LARGE SCALE DRIVERS OF EXTREME PRECIPITATION VARIABILITY IN EUROPE

European wintertime precipitation is known to be skilfully estimated in reanalysis data and model simulations since it is highly correlated with large scale, low frequency modes of variability, namely the North Atlantic Oscillation (NAO) and Arctic Oscillation (AO). Since the NAO and AO are mainly a wintertime mode of variability, the skill of estimating precipitation becomes more limited in the other seasons, most importantly in the summer, in which precipitation is mainly a result of mesoscale convection. The first part of the study uses observational data, reanalysis data, and the output of Weather Research and Forecast (WRF) model to study the recent changes of extreme daily precipitation events over Europe. It is found that in summer and transition seasons, more regions recorded an increase of extreme precipitation events than regions that recorded a decreasing trend. This is consistent with the global warming trends with Clausius-Clapeyron relation. The added value of using a high resolution, convection-permitting model to estimate precipitation extremes is deduced. The results show that WRF succeeds to correct the failure of ERA-Interim reanalysis to capture the positive trends of European extreme precipitation in summer and transition seasons that are indicated by the observational data (EOBS) and previous literature. On the other hand, more regions in Europe recorded negative extreme precipitation trends than regions with positive trends. This is found to be a consequence of the recent positive trend of the NAO over the past decades, causing more frequent positive NAO events, reducing extreme precipitation outbreaks to more regions in Europe. As the NAO and the highly correlated AO are changing, further investigations to the nature of the two oscillations are carried out. Reanalysis data and climate model simulations of historical and warm climates are used to show that the relation between the two oscillations changes with climate warming. The two modes are currently highly correlated, as both are strongly influenced by the downward propagation of stratospheric polar vortex anomalies into the troposphere. However, when considering a very warm climate scenario, the hemispherically defined AO pattern shifts to reflect variability of the North Pacific storm track, while the regionally defined NAO pattern remains stable. The stratosphere remains an important precursor for NAO, and surface Eurasian and Aleutian pressure anomalies precede stratospheric anomalies. Idealized general circulation model simulations suggest that these modifications are linked to the stronger warming of the Pacific compared to the slower warming of the Atlantic Ocean, that is due to the slowdown of the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC).

È noto che le precipitazioni invernali europee sono ben stimate nei dati di rianalisi e nelle simulazioni dai modelli dato che sono altamente correlate con modi con variabilità su larga scala e a bassa frequenza come l'oscillazione del Nord Atlantico (NAO) e l'oscillazione artica (AO). Dal momento che NAO e AO sono principalmente modi di variabilità invernale, la capacità di stimare le precipitazioni è più limitata nelle altre stagioni, soprattutto in estate, in cui (quando) le precipitazioni sono principalmente dovute alla convezione a mesoscala. La prima parte dello studio utilizza dati osservativi, dati di rianalisi e l'output del modello WRF (Weather Research and Forecast) per studiare i cambiamenti recenti negli eventi estremi di precipitazione giornaliera in Europa. Si è stato riscontrato che nelle stagioni estive e di transizione, sono più le regioni che hanno registrato un aumento di eventi di precipitazioni estreme rispetto a quelle che hanno registrato una tendenza al ribasso. Questo è coerente con le tendenze del riscaldamento globale con per via della relazione di Clausius-Clapeyron. è stato studiato anche il valore aggiunto dell'utilizzo di un modello ad alta risoluzione che consenta la convezione per stimare gli estremi delle precipitazioni. I risultati mostrano che WRF riesca a correggere il fallimento della rianalisi ERA-Interim per I risultati mostrano che WRF riesce, al contrario di ERA-Interim, a catturare le tendenze positive delle precipitazioni estreme europee sia in estate che nelle stagioni di transizione indicate dai dati osservativi (EOBS) e dalla letteratura precedente. D'altra parte, sono di più le aree in Europa che hanno registrato tendenze negative nelle precipitazioni estreme rispetto alle aree con tendenze positive. Questo si tratta di una conseguenza del recente trend positivo)della NAO negli ultimi decenni, che ha causato eventi NAO positivi più frequenti, riducendo le precipitazioni estreme in più regioni in Europa. Dato che sia la NAO che l'AO, che sono altamente correlate, stanno cambiando, sono state svolte ulteriori indagini sulla natura delle due oscillazioni. I dati di rianalisi e le simulazioni del modello climatico, (sia per run climatiche che rappresentative di condizioni a temperatura più elevata), dei climi storici e caldi sono stati utilizzati per mostrare che la relazione tra le due oscillazioni cambia con il riscaldamento climatico. Le due modalità sono attualmente altamente correlate, poiché entrambe sono fortemente influenzate dalla propagazione verso il basso delle anomalie del vortice polare stratosferico nella troposfera. Tuttavia, se si considera uno scenario climatico molto caldo, il modello AO definito emisfericamente si sposta per riflettere la variabilità della rotta delle tempeste del Pacifico settentrionale, mentre il modello NAO definito a livello regionale rimane stabile. La stratosfera rimane un importante precursore della NAO e le anomalie di pressione superficiale eurasiatica e aleutiana precedono le anomalie stratosferiche. Simulazioni con modelli idealizzati di circolazione generale suggeriscono che queste modifiche sono legate al riscaldamento più forte del Pacifico rispetto al riscaldamento più lento dell'Oceano Atlantico, dovuto al rallentamento della Overturning Meridional Circulation (AMOC).