cm5.html

Periodicità nei dati NOAA

Franco Zavatti     

Ho pensato di calcolare gli spettri di potenza dei dati NOAA (GHCN-M 3.1.0) variabili di mese in mese ( qui e qui) per vedere se le (piccole, ma sistematiche) variazioni dei dati potessero modificare il valore o la presenza di periodi già trovati da Scafetta (2010) di cui riporto la Tabella 1, pag.958, con i periodi su 9 dataset.

Ho calcolato gli spettri con MEM (Metodo della Massima Entropia, da Press et al., 1986), utilizzando un numero di poli pari alla metà del numero dei dati (Scafetta, 2011, Supplement file, Sect.3) e ho rappresentato i risultati per i dati NOAA relativi a novembre 2011 e marzo 2012(*) su intervalli di periodi 0-300, 0-100 e 0-40 anni.
Il confronto tra questi due mesi mostra che le modifiche apportate ogni mese al dataset non cambiano la forma generale degli spettri e cambiano a volte i valori dei periodi di uno o due decimali, cioè praticamente di nulla. Cambia, invece, la potenza dei picchi (l'altezza) e parzialmente la loro forma, anche se i cambiamenti potrebbero dipendere dal diverso numero di dati (e quindi di poli) tra novembre e marzo.


Si nota immediatamente la mancanza di un picco di periodo 28-32 anni, che corrisponde al numero 9 nella tabella precedente. Questa mancanza è messa in evidenza anche dalla figura successiva


che mostra lo spettro tra ~2 e 33 anni dei dati noaa di marzo 2012, confrontato con le bande (in colore rosa) dei periodi principali riportati da Scafetta (2010), pag.954 ed elencati a lato. A pag. 967 dello stesso lavoro di Scafetta si legge (traduzione mia): "Cicli con periodi di 10-11,12,15,20-22,30 e 60 anni sono presenti in tutte le maggiori registrazioni di temperatura superficiale dal 1850 e possono essere facilmente connesse alle orbite di Giove e Saturno. I cicli di 11 e 22 anni sono i ben noti cicli solari di Schwabe e di Hale. Altri cicli più rapidi, con periodo tra 5 e 10 anni, sono comuni a record di temperature e a cicli astronomici. Cicli lunari a lungo termine inducono un ciclo di 9.1 anni nei record di temperatura e probabilmente altri cicli, incluso il ciclo di 18.6 anni in alcune regioni."
Dalla figura si nota anche la mancanza dei cicli di 10-11, 12 e 8-8.5 anni e questo fatto, non essendo io particolarmente esperto di spettri di potenza, mi ha in pratica obbligato a validare gli spettri ottenuti, confrontando i miei risultati, derivati da altri dataset, con quelli ottenenuti da Scafetta e in un caso con quelli mostrati da Dean.

In questo ultimo caso i miei periodi (in verde), calcolati dall'analisi dei dati dell'irraggiamento solare (Steinhilber, 2009) in un intervallo temporale che copre praticamente tutto l'Olocene (dall'anno -7362 al 2007) sono confrontati con quelli pubblicati da Dean (in nero e in rosso), derivati dal record delle variazioni del 14C calibrate con gli anelli di accrescimento degli alberi.

Il risultato di questo primo confronto mi è sembrato incoraggiante e ho proseguito con

  • le temperature medie mondiali HadCRUT3vgl e il confronto con Scafetta (2011), in scala logaritmica.

  • il numero medio annuale delle macchie solari e il confronto con Scafetta (2012), Fig.3

    Nella mia analisi (figura centrale dell'immagine a destra) ho sovrapposto anche lo spettro calcolato con 60 poli (riga rossa), invece dei 156 (metà dei dati) usati per il grafico tracciato in nero, per mostrare come un numero basso di poli non permette di evidenziare periodi interessanti.

  • i dati dell'irraggiamento solare dell'Olocene (Steinhilber,2009) i cui periodi ho confrontato sopra con la Fig.4 di Dean, confrontati con l'analisi spettrale di Scafetta (2011), Fig.4

    I dati di Chen et al. (2011)
    L'analisi della stratigrafia di un pozzo nel Salento sud-occidentale (Golfo di Taranto) di cui sono venuto a conoscenza da un post di Climate Monitor (qui), merita un discorso a parte:
    nella Fig.6C (a destra) dell'articolo di Chen et al. (2011),lo spettro MEM mostra un picco evidente di periodo 11 anni, mentre lo spettro calcolato con Redfit (linea blu) sembrerebbe mostrare, in corrispondenza, una struttura a tre picchi forse di periodi confrontabili con quelli trovati da Scafetta per il numero di macchie solari. Purtoppo la bassa risoluzione della figura non permette di aggiungere altro.
    Dato che l'articolo contiene materiale supplementare - essenzialmente un file excel per gli anni che vanno da -62 a 196 - avevo pensato di calcolare dalla tabella l'indice W/C (nel testo è riportata la formula per il calcolo) della figura e di farne lo spettro ad una risoluzione migliore, ma non è stato possibile perché non sono in grado di comprendere i simboli e le abbreviazioni (credo) biologici che identificano le colonne della tabella.
    Mi sono limitato ad applicare MEM alla colonna della concentrazione di "dinoflagellate cyst" (figura sotto a sinistra) e alla colonna dei "kt", l'indice di degrado dei dinoflagellati (sotto a destra), ma il risultato non è molto significativo.
    Il 4 maggio ho scritto al dott. Chen chiedendo chiarimenti: sono in attesa di risposta.

    In conclusione, credo di aver dimostrato che gli spettri dei dati NOAA calcolati da me sono attendibili e che quindi in questo dataset mancano i periodi di 28-32, 12, 10-11 e 8-8.5 anni, a differenza di quanto avviene in altri record di temperatura e di altre grandezze caratteristiche.

    (*)Tutti i dati e, in particolare, gli output numerici dell'analisi spettrale e i grafici dei dati NOAA dei mesi non mostrati nel post sono disponibili qui


    Bibliografia

  • Chen, L., Zonneveld,A.F., Versteegh,G.J.M. (2011) Short term climate variability during "Roman Classical Period" in the eastern Mediterraean, Quaternary Science Review , 30, 3880-3891, 2011
  • Dean W.E.(2000) The Sun and Climate, pdf (v. fig.4 con mie aggiunte)
    Press,W.H., Flannery,B.P., Teukolsky,S.A., Vetterling,W.T. (1986) Numerical Recipes, Cambridge University Press, Cambridge, 1986.
  • Scafetta, N. (2010)Empirical evidence for a celestial origin of the climate oscillations and its implications, J. Atm. & Sol-Terr. Phys., 72,951-970, 2010, pdf
  • Scafetta, N. (2011)Testing an astronomically based decadal-scale empirical harmonic climate model versus the IPCC (2007) general circulation climate models, J. Atm. & Sol-Terr. Phys., in press. DOI: 10.1016/j.jastp.2011.12.005, 2011, pdf
  • Scafetta, N. (2012) Multi-scale harmonic model for solar and climate cyclical variation throughout the Holocene based on Jupiter-Saturn tidal frequencies plus the 11-year solar dynamo cycle, J. Atm. & Sol-Terr. Phys., doi:10.1016/j.jastp.2012.02.016, 2012, pdf
  • Steinhilber, F., J. Beer, and C. Frölich. 2009. Total solar irradiance during the Holocene. Geophys. Res. Lett., 36, L19704, doi:10.1029/2009GL040142.
    24.5.2012