Mar Caspio: dati recenti del livello e relazioni con la meterologia

Klaus Arpe, climatologo, e sua moglie Suzanne Leroy (che, come mi ha scritto, si definisce “paleo”) hanno pubblicato (Arpe et al., 2020) l’ultimo di una lunga serie di lavori su vari aspetti del Mar Caspio. Questa volta, in collaborazione con un collega iraniano, trattano temperatura, precipitazione e velocità del vento della costa meridionale (iraniana), divisa nelle tre sottozone SW, SC, SE (sud ovest, sud centro e sud est). Pubblicano anche il grafico del livello marino dal 1921 al 2018, da misure iraniane.
Nel 2019 ho pubblicato un’analisi del livello del Mar Caspio (nel seguito MC) negli ultimi 9000 anni ed ero quindi interessato a leggere questo lavoro che però è a pagamento. Ho chiesto il testo completo a Suzanne Leroy che mi ha mandato anche altri suoi/loro lavori, in particolare relativi ad aspetti paleografici del MC e zone limitrofe.

I dati meteorologici
In Arpe et al., 2020 sono disponibili i valori annuali di temperatura, precipitazione e velocità del vento nelle tre zone meridionali del MC indicate sopra.

Se osserviamo la figura (modificata) di Klige e Myagkov, 1992 vediamo che il movimento delle masse cicloniche da est (Mediterraneo, Nord Europa) è avvenuto sempre più verso sud, passando dai periodi caldi (es. Periodo Caldo Romano) ai periodi freddi (es. Piccola Era Glaciale), ai periodi intermedi. Scrivono Klige e Myagkov: “During periods of cooling the paths of cyclones usually shift to the south closer to the Black Sea (Fig 5). In such cases an increase in humidity could occur over the southern Caspian basin, …”, il che significa che nei periodi freddi dovrebbero aumentare le piogge sulla costa sud del MC.
Al contrario, nei periodi caldi come l’attuale le piogge a sud dovrebbero diminuire, come si osserva nel quadro centrale di figura 1, in particolare per la zona SE.
La temperatura delle zone SW e SC cresce in modo uniforme nei 63 anni del periodo considerato, mentre in SE mostra un punto di interruzione (break point) attorno al 1982 per poi assestarsi su valori mediamente più bassi di 0.6-0.8 °C, con oscillazioni più ampie di quelle osservate nel periodo precedente.

Il comportamento della temperatura, contrastante rispetto a quello della precipitazione credo giustifichi il fatto che la citata frase di Klige e Maygkov è un’indicazione di massima e non una relazione precisa.

La velocità del vento appare mediamente in diminuzione nei primi 40 anni del periodo in esame, pur con ampie oscillazioni, per poi subire un improvviso aumento nel 1994 circa per SW e SC e nel 1999 per SE, con un balzo nettamente superiore ai precedenti.
Non so se il Caucaso o il massiccio dominato dal monte Ararat, a nord-est e a est, rispettivamente, abbiano funzionato da barriera, ponendo sottovento la costa ovest del MC e un po’ meno il versante centrale ma, anche osservando l’entità dell’aumento nelle tre zone, penso che questa situazione sia possibile.

L’andamento nel tempo della velocità del vento spinge a pensare allo shift climatico che in molte parti del mondo si è ossevato negli anni ’90, come ad esempio sottolineano Suttun e Dong (2012): “Here we analyse four data sets derived from observations to show that, during the 1990s, there was a substantial shift in European climate towards a pattern characterized by anomalously wet summers in northern Europe, and hot, dry, summers in southern Europe, with related shifts in spring and autumn. These changes in climate coincided with a substantial warming of the North Atlantic Ocean, towards a state last seen in the 1950s”.

Lo spettro della temperatura si comporta in modo quasi uniforme per le tre zone. Le differenze principali sono:

• la mancanza di un massimo a 16.7 anni per la zona SW, massimo che è invece presente con potenza crescente in SC e SE (il che sembra compatibile con le barriere montuose ad est e a nord-est della costa iraniana).
• la forte differenza di potenza tra la zona centrale (SC) e le altre due nel picco a 4.2-4.3 anni.

Lo spettro delle precipitazioni appare più variegato, anche se i massimi a 2-5 anni sembrano più stabili in frequenza. Le potenze possono variare, anche molto, da zona a zona. I massimi di periodo maggiore (6-14 anni) si differenziano per zona geografica.

Lo spettro della velocità del vento è quello che in un contesto meno serio potrei definire “uguale ma diverso“: per tutte le zone un massimo principale (16.7, 12.5, 7.7 anni) di grande potenza, seguito da massimi secondari deboli (4.8, 4, 2.1 anni) e debolissimi periodi intermedi (3.1, 3 anni). Nello stesso tempo, però, gli spettri appaiono diversi.
La velocità del vento è dominata da un’oscillazione di 16.7 anni nella zona ovest (SW); di 12.5 anni nella zona centrale (SC); di 7.7 anni nella zona est (SE) che si comporta in modo non conforme alle altre nei rapporti tra le potenze.

Nel complesso, gli spettri delle variabili climatiche sono caratterizzati dalla presenza di massimi tipo El Nino, ma solo alcune fra le frequenze caratteristiche (da 2 a 9 anni) si osservano nella costa meridionale del Caspio. In genere, se un fenomeno risente de El Nino, sono presenti tutte le sue frequenze, anche nelle zone più distanti dal Pacifico equatoriale.

Il livello marino
Nel corso dei quasi 12000 anni che hanno caratterizzato la storia del livello del MC (v. Naderi Beni et al., 2013 per l’ultimo millenio) si sono osservati formidabili aumenti e diminuzioni, tali da rendere del tutto inutile una qualsiasi affermazione sulle cause, limitate temporalmente a qualche generazione umana, di un evento o dell’altro. Per questo, nell’utilizzare i dati di un secolo, dal 1921 al 2018, non commenterò la pur importante variazione di livello di 3 metri. Di questi dati non è disponibile (nell’articolo) il valore numerico e così ho digitalizzato la figura 1 di Arpe et al., 2020, peraltro molto chiara e leggibile. Il risultato è in figura 3, insieme allo spettro LOMB della serie.

Lo spettro di questa piccola sezione della storia del livello del Caspio è dominato dal massimo di 81.5 anni che, peraltro, è confermato dallo spettro di tutto l’intervallo olocenico disponibile: quadro in basso, 0.084 kyr. Sempre dal confronto con la stessa serie è interessante notare che nella serie recente non esiste il massimo a 61 anni (solo una microscopica increspatura nello spettro, indicata dalla freccia) che sembra non appartenere all’intervallo 1921-2018. Una caratteristica da notare è la presenza del massimo a 37.6 anni, quasi esattamente la prima armonica (18.6 x 2) del periodo di 18.6 anni del ciclo lunare della linea dei nodi. In teoria non ci sarebbe nulla di strano, visto che l’influenza della Luna è presente nel livello marino, ma noto che in altri casi (dal livello di Stoccolma a quello di Aberdeen in Scozia, a quello delle Isole Figi, vedere qui per un elenco) si osserva il periodo principale e non un’armonica.

Conclusioni
Si è ipotizzato (es. Arpe et al., 1999, 2000) che il livello del MC fosse connesso con El Nino (in generale con ENSO) ma sembra più probabile una connessione con NAO (es. Vazifehkhah e Kahya, 2018). Arpe e Leroy (2007) hanno trovato che la variabilità delle precipitazioni estive sul bacino del Volga (il principale immissario del Caspio) potrebbe spiegare la maggior parte della variabilità del livello del MC.
In definitiva, esistono molte spiegazionipossibili per il livello del Caspio ma per nessuna di queste è stata trovata una giustificazione accettabilmente completa. Inoltre è poco chiaro come ENSO influenzerebbe il bilancio idrico del MC che, almeno per certi episodi, potrebbe dipendere fortemente anche dalle precipitazioni sulla costa SW.

Osservando la figura 3, si può dire che l’influena di ENSO sembra parziale in quanto solo una parte delle sue frequenze caratteristiche è presente nello spettro del livello del MC e che la presenza di NAO non è affatto da escludere -almeno di NAO invernale DJFM– come testimonia la presenza dei massimi a 88 e 36 anni nel suo spettro.
Per l’influenza delle precipitazioni della costa SW sul livello del MC, posso solo dire che in questa zona la piovosità è da una volta e mezzo e due volte quella delle altre due regioni e che, quindi, una sua influenza è ipotizzabile, almeno parzialmente.

Bibliografia

• K. Arpe, L. Bengtsson, G.S. Golitsyn, I.I. Mokhov, V.A. Semenov and P.V. Sporyshev: Analysis and Modeling of the Hydrological Regime Variations in the Caspian Sea Basin, Doklady Earth Sciences, 366 No.4, 552-556, 1999.
• K. Arpe, L. Bengtsson, G.S. Golitsyn, I.I. Mokhov, V.A. Semenov and P.V. Sporyshev: Connection between Caspian Sea level variability and ENSO , Geophys. Reasearch Letters, 27-17, 2693-2696, 2000. https://doi.org/10.1029/1999GL002374
• Klaus Arpe, Suzanne Alice Ghislaine Leroy: The Caspian Sea Level forced by the atmospheric circulation, as observed and modelled, Quaternary Intern., 173-174, 144-152, 2007. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2007.03.008
• Klaus Arpe, Mahboubeh Molavi-Arabshahi, Suzanne Alice Ghislaine Leroy: Wind variability over the Caspian Sea, its impact on Caspian seawater level and link with ENSO, Int. J. Clim., 1-16, 2020. https://doi.org/10.1002/joc.6564
• A. Naderi Beni, H. Lahijani, R. Mousavi Harami, K. Arpe, S.A.G. Leroy, N. Marriner, M. Berberian, V. Andrieu-Ponel, M. Djamali, A. Mahboubi and P. J. Reimer: Caspian sea-level changes during the last millenium: historical and geological evidence from the south Caspian Sea , Clim. Past., 9, 1645-1665, 2013. http://dx.doi.org//:10.5194/cp-9-1645-2013
• Klige R.K., Myagkov M.S.: Changes in the Water Regime of the Caspian Sea, GeoJournal, 27:3, 299-307, 1992. http://dx.doi.org/10.1007/bf02482671
• Saeed Vazifehkhah & Ercan Kahya: Hydrological drought associations with extreme phases of the North Atlantic and Arctic Oscillations over Turkey and northern Iran, Int. J. Climat., 38, 4459–4475, 2018. https://doi.org/10.1002/joc.5680