014 di quanto non lo siano in media.

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Anomalia dell’altezza di geopotenziale a 100 hPa relativa ai primi 42 giorni tra il 2014 ed il periodo 1981-2010 (in m). Dati NCEP/NCAR.

L’esame della mappa relativa all’anomalia di geopotenziale a 100 hPa del 2014 rispetto alla media climatica evidenzia proprio le peculiarità del 2014: la presenza dei due lobi molto più profondi ed elongati verso sud su Asia e America, l’assenza del lobo europeo, sostituito da un’anomalia positiva di geopotenziale sulla Scandinavia, e l’anomalia positiva presente anche sull’Atlantico tropicale. Queste caratteristiche si ripercuotono sull’intensità delle correnti, che nel 2014 fluiscono molto più velocemente e vorticosamente sull’Asia, sul nord America e sull’Atlantico.

Anche la mappa delle anomalie termiche superficiali è notevole. Nei pressi del polo nord è presente un’area con oltre +14°C di anomalia, e comunque tutte le aree colorate di giallo, arancione e rosso evidenziano anomalie di oltre 6°C nell’intera zona artica.

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Anomalia della temperatura media superficiale relativa ai primi 42 giorni tra il 2014 ed il periodo 1981-2010 (in °C). Dati NCEP/NCAR.

La mappa evidenzia come il freddo si sia spostato seguendo i lobi del geopotenziale, coinvolgendo in primis la Siberia e il Kazakistan, dove si sono registrate anomalie termiche fredde comprese tra -6 e -12 °C (di cui nessuno ha parlato sui media), e poi anche Canada ed USA orientali (con anomalie tra -2 e -6 °C, valori sicuramente ragguardevoli, ma che hanno raggiunto la notorietà della cronaca soltanto perchè hanno interessato le zone ad alta densità di popolazione abitate dalla prima nazione del mondo.

A prima vista, la mappa potrebbe apparire “poco colorata”, ma la cosa non inganni: le aree con variazioni tra +/-2°C sono infatti bianche, e 2°C non sono poca cosa. Ad esempio, l’area del Mediterraneo occidentale, che ci comprende, possiede un’anomalia termica compresa tra +1 e +2 °C. È tanto o poco? Tradotta in incremento del livello della quota neve, ad esempio, o anche di livello dello zero termico, 2°C in più significano quasi 300-400 metri di quota più elevata, in media. Non è certamente poco, considerando che 300-400 metri di quota in più significano una buona percentuale di bacino che riceve pioggia invece di neve, e quindi acqua che è in grado di entrare subito in circolo e trasformarsi in portata fluviale.

La mappa sopra riportata dell’anomalia termica rende conto di alcune notizie di cronaca, almeno per quanto riguarda il lobo del vortice polare che si è disteso sopra una porzione degli USA: quella orientale. Hanno fatto grande notizia (si veda ad esempio questo post) soprattutto le basse temperature registrate negli stati orientali degli USA in occasione di ripetute ondate di gelo associate a tempeste di neve, che hanno colpito anche le coste orientali in questo inizio del 2014. Ha fatto invece molto meno scalpore il record di caldo registrato in Alaska nello stesso periodo (per trovarne notizia occorre andare sui siti e blog meteo specializzati, come questo; i media classici hanno appena accennato la cosa), mentre uno spazio più ampio è stato dedicato alla siccità californiana (vedi qui), che non è stata attenuata dalle recenti piogge (vedi qui). Sebbene tali notizie siano state anche usate dai negazionisti dei cambiamenti climatici come prova per affermare che il riscaldamento globale è una bufala (per esempio leggere qui), il mondo scientifico si è invece interrogato cercando di capire se questo sia veramente un segnale di cambiamento globale del tempo meteorologico associato al global warming. In particolare, si è cercato di capire se le estensioni minime della copertura glaciale artica nella stagione calda (a settembre) possa avere avuto un ruolo determinante nelle anomalie climatiche invernali, che recentemente hanno visto frequentemente fuori posizione il vortice polare.

Uno dei ragionamenti che è stato fatto è che il motore che guida le correnti a scala globale è la differenza di altezza di geopotenziale tra le zone del polo nord e quelle tropicali. In condizioni cosiddette “normali” (ovvero, nel clima del secolo scorso), il gradiente termico tra polo nord ed equatore ha un certo valore, fluttuante tra anno ed anno per effetto delle oscillazioni interannuali e dei fenomeni di teleconnessione, ma comunque pari ad un certo valore medio. Per effetto della maggiore fusione estiva della calotta glaciale artica, si ipotizza che una maggiore porzione di acqua superficiale nell’artico riceva ed immagazzini energia nel tardo autunno ed inizio inverno, prima cioè che la calotta di ghiacio stagionale si riformi. L’incremento termico conseguente, in linea con i rapidi e vistosi aumenti di temperatura registrati nell’artico, potrebbe far calare il gradiente di temperatura polo-equatore, e questo potrebbe avere come conseguenza una diminuzione dell’intensità media delle correnti. Venti in quota più deboli potrebbero pertanto contribuire a rendere meno stabile il vortice polare, che così potrebbe far assumere delle ondulazioni più pronunciate alla corrente a getto, ed alle onde di Rossby ad essa collegate, favorendo pattern di circolazione atmosferica molto più meridionali del solito. L’effetto potrebbe essere analogo a quello della precessione di una trottola, fenomeno visibile quando diminuisce la velocità di rotazione della trottola stessa (si veda questo filmato): quando la trottola rallenta, inizia ad oscillare molto, come se improvvisamente si fosse ubriacata. Questo indebolimento delle correnti potrebbe pertanto far sì che il vortice polare inizi a oscillare sempre di più, creando meandri sempre più ampi all’interno dei quali aria molto fredda occupa latitudini più meridionali (in questo caso nella East Coast americana o, più recentemente, in Giappone) mentre, al contempo, aria molto calda si spinge invece a latitudini più settentrionali (come già visto, California e Alaska, ma temporaneamente anche Scandinavia).

Un esempio di “meandering” del vortice polare è stato osservato, ad esempio, nel gennaio 2013, ed è visualizzabile su questo filmato. Tuttavia, se la lunghezza d’onda di questo tipo di ondulazioni a scala planetaria è quella “giusta”, può inoltre succedere anche che le ondulazioni diventino stazionarie, favorendo quindi una persistenza delle condizioni per lunghi periodi di tempo, come sta accadendo quest’anno. Su questo sito si trovano alcune interessanti considerazioni sul legame tra le onde planetarie, o di Rossby (dal nome dello scienziato Gustaf Rossby che per primo le studiò teoricamente), il vortice polare ed i riscaldamenti improvvisi stratosferici.

Da notare che, oltre alle questioni legate agli sbalzi termici, conseguenze altrettanto e forse ancora più serie sono legate all’andamento delle precipitazioni, sia dove esse sono in eccesso (in questi giorni, sulle isole britanniche, e poche settimane fa sull’Italia settentrionale e centrale), a causa di frequenti assi di saccatura o effetti ciclogenetici, sia dove sono in difetto (per esempio, in California), per effetto della configurazione anticiclonica del campo. In entrambi i casi, la presenza di correnti più rapide rispetto alla media favorirebbe lo sviluppo di eventi più energetici e, quindi, di maggiore intensità.

Tale ipotesi, pur essendo controintuitiva (è difficile immaginare che la scomparsa del ghiaccio marino artico durante la stagione calda comporti situazioni più fredde del solito in determinate aree) è nello stesso tempo suggestiva e drammatica, in quanto confermerebbe non solo il ruolo centrale dell’uomo sul riscaldamento globale e la sua capacità di modificarne alcuni meccanismi chiave legati addirittura alla circolazione generale atmosferica, ma anche la considerazione che, senza misure di mitigazione, la Terra continuerà a riscaldarsi nel corso del prossimo secolo, con gravi ripercussioni sul suo clima.

Nel contempo, come fa notare ad esempio questa lettera su Science, essa necessita ancora di solide verifiche sperimentali, poiché la circolazione atmosferica a grande scala presenta una variabilità naturale molto grande in tutte le stagioni, e al momento ci sono troppi pochi casi per consentire di elaborare una teoria generale. È pertanto ancora prematuro paventare, per i prossimi anni, una recrudescenza del freddo invernale, soprattutto alla luce della considerazione che, in ogni caso, le temperature medie tenderanno comunque ad incrementarsi.

Resta comunque il fatto che, in linea generale, il riscaldamento globale in atto comporta delle conseguenze dirette e indirette. Tra le prime, si annoverano, ad esempio, l’aumento delle temperature e delle precipitazioni a scala globale. Se la distribuzione delle precipitazioni è molto complessa da dettagliare a scala locale o regionale, quello che invece è più prevedibile è un incremento degli episodi di precipitazioni piovose a quote maggiori rispetto ad oggi, fatto che comporterà inevitabilmente un maggior quantitativo di acqua nei fiumi.

La possibilità di un’alterazione della circolazione atmosferica globale, e dello spostamento del vortice polare, fa parte, invece, delle possibili conseguenze indirette. Nonostante molti dettagli sulle cause di teli fenomenologie richiedano ancora studi approfonditi sui meccanismi che li generano, o sugli effetti delle teleconnessioni (si veda ad esempio questo post), è un fatto che le cronache di questi giorni di inizio 2014, così come era successo anche in altri inverni recenti o in altre stagioni, mostrano un elenco ancora troppo numeroso di vittime e danni da maltempo, o per troppo freddo, o per troppa siccità, o per troppa pioggia. Queste cifre evidenziano, purtroppo, come la società moderna sia ancora impreparata a fronteggiare gli eventi meteorologici estremi, e quindi come sia necessario percorrere ancora molta strada sulla via dell’adattamento.

Meteorological risk management in a changing climate – Part I

I am here reporting the translation of a post written by Carlo Cacciamani and Alessandra de Savino for climalteranti.it, the Italian most important popular blog on climate and climate change (the original post in Italian language is written here). Despite the discussion originates from a flash flood occurred at Catania, in Sicily, few weeks ago, and considers meteorological events occurred only in Italy, I think that the general discussion about the risk communication stimulated in this post is rather general and exportable to almost every country.

Downpour at Catania

Downpour at Catania

Catania, February 21, 2013: severe storms cause flooding that inundate streets dragging motorcycles and cars. Due to the excessive rain, the city was submerged with a depth of water ranging between few centimeters and two meters. Bitter controversy aroused concerning alert warnings not issued, or badly issued (see here).

Cinque Terre, October 25, 2011, and Genoa, November 4, 2011: a terrible sequence of storms caused deaths and destruction (here a complete analysis of the event). Complaints to the Mayor of Genoa, again controversy (see here).

These stories repeated in the time, with apparently increasing frequency. It is not just the fault of a Nature (see here) which is becoming harsher, even if 500 mm of rain fell in a few hours (flood of Genoa) are not exactly events categorized as normal. Urban sprawl and soil (ab)use are some of the factors that cause these tragedies and damages. The rapidly changing climate could worsen the situation.

In recent years, Italy has been increasingly hit by high intensity storms, which resulted in severe damage and many deaths. As a consequence, finally, the problem of flooding, and especially of flash floods, is considered.

The predictability time of these phenomena is limited. In reality, their exact spatial and temporal location can be predicted only a few hours before, in the most lucky conditions, especially if the scale of phenomena is small (100 km2, for example, or even less). If these systems hit a very small catchment area (such as a few tens of km2), that can flood in a few minutes, it is evident as it is very hard to activate the civil protection “machine” in time in order to mitigate the damage to people and their property. Because all should be done in few minutes. But a few hours are needed to enable technicians, volunteers, civil protection, etc. .. And a few hours can be too much, in certain situations.

A few weeks ago, this argument was discussed in Bologna during a meeting organized by the Hydro-Meteo-Climate Service of ARPA Emilia Romagna (here the daily report). In this occasion, the opinions of different operators working at the Functional Centres (the technical structures operating, at national and regional level, in support of Civil Protection, established by the Directive of the Prime Minister of 27 February 2004) were compared between each other.  In particular, one of the discussions concerned the means available today to predict these severe local-scale meteorological phenomena, as well as the actual alert procedures, their pros and cons, and how to communicate in the optimum way the risks to the public.

The impact of these events is enormous: more than 10 critical events only from 2009 to now, starting with the downpour of Giampilieri, during which 36 persons hit by a mudslide died, until the last storms of 2012 that devastated Tuscany, Liguria without forgetting the two episodes of 2011 in Liguria above mentioned. These events left an indelible mark on the collective imagination, and originated a myriad of controversies. As usual, the responsibility was given to the uncontrolled urban development, and also to the warning systems, sometimes badly or untimely used. Additional controversies concerned the incorrect or sometimes unclear information given to the public, or a lack of uniformity in early warning systems… and so on and so forth… Googling the words “controversy – floods” (polemiche – alluvioni in Italian), everybody can spend hours to read all material that has been written, sometimes bad, on the matter.

We cannot forget the damages, lots of damages: hundreds of millions of euro for each event. But above all a bad death toll: over 70 deaths only from 2009 to present.

In most cases, these events were triggered by downpours originating from organized convective systems, known in the scientific literature as “V-shape” systems, for the V-shape form visible from satellite imagery, see figure (there is an extensive literature on this type of supercell thunderstorms: for example, it is possible to see here for more information). Given the high and increasing frequency of convective events, which often occur in the fall and even winter, the scientists are wondering whether there could be an effect of climate change.

The V-shaped storm at Catania

The V-shaped storm at Catania

The issue is studied by several time and at different levels. A warmer planet is potentially more wet, since the water vapor that can stand in a warm atmosphere, before it reaches saturation, is much greater than that in a cold one (the saturated vapor pressure increases exponentially with the increasing temperature, as it is well known from thermodynamics). Moreover, the atmosphere may become even more unstable when heating and humidity are greater in the lower layers than in the higher layers (this occurs almost always).

Concerning the extreme or intense events, the last IPCC report (AR4) states: “…  precipitation tends to be concentrated into more intense events, with longer periods of little precipitation in between.” And again: “… in concert with the results for increased extremes of intense precipitation, even if the wind strength of storms in a future climate did not change, there would be an increase in extreme rainfall intensity,… suggesting an increased chance of flooding over Europe and other mid-latitude regions due to more intense rainfall and snowfall events producing more runoff.”. In synthesis, a pure thermodynamic argument, i.e. the mere fact of having a warmer planet, suggests that the frequency and intensity of rainfall, and then floods, may increase.

Looking at Italy, the opinion of many colleagues working in research institutions, universities and meteorological services is that episodes of heavy rainfall, frequently caused by storm lines more or less organized in supercells or multicells, have increased in recent years. In a focus of ISAC-CNR published few years ago, in which the results of various analyses carried out on some Italian long meteorological series were summarized, it is concluded: “The analysis of these series revealed a decrease of rainfall in southern Italy and non-significant changes in the northern part; the most interesting result is a not negligible and highly significant decrease in the total number of precipitation events in Italy (in average by 12% since 1880 to now). However, this trend is not uniform over the entire distribution, but presents opposite behaviors considering the events of low and high intensity (belonging to the most extreme tails of the distribution): the former decreases and the latter increases.“. In conclusion, it rains less, but when it rains, it rains more!

Hence the growing concern… If the climate will change as predicted and accepted by everyone, or if this change will be just “very likely”, the hazards caused by these intense phenomena can only grow. Given the high natural vulnerability of many Italian areas, to which an increased “exposure” to risk caused by an excessive anthropic pressure, as well as the use often foolish of the soil must be added, we would expect a higher number of risk conditions due to floods and landslides than now? The answer to the question is unequivocal: Yes.

Then a second question immediately arises: the society is preparing to address these growing conditions of risk, caused by extreme meteorological events, sometimes assimilable to meteorological monsters (500 mm of precipitation in 3 hours is a quantity of rain hardly conceivable at our latitudes)?

Damages caused by the storm at Catania.

Damages caused by the storm at Catania.

The question splits into many others: first of all, the knowledge of these phenomena is already adequate or a lot of research is still needed? Are monitoring tools installed, and are they suitable? Are their operations guaranteed over the time? Are the prediction tools suitable? Are the warning systems able to quickly respond to very intense and very fast events? Moreover, is the social system as a whole aware of the (major) problems resulting from the impacts of changing climate? Are the mechanisms of risk communication adequate? Have the media a sufficient knowledge of how to deal with these issues? Are they gearing up to do that? Can the new media (social networks, smartphones apps, the massive use of the Internet) be helpful, and how? Finally: is there an “optimal” dose of information to communicate to the public, or it is necessary always to communicate everything to everyone, without any filter?

These questions are complex and span a wide range of problems. The answers are neither obvious nor simple, because the awareness of these issues is still low, despite the progress made in the last ten to fifteen years. The problems are thrown into the discussion, when there is a discussion, as mere slogans, and almost never the various stakeholders and risk managers discuss together these issues, in order to eviscerate the real difficulties and hypothesize some solutions. On the contrary, it is noted too often, especially shortly after the occurrence of such events, an automatic (and often, it must be reluctantly underlined, “ignoble”) discharge of responsibilities in order to assign the guilty of disasters to somebody else, instead of performing a rational examination of the facts. Then, usually, after some weeks or months, everything falls in the general oblivion.

But then: what should be done?

(To be continued in the second part)

2012 global temperatures: still in medal zone!

2012 global temperatures: still in medal zone!

Another year has already passed. So let us comment what happened in 2012, initially at global scale and then zooming on Europe and on Italy. As usual, while we wait for the official data that will be published in the next two – three months from institutional sites (CRU, GISS, NASA, etc. – the detailed list can be found on last year’s post), the fastest method is to use the database NOAA/NCEP (in particular, I have used this site with monthly composites). I remember that these are not raw but processed data: in particular, they are averaged on a grid of 2.5 degrees in longitude and latitude, which is equivalent, at our latitudes, to a square of about 300 x 300 km2. It is therefore impossible to make local considerations using this type of data.

Surface temperature anomaly (°C) in 2012 with respect to the reference period 1981-2010. Data NOAA-NCEP.

Surface temperature anomaly (°C) in 2012 with respect to the reference period 1981-2010. Data NOAA-NCEP.

The annual mean anomaly (note that the graphs in this post, unless otherwise stated, are all referred to the thirty years 1981-2010, which is the most recent period, to account for the warming occurred in the last three decades) shows a positive mean value, with the highest values in the Arctic and Antarctic polar regions, over Canada and the United States, and a narrow strip of territory stretching from the Mediterranean to Siberia. The most evident negative anomalies are concentrated in three small areas (Alaska, Mongolia and a portion of the Antarctic coast). For the rest, the anomalies remain (in absolute) below 1°C, and are prevailingly positive in the northern hemisphere over south-central Europe and North America, and negative in part of Asia and Northwestern Europe, while in the southern hemisphere, excluding Antarctica, show a less clear signal.

Globally, the mean anomaly was 0.26 °C, i.e. 0.07 °C higher than that of 2011, equal to 0.19 °C. This value is in fifth place in the scale of thermal values calculated using the NOAA-NCEP data, 0.09 °C away from year 2005, which leads the list. In football jargon, we would say that 2012 has earned Europe League qualification. In absolute terms, however, the integral data on the grid points (weighted by their respective surface, of course) is 14.30 °C. This numerical value, however, should be corrected to make it compatible with the values of other datasets. I will shorthly explain here how. Referring to the data (Table and figure below), we can see how the data NOAA-NCEP result, on average, underestimated by about 0.35 °C. I underline here that, concerning the data GISS, CRU and NCDC, both in the table and in the figure, for the year 2012, the average values referred to the period December 2011 – November 2012, instead of the annual average, not yet available, have been used (however, looking at the values of the past years, the difference, in general, is not higher than 0.02 ° C).

Annual mean values and anomalies for the three major databases, in comparison with the values calculated by the database grid points NOAA-NCEP used in this post. 2012 mean values, for the databases CRU, GISS and NCDC, refer to the period December 2011 - November 2012 and are shown in italics. The last column shows the NOAA-NCEP values "corrected" by adding the average difference in the 1981-2010 thirty years between the average of the other three databases and the average NOAA-NCEP, equal to 0.35 °C.

Annual mean values and anomalies for the three major databases, in comparison with the values calculated by the database grid points NOAA-NCEP used in this post. 2012 mean values, for the databases CRU, GISS and NCDC, refer to the period December 2011 – November 2012 and are shown in italics. The last column shows the NOAA-NCEP values “corrected” by adding the average difference in the 1981-2010 thirty years between the average of the other three databases and the average NOAA-NCEP, equal to 0.35 °C.

Let us note here that, in the past year, the CRU database has been slightly modified (see for example here), so some numerical values may slightly differ from previous assessments. In any case, the comparison reveals that, more or less, all databases are in agreement on the measurements and show the 2012 as warmer than the average of the most recent thirty years. On the other hand, the first year colder than period 1981-2010, for three databases on four, is the 2000 …, while to find the first year colder than period 1981-2010 for all four databases, it is necessary to go back to 1996!

Annual average values for the three major databases, in comparison with the gridded values calculated by the database NOAA-NCEP used in this post.

Annual average values for the three major databases, in comparison with the gridded values calculated by the database NOAA-NCEP used in this post.

However, beside the classifications, which can not be devoided by errors (observational, of average, station selection, interpolation, etc..), it is interesting to see how, if we take the ten-year period 2003-2012, it contains eight of the ten warmest years.

The signal is not present only at the surface: in fact, the map at 500 hPa (level corresponding to about 5500 m a.s.l., i.e. in the middle of the troposphere) shows values a bit smaller but still of the same sign, indicating that the warming occurred in the whole troposphere and not only of the surface stations (or of the boundary layer).

500 hPa temperature anomaly (°C) in 2012 with respect to the reference period 1981-2010. Data NOAA-NCEP.

500 hPa temperature anomaly (°C) in 2012 with respect to the reference period 1981-2010. Data NOAA-NCEP.

Let us go now to examine the graphs related to individual seasons. The winter 2011-2012, which includes December 2011, shows a strong warming on the Arctic regions, with maximum values between Svalbards and Siberia larger than 16 °C, but is also great on Canada and the United States, while practically all the Central Asia (from Caspian Sea to Korea), West Africa and the areas around the Bering Strait show anomalies of -4/-5°C. Unlike the Arctic, however, Antarctica shows less significant and more varied values, and also part of Greenland has recorded temperatures below average.

Surface temperature anomaly (°C) in 2012 with respect to the reference period 1981-2010. Data NOAA-NCEP.Surface temperature anomaly (°C) in 2012 with respect to the reference period 1981-2010. Data NOAA-NCEP.

Surface temperature anomaly (°C) in 2012 with respect to the reference period 1981-2010. Data NOAA-NCEP.Surface temperature anomaly (°C) in 2012 with respect to the reference period 1981-2010. Data NOAA-NCEP.

Concerning the spring 2012, different warm areas are noticeable on the Antarctic mainland, while in the Arctic only the area above the Eurasia maintains strongly positive anomalies, in both cases with values of 6°C or more. Other hot spots are the United States and much of Europe, as well as north-western Asia and part of Greenland. Areas with strong negative anomaly practically do not exist, except for part of Alaska and a portion of Antarctic coasts.

Surface temperature anomaly (°C) on the period March - May 2012 with respect to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Surface temperature anomaly (°C) on the period March – May 2012 with respect to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Summer 2012 is the season with the more moderated extreme anomalies. Almost the entire northern hemisphere has the land warmer than average, with rare exceptions (Great Britain and Scandinavia in Europe, and a small Siberian region over Mongolia in Asia), while in the southern hemisphere the oceans show more positive anomalies, and negative ones are present in the western parts of South America and Africa, and Australia. The most negative anomalies, however, are recorded on the Antarctic coastal areas, with values lower than -3°C, while inside there is the largest positive anomaly (more than 4°C).

Surface temperature anomaly (°C) on the period June - August 2012 with respect to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Surface temperature anomaly (°C) on the period June – August 2012 with respect to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

The fall 2012 shows a configuration with distinctly positive anomalies on Arctic areas (with maximum larger than 8°C and peaks of 10°C) and still positive on part of the continents in the northern hemisphere (except the region between Alaska and Canada and Central Asia) and Antarctica (with the exception of the Antarctic Peninsula and neighbour sea, which show the minima anomaly, lower than -4°C). In the southern hemisphere, there are some spots with slightly positive anomaly.

Surface temperature anomaly (°C) on the period September - November 2012 with respect to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Surface temperature anomaly (°C) on the period September – November 2012 with respect to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

For completeness, we show also the image for the month of December 2012, which completes the analysis of the year, as the distribution of anomalies is singular. Obviously, being an average on only one month, the mean anomalies are larger. Northern America, Alaska and western Canada are colder than average (minimum around -5°C), while the eastern part, from the United States to Greenland, recorded positive anomalies of 2-3°C. In Eurasia, the areas close to the Arctic Ocean show very positive anomalies, over 10°C, while almost all continent, with the exception of Western Europe, and southeast Asia, show strong negative anomalies, with values between -5°C and -10°C. In the southern hemisphere, the anomalies are less noticeable: slightly negative in Argentina, Chile and Mauritania, and weakly positive in Brazil, South Africa, Australia and Ethiopia; positive, with peaks larger than 5°C over most of Antarctica.

Surface temperature anomaly (° C) on the month of December 2012 with respect to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Surface temperature anomaly (° C) on the month of December 2012 with respect to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Let us now look in more detail the situation on the European continent. Apart from the Arctic (where anomalies exceeded 6°C), we see that the whole Europe, with the exception of Portugal, Great Britain, Scandinavia, Baltic States and a small piece of Russia, was under a positive anomaly, albeit lower than 2°C. The hottest areas include south-eastern Italy, Greece, Romania, Bulgaria, the Black Sea and a strip between Armenia and Azerbaijan.

Surface temperature anomaly (° C) on the period December 2011-February 2012 with respect to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Surface temperature anomaly (° C) on the period December 2011-February 2012 with respect to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

It is interesting, in this regard, to see also the map of the anomalies of geopotential height at 200 hPa (hereinafter called Z200), a level typical of the lower stratosphere. The graph shows a good correspondence between the positive thermal anomalies of temperature and those positive of Z200, while the negative anomalies of Z200 match with null or slightly negative anomalies of temperature.

200 hPa geopotential height anomaly (in m) relative to the period December 2011-February 2012 with respect to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

200 hPa geopotential height anomaly (in m) relative to the period December 2011-February 2012 with respect to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

This finding can also be generalized to a global scale, as the good symmetry between the map of thermal anomaly at ground level and that of the Z200 is still evident. These maps visualize the correlations between tropospheric and stratospheric circulation, not yet fully understood in their details but under study (among others, I cite this 2007 paper in which Cohen et al. discuss the events of interaction between the stratosphere and troposphere in the extratropical regions).

200 hPa geopotential height anomaly (in m) relative to the period December 2011 - February 2012 with respect to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

200 hPa geopotential height anomaly (in m) relative to the period December 2011 – February 2012 with respect to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Recently, the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) said that, in the continental 48 states of the US, 2012 had an average temperature of 55.3°F (12.9°C), which eclipsed 1998, the previous record holder, by 1°F (0.55°C). The 1°F difference from 1998 is an unusually large margin, considering that annual temperature records are typically broken by just tenths of a degree Fahrenheit. In fact, the entire range between the coldest year on record, which occurred in 1917, and the previous record warm year of 1998 was just 4.2°F.

Let thus see a map centered on the US: the anomaly here tops to more than 3°C between Nebraska and Kansas, and the isotherm 1.5°C contains most of the US.

Surface temperature anomaly (° C) on the period December 2011-February 2012 with respect to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Surface temperature anomaly (° C) on the period December 2011-February 2012 with respect to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Now we would see some zooms in some meteorologically interesting periods. The year that has just ended was characterized, overall, by a series of significant weather phenomena. Among others, Italians remember the intense cold wave in first half of February (with extreme thermal values not seen since 1985-86 and, in some areas, heavy snowfalls also in the plains, that created serious problems), the very hot and dry summer in central and southern Italy (probably the warmest of the last 100 years, maybe second only to that of 2003) and the moderate cold wave in early December, which put an end to a long period of above-average temperatures.

Let us start from the first two weeks of February 2012. The thermal maps show Europe completely covered by a negative anomaly (except for part of Scotland and Ireland, and Iceland), with very low values: -12°C. In Italy, the North was the most abnormally cold zone, with values below the average of 7.5-10.5°C, while moving Southwards, the anomaly, even if negative, becomes less conspicuous. Notice also how the mitigating effect of the Mediterranean, who entered in the 2011 winter with temperatures well above average, such as to favors some flooding episodes and even the generation of a Mediterranean hurricane (medicane: see here) near Corsican coasts, was almost absent in the western part.

Surface temperature anomaly (°C) on the period 1 - 14 February 2012, compared to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Surface temperature anomaly (°C) on the period 1 – 14 February 2012, compared to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Also some Asiatic regions have experienced cold weather at the beginning of the year. The map of the anomalies in the first two months shows a sort of bipolar situation, with a large negative anomaly over most of central and southern Asia, with the exception of the extreme southeast, and another huge and large positive anomaly over Siberia and Arctic sea. It appears as the cold air was displaced southwards of its natural position, and also in this case the map of the Z200 anomaly (not shown) presents some similarities.

Surface temperature anomaly (°C) on the period January  – February 2012, compared to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Surface temperature anomaly (°C) on the period January – February 2012, compared to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Coming again to Europe, we continue with the warm months: the anomaly map shows a dipolar situation over Europe, with the northwestern part of the continent cold and the rest under the influence of a heat wave that, in Italy, recorded 1.5-2°C above average over the Adriatic regions, and values less than 1°C over the Alps (on this site there are some additional consideration on Italian summer). The most striking positive anomaly was recorded in a narrow strip of land included between Romania and the Black Sea.

Surface temperature anomaly (°C) on the period May-August 2012 compared to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Surface temperature anomaly (°C) on the period May-August 2012 compared to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Finally, we analyze the situation that characterized the other, most moderate, cold spell of the year, recorded in the first two weeks of December. As in the previous case, the 0°C isotherm contains almost all Europe, except the southern part and the Mediterranean.

Surface temperature anomaly (°C) on the period 1 - 14 December 2012 compared to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Surface temperature anomaly (°C) on the period 1 – 14 December 2012 compared to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Concerning the rest of the world, everybody remembers the Hurricane Sandy, which flooded entire districts of New York; or the drought in the U.S.; or the extensive flooding caused by tropical cyclones in Madagascar and the Philippines. Fewer people instead remember the Hurricane Nadine, which did not cause serious damages, but stationed off the Azores for over twenty days with the status of a hurricane, going round and round in these parts, and double-tapping islands and giving some concern to meteorologists who feared its explosive entrance in the Mediterranean, fortunately not occurred. Born on Sept. 7, and died on October 4, with its 23 days of life as tropical, subtropical and post-tropical cyclone, of which 21.75 as a tropical/subtropical system, Nadine is ranked as the fifth long-lived hurricane of the history.

Hurricane Nadine photographed on September 15, 2012 (left) and his track from the time of his birth until his death (right).

Hurricane Nadine photographed on September 15, 2012.

Hurricane Nadine photographed on September 15, 2012 (left) and his track from the time of his birth until his death (right).

Hurricane Nadine track from the time of his birth until his death.

Look at the map of the anomalies of sea surface temperature, we can see that, particularly during the period in which Nadine flew over the Atlantic, the anomalies became negative, sign of the potent activity of water mixing carried by the Nadine winds. That is why fishermen, in tropical areas, usually do not fear, but rather wait, and hope, the hurricanes, whose mixing effect cools the surface waters, favoring the fish abundance.

Sea surface temperature anomaly (°C) on the period 15 - 30 September 2012 compared to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Sea surface temperature anomaly (°C) on the period 15 – 30 September 2012 compared to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Worldwide, the 2012 reserved another resounding record: the marine Arctic ice cap has shrunk as never before in recent decades (see this post by Real Climate): the minimum area occupied by marine ice at the North Pole was only 3.41 million square kilometers, value smaller than one half the average of the last two decades of the twentieth century! Climatologists know well the ice-albedo positive feedback, one of the most important ones. Let us see, therefore, if it is possible to find a direct effect of this anomaly of Arctic marine ice cover on its surface temperatures (SST). Well, the answer is positive: the actual area free of ice is the one that shows the most noticeably positive thermal anomalies, more than 4°C, with a peak of more than 7°C near the islands of Novaya Zemlya. Without detailing here hypotheses that still need further evidence, however, it is impossible to not underline that the ice-free horseshoe structure that, in September, surrounds the Greenland, is also present in the SST thermal anomalies, and has also an impact on the field of sea-level pressure anomaly, whose maxima are shifted on the continents.

Ice extent on September 16, 2012 (from the site NSIDC).

Ice extent on September 16, 2012 (from the site NSIDC).

Sea surface temperature anomaly (°C), related to the period September-December 2012 and compared to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Sea surface temperature anomaly (°C), related to the period September-December 2012 and compared to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Surface pressure anomaly (hPa) related to the period September-December 2012 and compared to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

Surface pressure anomaly (hPa) related to the period September-December 2012 and compared to the 1981-2010 reference period. NOAA-NCEP data.

The fear, in this case, is that the scientific findings will be later than the disappearance, in September, of the Arctic sea ice. As it is can be seen below, it may be possible that this fact could happen as early as within 4-5 years …

Estimated sea ice minimum volume from UW PIOMAS, and regression curve.

Estimated sea ice minimum volume from UW PIOMAS, and regression curve.

Last, but not least, we will report another record in 2012. At the remote meteorological station in Barrow, Alaska, for the first time the monthly averaged atmospheric CO2 concentrations exceeded the threshold of 400 ppm (parts per million – that is, over a million molecules of air, more than 400 are CO2) in the months of April and May. We would like to stress that Barrow station is remote, i.e. away from CO2 sources able to influence the measurements. The threshold of 400 ppm is purely psychological, and probably, less than three years later, also the global average will exceed it; however, this figure represents a signal that can not be overlooked, especially considering that other greenhouse gases such as methane, are increasing and every year set a new record of concentration.

The NOAA observatory's atmospheric in Barrow, Alaska.

The NOAA observatory’s atmospheric in Barrow, Alaska.

Note: part of this post has been published in Italian language here.