Evoluzione della variabilità atmosferica nell'Atlantico settentrionale e ruolo chiave dell'oceano

The response of the extratropical atmospheric circulation to climate change is one of the key uncertainties in climate science. In the North Atlantic sector, circulation trends are emerging that were not predicted, while future projections exhibit significant disagreement, limiting our ability to quantify climate change impacts over Europe. This thesis investigates the long-term evolution of the North Atlantic atmospheric circulation, focusing on the winter season and the subseasonal timescales. These timescales bridges the gap between weather and climate, and critically shapes extreme events, yet remains understudied in the context of anthropogenic forcing. In the first part of the thesis, we identify an ongoing reduction in the subseasonal variability of the North Atlantic eddy-driven jet stream. By analyzing observation-based reanalyses and an extensive ensemble of state-of-the-art climate model simulations, we demonstrate that this reduction is a robust signature of climate change that is expected to continue unless strong mitigation is achieved. The second part of the work explores the role of the ocean, specifically the North Atlantic Warming Hole (WH), a region that exhibits a long-term sea-surface cooling in the Subpolar North Atlantic. Using targeted atmosphere-only experiments, we show that the WH likely contributes to the observed decline in jet variability. This effect is driven by a locally enhanced meridional temperature gradient, which promotes a more zonal circulation and suppresses subseasonal fluctuations. The WH is closely linked to the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC), which is projected to weaken under continued greenhouse gas forcing. However, the magnitude of this weakening varies substantially across climate models. In the third part of the thesis, by systematically analyzing a large ensemble of simulations complemented by targeted climate model experiments, we show that a stronger AMOC weakening is associated with an increased frequency of the positive North Atlantic Oscillation (NAO+) weather regime. This regime is characterized by a zonalized flow, providing a physical mechanism that is consistent with the reduced jet variability identified in the earlier chapters. Overall, these results provide new insights into the climate change response of the North Atlantic atmospheric circulation at subseasonal timescales, and highlight the North Atlantic Ocean as a major source of uncertainty in future projections. Improved monitoring and more robust physical constraints on the evolution of the ocean are therefore essential to enhance the reliability of climate projections and risk assessment for Europe.

La risposta della circolazione atmosferica extratropicale al cambiamento climatico rappresenta una delle principali incertezze della climatologia. Nel settore del Nord Atlantico stanno emergendo dei trend che non sono stati, mentre le proiezioni future mostrano forti discrepanze che limitano la nostra capacità di quantificare gli impatti del cambiamento climatico in Europa. Questa tesi studia l'evoluzione a lungo termine della circolazione atmosferica nel Nord Atlantico, con particolare attenzione alla stagione invernale e alle scale temporali subsagionali. Queste ultime rappresentano l'anello di congiunzione tra meteo e clima e sono fondamentali nel determinare gli eventi estremi, eppure restano ancora poco studiate nel contesto del forcing antropico. Nella prima parte della tesi, identifichiamo una progressiva riduzione della variabilità subsagionale del jet stream (corrente a getto). Attraverso l'analisi di rianalisi osservative e di un vasto insieme di simulazioni con modelli climatici all'avanguardia, dimostriamo che questa riduzione è un segnale robusto del cambiamento climatico, destinato a continuare a meno di una decisa strategia di mitigazione. La seconda parte del lavoro esplora il ruolo dell'oceano, in particolare del "North Atlantic Warming Hole" (WH), una regione del Nord Atlantico subpolare che presenta un raffreddamento superficiale a lungo termine. Utilizzando una serie di esperimenti climatici, mostriamo che il WH contribuisce probabilmente al calo osservato della variabilità del getto. Questo effetto è guidato da un rafforzamento locale del gradiente termico meridionale, che favorisce una circolazione più zonale e sopprime le fluttuazioni subsagionali. Il WH è strettamente legato alla circolazione termoalina atlantica (AMOC), per la quale si prevede un indebolimento dovuto alle emissioni di gas serra. Tuttavia, l'entità di tale indebolimento varia notevolmente tra i diversi modelli climatici. Nella terza parte della tesi, tramite l'analisi sistematica di un ampio numero di simulazioni e di esperimenti modellistici mirati, dimostriamo che un maggiore indebolimento dell'AMOC è associato a una maggiore frequenza del regime meteorologico "NAO+" (Oscillazione Nord Atlantica positiva). Questo regime è caratterizzato da un flusso più zonale, fornendo un meccanismo fisico coerente con la riduzione della variabilità del getto identificata nei capitoli precedenti. Nel complesso, questi risultati offrono nuove prospettive sulla risposta della circolazione nordatlantica al cambiamento climatico su scala subsagionale, e indicano l'Oceano Atlantico come una delle principali fonti di incertezza nelle proiezioni future. Un monitoraggio più attento e vincoli fisici più solidi sull'evoluzione dell'oceano sono quindi essenziali per migliorare l'affidabilità delle proiezioni climatiche e la valutazione dei rischi per l'Europa.