Работа стоит на отшибе среди исследований атмосферной изменчивости: ближайшие соседи посвящены пульсарам, стратосферной погоде и сейсмическим шумам, но не температурным профилям над конкретным регионом. Вокруг уже изучены отдельные глобальные осцилляции (MJO, AO, QBO, ENSO, NAO), однако их совместное влияние на вертикальную структуру температуры в средних широтах, особенно над долиной По, оставалось мало описанным. Данная статья заполняет этот пробел, связывая локальные радиозондовые данные с известными климатическими модами.
Использованы данные радиозондов, запускавшихся дважды в день на станции Сан-Пьетро-Капофьюме (44°39'N, 11°36'E, 11 м над уровнем моря) с августа 1987 по март 2010 года. Профили температуры интерполированы на сетку высот от 100 м до 20 км с шагом 100 м, пропуски заполнены линейной интерполяцией с шагом 12 часов. Для подавления мезомасштабных процессов (периоды менее 10 дней) применено осреднение по 10-дневным окнам. Затем данные разделены на внутригодовые (периоды менее года) и межгодовые (более года) компоненты с помощью скользящего среднего с окном 30 дней и удаления годового и полугодового циклов. К каждой матрице аномалий применён сингулярный разложение (SVD), эквивалентное методу главных компонент, с нормировкой, возвращающей эмпирические ортогональные функции (EOF) в кельвинах. Спектры главных компонент (PC) рассчитаны периодограммой Ломба–Скаргла.
Для внутригодовых колебаний первые четыре EOF объясняют 93–95% дисперсии. Ведущая мода EOF1 (около 70%) имеет максимум амплитуды около 1 K в тропосфере на высотах 1–8 км, смену знака в районе тропопаузы и постепенное затухание в нижней стратосфере. Соответствующая PC1 содержит периоды 30–120 дней с пиками на 51, 54, 73 и 98 дней, что связывается с MJO и AO, а также их взаимодействием. Моды EOF2–EOF4 (суммарно около 30%) сосредоточены в верхней тропосфере и нижней стратосфере (UTLS) и модулируются годовым и полугодовым циклами. Для межгодовых колебаний также четыре EOF объясняют около 95% дисперсии. EOF1 (около 68%) аналогична внутригодовой EOF1: максимум около 1 K в тропосфере (1–9 км), смена фазы у тропопаузы, вторичный максимум на 13 км. PC1 имеет периоды 1–7 лет с пиками на 1.3, 1.7, 2.3, 2.9 и 6.8 лет, причём соотношение мощностей пиков 2.9 и 6.8 лет близко к спектру индекса ENSO, что указывает на доминирование Эль-Ниньо. Второстепенные моды EOF2–EOF4 (суммарно около 27%) локализованы в UTLS и связаны с 21-летним солнечным циклом, 10.3-летним циклом и полосой 4–8 лет (NAO).
В отличие от соседних работ, которые рассматривают отдельные осцилляции или другие параметры (сейсмический шум, стратосферную погоду), данное исследование впервые систематически раскладывает вертикальные профили температуры над конкретной точкой средних широт на моды, связанные с несколькими глобальными климатическими паттернами одновременно. Это позволяет количественно оценить вклад MJO, AO, QBO, ENSO и NAO в локальную изменчивость температуры и выявить высотную структуру их проявления, включая смену фазы в тропопаузе.
Тема может развиваться в сторону применения аналогичного анализа к другим регионам и более длинным рядам данных, что позволит проверить универсальность найденных связей. Возможно также включение в анализ дополнительных параметров (влажность, ветер) и сравнение с выходами климатических моделей для оценки их способности воспроизводить наблюдаемые моды.
Результаты могут быть использованы для валидации и улучшения региональных климатических моделей, а также для лучшего понимания механизмов передачи сигналов глобальных осцилляций в средние широты.
Следующим шагом может стать расширение временного ряда за счёт более поздних данных и проведение аналогичного анализа для других станций в Европе с целью выявления пространственной неоднородности отклика.
Работа затрагивает ключевую проблему атмосферных наук: как глобальные климатические моды (MJO, AO, QBO, ENSO, NAO) проявляются в локальной изменчивости температуры на разных высотах. Остаётся открытым вопрос о физических механизмах, обеспечивающих смену фазы колебаний в тропопаузе и их распространение в стратосферу.
Станция Сан-Пьетро-Капофьюме расположена всего в 11 метрах над уровнем моря, но её радиозонды поднимаются до 20 км, что в 1800 раз выше точки запуска. За 22 года накоплено более 16 000 профилей температуры, которые уместились бы в книгу толщиной около 3 метров, если бы каждый профиль занимал страницу.