Che la Nasa sia stata un mito per molte persone della mia generazione (quella della fine degli anni 50) è, credo, un fatto incontrovertibile. La Nasa della mia infanzia era infatti il simbolo più alto della supremazia tecnologica statunitense, l’ente che progettava e realizzava le grandi missioni nello spazio, quelle che nel 1969 avrebbero portato al primo allunaggio, seguito per noi in diretta dagli indimenticabili Tito Stagno e Ruggero Orlando.

Il mito della Nasa e con lui quello della supremazia tecnologica statunitense è, ahimè, da tempo appannato; me ne accorgo ad esempio quando assisto al fatto, per me inconcepibile, che gli Usa attendano per mesi e senza muovere un dito che una società britannica ripari sul loro territorio una perdita di petrolio in fondo all’oceano. E me ne accorgo pure quando scruto impotente le incursioni di Hansen e C., ricercatori della Nasa, in campo climatologico, le cui conseguenze sul piano mediatico sono sotto gli occhi di tutti.

All’azione di Hansen e C. è da attribuire ad esempio lo scoop del 2010 come anno più caldo degli ultimi 160 anni, cui era dedicata un’intera pagina sul Corriere della Sera del 14 gennaio 2011, tutta basata sulle serie storiche delle temperature annue globali di fonte NASA – Giss, le quali come ben sappiamo differiscono per alcuni rilevanti particolari (in primis la la sottostima delle temperature del 1998) rispetto a:

• serie storiche delle stazioni al suolo della Climate Research Unit dell’East Anglia University (UK)
• serie storiche delle stazioni al suolo dell’NCDC (USA)
• serie storiche di dati da satellite (sensore MSU) della Università dell’Alabama – Huntsville (USA).

Per un confronto fra le quattro fonti basato su dati mensili, invito gli interessati a guardare la figura qui sotto ovvero ad andare alla voce di menu “Global temperatures” del sito www.climate4you.com (gestito dal geografo dell’Università di Oslo Ole Humulun) e di osservare le interpolanti a media mobile che mostrano con evidenza che a valle del 1998 le temperature globali sono in sostanza stazionarie, avendo raggiunto una sorta di plateau che non si concilia in alcun modo con le “previsioni” fornite dai GCM.

Naturalmente fra le diverse fonti immediatamente accessibili via internet, il Corriere ha scelto di utilizzare quella più “catastrofica” onde avvalorare la tesi di un Global Warming inarrestabile e che produce a getto continuo alluvioni e siccità. E per convincere fino in fondo il pubblico, la pagina del Corriere era “condita” dalla foto di un bambino che si dibatte in acque limacciose e dall’analisi dello “scienziato” di turno, il professor Maracchi, del quale cito le lapidarie parole di chiusa dell’articolo: “Il riscaldamento globale sta modificando tutto questo e sta cambiando non solo il clima in generale ma anche il tempo atmosferico che interessa ogni giorno tutti noi.”

In sintesi, dunque, da un lato la stazionarietà sostanziale delle temperature a valle del 1998 che emerge dai dati, dall’altro gli scoop che deformano tale realtà in nome di una sorta di “verità mediatica superiore”, il che sul piano etico è a mio avviso una vera schifezza.

Ciò detto, mi fa piacere tuttavia ricordare che la Nasa del mito sopravvive in alcuni studi di grande interesse che ancor oggi vengono condotti. E’ a questa Nasa che si deve una scoperta davvero interessante: il telescopio spaziale Fermi, sensibile ai raggi gamma, ha rilevato fasci di antimateria emessi verso lo spazio dai temporali. Agendo come enormi acceleratori di particelle, i temporali possono infatti emettere lampi di raggi gamma (i TGF), elettroni ad alta energia e positroni. Gli scienziati ora pensano che siano i TGF a produrre fasci di particelle e di antimateria.

Per cogliere la rilevanza di tale fenomeno si deve considerare che in ogni istante sono in atto sul nostro pianeta alcune centinaia di temporali che si rivelano fra l’altro cruciali per rigenerare il campo magnetico terrestre (maggiori informazioni e filmati sull’argomento sono reperibili sul sito della NASA.

All’Angelus del 14 novembre scorso Papa Benedetto XVI ha invitato ad un «rilancio strategico dell’agricoltura», specificando che la rivalutazione dell’agricoltura non dev’essere vista «in senso nostalgico ma come risorsa indispensabile per il futuro».

Queste importanti affermazioni spingono a interrogarci circa il modello di agricoltura da proporre per garantire cibo e beni di consumo (fibre per il vestiario, materie plastiche, carta, mobili, ecc.) per i 9 miliardi di abitanti che il nostro pianeta ospiterà nel 2050. Per tentare una risposta è necessario premettere alcuni approfondimenti tematici che vado ad illustrare.

Quanto cibo occorre per un uomo: in epoca romana il quantitativo annuo di cibo pro-capite era stimato in 40 modii (264 kg) di grano; a tanto dovevano infatti ammontare le scorte nei magazzini del’Urbe per evitare tumulti. Oggi, stimando a 300 kg di cereali la soglia di sufficienza per un individuo adulto, è possibile affermare che l’agricoltura, con una produzione globale di cereali di circa 340 kg procapite, assolve appieno al proprio scopo. Questi 340 kg non sono tuttavia ripartiti omogeneamente ed infatti la soglia dei 300 kg è superata da Asia, Europa, America e Australia, mentre l’Africa produce solo 190 kg. A ciò si aggiunga che il numero di esseri umani sottonutriti appare ahimè stazionario da almeno un cinquantennio attestandosi intorno ai 900 milioni di individui. Tuttavia un conto sono 900 milioni di persone su 3 miliardi (popolazione mondiale del 1970) e un conto sono 900 milioni su 7 miliardi. In termini percentuali i sottonutriti sono infatti calati dal 23% del 1970 al 13% di oggi.

La questione alimentare del 20° secolo e la rivoluzione verde: non si può ragionare di agricoltura del futuro senza analizzare l’esempio offerto dalla “rivoluzione verde”, che in un secolo ha moltiplicato per 5-6 volte le produzioni agrarie mentre la popolazione mondiale quadruplicava, passando dagli 1.5 miliardi del 1990 ai 6.5 miliardi del 2000. La rivoluzione verde è stata frutto di massicce innovazioni nella genetica (nuove varietà molto più produttive e di qualità molto migliore rispetto a quelle tradizionali) e nelle agrotecniche (lavorazioni del terreno, concimi di sintesi, fitofarmaci, diserbanti, tecniche irrigue, sementi selezionate, tecniche di conservazione e trasformazione dei prodotti).

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L’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) ne suo AR4 afferma che i modelli di circolazione globale (GCM) sono in grado di “riprodurre le caratteristiche dei climi del passato e dei cambiamenti climatici” (Randall et al., 2007, p. 601). Trattandosi di un’affermazione forte e in seguito ripetuta a più riprese in moltissime sedi, la stessa richiederebbe di essere corroborata da verifiche sperimentali, che dovrebbero essere richieste in modo stringente dagli stessi enti governativi che fanno uso di tali previsioni, ad esempio per orientare le proprie politiche in campo energetico (o semplicemente per scegliere il periodo in cui svolgere vertici quali quello di Copenhagen senza mettere a repentaglio la vita dei partecipanti).

COME DOVREBBE IDEALMENTE ESSERE UNA VERIFICA

Il modo standard per verificare le prestazioni di modelli di simulazione dinamica, descritto ad esempio in modo chiaro nel lavoro scientifico del 2004 “Modelling guidelines – terminology and guiding principles ” di Refsgaard e Henriksen, consiste nel far operare il modello su una serie storica (serie di taratura) e rispetto a questa tarare (alias calibrare, alias parametrizzare) il modello in modo che fornisca i migliori risultati minimizzando cioè l’errore rispetto ai dati osservati. A ciò dovrebbe poi seguire la validazione che consiste nell’applicare il modello ad un’altra serie (del tutto indipendente rispetto alla precedente) e verificare con opportuni indici statistici che l’errore sia accettabile per l’uso operativo. Certo, diranno i più avveduti, i GCM lavorano su tutto il sistema climatico per cui è impossibile trovare una serie storica indipendente. Per superare l’impasse si potrebbe ad esempio far lavorare il modello su due periodi (uno da utilizzare per la calibrazione e l’altro per la validazione) ma una tale attività, che non mi risulta essere mai stata condotta, è ovviamente possibile solo per i gruppi di ricerca che gestiscono i GCM, i quali (immagino) la effettueranno solo se adeguatamente stimolati.

Ed in effetti oggi, a quanto mi è dato di verificare in bibliografia, il metodo standard di cui sopra non viene utilizzato mentre invece sono reperibili:

1. le analisi di sensibilità del modello
2. le intercomparison
3. le simulazioni paleoclimatiche
4. le simulazioni su periodi recenti

Le analisi di sensibilità si riferiscono in genere a cosa succede se si apportano alcune modifiche alle variabili in input al modello (es. valori di attività solare, forcing antropici).

Le intercomparison (confronti fra modelli diversi) sono soggette alla seguente obiezione di fondo: il fatto che tutti i modelli si comportino in modo simile (e cioè che siano in “agreement” fra loro) non esclude che non stiano tutti sbagliando (Green, 2002).

Le simulazioni paleoclimatiche si riferiscono a climi più o meno remoti oggetto di indagini paleoclimatiche (es: climi degli ultimi 1000 anni o climi di epoche molto remote). Tuttavia tali attività sono spesso solo parzialmente soddisfacenti e ciò perché i climi del passato non sono noti attraverso misure di variabili fisiche atmosferiche ma solo attraverso proxies, spesso oggetto di contestazioni (si pensi ad esempio alla mazza da Hockey si Mann).

Le simulazioni su periodi recenti, riferite cioè grossomodo agli ultimi 150 anni, saranno trattate in dettaglio nel prossimo paragrafo.

SIMULAZIONI SU PERIODI RECENTI (ULTIMI 150 ANNI)

Negli ultimi anni sta emergendo un’interessante forma di verifica delle prestazioni dei modelli GCM che consiste nel confrontare le “previsioni al passato” effettuate da modelli con i dati recenti realmente osservati. Ciò potrebbe apparire lapalissiamo e tuttavia è raro trovare tracce di una tale attività svolta in modo sistematico. In tale settore si sta dando particolarmente da fare un gruppo di idrologi della facoltà di ingegneria dell’Università di Atene.

Gli idrologi sono utenti di primaria importanza delle simulazioni dei GCM, in quanto con questi sono spesso chiamati a far operare modelli idrologici che stimano contenuto idrico dei suoli, livelli del laghi, portate di fiumi, ecc. Da ciò deriva che lavorare su dati previsti di scarsa qualità ha gravi ripercussioni sull’accuratezza del loro lavoro.

In questa sede commenteremo i risultati di una verifica pubblicata molto di recente sulla rivista scientifica Hydrological sciences journal in un articolo il cui riferimento completo è:

Anagnostopoulos, G. G., Koutsoyiannis, D., Christofides, A., Efstratiadis, A. & Mamassis, N. (2010) A comparison of local and aggregated climate model outputs with observed data. Hydrol. Sci. J. 55(7), 1094–1110 (scaricabile gratuitamente da qui http://www.informaworld.com/smpp/content~db=all?content=10.1080/02626667.2010.513518)

Gli autori hanno lavorato sui dati mensili di 84 stazioni (di cui 29 termiche, 29 pluviometriche e 26 termo-pluviometriche) estratte dal dataset Climexp del Royal Netherlands Meteorological Institute e relative ad Eurasia, Americhe, Africa e Australia.

Per le verifiche si sono considerati sia GCM utilizzati per il report IPCC 2001 (TAR) sia GCM del report IPCC 2007 (AR4). La lista dei GCM è disponibile nella tabella 1 dell’articolo. Nello specifico per ottenere dai GCM una serie da confrontare con ognuno dei 55 punti, si è creata una serie storica da GCM interpolando i valori dei 4 nodi di griglia più vicini al punto in esame.

Dalle analisi statistiche emerge in sintesi che:

“I risultati variano a seconda della scala temporale indagata. A scala temporale mensile infatti i modelli riproducono generalmente la sequenza freddo-caldo e umido-asciutto per tutte le stazioni esaminate dando luogo ad un coefficiente di correlazione media (per tutte le stazioni e tutti i modelli) di 0.909 per la temperatura e di 0,256 per la precipitazione. Il coefficiente di efficienza medio è 0,721 per la temperatura e -0,433 per la precipitazione. Le statistiche sono drammaticamente più negative per la scala annuale. Il coefficiente di correlazione media scende notevolmente e il coefficiente medio di efficienza è negativo a prescindere dalla serie storica esaminata. Inoltre la deviazione standard è sistematicamente sottostimata.”

In proposito prego il lettore di prestare attenzione sia all’indice di efficienza (un modello con efficienza negativa non è in genere ritenuto adatto all’uso operativo) sia il coefficiente di correlazione (che esprime la percentuale di varianza spiegata dal modello ed il cui valore ideale è 1).

Gli autori in sostanza ci dicono che i modelli a scala temporale mensile:

• descrivono bene le ciclicità termiche stagionali (il che, avendo al loro interno un modello astronomico in grado di simulare la stagionalità del soleggiamento, è il minimo che ci si possa da loro aspettare)
• descrivono male le ciclicità pluviometriche stagionali (efficienza negativa)

Passando poi al livello annuale, in tabella 1 sono riportate le molto deludenti prestazioni dei GCM,

Un esempio grafico per la stazione di Durban (Sud Africa) è riportato in figura 1. Si osservi che i modelli presentati non descrivono in alcun modo la diminuzione delle temperature del periodo 1930-1970.

Tabella 1 – Coefficiente di correlazione medio ed efficienza media su scala di lavoro annuale per temperatura e precipitazione (fonte – Anagnostopoulos et al., 2010). Tali indici pongono in evidenza il fatto che modelli e realtà sono due piani del tutto diversi. Nessun modello con efficienza negativa dovrebbe essere utilizzato per assumere decisioni di alcun tipo (nè per andare in ferie nè per decidere una politica energetica).

Figura 1 – Confronto fra temperature osservate e simulate con tre modelli GCM per la stazione di Durban (Anagnostopoulos et al., 2010)

Occorre qui dire che un precedente lavoro di questo stesso gruppo di ricerca (Koutsoyiannis et al., 2008) e riferito a dati puntuali fu contestato da quanti – ad esempio Gavin Schmidt su Realclimate (2008) – sostenevano che i GCM offrono prestazioni accettabili solo a macroscala (scala continentale). Tali obiezioni rieccheggiano l’affermazione del report IPCC 2007 secondo cui “sussiste una notevole confidenza nel fatto che i modelli climatici forniscono stime quantitative credibili dei climi del futuro a scale continentali e oltre”. Alla luce di tale obiezione gli autori hanno eseguito una comparazione fra realtà e modello considerando le medie areali riferite per l’intera area degli USA. I risultati sono altrettanto deludenti di quelli puntuali ed in particolare “su scala temporale annuale, il coefficiente di correlazione presenta valori molto bassi, a volte vicino a zero o addirittura negativi, in tutte le serie storiche esaminate, mentre l’efficienza è sempre negativa.” Fra i diversi diagrammi pubblicati ne abbiamo scelto due che ci sembrano più immediatamente evocativi rispetto al problema posto dagli autori (figura 2).

Figura 2 – Temperatura media annua e precipitazione totale annua mediate sugli USA. Si osservi il rilevante errore compiuto dai modelli considerati. (Anagnostopoulos et al., 2010)

Una ulteriore obiezione emersa in relazione al lavoro di lavoro di Koutsoyiannis et al. (2008) era riferita non alle scale spaziali ma a quelle temporali. In sostanza l’obiezione verteva sul fatto che i modelli non sarebbero in grado di descrivere in modo corretto il singolo anno ma che tale “instabilità” si sarebbe risolta operando su periodi più lunghi in modo da “allisciare” le variazioni di breve periodo. Per far fronte a tale obiezione gli autori hanno utilizzato medie mobili trentennali in luogo dei dati dei singoli anni. A seguito di tale “allisciamento” “il coefficiente di correlazione aumenta leggermente per temperatura e delle precipitazioni in tutte le serie temporali esaminate mentre invece il coefficiente di efficienza, mantiene nella gran parte dei casi valori fortemente negativi” (figura 3).

Figura 3 – Distribuzione di frequenza dell’efficienza per temperatura (a sinistra) e precipitazione (a destra). Si noti che l’efficienza risulta negativa nella grandissima parte delle stazioni. Con questi livelli di efficienza l’uso in sede operativa dei modelli per descrivere il cambiamento climatico appare improponibile

In complesso gli autori giungono alla seguente conclusione: “Si sostiene che i GCMs forniscono credibili stime quantitative dei cambiamenti climatici futuri, in particolare a scala continentale e oltre. Esaminando la performance locale dei modelli su 55 punti, abbiamo trovato che le proiezioni locali non si correlano bene con le misure osservate. Inoltre, abbiamo trovato che la correlazione ottenuta su larga scala spaziale, e cioè l’area degli Stati Uniti, è peggio di quella ottenuta su singoli punti.”

Ma gli autori si spingono oltre nella loro critica ai GCM sviluppando due tematiche importanti:

critica 1

“Una pratica comune di modellisti climatici e dell’IPCC è quella di operare confronti in termini di scostamenti dalla media (chiamati anche “anomalie”), piuttosto che con riferimento ai valori originali….. Riteniamo che l’uso dei valori originali sia molto importante, in quanto i risultati dei modelli presentano enormi differenze rispetto ai dati misurati (fino al 6°C per la temperatura e 300 mm annui per la precipitazione), differenze che divengono non visibili quando si opera in termini di scarto dalla media.

I GCMs calcolano il bilancio radiativo e, in accordo con la legge di Stefan-Boltzmann, la quantità di energia irraggiata è proporzionale alla quarta potenza della temperatura assoluta. Ciò significa che . il rapporto fra energia irraggiata a 15°C e a 12°C è (273+15)4/(273+12)4 =1.043. Per una differenza di 0.5°C anziché di 3°C il rapporto diviene 1.007. La domanda che sorge spontanea è su quali basi un modello che sbaglia di 3°C nel 20° secolo (paria al 4.3% dell’energia radiante) possa descriver in modo adeguato un trend decadico futuro dello 0.7% che è 6 volte più basso.“

critica 2

“Tuttavia, riteniamo che la questione più importante non è se un GCM può produrre una previsione credibile del clima futuro, ma se il clima sia o meno prevedibile in termini deterministici. Diverse pubblicazioni, ad esempio Rial et al. (2004), evidenziano le difficoltà che la complessità del sistema climatico introduce quando cerchiamo di fare previsioni. La complessità, in questo contesto si riferisce di solito al fatto che ci sono molte parti che costituiscono il sistema e molte interazioni fra queste parti. Questa osservazione è corretta e ci spinge ad un ulteriore passo avanti.” ….. e qui gli autori propongono un approccio stocastico alle previsioni climatiche, su cui magari torneremo in un prossimo scritto.

CONCLUSIONI

L’articolo di Anagnostopoulos pubblicato su Hydrological sciences Journal è aperto alla discussione fino ad aprile 2011. Pertanto chiunque abbia obiezioni circa il metodo adottato o l’interpretazione dei risultati è vivamente pregato di farsi avanti prendendo carta e penna e scrivere all’editor della rivista. Se tuttavia le conclusioni di Anagnostopoulos non fossero contestate in modo convincente, si porrebbe (per dirla con Roger Pielke Sr.) la questione sul significato dei considerevoli investimenti effettuati dai Governi per ottenere previsioni climatiche regionali per i prossimi decenni senza mai porsi il problema di verificare la loro accuratezza. A tale proposito per gli Usa Pielke chiama in causa la National Science Foundation.

RIFERIMENTI A SITI INTERNET

Il commento di Roger Pielke senior: http://pielkeclimatesci.wordpress.com/2010/10/22/very-important-new-paper-a-comparison-of-local-and-aggregated-climate-model-outputs-with-observed-data-by-anagnostopoulos-et-al-2010/

Il commento di Wattsupwiththat?: http://wattsupwiththat.com/2010/12/05/new-peer-reviewed-paper-shows-just-how-bad-the-climate-models-are/

BIBLIOGRAFIA

• Green J.S.A., 2002. Reflections on the Earth albedo: a collection of scattered thoughts, Weather, Vol. 57, december 2002, 431-439.
• Koutsoyiannis, D., Efstratiadis, A., Mamassis, N. & Christofides, A. (2008) On the credibility of climate predictions.Hydrol. Sci. J. 53(4), 671–684.
• Randall, D. A., Wood, R. A., Bony, S., Colman, R., Fichefet, T., Fyfe, J.,Kattsov, V., Pitman, A., Shukla, J., Srinivasan, J., Stouffer, R. J., Sumi, A. & Taylor, K. E., 2007. Climate models and their evaluation. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (S. Solomon, D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K. B. Averyt, M. Tignor & H. L. Miller, eds), 589–662 Cambridge: Cambridge University Press.
• Refsgaard J.C., Henriksen H.J., 2004. Modelling guidelines––terminology and guiding principles, Advances in Water Resources 27 (2004) 71–82.
• Rial, J. A., Pielke, R. A. Sr, Beniston, M., Claussen, M., Canadell, J., Cox, P., Held, H., de Noblet-Ducoudré, N., Prinn, R., ReynoldsJ. F. & Salas, J. D. (2004) Nonlinearities, feedbacks and criticalthresholds within the Earth’s climate system.Climate Change 65,11–38.
• Schmidt, G. (2008) Hypothesis testing and long range memory, blog post, Available from: http://www.realclimate.org/index.php/archives/2008/08/hypothesis-testing-and-long-term-memory/ [Accessed 22 August 2010].

Cicli di attività solare

Grazie agli studi compiuti dal XIX° secolo ad oggi sono state individuate altre ciclicità solari di breve periodo che si vanno ad aggiungere al ciclo undecennale di Schwabe e che sono:

• il ciclo di Hale con durata media di 22 anni
• il ciclo di Gleissberg con durata media di 70 – 100 anni
• il ciclo di de Vries con durata media di 200 – 220 anni

Al ciclo di de Vries si potrebbe associare l’aumento dello 0.l9% della TSI e dello 0.97% dell’UV (radiazione a 0.2- 0.3 micron) dal minimo di Mounder a oggi (Lean et al. 1995).

A tali cicli di breve periodo si sovrappone una variabilità di medio periodo attestata dall’analisi delle serie storiche di Carbonio 14 presente nei tessuti vegetali e di Berillio 10 presente nei ghiacci artici. Usoskin (2008) propone il grafico dell’attività solare olocenica riportato in figura Le serie di Carbonio 14 analizzate da lo hanno portato:

1. Ad affermare che per ritrovare una TSI analoga a quella dell’ultimo secolo si dovrebbe addirittura ritornare a 9000 anni fa, ribadendo con ciò quanto emergeva dal lavoro di Solanki et al. (2004)
2. Ad avanzare l’ipotesi secondo cui l’elevato livello di attività solare successivo al 1940 corrisponderebbe ad un “grande massimo”, rientrando dunque in una categoria di eventi rari la cui frequenza di occorrenza è oggetto di dibattito.

Il grafico di Usoskin (figura 4), mostra con efficacia i grandi minimi ed in particolare il minimo di Spoerer (1415–1534 ) e quello di Mounder (1645-1715). Si noti anche che il periodo caldo medioevale (MWP) non è accompagnato da elevata attività solare e lo stesso emerge per l’optimum romano (intorno alla nascita di Cristo) e l’optimum miceneo (intorno all’11° secolo aC) mentre il grande optimum postlgaciale sarebbe associato ad una rilevante attività solare.

Figura 4 – Attività solare olocenica (macchie solari per decadi, allisciate con un filtro 12221) riconstruite da Usoskin (2008) in base a dati di Carbonio 14. Le aree rosse e blu sono rispettivamente gradi massimi e grandi minimi.

Esiste inoltre un trend di lungo periodo per il quale il Sole a partire dalla sua nascita (avvenuta 4.5 miliardi di anni) avrebbe incrementato la propria TSI del 30% circa. Su tale progressivo incremento di attività del Sole (stimato per analogia con quanto accade in stelle simili) non tutta la comunità scientifica è tuttavia concorde ed alcuni studiosi propendono per la sostanziale stazionarietà nell’attività del Sole lungo tutto il suo arco di vita (….).

Circa la variabilità nell’attività solare molto è stato appreso grazie ai radiometri a cavità installati su satelliti in modo da escludere le interferenze dovute all’atmosfera terrestre. Grazie a tali strumenti è stato possibile apprezzare quantitativamente la variabilità più fine, fino alla scala giornaliera e precisare le relazioni fra aspetti morfologici (facule, macchie, granuli, ecc.) e aspetti energetici (TSI e sue componenti nelle diverse regioni dello spettro). Ciò non esclude tuttavia che vi sia ancora moltissimo ancora da conoscere.

Altre ricostruzioni dell’attività solare si sono basate sui nuovi dati radiometrici da satellite, in base ai quali sono stati messi a punto modelli empirici che descrivono la variabilità di TSI in funzione non solo del numero di macchie solari (numero di Wolf) ma anche all’area occupata dalle facule. In proposito si citano:

• il lavoro di Lean et al (1995) che ricostruisce l’attività solare dal 1610 al 1990 ed il cui dataset è stato di recente portato fino al 2000 (figura 6) ed è reperibile al sito http://www1.ncdc.noaa.gov/pub/data/paleo/climate_forcing/solar_variability/lean2000_irradiance.txt
• il lavoro di Foukal (2002) di stima dell’andamento di TSI dal 1920 al 1994 in base ai recenti dati derivati da radiometri installati su satelliti (Figura 5), utilizzati per interpretatre i dati digitalizzati dagli spettroeliogrammi dell’osservatorio astronomico di Mount Wilson.

Figura 5 – Diagramma di attività solare per il periodo 1920-1994 prodotto da Foukal (2002). Le unità di misura sono scostamenti espressi in percentuale e le serie sono allisciate con una media mobile a 11 termini. In rosso è la TSI mentre in arancio è l’emissione UV. Si noti che il massimo nell’UV fu raggiunto nel 1955 mentre al contrario il massimo di TSI è stato raggiunto più recentemente

Figura 6 – Diagramma di attività solare per il periodo 1610-2000 prodotto da Lean et al. (1995). La linea rossa indica i dati annuali mentre la linea sottile nera indica la media mobile a 11 termini applicata ai dati per allisciarli

In ambedue i lavori vengono evidenziati i buoni livelli di correlazione esistenti fra attività solare e temperature globali ed in particolare:

• Foukal (2002) mette in luce il fatto che nel periodo 1915-1995 la temperature di superficie della terra ed il TSI presentavano una correlazione (espressa come r) di 0.91. Una correlazione più ridotta si osserva per il solo ultravioletto.
• Lean et al. (1995) rilevano che dal 1610 al 1800 la TSI appare correlata con un r dell’86% alle temperature globali mente l’estensione fino al presente giustificherebbe circa il 50% dell’aumento delle temperature avvenuto fra il 1860 e il 1970 e circa 1/3 dell’ulteriore aumento avvenuto dal 1970.

Non è mia intenzione addentrarmi nell’indagine dei livelli di correlazione statistica fra attività solare e temperature globali. Voglio solo rilevare che:

1. non è detto che correlazione implichi l’esistenza di un rapporto di causa-effetto fra TSI e temperature terrestri
2. colpisce il fatto che la correlazione fra temperature globali e attività solare sia più forte di quella fra temperature globali e livelli di CO2, ma qui mi limito ad osservare che il sistema presenta molti feed-back che potrebbero spiegare tale fatto, lasciando alla discussione eventuali approfondimenti
3. la correlazione fra due variabili dovrebbe essere indagata solo dopo aver eliminato la componente di trend che nelle serie in esame è assai rilevante (si veda in proposito l’articolo di Hammel e Lockwood del 2007, dedicato ad un ipotizzato global warming che sarebbe in atto su Nettuno)
4. se ammettiamo per un momento che il Sole sia il solo agente casuale della variabilità delle temperature di superficie del nostro pianeta si dovrebbe ipotizzare una sensitivity di 1°C per ogni Wm-2 di incremento della TSI
5. Per risolvere il problema di cui al punto precedente è necessario individuare un meccanismo di amplificazione. Fra le ipotesi in campo rammento quella di Shaviv e Svensmark sui raggi cosmici o quella di Erl Happ che pone l’accento sugli effetti dell’energia solare sulla stratosfera e su cui ritorneremo più avanti (qui, qui e qui su CM).

Per inciso rammento che il problema del meccanismo di amplificazione interessa anche la teoria AGW, in quanto CO2 è un gas serra secondario e senza alcuni feed-back positivi (nubi, vapore acqueo, ecc.) potrebbe ben poco sulle temperature planetarie essendo accreditato di un misero forcing di 3.7°C nel passaggio dal livello pre-industriale di 280 ppm al raddoppio atteso intorno al 2050 (560 ppm), che corrispondono a meno di 1°C di aumento delle temperature globali

Non è nemmeno da escludere che sulla TSI non sia attivo medesimo meccanismo di amplificazione (feed-back vapore acqueo, nubi in primis) che viene invocato dalla teoria AGW per la CO2 atmosferica.

E’ necessario infine domandarsi come si traduca in termini circolatori tale supposta amplificazione fra TSI e temperature. La domanda è legittima perché è l’energia del sole a mettere in moto il sistema climatico della Terra, il quale è spinto dall’ineguale ripartizione dell’energia del Sole sulla superficie terrestre, con l’eccesso di energia proprio della zona intertropicale compensato principalmente dalla circolazione atmosferica, responsabile per oltre l’80% di trasporto di energia verso i poli, mentre il restante 20% del trasporto è dovuto alla circolazione oceanica. Da tale ruolo chiave della circolazione, messo in luce in modo sintetico dal diagramma in figura 7 discende che se non si appropria di strumenti di analisi della circolazione non è in alcun modo possibile discutere del clima del nostro pianeta.

Figura 7 – Diagramma che illustra la relazione fra radiazione entrante e uscente del pianeta Terra. Si noti che la radiazione emessa è latitudinalmente assai più omogenea della radiazione in ingresso (es: i poli ricevono mediamente 50Wm-2 e ne emettono 200), il che illustra il ruolo chiave della circolazione atmosferica nel determinare lo stato energetico del pianeta). Si osserva inoltre che l’emissione media del pianeta è di 235 W m-2, che secondo la legge di Stefan Boltzmann corrisponde all’emissione di un corpo nero a 253 K (–19°C). La differenza fra i –19 dello strato emittente e la temperatura di superficie di +14 si deve al benefico effetto serra.

Ad un tale schema si richiamano ad esempio Ottera et al. (2010) che nel loro articolo dal titolo accattivante “External forcing as a metronome for Atlantic multidecadal variability” evidenziano che attività solare e vulcanica potrebbe agire sul clima attraverso un meccanismo che vede coinvolta la AMOC (Atlantic Meridional Overturning Circulation).

AMOC è il grande fiume d’acqua che in superficie e a basse profondità si muove da latitudini tropicali verso l’artico e che in vicinanza del Labrador libera l’energia in essa contenuta e sprofondando innesca una corrente profonda che scorre incessantemente verso i tropici a profondità di 2000-3000 m. AMOC è responsabile dell’Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) e cioè dell’oscillazione delle temperature di superficie dell’oceano Atlantico che a sua volta agisce sul regime delle grandi correnti occidentali, descritto dalla North Atlantic Oscillation (NAO) o, che è lo stesso, dall’Arctic Oscillation (AO).

In sostanza dunque la TSI agirebbe su due fenomeni oceanici (AMOC e AMO). Tali fenomeni modulano un fenomeno atmosferico (Grandi correnti occidentali) chiave per il clima terrestre perché responsabile degli scambi energetici fra la fascia tropicale (cella di Hadley) e le alte latitudini.

Uno meccanismo più complesso è quello proposto da Erl Happ (mettere riferimento a quanto già discusso in CM) e che attribuisce un ruolo chiave alla stratosfera. In figura 8 riporto uno schema da me prodotto per riassumere il modello a base chimico-fisica proposto da Happ.

Figura 8 –Schema che illustra il modello di Happ delle relazioni fra attività solare e temperature di superficie. Il modello chiama in causa sia fenomeni chimici sia alcuni importanti fenomeni circolatori globali (vortice polare, dinamica a celle)

Si noti che all’aumento della TSI (ed in particolare della componente UV) consegue un’intensificazione del vortice polare e come risultato finale un aumento della temperatura di superficie. Debbo rilevare che il modello di Happ, per quanto affascinante, non è supportato da bibliografia e credo che ciò discenda anche dall’assai frammentaria conoscenza esistente circa le interazioni fra mesosfera e stratosfera invocate da Happ come anello chiave della catena causale che a suo avviso sarebbe alla base del cambiamento climatico.

(2 – fine)

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RIFERIMENTI RIPORTATI NEL TESTO

• Foukal P., 2002. A comparison of variable solar total and ultraviolet irradiance outputs in the 20th century, Geophysical Research Letters, vol. 29, n°. 23, 2089, doi:10.1029/2002GL015474, 2002
• Foukal P., Frohlich C., Foukal P., Spruit H., Wigley T. M. L. , 2006. Variations in solar luminosity and their effect on Earth’s climate, Nature, Vol 443|14 September 2006|doi:10.1038/nature05072.
• Foukal P., 2010. How Reconstruction of Solar Irradiance Variation Helps Us Understand Climate Change Heliophysics, Inc., Solar Observer, n. 1/2010, 34-36 (www.heliophysics.com/documents/Solar%20Observer_Final.pdf).
• Hammel H.B. e Lockwood G.W., 2007. Suggestive correlations between the brightness of Neptune, solar variability, and Earth’s temperature, Geophysical Research Letters, vol. 34, L08203, doi:10.1029/2006GL028764, 2007
• Happ E., Wolk C. 2009. General theory of natural climate variation supported by observation of the changing temperature of the atmosphere and the sea between 1948 and September 2009. (http://climatechange1.wordpress.com/2009/11/08/the-climate-engine/)
• Newton H.W., 1958. Il volto del Sole, Sansoni, 301 pp.
• Ottera O.H., Bentsen M., Drange H., Suo L., 2010. External forcing as a metronome for Atlantic multidecadal variability, Nature geoscience, Vol. 3, October 2010, published online the 12 SEPTEMBER 2010 |DOI:10.1038/NGEO955
• Solanki S.K., Usoskin I.G., Kromer B., Schussler M., Beer J., 2004. Unusual activity of the Sun during recent decades compared to the previous 11,000 years, Nature, vol. 431, 28 OCTOBER 2004, 1084-1087.
• Usoskin I.G., 2008. A History of Solar Activity over Millennia, Living Rev. Solar Phys.,5, (2008), 3, 1-88 (diponibile gratuitamente a http://www.livingreviews.org/lrsp-2008-3)

Le osservazioni sulle macchie solari

L’osservazione del sole ha una lunga storia che si intreccia in modo indissolubile con la storia della nostra scienza. Le prime osservazioni a occhio nudo sono riportate in antichi annali cinesi, giapponesi e coreani, mentre le cronache russe del XIV° secolo recano testimonianze di macchie osservate sul Sole reso osservabile dal filtro offerto dal fumo degli estesi incendi forestali del 1371 (Newton, 1958).

Nel seicento si giunge alle prime osservazioni sistematiche con il cannocchiale. Scriveva Galileo Galilei (1564-1642) al granduca Cosimo II il 23 giugno 1612:

“Io mi sono finalmente accertato…. che tali macchie sono non pur vicine al Sole, ma contigue alla superficie di quello, dove continuamente altre se ne producono ed altre se ne dissolvono, essendo altre di breve et altre di lunga durazione; cioè alcune si disfanno in 2, 3 o 4 giorni et altre durano 15, 20, 30 et ancor più. Vannosi mutando di figura…..”.

Se Galileo osservò il Sole nel 1611-12, il padre gesuita Crisoforo Scheiner (1575-1650) svolse le proprie osservazioni dal 1611 al 1625. A testimonianza di tale epoca pionieristica, in figura 1 si riporta un’incisione tratta dal Mundus subterraneus di Kircher (1628) e che si ispira alle osservazioni di Scheiner. Il Sole vi viene rappresentato come un’enorme fornace fiammeggiante con aree più oscure, le macchie solari, descritte a mò di pennacchi di fumo.

Figura 1 – La superficie del Sole secondo Scheiner, riportata da Kircher nel suo Mundus subterraneus del 1628

Quelle su presenza e quantità di macchie solari sono dunque le informazioni più antiche sull’attività della nostra stella; si deve tuttavia giungere al XIX° secolo perché si giunga alla fondamentale scoperta dei cicli delle macchie solari. La scoperta fu fatta da un farmacista di Dessau, Samuel Heinrich Schwabe il quale, sulla base di osservazioni svolte in totale solitudine ed iniziate nel 1826, mise in luce la presenza di una ciclicità a 11 anni nelle macchie, oggi nota come ciclo di Schwabe. Tutto ciò emerse nel 1851 quando Alexander von Humboldt (padre delle geografia fisica) pubblicò nel terzo volume di Cosmos il fondamentale lavoro di Schwabe, comprendente le sue osservazioni dal 1926 a tutto il 1850.

Macchie, facule, granuli e TSI

L’energia totale irraggiata dal Sole è indicata con il termine di Total Solar Irradiance (TSI). Se ci si riferisce alla TSI come quantità di energia che perviene ad una superficie di 1 m² posta immediatamente al di fuori dell’atmosfera terrestre e perpendicolare ai raggi solari, si parla di “costante solare” (il virgolettato è messo per sottolineare il fatto che in realtà costante non è) e che si aggira mediamente intorno ai 1367 W m-2.

Le macchie solari sono regioni scure e cioè a bassa temperatura (circa 4000 K contro i 5800 K della fotosfera – Usoskin, 2008) e di conseguenza a bassa emissione di energia, la cui presenza è massima nelle fasi di più intensa attività del Sole e cioè a massima TSI. L’apparente contraddizione tra massima presenza di superfici a bassa emissione e massima attività viene risolta dal fatto che attorno alle macchie si concentrano aree ad alta emissione, le facule, che compensano abbondantemente la riduzione di emissione dovuta alle macchie. L’effetto di facule e macchie sulla TSI lungo due cicli undecennali fra il 1977 e il 1994 è descritto in figura 2.

Figura 2 – Effetto di facule e macchie solari (diagrammi in alto) sull'irradianza solare totale TSI (diagramma in basso) valutata lungo due cicli solari compresi fra 1977 e 1994. Tutti i valori sono espressi in W per m2. Si noti che nelle fasi di maggiore attività di ogni ciclo si assiste ad una riduzione dell’emissione solare dalle macchie e che tuttavia è più che compensata dalla accresciuta emissione dalle facule (da Lean et al., 1995 - Modificato)

Occorre anche precisare che macchie e facule (figura 3) rendono conto dell’80% della variabilità totale nell’emissione solare mente il restante 20% di tale variabilità dipende probabilmente da altre regioni della superficie solare.

Figura 3 - Facule e macchie solari fotografate il 28 marzo 2001 in una fase di alta attività solare e mostrate sul sito della NASA http://visibleearth.nasa.gov/view_rec.php?id=12802. Si notino le macchie (zone a scarsa emissione) e la rete delle faculae (zone a alta emissione). L'assenza di facule e macchie caratterizza invece la fasi ad attività minima

Rispetto allo spettro elettromagnetico il Sole si comporta come un qualsiasi corpo a 6000 K e pertanto emette in un arco vastissimo di lunghezze d’onda che va dalle radiazioni ultracorte alle onde chilometriche. Da queste radiazioni (ed in particolare da raggi X, raggi Gamma e Ultravioletto C, le più dannose per la materia vivente, nonché dalle onde radio decametriche) la Terra è schermata grazie agli strati atmosferici più esterni. Al suolo giunge dunque solo la frazione del Ultravioletto meno energetico (UV B e A da 0.28 a 0.38 micron), tutto il visibile (da 0.38 a 0.76 micron) e l’infrarosso vicino (da 0.76 a 3 micron). Dico questo perché quando si parla di TSI non ci si bisognerebbe limitarsi a parlare di quantità ma anche di qualità della radiazione in arrivo dal nostro astro. Da questo punto di vista un’attenzione particolare dovrebbe essere riservata alla componente più energetica (ultravioletto).

(1 – Continua)

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RIFERIMENTI RIPORTATI NEL TESTO

• Foukal P., 2002. A comparison of variable solar total and ultraviolet irradiance outputs in the 20th century, Geophysical Research Letters, vol. 29, n°. 23, 2089, doi:10.1029/2002GL015474, 2002
• Foukal P., Frohlich C., Foukal P., Spruit H., Wigley T. M. L. , 2006. Variations in solar luminosity and their effect on Earth’s climate, Nature, Vol 443|14 September 2006|doi:10.1038/nature05072.
• Foukal P., 2010. How Reconstruction of Solar Irradiance Variation Helps Us Understand Climate Change Heliophysics, Inc., Solar Observer, n. 1/2010, 34-36 (www.heliophysics.com/documents/Solar%20Observer_Final.pdf).
• Hammel H.B. e Lockwood G.W., 2007. Suggestive correlations between the brightness of Neptune, solar variability, and Earth’s temperature, Geophysical Research Letters, vol. 34, L08203, doi:10.1029/2006GL028764, 2007
• Happ E., Wolk C. 2009. General theory of natural climate variation supported by observation of the changing temperature of the atmosphere and the sea between 1948 and September 2009. (http://climatechange1.wordpress.com/2009/11/08/the-climate-engine/)
• Newton H.W., 1958. Il volto del Sole, Sansoni, 301 pp.
• Ottera O.H., Bentsen M., Drange H., Suo L., 2010. External forcing as a metronome for Atlantic multidecadal variability, Nature geoscience, Vol. 3, October 2010, published online the 12 SEPTEMBER 2010 |DOI:10.1038/NGEO955
• Solanki S.K., Usoskin I.G., Kromer B., Schussler M., Beer J., 2004. Unusual activity of the Sun during recent decades compared to the previous 11,000 years, Nature, vol. 431, 28 OCTOBER 2004, 1084-1087.
• Usoskin I.G., 2008. A History of Solar Activity over Millennia, Living Rev. Solar Phys.,5, (2008), 3, 1-88 (diponibile gratuitamente a http://www.livingreviews.org/lrsp-2008-3)

Ieri ho avuto la ventura di seguire al TG2 il resoconto di una delle tante indagini in cui i famosi RIS del carabinieri sono coinvolti per svolgere analisi chimico-fisico-biologiche su reperti provenienti dal luogo (pardon, “scena”) di un delitto.

Il servizio partiva dal laboratorio, mostrava quelli che il giornalista hanno indicato come “sofisticatissimi strumenti di analisi” per giungere alla conclusione secondo cui “ci vorranno mesi di analisi perché la verità scientifica finalmente emerga”, frase questa che rappresenta il classico “luogo comune” giornalistico quando si parla di attività di “polizia scientifica”.

Iniziamo allora a mettere i puntini sulle i: il parallelo fra l’indispensabile lavoro di “polizia scientifica” e l’attività scientifica non regge fino in fondo. Infatti la scienza, intesa come lavoro critico di valutazione di ipotesi e teorie si avvale sì di uno strumentario composto da apparecchi di misura più o meno sofisticati; tuttavia la scienza non si può ridurre allo strumentario o a chi lo gestisce in modo più o meno professionale. Il lavoro di polizia scientifica mi pare dunque un lavoro di supporto all’attività di valutazione di ipotesi accusatorie che sarà poi svolto dalla magistratura. In tal senso dunque a mio avviso mentre regge appieno il parallelo fra attività scientifica e attività della magistratura, lo stesso si attaglia un pò meno alle attività di “polizia scientifica”.

Vorrei però tornare alla frase “perché la verità scientifica finalmente emerga” per sottolineare che essa evidenzi il fatto che la nostra collettività ha da tempo assimilato l’idea che la scienza sia portatrice di una verità assoluta.

Vedete, molte delle nostre discussioni si incentrano oggi sulla teoria AGW¹, che diversi di noi considerano una teoria che necessita di essere corroborata per svariati aspetti critici (ruolo del vapore acqueo, mancato riscaldamento della troposfera medio-alta in ambito tropicale, debolezza dell’approccio a GCM per previsioni a lunghissimo termine in un sistema turbolento, ecc.) su cui non starò qui a disquisire.

Ho l’impressione invece che di tutto questo dibattere la collettività (e con essa molti giornalisti) colga invece solo e unicamente il fatto che si sia di fronte a una sorta di “partita di calcio” fra vero e falso, con uno spirito manicheo che non si attaglia affatto alla scienza ma viceversa ad una religione. E’ da tale atmosfera “ideologicizzata” che deriva ad esempio il fatto che la pubblicazione di articoli scientifici da parte dei sostenitori di altre teorie risulti attività tutta in salita (come dimostrano alcune delle famose e_mail del Climategate) mentre viceversa iniziare un articolo scrivendo “Le temperature globali stanno salendo per effetto delle attività umane (IPCC, 2007)” si riveli un utilissimo viatico per una pubblicazione rapida e senza problemi.

Si noti comunque che, nonostante tali palesi mancanze in termini di fair play scientifico, dobbiamo a mio avviso augurare di cuore ai sostenitori della teoria AGW di riuscire a corroborarla risolvendo gli elementi critici che ancora la caratterizzano e che da parte nostra abbiamo il dovere di far rilevare; e lo stesso dobbiamo augurare ai sostenitori della teoria solare nelle sue diverse varianti che a tutt’oggi a mio avviso non è affatto “fuori gioco”. Infatti sia la teoria AGW sia quella solare si basano su forzanti relativamente piccole (il forcing radiativo da CO2, il forcing legato alla variabilità dell’attività solare) che possono tradursi in effetti macroscopici in termini di temperature globali solo a condizione di ipotizzare un amplificatore adeguato. E’ sulla ricerca di un tale amplificatore e sul suo reale sussistere che si incentra oggi la ricerca ed il dibattito scientifico ed il mio auguro è che tale ricerca vada a buon fine.

Dimenticavo: a valle della ricerca e del dibattito scientifico deve ovviamente esistere chi prende decisioni e questo è il compito che spetta alla politica.

Ricapitolando: abbiamo delineato un sistema composto da attività di misura, attività scientifica, collettività, media e politica. Tale sistema in una società democratica è chiamato:

• a gestire i rapporti fra i sostenitori delle diverse teorie, evitando che la conflittualità degeneri
• a gestire i risultati della ricerca scientifica, apprezzandone appieno potenzialità e limiti
• ad indirizzare i fondi verso i settori di ricerca più interessanti in termini di ricadute per la collettività nel breve e nel medio-lungo termine.

Penso che quando riusciremo a trasferire queste considerazioni ai media, alla collettività e alla politica avremo fatto un passo enorme in termini di progresso scientifico e culturale.

1. Global Warming di origine antropica [↩]

CO2, se ci sei batti un colpo: è quanto viene da pensare guardando il grafico (figura 1) tratto dalla sezione dedicata ai greenhouse gases dal sito climate4you.com del geografo Ole Humlum dell’università di Oslo, sito che vi invito a visitare.

Il grafico si riferisce al periodo gennaio 1958-agosto 2010 e mostra l’andamento delle temperature globali (°C) e dei livelli di CO2 atmosferica (ppmv), questi ultimi espressi come serie storica di Mauna Loa (Haway). La serie di Mauna Loa inizia per l’appunto nel 1958 e può essere a grandi linee considerata rappresentativa dell’andamento planetario di tale variabile. Ciò in quanto la CO2 è distribuita in modo relativamente omogeneo a livello globale, come mostra in modo eloquente la figura 2 (fonte: NASA – AIRS).

Figura 1 – Andamento delle temperature globali (°C) e dei livelli di CO2 atmosferica (ppmv). La linea grigia tratteggiata è l’interpolante lineare della temperatura globale dell'aria in superficie (fonte HadCRUT3 di Hadley Centre – CRU East Anglia University) mentre le caselle nella parte bassa del grafico indica la correlazione statistica, positiva o negativa, riscontrata fra CO2

Dal grafico si evidenziano tre fasi:

• fase che precede il 1978: all’aumento dei livelli di CO2 atmosferica corrisponde un lieve calo delle temperature globali;
• fase 1978-2001: aumentano sia la CO2 atmosferica sia le temperature globali;
• fase post 2001: all’aumento dei livelli di CO2 atmosferica corrisponde un lievissimo calo delle temperature globali;

Figura 2 – Livelli di CO2 atmosferica misurati da satellite nel luglio 2009 (fonte: NASA Airs).

La domanda che sorge spontanea è la seguente: se la CO2 è come molti sostengono un potente determinante delle temperature planetarie terrestri, come mai nell’ultimo mezzo secolo lo è stato per meno del 50% degli anni (solo 25 anni su 53)? E’ quanto spero stiano iniziando a domandarsi anche i seguaci della teoria AGW, che non vorrei finisse nel lunghissimo elenco delle teorie cadute al confronto con la realtà.

A mio avviso il grafico in figura 1 mostra con evidenza che la CO2 da sola non riesce a spiegare tutto. E allora delle due l’una:

1. o la CO2 ha scarso peso sull’effetto serra complessivo del pianeta (un sospetto che a guardare il peso di tale molecola sull’effetto serra complessivo – 15-20% a seconda delle fonti – non è del tutto peregrino) e allora la correlazione osservata nel periodo 1978-2001 è del tutto casuale, non implicando dunque relazioni di causalità
2. ovvero altri e più potenti fattori stanno esercitando un feed-back negativo che contrasta con successo il riscaldamento indotto dalla CO2 stessa (il che farebbe pensare che possa esservi qualcosa di vero nella teoria di Miskolczi dell’effetto serra saturato ovvero nella teoria dell’Iride di Lindzen, qui, qui, qui e qui su CM).

Sottolineo inoltre che se l’effetto serra si deve in larga misura all’acqua (che è grossomodo responsabile dell’80% dell’effetto serra complessivo del nostro pianeta, con un 25% dovuto alle nubi ed un 55% al vapore acqueo) varrebbe la pena di ricercare nell’acqua le ragioni del comportamento posto in luce dal grafico qui in discussione. E rimando con questo alla discussione avviata da Guido Guidi (Un pianeta cotto al vapore – CM).

Un dibattito sul clima e sulle politiche del clima dovrebbe oggi essere orientato al fatto che fra catastrofismo e negazionismo esiste una terza via che si potrebbe definire illuministica poiché si ispira al portato degli illuministi italiani dell’800 (Gioia, Cattaneo) o, se si preferisce, al Voltaire di Candido.

In sostanza in ambito climatico prendere atto della realtà con misure quantitative dovrebbe essere oggi la sola base per decisioni politiche razionali. E’ rispetto ad un tale ambizioso obiettivo che le sterili polemiche fra “tifosi” dell’”andiamo tutti arrosto” (i catastrofisti) e tifosi del “non sta accadendo nulla” (i negazionisti) ci distolgono in modo irreparabile.

Alcuni elementi pratici:

• in passato la civiltà è andata periodicamente in crisi (carestie, morti per fame) per il freddo o per la siccità, mai per il caldo
• nel 2050 saremo 9.5 miliardi sul pianeta; per dar da mangiare a tutti occorrerà tanto cibo, il che comporterà la disponibilità di moltissima acqua per irrigare le colture; pertanto il problema chiave è quello delle risorse idriche
• se c’è l’acqua anche le alte temperature non spaventano (ed anzi possono rivelarsi come un sistema per produrre di più, ovviamente facendo scelte oculate di specie e varietà coltivate)
• d’altro canto la CO2 è un alimento per i vegetali (più CO2 c’è e più producono cibo)
• il cosiddetto riscaldamento globale è globale per modo di dire in quanto interessa le latitudini medio-alte, mentre le fasce intertropicali manifestano una confortante stazionarietà termica
• il 50% della popolazione mondiale vive in aree urbane e soffre degli effetti dell’Isola di Calore Urbano (UHI), molto più potenti di quelli del riscaldamento globale. Chi sta oggi ragionando di politiche urbanistiche serie per combattere l’UHI?
• dal 1973 al 2008 gli abitanti del pianeta al disotto della soglia di sufficienza alimentare sono passati dal 35% al 15%
• Le serie 1983-2008 di NDVI per le grandi aree a rischio di desertificazione indicano che deserti non solo non avanzano ma arretrano; nel frattempo la superficie a bosco in Italia sta inesorabilmente aumentando (dal 1910 ad oggi è passata da 4.5 a 7 milioni di ettari con una crescita del 60%)
• Le temperature globali sono ferme dal 1998.

Quanto sopra riportato delinea una visione chiaroscurale e ci dice che stanno accadendo fatti importantissimi e non tutti negativi, dalla cui valutazione siamo tuttavia distolti in continuazione da dibattiti miseri e di scarsa portata strategica di cui sono pieni i nostri mezzi di comunicazione.

Per inciso da un dibattito più rispettoso della realtà ci distoglie oggi anche la continua riproposizione del binomio clima-energia. Politiche energetiche sagge (diversificare le fonti, favorire la disponibilità di energia per i PVS) si dovrebbero poter fare indipendentemente da come va il clima.

Quali governanti fanno oggi discorsi di questo tipo? Il sistema (ce lo confermano le dichiarazioni sui temi del clima che periodicamente ci dispensano il Segretario Generale ONU e il Presidente della Commissione Europea) pare oggi sempre più orientato ad utilizzare le minacce di catastrofe per far prendere alle popolazioni decisioni che nessuno altrimenti prenderebbe. Si avvera così l’amara profezia del libro “Stato di Paura” di Michael Crichton.

Tuttavia oggi il livello culturale raggiunto dalla popolazione mondiale è tale che risulta a nostro avviso  possibile mettere i cittadini di fronte ai dati di fatto sopraelencati, in modo che si facciano le scelte più razionali per il nostro futuro. E’ questo che a mio avviso manca oggi alla “politica del clima” attuale,  una politica che non guarda ai dati di fatto per prendere le proprie decisioni e che pertanto non ama certo circondarsi di una  scienza che abbia una attenzione particolare ai dati di fatto ma viceversa tende a prediligere una scienza che parla tramite modelli, tenendo in scarso conto l’osservazione della realtà. E vale qui la pena di ricordare che è proprio sull’osservazione della realtà che Galileo Galilei, che tutti a parole mostrano di apprezzare, fondò la quella nuova scienza che è, o dovrebbe essere, anche la nostra scienza.

Vorrei a questo punto elencare alcune conseguenze operative che derivano dalle suddette considerazioni:

1. occorrerebbe un nuovo modo di fare politica, attento ai fatti e che eviti il più possibile gli slogan
2. occorrerebbe un nuovo modo di fare giornalismo, che presenti dati e fatti in modo il più possibile oggettivo
3. occorrerebbe un nuovo modo di fare scienza, basata sull’equilibrio fra misure e modelli

Più rifletto su queste cose e più sento che mi manca Karl Popper, mi mancano le sue riflessioni ed il suo pragmatismo. La mia proposta finale è dunque quella di ripartire da Popper.

Il post è stato aggiornato con una nota del Prof. Roberto Vacca. La trovate in fondo.

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La notizia

Il 21 agosto di quest’anno è caduto l’Overshoot Day (giorno del superamento), vale a dire il giorno in cui l’umanità avrebbe esaurito le risorse che l’ambiente ha posto per quest’anno a sua disposizione. Il calcolo si basa su un indicatore ecologico sviluppato nel 1997 da Mathis Wackernagel dell’Università Anáhuac di Xalapa – Messico (Wackernagel et al. 1997) e che si propone di mettere in luce l’impatto ecologico dell’uomo, stimando l’abilità degli ecosistemi di fornirgli risorse e di assorbire inquinanti.

Trascorsi ormai 15 giorni dal funesto Overshoot Day, vediamo di entrare nel merito della metodologia adottata per il suo calcolo, in modo da provare a discutere “a bocce ferme” su pregi e limiti di un tale approccio.

Come si calcola l’Overshoot day

L’Overshoot Day si ricava dalla differenza fra due indicatori ecologici: la BioCapacità dell’ecosistema (BC) da un lato e l’Impronta Ecologica antropica (IE) dall’altro.

IE stima la domanda che l’umanità esercita nei confronti della biosfera, espressa come numero di ettari di superficie del pianeta necessari a:

• produrre il cibo tramite l’agricoltura (aree agricole), l’allevamento (pascoli) e la pesca
• produrre beni di consumo quali il vestiario e il legname (aree agricole e forestali)
• assorbire la CO2 che produciamo (aree forestali, oceani)
• ospitare insediamenti civili e produttivi (aree urbanizzate).

BC esprime, sempre in ettari, l’offerta dell’ecosistema a fronte della domanda dell’umanità.

Nello specifico si parla di overshooting quando IE supera BC, il che si verifica allorché gli esseri umani richiedono a foreste e superfici agricole più biocapacità di quanta si renda in realtà disponibile.

Gli algoritmi utilizzati per la stima di BC e IE sono descritti nella pubblicazione Calculation methodology for the National Footprint accounts, 2008 Edition (Ewing et al., 2008), disponibile gratuitamente in rete, da cui si evince che, nello spirito di chi ha ideato la GFN, la differenza BC-IE si propone come indicatore ecologico volto ad esprimere in modo semplice ed immediato l’impatto dell’umanità sul pianeta.

Commento ad alcuni risultati ottenuti

L’applicazione a scala mondiale dello schema sopra descritto per il periodo 1961-2005 è presentato in figura 1 (Ewing et al., 2008). Da tale grafico emerge che a livello globale l’impronta ecologica umana è attualmente maggiore della capacità bioproduttiva; infatti nel 1961 l’umanità usava il 55% della capacità globale della biosfera, mentre nel 2005 è arrivata ad usarne il 130%, il che secondo gli autori potrebbe esprimersi dicendo che l’umanità negli anni più recenti necessita di circa 1.3 pianeti Terra e dunque l’impronta dell’umanità sul pianeta è oggi insostenibile (Nicolucci et al., 2009).

Fig_1 - Impronta ecologica dell’umanità nel 1961 e nel 2008. Si noti che secondo tale indicatore la superficie complessiva mondiale richiesta dall’umanità è salita da 0.55 volte (1961) a 1.3 volte la biocapacità (fonte: Ewing et al., 2008)

Tuttavia dalla figura 1 emergono almeno due particolari che inducono a riflettere:

1. L’indicatore ecologico in esame appare sostanzialmente guidato dalla CO2, per cui al crescere del tenore atmosferico di tale gas crescono in modo sostanziale le superfici forestali ed oceaniche che si renderebbero necessarie per il suo assorbimento (area azzurro-scuro in figura 1), rendendo di fatto l’impronta ecologica umana non più compensabile dalla biocapacità dell’ecosistema.
2. Se si esclude l’area azzurro scuro, il resto delle aree impiegate dall’uomo (per agricoltura, forestazione da legno, pesca, pascoli e aree urbanizzate) non manifesta incrementi rilevanti nel periodo 1961-2005, il che è quantomai interessante se si pensa che queste superfici costruiscono a mio avviso la vera “impronta ecologica” dell’uomo sul pianeta. A mio avviso il merito di tale mancata crescita è da attribuire all’aumento di efficienza nell’uso delle risorse. Ad esempio l’incremento di resa dell’agricoltura per unità di superficie (le rese delle principali colture sono cresciute di 4-5 volte in un secolo) è avvenuto senza aumentare la superficie coinvolta: 1.5 miliardi di ettari erano destinati ad arativi nel 1961 e tali sono grossomodo rimasti ancor oggi.

La situazione delle diverse Nazioni per il 2008 è invece presentata nella figura 2, sempre tratta da Ewing et al. (2008).

Fig_2 – Bilancio fra Impronta ecologica umana e biocapacità dell’ecosistema nel 1961 e nel 2005. La quota di Paesi che eccedono la biocapacità appare aumentata in modo sostanziale (fonte: Ewing et al., 2008).

Si noti in particolare che sviluppo e squilibrio nell’impronta ecologica vanno decisamente a braccetto, per cui quasi tutti i Paesi che hanno intrapreso in modo deciso la via dello sviluppo (es: Cina e India), sono entrati nel club dei “Paesi a impronta ecologica non sostenibile” mentre si “salvano”:

• molti Paesi in Via di Sviluppo (PVS)
• i Paesi sviluppati a bassa densità di popolazione (es: Australia, Canada, Sud America), la cui biocapacità risulta dunque tale da compensare l’impronta ecologica.

Se guardiamo all’Italia, essa presenta un’impronta ampiamente negativa (oltre il 150% in più rispetto alla capacità di rigenerazione dell’ecosistema). Ciò avviene nonostante il nostro Paese sia relativamente vicino all’autosufficienza alimentare, disponendo di un’agricoltura evoluta ed assai produttiva e nonostante si stia registrando un costante incremento delle aree forestali (+ 70% dal 1910 ad oggi). La Francia presenta anch’essa un’impronta negativa per il 2008 (50-100% in più rispetto alla capacità di rigenerazione dell’ecosistema), nonostante si tratti di una nazione autosufficiente per i prodotti agricoli, con vastissime aree forestali e con una produzione energetica basata sul nucleare e dunque a ridotta emissione di CO2.

Critiche all’approccio basato sull’impronta ecologica

L’approccio basato sull’impronta ecologica presenta a mio avviso i seguenti principali difetti:

• la CO2 (il mattone principale della vita sul nostro pianeta e dunque risorsa primaria per tutti gli ecosistemi) viene relegata al ruolo di inquinante, il che oltre a risultare non realistico è negativo dal punto di vista culturale ed antropologico;
• viene del tutto ignorato il ruolo dell’agricoltura di consumatore di CO2 atmosferica con lo scopo nobile di produrre cibo, vestiti e combustibili, per cui l’assorbimento di CO2 viene demandato unicamente alle foreste ed agli oceani. Ancora una volta ci si trova di fronte a un messaggio errato sul piano culturale e antropologico, se si considera che in passato le principali fasi di regresso della civiltà (es: decadenza dell’Impero Romano, periodi di crisi durante il Medio Evo) furono caratterizzate dall’incontenibile espansione della foreste.

Un prima conseguenza negativa di tali difetti è data dall’indebito incremento dell’impronta ecologica umana, in quanto l’assorbimento di CO2 per unità di superficie di foreste e oceani è sensibilmente inferiore a quello offerto dalle colture agrarie dei Paesi ad agricoltura evoluta.

Inoltre trascurando il ruolo chiave dell’agricoltura nel ciclo del carbonio si giunge al paradosso di considerare più virtuose le agricolture arretrate di molti PVS rispetto a quelle assai più efficienti e produttive di Europa, Stati Uniti, Argentina, Canada, Australia, ecc., agricolture queste ultime che sono in grado di rispondere puntualmente ai fabbisogni della comunità umana. Un tale approccio potrà magari far piacere ai seguaci di tecnologie agricole a bassa produttività (biologico, biodinamico) ma da un lato ignora la necessità prioritaria di dare risposta alla richiesta di cibo e beni di consumo da parte dell’umanità e dall’altro misconosce l’importanza dell’aumento di efficienza del sistema agricolo per la tutela delle aree forestali (ad esempio l’enorme aumento di efficienza registrato nel 20° secolo dall’agricoltura ha evitato la messa a cultura di nuove terre, consentendo anzi al bosco di riappropriarsi di superfici prima destinate ad agricolture marginali).

Pertanto l’affermazione di Nicolucci et al. (2009) secondo cui prima degli anni 80 spazio e risorse non erano limitanti per la crescita mentre dal 1987 è iniziata un’era di scarsità di spazio e di risorse, appare a mio avviso non dimostrabile con l’indicatore da loro utilizzato. Inoltre, se bene fanno Nicolucci et al. (2009) a domandarsi “quanto debito può essere accumulato in ogni ecosistema prima che lo stesso collassi” (una domanda che tutti i millenaristi si pongono ormai da millenni) la risposta è a mio avviso che il principale elemento di collasso considerato dall’indicatore utilizzato è la crescita di CO2, la quale appare un ben strano indicatore di collasso per gli ecosistemi.

Invito inoltre a valutare i seguenti fatti, in palese contrasto rispetto all’idea di collasso imminente: nel periodo dal 1961 ad oggi la percentuale di popolazione mondiale sottonutrita è passata dal 35 al 17% (figura 3) e inoltre nel periodo 1983-2009, secondo dati Modis, le aree desertificate risultano in regresso (Helldén e Tottrup, 2008).

Fig_3 – Percentuale della popolazione mondiale con problemi di sottonutrizione. Si noti che dal 1971 al 2003 tale percentuale si è dimezzata e ciò è coinciso ad esempio con l’uscita dall’area della sottonutrizione di Cina e India (fonte: FAO, 2007).

Quale morale?

A mio avviso gli indicatori ambientali sono strumenti utili per additare obiettivi realistici ai sistemi socio-economici del pianeta. In relazione a ciò è lecito domandarsi quale sia, aldilà del generico (e molto politically-correct) slogan “salviamo il pianeta”, l’utilità di una metodologia che addita come esempio Paesi sottosviluppati e con evidenti problemi di salute, sicurezza alimentare, durata della vita umana e così via. Non è che l’impronta ecologica, così come attualmente concepita, si traduca in una roadmap verso un nuovo Medioevo?

A tale proposito vale la pena di osservare che le amministrazioni pubbliche italiane (regioni, province e città) che fanno uso dell’impronta ecologica come indicatore ambientale sono in rapido aumento (si veda ad esempio l’elenco presente qui), per cui le politiche in campo ecologico rischiano di essere sempre più improntate ad un tale indice, con tutto un corollario di scelte sbagliate e di sensi di colpa di cui saranno vittime in particolare le nuove generazioni.

A fronte dei limiti sopra esposti, la proposta operativa che viene spontanea è quella di superare l’approccio attuale e partire invece dal presupposto secondo cui sia la vegetazione naturale sia quella coltivata assorbono CO2 dall’atmosfera dando come prodotto principale biomasse vegetali (a loro volta composte di lignina, cellulosa, amido, proteine, ecc.). Più nello specifico la differenza principale tra le foreste e le coltivazioni è che la produttività unitaria annua (tonnellate/ettaro) delle colture agrarie è in genere superiore rispetto a quella di una foresta. Ad esempio un ettaro di bosco in Italia presenta una produzione ettariale media pari grossomodo a 30-40 quintali di legname per anno¹ contro i 180 quintali di granella prodotti annualmente da un mais “allo stato dell’arte” (e cioè coltivato su terreni fertili, con agrotecniche evolute e senza rilevanti limitazioni idriche, termiche, nutrizionali e fitosanitarie) e gli 80 quintali /ha prodotti annualmente da un frumento sempre “allo stato dell’arte”.

Senza dunque trascurare l’importanza delle aree forestali (che sul pianeta occupano oggi 3.9 miliardi di ettari contro gli 1.5 miliardi degli arativi) sarebbe di grande utilità pervenire ad un indicatore di impronta ecologica che collochi le colture agrarie fra i grandi assorbitori di CO2. Un tale indicatore sarebbe utile per promuovere politiche di:

1. Crescita socio-economica dei Paesi in Via di Sviluppo;
2. Innovazione in agricoltura;
3. Contenimento della crescita di CO2 in atmosfera.

In merito a dette politiche occorre dire che mentre sul ruolo nefasto del CO2 permangono dubbi fondati ed in più occasioni discussi in questa sede, la promozione della crescita nei PVS e dell’innovazione in agricoltura sono oggi una priorità assoluta in virtù dell’incremento in atto della popolazione mondiale, che nel 2050 dovrebbe attestarsi intorno ai 9.5 miliardi di individui, contro i 6.7 attuali.

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Aggiornamento

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

• Ewing B., A. Reed, S.M. Rizk, A. Galli, M. Wackernagel, and J. Kitzes. 2008. Calculation Methodology for the National Footprint Accounts, 2008 Edition. Oakland: Global Footprint Network.
• FAO, State Of Food and Agriculture (SOFA), 2007
• Helldén U., Tottrup C., 2008. Regional desertification: A global synthesis. Global and Planetary Change 64 (2008) 169–176
• Niccolucci V., Bastianoni S. Tiezzi E.B.P., Wackernageld, N. Marchettini M., 2009. How deep is the footprint? A 3D representation, Ecological Modelling, Volume 220, Issue 20, 24 October 2009, 2819-2823.
• Wackernagel, M., Larry Onisto, Alejandro Callejas Linares, Ina Susana López Falfán, Jesus Méndez García, Ana Isabel Suárez Guerrero, Ma. Guadalupe Suárez Guerrero, Ecological Footprints of Nations: How Much Nature Do They Use? How Much Nature Do They Have? Commissioned by the Earth Council for the Rio+5 Forum. Distributed by the International Council for Local Environmental Initiatives, Toronto, 1997.

1. Ad esempio per la Toscana si riportano i seguenti conteggi:
   • Superficie forestale totale (ha): 891.000
   • Provvigione totale (mc): 140.000.000
   • Crescita annua totale [= 4% della provvigione] (mc): 5.600.000
   • Crescita ettariale: 6.3 mc, pari a 3.8 t per ettaro nell’ipotesi di un peso specifico di 0.6 t/mc per legname stagionato.

   [↩]

Quando si fa giornalismo esiste da un lato un dovere di cronaca e dall’altro è richiesto un briciolo di professionalità nel fare cronaca. In proposito ricordo che il giornalismo anglosassone è molto affezionato alla regola delle 5 W:

Who? (Chi era coinvolto), What? (Cos’è accaduto, qual’è la storia), Where? (Dove ha avuto luogo), When? (Quando è accaduta), Why? (Perchè si è svolta), How? (Come si è svolta).

Un esempio di non applicazione di queste regolette basilari mi è capitato per la mani di recente: si tratta di un breve articolo apparso su Io Donna di Repubblica e commentato ieri dall’amico Teo Georgiadis su queste pagine. Vediamo di fare una analisi semantica minimale dell’articolo, che si riporta qui per comodità del lettore.

Si inizia parlando di campagne dei petrolieri volte a screditare la scienza del clima, poi si prosegue dicendo che queste campagne a volte sono gratuite (e a qualcuno verrà il sospetto che a volte non lo siano, gratuite…).

Poi si dice che a tale proposito (ma a quale proposito? A proposito delle campagne o delle campagne gratuite o di quelle che non lo sono?) esiste un sito (quale?) gestito da un Tenente Colonnello (chi?) nel quale si afferma che la scienza del clima è corrotta.

Forse che l’articolista stia adombrando il fatto che il sito è finanziato dai petrolieri? E da quali petrolieri allora?

Ma andiamo oltre: la scienza del clima secondo l’articolista ha livelli di certezza altissimi, nel senso che i bravi scienziati prevedono con margini d’errore assolutamente trascurabili le temperature con 20-30 anni d’anticipo, perché la scienza del clima è ben fondata e la fisica è una sola. Peccato che sotto questa patina positivistica si nasconda la fisica delle turbolenza che è fra le regioni della fisica che ancora manifesta i più elevati livelli di incertezza. E dopo questa espressione di fede (a mio avviso assai mal riposta) si conclude parlando di minacce, con gatti e cani morti lasciati sull’uscio di casa degli “scienziati buoni”, che quanto si recano alle conferenze debbono essere scortati da guardie del corpo pagate dalle università. Anche qui, un minimo più di affermazioni circostanziate non guasterebbe, perché il sospetto che si libra nell’aria dopo la funambolica chiusa dell’articolo è che il Tenente Colonnello di cui sopra possa essere il mandante morale di tali riprovevoli atti o che in ogni caso non se ne dispiaccia per niente, il perfido.

Conclusione: fare giornalismo è una professione che deve onorare alcune regole di fondo. L’ABC sta a mio parere nelle famose 5 W. Sfido chiunque a cogliere questi elementi nell’articolo in questione, nel quale viceversa domina un tono di tipo intimidatorio.

Insomma: una brutta pagina che richiederebbe quantomeno una puntualizzazione e magari delle scuse per la mancanza di stile, non certo degna di un giornalismo professionale e rispettoso dei fatti.