Gli scienziati dell'Università del Maryland (UMD) hanno effettuato una nuova analisi statistica per determinare per la prima volta un quadro globale di come l'oceano aiuta a prevedere l'atmosfera di basso livello e viceversa. Hanno osservato l'onnipresente influenza dell'oceano sull'atmosfera negli extratropici, che è stato difficile da dimostrare con modelli dinamici della circolazione atmosferica e oceanica. I risultati sono pubblicati oggi nel Giornale del clima , "Prevedibilità atmosfera-oceano locale:origini dinamiche, tempi di consegna, e stagionalità».

La ricerca si basa su una dichiarazione classica spesso ascoltata nelle classi introduttive di statistica che "la correlazione non è causalità". Clive Granger era un matematico premio Nobel che ha inventato un nuovo metodo per affrontare questo problema distinguendo la correlazione dalla causalità.

"Il metodo Granger si basa su una nozione semplice ma importante che una causa precede il suo effetto, e dovrebbe migliorare la previsione del suo effetto in futuro. Ci siamo resi conto che questo potrebbe essere un metodo potente per studiare le interazioni tra atmosfera e oceano, e per fornire un quadro globale di quanto bene si preannunciano a vicenda, " disse il matematico applicato Safa Motesharrei, uno scienziato dei sistemi ambientali presso UMD. "Questo metodo fa luce sia sul potenziale per prevedere meglio il clima regionale, sia sulla natura delle interazioni".

"Ci sono molti processi fisici che regolano l'interazione tra l'atmosfera e l'oceano, " ha detto l'autore principale Eviatar Bach, dottorato di ricerca studente presso il Dipartimento di Scienze Atmosferiche e Oceaniche (AOSC) presso UMD. "Per esempio, il vento che soffia sulla superficie dell'oceano crea correnti, e la superficie del mare riscalda la bassa atmosfera. Queste interazioni tra l'atmosfera e l'oceano svolgono un ruolo importante nel clima e nella nostra capacità di prevederlo, quindi è importante comprendere la loro struttura geografica".

"Si sa che negli oceani tropicali, l'oceano sta principalmente guidando i cambiamenti atmosferici, mentre negli extratropici l'atmosfera generalmente spinge l'oceano, " ha detto la coautrice Eugenia Kalnay, Illustre professore universitario di AOSC presso l'UMD. "Ho sviluppato una regola dinamica per determinare la direzione della forzatura nel 1986, e altri hanno affrontato questa domanda utilizzando modelli climatici. Questo studio fornisce una risposta definitiva".

Il metodo di base Granger è stato introdotto nel 1969, ma gli autori "lo hanno abilmente applicato per la prima volta ai dati sull'atmosfera e sugli oceani, " ha detto Juergen Kurths, Capo del dipartimento di Scienze della complessità presso l'Istituto di Potsdam per la ricerca sull'impatto climatico in Germania, che non era un coautore. Kurths è un fisico di spicco che ha sviluppato molti nuovi metodi matematici per studiare il clima e altri sistemi non lineari.

"La scoperta più nuova di questa ricerca è che il metodo della causalità di Granger ha scoperto che l'oceano influenza l'atmosfera quasi ovunque negli extratropici, " ha detto Samantha Wills, un ricercatore post-dottorato presso il Pacific Marine Environmental Laboratory della NOAA, che non era un coautore. "Questo può essere un compito impegnativo dato che l'atmosfera domina l'interazione aria-mare negli extratropici, e l'influenza dell'oceano sull'atmosfera non è molto più grande della variabilità interna".

"Questo non era stato dimostrato dai precedenti esperimenti del modello di circolazione generale. Sebbene ci siano stati alcuni casi speciali in cui è stato dimostrato che le temperature della superficie del mare alle medie latitudini hanno un impatto significativo sull'atmosfera, questa relazione non era nota per essere così onnipresente come questo documento ha dimostrato, " ha detto J. Shukla, Professore universitario alla George Mason University, che non era un coautore. Shukla è uno scienziato del clima di fama mondiale che ha aperto la strada agli studi sulla prevedibilità.

Inoltre, le stime dello studio della struttura spaziale della prevedibilità potrebbero aiutare a far avanzare ulteriormente la scienza dell'assimilazione dei dati accoppiati, il campo nascente che tenta di sfruttare le interazioni tra atmosfera e oceano per migliorare la previsione del clima.

"La capacità di anticipare i cambiamenti nell'oceano o nell'atmosfera sulla base delle informazioni provenienti dall'altro sistema offre alla società l'opportunità di prepararsi per impatti futuri, come l'agricoltura e la pesca, " disse Will.

"Questo è un documento molto importante nella storia della ricerca sulla prevedibilità, " disse Shukla, "Ispirerà sicuramente ulteriori ricerche da parte della comunità di ricerca sulla prevedibilità. In particolare, questo documento identifica le regioni geografiche del globo sulle quali esiste una potenziale prevedibilità che può essere raccolta per migliorare le previsioni operative".