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Natura Non Facit Saltum?

Il vecchio adagio aristotelico “Natura non facit saltum” riassume uno schema di pensiero ancor oggi diffusissimo nel mondo scientifico secondo il quale, a fronte di una graduale variazione nelle cause ci si deve attendere un’altrettanto graduale variazione negli effetti. Ciò equivale ad esempio a pensare che all’aumentare della CO2 in atmosfera dovremmo assistere ad un graduale aumento delle temperature planetarie in superficie, da cui la vulgata “tanta CO2 tanta temperatura”.

Purtroppo un tale schema di pensiero presenta importanti limiti quando applicato ai fluidi turbolenti e più nello specifico al sistema climatico che è il sistema turbolento più complesso in assoluto del nostro pianeta (al riguardo si veda ad esempio Gilmore, 1981). Il sistema climatico si compone di atmosfera, criosfera (ghiacci continentali e oceanici), idrosfera (oceani, acque interne), biosfera (esseri viventi) e terre emerse. Tale sistema scambia energia (radiazione) con lo spazio esterno e presenta inoltre rilevantissimi scambi di materia ed energia fra i suoi diversi sottosistemi e fra le diverse scale, per cui ad esempio un campo coltivato o un isolato urbano (microscala) scambiano materia (es: acqua) ed energia (es: calore sensibile e latente) con le scale superiori spingendosi fino ad influire sul comportamento delle strutture circolatorie globali (grandi onde planetarie, vortice polare, cella di Hadley, ecc.). A loro volta le scale superiori (macroscala) agiscono su quelle inferiori (microscala), per cui ad esempio un grande anticiclone agisce sul bilancio energetico di un campo coltivato provocano la comparsa di un banco di nebbia.

In tale chiave l’aumento della CO2 in atmosfera dev’essere letto alla luce di una catena causale del seguente tipo: aumenta CO2 -> si modificano i termini del bilancio radiativo di superficie -> cambia la radiazione netta -> si alterano i termini del bilancio energetico di superficie (ed in particolare i flussi di calore sensibile e latente da cui dipende la temperatura dell’aria in superficie) -> la superficie “parla” con lo strato limite planetario (PBL) alterandone le caratteristiche energetiche -> il PBL “parla” con la libera atmosfera attraverso la convezione, la quale trasporta il segnale energetico della superficie fino ai confini con la stratosfera (tropopausa) -> in questo modo il segnale energetico della superficie va ad influenzare la circolazione atmosferica alle diverse scale fino ad incidere sulle strutture circolatorie globali (ad esempio alterando la posizione del fronte polare) -> la variazione in tali strutture globali innesca tutta una serie di ripercussioni alle scale inferiori fino ad influenzare i tipi di tempo che agiscono su un dato territorio e che producono variazioni a livello termico, radiativo, di copertura nuvolosa, di precipitazioni, ecc.. -> tali variazioni alterano in modo sensibile il bilancio radiativo ed energetico di superficie e dunque il flusso di calore sensibile e latente e pertanto la temperatura dell’aria in superficie, chiudendo così il cerchio.

Si osservi che il “cerchio causale” che ho delineato è assai complesso per cui ne abbiamo una visione ancora per molti versi incompleta. Sappiamo comunque che in esso sono pesantemente coinvolti la stratosfera, gli oceani e gli esseri viventi. E’ in virtù di tali legami causali che il legame di causa effetto fra CO2 e temperatura dell’aria in superficie si sottrae irrimediabilmente alla logica “propagandistica” del “tanta CO2 tanta temperatura” per assumere quella complessità cui ci richiama il professor Zichichi (1993) quando dice che “a tutt’oggi non conosciamo l’equazione del clima”. E’ in tale complessa catena causale che trova giustificazione il fatto che, a fronte di una crescita monotona di CO2 che prosegue da oltre un secolo, le temperature globali mostrano invece una serie di fasi grossomodo di stazionarietà o lieve diminuzione separate le une dalle altre da fasi di incremento improvviso (gradini alias discontinuità alias change-points alias breakpoints). A tale riguardo la figura 1 ci mostra l’andamento delle temperature globali annue del dataset della CRU – East Anglia University Hadcru3v per il periodo 1951-2011 (dati aggiornati al giugno 2011 – fonte Hadley Centre). Applicando a tale serie storica il test di Bai e Perron (2003) per l’analisi di change-point disponibile gratuitamente nella libreria Strucchange di R, si evidenziano tre grandi discontinuità per le quali gli anni più probabili di accadimento sono rispettivamente il 1976, il 1986 ed il 1996 (linee tratteggiate verticali di figura 1).

Figura 1 – Analisi di discontinuità delle temperature annue globali condotta con il test di Bai e Perron. Si notino le tre discontinuità, indicate dalle linee nere verticali tratteggiate e che hanno come anni più probabili il 1976, l 1986 ed il 1996. Le linee orizzontali blu indicano le temperature medie dei sottoperiodi delimitati dalle discontinuità mentre la linea verde indica la temperatura media complessiva. Le linee rosse orizzontali mostrano infine l’intervallo di confidenza della stima, per cui la discontinuità che ha come anno più probabile il 1976 ricade con il 95% di probabilità fra 1974 e 1981, quella che ha come anno più probabile il 1986 ricade con il 95% di probabilità fra 1983 e 1989 ed infine quella che ha come anno più probabile il 1996 ricade con il 95% di probabilità fra 1995 e 1997

A risultati simili è giunto Jens Raunsø Jensen nella sua analisi pubblicata su Wattsupwiththat , fondata su un tool statistico diverso da quello da me applicato e che evidenzia come anni di discontinuità il 1977, il 1997 ed il 1998 (figura 3). Per gli interessati, il tool utilizzato da Jensen è descritto in Rodionov (2004) ed è disponibile qui.

Figura 2 – La stessa serie di figura 1 analizzata con un modello lineare (linea rossa).
Figura 3 – Analisi di discontinuità condotta da Jensen sulle temperature globali e sulle temperature medie della Danimarca (fonte: Wattsupwiththat?). La temperatura della Danimarca si presta particolarmente ad evidenziare la presenza di discontinuità di regime nelle grandi correnti occidentali (e dunque nella NAO che del comportamento di tali correnti è un efficace descrittore) in quanto si trova in un luogo privilegiato, giusto al centro della loro traiettoria. In particolare l’analisi condotta sulle temperature globali individua tre discontinuità (1977, 1987 e 1998) mentre dalla serie danese emerge la discontinuità del 1998.

Si noti che rispetto all’approccio “continuistico”, che per comodità del lettore è proposto in figura 2, il cambiamento di prospettiva che si ottiene adottando la logica “discontinuistica” è davvero considerevole e ci porta in particolare a dedurre che, visto dall’angolo di visuale delle temperature globali annue, il sistema climatico ha una naturale vocazione alla stazionarietà termica rispetto alla quale vi sono delle eccezioni, le discontinuità, che si ripetono con regolarità nel tempo. E’ da notare che rispetto a tali discontinuità il nostro attuale potere di analisi (e, di conseguenza, di previsione) è assai ridotto in quanto a tutt’oggi fatichiamo a descrivere la catena causale sottesa alle discontinuità stesse ed alle fasi stazionarie intermedie.

Occorre tuttavia dire con chiarezza che il grande successo che ancor oggi riscuote presso la “comunità” scientifica l’approccio continuistico è da ascrivere non tanto alle difficoltà ontologiche (che dovrebbero anzi essere da stimolo alla ricerca) quanto invece al fatto che l’approccio continuistico è garanzia di sopravvivenza del becero modello “tanta CO2 tanta temperatura”, riproposto in modo sempre più rozzo da media imbeccati da “scienziati” compiacenti.

Per spiegare cosa intendo quando parlo di “potere di analisi assai ridotto” è interessante discutere l’esempio che viene dall’articolo scientifico “Contributions of Stratospheric Water Vapor to Decadal Changes in the Rate of Global Warming” apparso sul volume 327 del 5 marzo 2010 di Science. In esso Solomon et al. ci informano del fatto che la concentrazione del vapore acqueo in stratosfera è diminuita di circa il 10% dopo il 2000, il che sarebbe all’origine del mancato riscaldamento globale del decennio 2000-2009. Gli autori ci dicono inoltre che il vapore acqueo stratosferico era aumentato in modo sensibile fra il 1980 e il 2000, il che avrebbe incrementato di circa il 30% il tasso decennale di riscaldamento in superficie caratteristico di tale periodo. E’ da rimarcare inoltre che nella parte conclusiva del loro articolo, Solomon et al. evidenziano che sui meccanismi alla base della variabilità del vapore acqueo stratosferico siamo nel campo delle ipotesi e più in particolare sottolineano che:

  • i modelli climatici globali (GCM) evidenziano solo un debole feedback fra vapore acqueo stratosferico e riscaldamento globale da CO2;
  • i modelli stessi descrivono in modo insoddisfacente i processi di trasporto convettivo che alimentano di vapore acqueo la stratosfera.

Siamo pertanto i fronte ad un’ulteriore manifestazione della difficoltà dei GCM nel descrivere il comportamento dell’acqua atmosferica in forma di vapore e nubi, il che rappresenta un limite eccezionale alla nostra capacità di analisi e previsione climatica in quanto l’acqua è di gran lunga il più importante gas serra del nostro pianeta, responsabile del 79% dell’effetto serra complessivo (di cui il 55% come vapore ed il 24% come nubi).

Ma è davvero così difficile trovare una causa circolatoria immediata delle discontinuità termiche globali? In proposito, come ci ricorda Jensen nel succitato intervento, sussistono pesanti indizi a carico dei grandi eventi circolatori atmosferici e/o oceanici che accadono in vicinanza delle discontinuità termiche. Si deve infatti constatare che:

  • le tre grandi discontinuità termiche prima evidenziate (1976, 1986, 1996) ricadono nelle immediate vicinanze degli eventi di ENSO (El Nino Southern Oscillation) del 77-78, dell’87-88 e del 97-98;
  • alla discontinuità del 1976 (1977 per Jensen) è associato il cambio di fase della PDO (Pacific decadal Oscillation – un fenomeno oceanico);
  • alla discontinuità del 1986 (1987 per Jensen) è associato il cambio di fase della NAO (North Atlantic Oscillation).

A mettere PDO, NAO e ENSO sul banco degli accusati contribuisce il fatto che si tratta di alcune fra le maggiori ciclicità circolatorie globali a livello oceanico ed atmosferico. Più in particolare PDO, NAO e ENSO ci dicono qualcosa sulla struttura circolatoria globale e sui suoi cambiamenti di fase, con NAO che è l’indicatore del comportamento del grande vortice polare (PV) da cui dipende il clima quantomeno in ambito extra-tropicale mentre ENSO è un indicatore del comportamento della circolazione in ambito tropicale, per cui da esso dipende quantomeno il clima ai tropici. Ho usato un “quantomeno” poiché strutture circolatorie tanto grandi hanno per forza effetti globali, per cui ad esempio ENSO “parla” con il clima globale alterando l’attività del monsone estivo e producendo moltissima attività convettiva (i cumulonembi interessano tutta la troposfera ed il loro “segnale” energetico viene trasferito a tutto il globo attraverso la circolazione globale a celle).

A fronte di una tale realtà, a quanti aspirassero a mantenersi negli spazi un po’ angusti ma senza dubbio tranquillizzanti del “politically correct” (Accetto, 1641) dico che è possibile seguire l’ipotesi secondo cui dietro alla variabilità di PDO, NAO ed ENSO ci sia la CO2. Si tratta di una tesi ancora tutta da dimostrare, il che potrebbe essere fatto spingendosi con la ricerca in quell’area grigia che IPCC indica come “variabilità naturale” ed in cui viene in genere accatastata tutta quella congerie di fenomeni di cui i modelli climatici globali non riescono a rendere ragione.

Tuttavia se non possiamo escludere a priori che vi sia lo “zampino” di CO2, assai più facile e immediato è cogliere lo “zampino” del vapore acqueo, come hanno fatto ad esempio Solomon et al. A tale riguardo è noto che ENSO, grazie alla vivace attività convettiva che lo caratterizza, produce un sostanziale incremento del vapore acqueo in atmosfera, da cui con ogni probabilità discendono gli incrementi nelle temperature globali osservati in coincidenza con tali eventi. E qui, applicando la logica continuistica, vien da pensare che le aumentate temperature avrebbero dovuto richiamare altro vapore acqueo da quella riserva inesauribile che sono gli oceani e da ciò sarebbe dovuto discendere un ulteriore aumento delle temperature globali con ulteriore richiamo di vapore dagli oceani. Si sarebbe così innescato quel circuito infernale noto come Runaway Greenhouse Effect (RGE) che avrebbe portato in breve il pianeta ad un “brasato finale al vapore” nella cui genesi i gas serra secondari come la CO2 avrebbero avuto un ruolo marginale rispetto a quel gigante dell’effetto serra terrestre che è l’acqua.

L’RGE non si è invece innescato, forse perché l’atmosfera, probabilmente grazie al fenomeno che Lindzen chiama “effetto dell’iride adattivo” (Lindzen, Chou e Hou, 2001), si è liberata dell’eccesso di vapore acqueo con le precipitazioni, aprendo così le porte all’attuale fase a temperature globali stazionarie.

Concludo segnalando che l’approccio “continuistico” e quello “discontinuistico” ci mostrano due facce della stessa medaglia ed in tal senso possono essere entrambi utili per indagare le cause naturali ed antropiche della variabilità termica alle diverse scale. In tale chiave sia i tre gradini di figura 1 sia il trend positivo globale di figura 2 meritano attenzione. Quel che è da evitare è l’uso strumentale dei metodi di analisi per avvalorare preconcetti ideologici che con la scienza hanno poco o nulla a che vedere. Insomma, di carne al fuoco su cui meditare ne ho messa davvero parecchia, brasato al vapore incluso …

PS: Il fatto che il test di discontinuità da me applicato (test di Bai e Perron) indichi che le tre discontinuità termiche del periodo 1951-2011 accadono un anno prima rispetto agli eventi ENSO non dev’essere a mio avviso interpretato come sintomo di un’inversione del processo causale ma più semplicemente come un limite del test applicato, il quale in realtà ci indica tre discontinuità che con una confidenza del 95% ricadono rispettivamente nei periodi 1974 / 1981, 1983 / 1989 e 1995 / 1997.

Riferimenti bibliografici

  • Accetto T., 1641. Della dissimulazione onesta, edizione a cura di B. Croce, Laterza, 1928.
  • Bai J., Perron P., 2003. Computation and Analysis of Multiple Structural Change Models, Journal of Applied Econometrics, 18, 1-22.
  • Gilmore R., 1981. Climate in Catastrophe theory for scientists and engineers, Dover, pp. 428-447.
  • Lindzen R.S., M-D. Chou, e A.Y. Hou, 2001. Does the Earth have an adaptive infrared iris. BAMS, March, 417-432.
  • Rodionov, S.N., 2004: A sequential algorithm for testing climate regime shifts. Geophys. Res. Lett., 31, L09204, doi:10.1029/2004GL019448.
  • Solomon, S., K. Rosenlof, R. Portmann, J. Daniel, S. Davis, T. Sanford, G.-K. Plattner. 2010. Contributions of stratospheric water vapor to decadal changes in the rate of global warming. Sciencexpress. www.sciencexpress.org / 28 January 2010 / Page 1 / 10.1126/science.1182488.
  • Zichichi A., 1993. Scienza ed emergenze planetarie, Rizzoli, Bur, 316 pp.
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Published inAttualitàNews

11 Comments

  1. donato

    Avevo deciso di chiudere con il terzo commento la discussione (molto interessante, a dire il vero). Il prof. Mariani, però, nell’ultima replica ha inserito dei puntini sospensivi, dei se, dei forse che hanno stimolato la mia curiosità e mi hanno spinto ad approfondire il pensiero di Lindzen in merito alla sensibilità climatica e la sua teoria dell’iride adattativa infrarossa. Iniziamo dall’iris. Secondo il fisico dell’atmosfera del M.I.T., scopritore, tra l’altro, della QBO, R. Lindzen (uomo di eccelsa intelligenza, ma dal carattere molto particolare, a detta dei suoi studenti) un riscaldamento superficiale degli oceani nelle regioni tropicali determina delle dinamiche atmosferiche piuttosto complesse che, in ultima analisi, riducono la copertura nuvolosa cirriforme in tali zone. Il risultato è una “finestra” di maggiori dimensioni attraverso cui la radiazione ad onde lunghe può abbandonare l’atmosfera terrestre verso il cosmo profondo. Quello ipotizzato da Lindzen sarebbe un formidabile meccanismo di auto-regolazione del sistema climatico. Se ho ben capito (si accettano tutte le correzioni del caso essendo io un semplice dilettante e non un fisico dell’atmosfera) un maggior riscaldamento della superficie degli oceani significa maggior evaporazione e, quindi, più nubi. Questa maggior copertura nuvolosa dovrebbe schermare (albedo) la radiazione entrante e quindi arrestare il processo di riscaldamento. Le nubi, d’altro canto, ostacolano le radiazioni ad onda lunga dirette verso lo spazio e quindi, alla fine, si viene a creare un meccanismo di scambio energetico che potrebbe assumere una funzione raffrescante o riscaldante a seconda della prevalenza dei flussi energetici entranti o dei flussi in uscita. Secondo i risultati di alcuni esperimenti della NASA (CERES, in particolare) sembrerebbe che sia prevalente l’azione riscaldante, secondo altri, tra cui Lindzen, le cose starebbero in altro modo. Necessita approfondimento.
    Altro argomento che ha determinato feroci polemiche in ambito climatologico riguarda la funzione del vapore d’acqua. Secondo Hansen ed altri il vapore acqueo in atmosfera non fa altro che incrementare la sensibilità climatica e, prima o poi, contribuirà con gli altri gas serra, ad innescare il famigerato RGE. Per Lindzen, invece, il vapore d’acqua è parte integrante del sistema di termoregolazione del pianeta in quanto, come già abbiamo visto nel post e nei commenti, ad un certo punto, non potendo crescere all’infinito, una volta saturata l’atmosfera deve per forza precipitare in forma di pioggia con le conseguenze del caso. Ultima fonte di polemica è la sensibilità climatica connessa alla CO2. Lindzen sostiene che, oggi, rispetto all’era pre-industriale, la concentrazione di CO2 in atmosfera è aumentata del 30%. Ciò, secondo i modelli, dovrebbe produrre un innalzamento delle temperature di oltre 1°C. A parte i modelli, semplici (?) calcoli di fisica radiativa determinerebbero un incremento di 0,76°C. Le temperature misurate, invece, evidenziano un incremento di 0,6°C. Estrapolando il discorso, la sensibilità climatica connessa alla CO2 dovrebbe determinare un aumento delle temperature atmosferiche di circa 1°C per una concentrazione di CO2 doppia di quella pre-industriale (a fronte dei circa 3°C previsti dai modelli climatici). I commenti a queste affermazioni di Lindzen provenienti dalla parte dei sostenitori dell’AGW, manco a dirlo, sono a dir poco feroci. Dalla lettura di alcuni di questi commenti Lindzen è considerato addirittura in malafede.
    Che dire? Analizzando il ragionamento di Lindzen a “compartimenti stagni” (iris, vapore acqueo, sensibilità climatica che agiscono in modo indipendente gli uni dagli altri) le critiche sono in parte condivisibili. Se, però, si inquadra globalmente il pensiero di Lindzen, le critiche appaiono meno concrete e le sue idee sembrano piuttosto solide. Faccio un semplice esempio e poi ritorno a riflettere (tra me e me, questa volta) sull’argomento. Se una maggiore temperatura superficiale determina più vapore acqueo in atmosfera e, quindi, maggiore copertura nuvolosa, si verifica un maggiore albedo (azione raffrescante), contemporaneamente le maggiori piogge liberano l’atmosfera dall’umidità in eccesso e diminuiscono l’effetto serra dovuto al vapore d’acqua (i cui tempi di permanenza in atmosfera sono di circa nove giorni). Questi meccanismi di auto-regolazione del sistema, alla fine, influiscono anche sulla sensibilità climatica della CO2 visto che il suo aumento costante non determina un altrettanto costante aumento delle temperature. In che modo? Non credo di averlo capito. Credo, però, di essere in buona compagnia.
    Ciao, Donato.

    • luigi Mariani

      Caro Donato,

      circa la teoria dell’iride adativo proposta da Lindzen, le cose stanno assai schematicamente come segue:

      – le nubi alte (cirri) sono prodotte in quantità rilevante nella fase di senescenza dei cumulonembi (Cb) come può vedere ognuno di noi alzando gli occhi al cielo ed osservando la fase conclusiva di un temporale, da cui si generano una quantità rilevante di nubi medio alte (in gergo nubi cumulonimbogenite). Giova tuttavia qui rammentare che quando parliamo dell’effetto dei Cb sul bilancio energetico planetario ci riferiamo soprattutto all’effetto delle nubi prodotte da quell’enorme “fabbrica dei temporali” che è la zona di convergenza intertropicale (ITCZ)

      – le nubi alte esercitano mediamente un effetto “riscaldante” in quanto sono trasparenti alla radiazione solare a onda corta entrante mentre si rivelano più opache rispetto all’IR terrestre uscente.

      – secondo la teoria del’iride all’aumentare delle temperature oceaniche i Cb diverrebbero via via più efficienti nel senso che scaricherebbero in modo più rapido il loro contenuto in forma di pioggia producendo dunque meno cirri. In tal modo sarebbe favorita la cessione di energia dal pianeta verso lo spazio con un effetto stabilizzante sul contenuto energetico planetario.

      La teoria fu proposta nel 2001 da Lindzen et al (Lindzen R.S., M-D. Chou, e A.Y. Hou, 2001: Does the Earth have an adaptive infrared iris. BAMS, March, 417-432 – facilmente reperibile in rete) ed ha avuto negli anni sostenitori e detrattori senza mai essere comunque né confutata ne confermata al di là di ogni ragionevole dubbio (http://en.wikipedia.org/wiki/Iris_hypothesis).

      Circa poi l’effetto diretto di CO2 sulle temperature ribadisco cose di cui si è già a più riprese parlato in CM e cioè che applicando la legge di Stefan – Boltzmann è possibile verficare che raddoppiando CO2 (e cioè passando da 280 ppm per-industriali a 560 ppm) è atteso un aumento di circa 1°C a livello di strato emittente (circa 5500 m di quota).
      Su questa stima, già suo tempo espressa in sede di Charney Report (Ad Hoc Group on Carbon Dioxide and climate, 1977. Carbon dioxyde and climate: a scientific assessment – Charney report, National Academuy of Sciences, Washington D.C., 22 pp.) mi pare vi sia una sostanziale concordanza.
      Tieni altresì conto che, in virtù del principio di conservazione del gradiente pseudo-adiabatico (fondamentale per garantire la convezione nell’atmosfera tropicale), un aumento di temperatura di 1°C a 5500 m dovrebbe corrispondere ad un aumento di 0.5°C al suolo.

      L’incremento di 1°C (0.5 al suolo) atteso rispetto al pre-industriale al raddoppio di CO2 prescinde tuttavia dagli eventuali feed-back (nubi e vapore acqueo in primis). E’ per tale ragione che chiarire il ruolo dei principali feed-back ha importanza cruciale nel dibattito scientifico in tema di GW.

      Luigi

    • donato

      Caro Luigi ti ringrazio per i chiarimenti in merito all’effetto iride. Solo una piccola precisazione in merito all’ultimo punto della tua replica (sempre la maledetta CO2, purtroppo). Sono completamente d’accordo con te per quel che riguarda gli aspetti termodinamici della questione. Nella chiosa del mio intervento mi riferivo proprio ai feed-back, con particolare riferimento, però, all’anidride carbonica. Prendo atto della tua conclusione e, come tutti noi della comunità di CM, aspetterò che dal dibattito in corso emerga qualche conclusione più o meno definitiva sulla questione (sperando che non sia il principio di precauzione).
      Ciao, Donato.

    • Luigi Mariani

      Caro Donato,

      circa la teoria dell’iride adattivo ho riletto quest’oggi l’articolo di Lindzen apparso nel 2001 sul BAMS (articolo esemplare per chiarezza espositiva – da leggere assolutamente) e mi sento ora in dovere di introdurre una correzione rispetto a quanto, in modo affrettato e impreciso, ho scritto ieri.

      L’effetto climatico dei cirri prodotti dai Cb non viene ascritto solo agli effetti diretti dei cristalli di ghiaccio che compongono tali corpi nuvolosi sulla radiazione entrate e uscente ma anche al fatto che attraverso lo sviluppo dei cirri i Cb giungono ad umidificare la troposfera medio-alta, uno strato di solito assai povero di vapore, per cui un arricchimento in tale sostanza ha risvolti importanti in termini di effetto serra.

      Pertanto secondo Linzen la diminuzione dei cirri conseguente ad una più elevata temperatura in superficie significherebbe anche minore vapore acqueo nella troposfera medio-alta e dunque maggior fuga di infrarosso terrestre verso lo spazio, il che si tradurrebbe in una diminuzione delle temperature di superficie (feed-back negativo).

      Luigi

  2. luigi mariani

    caro Donato,

    in effetti hai ragione tu quando scrivi che “…vero che l’acqua “produce un “effetto serra” senza alcun dubbio maggiore di quello della CO2, ma meno insidioso in quanto il sistema climatico è in grado di liberarsi del vapore in eccesso attraverso la pioggia, la neve e via cantando.”
    Tuttavia il gatto si morde la coda poiché è pacificamente accettato da tutti che il feed-back da vapore acqueo e nubi è assolutamente necessario perché un gas serra secondario come CO2 possa giungere ad influenzare in modo significativo il clima…. e se il sistema climatico è in grado di liberarsi del vapore in eccesso allora la sensibilità del sistema climatico rispetto a CO2 potrebbe essere molto inferiore a quanto ipotizzato da IPCC … e forse potrebbe allora aver ragione Lindzen….

    Luigi

  3. donato

    Dopo la scala ed il cerchio chiudiamo con le incertezze (di carne a cuocere, caro Luigi, ne hai messa veramente molta!). A titolo esemplificativo ne cito solo tre. Prima incertezza: il ruolo della CO2. Essa potrebbe mettere il suo “zampino” nell’innescare i processi di riequilibrio energetico che portano alle variazioni di temperatura globale. Tanto l’Autore del post che gli altri commentatori, però, lo escludono o, per essere più precisi, fanno notare che non siamo in grado di quantificare in modo oggettivo la sua “impronta” climatica. Molto più importante, invece, appare il ruolo del vapore acqueo. Esso produce un “effetto serra” senza alcun dubbio maggiore di quello della CO2, ma, secondo me, meno insidioso in quanto il sistema climatico è in grado di liberarsi del vapore in eccesso attraverso la pioggia, la neve e via cantando. Morale della favola: la CO2 influenza i bilanci energetici, ma nessuno è mai riuscito a quantificare in modo preciso il suo ruolo.
    Seconda incertezza: la quantificazione dei termini del bilancio energetico locale e globale. Il “cerchio causale”, come giustamente fa notare G. Guidi, esprime in modo qualitativo la sensibilità climatica ma mancando la quantificazione delle energie e delle masse in gioco, il discorso è più metafisico che fisico: non abbiamo “l’equazione del clima”.
    Terza incertezza: la temperatura di superficie globale non è un indice fedele dello stato energetico del pianeta. Giusto. Poiché gli oceani occupano la maggior parte della superficie del pianeta e rappresentano un formidabile serbatoio di calore, è ovvio che il loro contenuto energetico è preponderante nella determinazione dello stato energetico del nostro pianeta. Anche nella quantificazione di questo contenuto energetico, però, abbiamo dei grossi problemi. Solo da qualche anno le boe del sistema Argo riescono a fornirci qualche dato preciso. I modelli matematici che simulano i profili termici marini in funzione della profondità, inoltre, non riescono a replicare le osservazioni. Un’ultima considerazione. Come ci fa notare Teo gli eventi ENSO ci sono stati anche nel passato remoto. Essi, però, non sempre possono essere associati ad un trend rialzista delle temperature. E’ proprio vero: il clima è un mistero avvolto in un enigma. Caro Luigi, occasioni per meditare me ne hai fornite in abbondanza: grazie (anche per l’attenzione che hai dedicato alle mie modeste considerazioni).
    Ciao, Donato.

  4. teo

    Solo un brevissimo commento: le evidenze di eventi ENSO anche nel passato (lontano passato) non supportano l’ipotesi del trend rialzista e quindi pur non escludendo un contributo CO2 non e’ possibile imputare a questa l’origine o il motore del fenomeno discontinuo.

  5. donato

    Dopo la scala, il cerchio. Ho riflettuto a lungo sul “cerchio causale” che Luigi Mariani descrive nel suo post. Si tratta di uno schema fisico molto intrigante e, cosa molto più importante, coerente con le nostre attuali conoscenze. La CO2 innesca una serie di eventi a cascata che alla fine influenzano il clima ed il tempo meteorologico a scala locale e globale. In tutta questa cascata di eventi sono coinvolte masse enormi di materia e quantità altrettanto grandi di energia (gas e liquidi che scambiano calore per via convettiva). L’energia interagisce con la materia mediante interscambi continui e ciò crea quell’inerzia del sistema che impedisce l’innesco del temuto e, fortunatamente, mai verificatosi Runaway Greenhouse Effect (RGE). Un dubbio, però, mi frulla per il cervello. Se la CO2 è in grado di innescare questi processi così imponenti, chi sostiene che il suo aumento nell’atmosfera è pericoloso, in fondo in fondo, non sbaglia. La relazione “tanta CO2, tanta temperatura” è forse errata, ma una relazione “tanta CO2, QUASI tanta temperatura” sembra molto più vicina alla realtà. Mi spiego meglio. Aumenta la concentrazione di CO2, varia lo scambio radiativo di superficie e via via tutti gli altri bilanci del “cerchio causale”. Alla fine si raggiunge una condizione di equilibrio temporaneo, garantita dai meccanismi di regolazione insiti nel sistema che generano le pause nell’innalzamento delle temperature (ipotesi discontinuistica). Alla fine, però, il sistema si stabilizzerà a temperature sempre più elevate. In altri termini avremo temperature globali superficiali sempre alte, ma in tempi molto più lunghi. Il pianeta brasato al vapore non lo avremo nel 2100 ma, forse, nel 2150. Ciò se ho capito bene il meccanismo illustrato da Luigi Mariani. Se, però, in tutto ciò intervengono altri meccanismi di termoregolazione le cose potrebbero andare diversamente. In altre parole, non essendo la Terra un sistema termodinamicamente isolato, potrebbe aumentare lo scambio radiativo verso lo spazio profondo (come dimostrerebbe un’analisi recentemente pubblicata, seppur tra molte critiche, da Spencer e Braswell di cui si è discusso qui su CM agli inizi del mese), maggiori quantità di energia potrebbero essere immagazzinate negli oceani, le concentrazioni di CO2 nella bassa troposfera potrebbero non aumentare oltre un certo limite (una specie di saturazione del sistema) e via cantando. Alla fin fine, forse, non è del tutto errata un’ipotesi esposta molti anni fa da uno scienziato in un articolo pubblicato su “Le Scienze”: grazie all’aumento della concentrazione di CO2 nell’atmosfera abbiamo potuto evitare una nuova glaciazione.
    Ciao, Donato.

    Reply
    Donato, chiosa un po’ ironica a parte, quello che hai descritto è il concetto qualitativo di sensibilità climatica. Il problema però è quantitativo. E non in fondo, ma chiaramente alla luce del sole, il succo del dibattito è tutto qui: quanto? Nessuno nega che la CO2 sia un gas serra, né che questa sia aumentata “anche” per cause antropiche. Ma se questo aumento è scarsamente impattante per il sistema, tutto il castello dell’AGW viene giù. Se invece è di forte impatto l’ipotesi tiene. Ad oggi, simulazioni climatiche impostate nella direzione di una elevata sensibilità climatica e di altri meccanismi termoregolatori di origine naturale pressoché inesistenti a parte, non è dato conoscere questo quanto. Perché le simulazioni non riproducono la realtà come si vorrebbe, ergo il nostro attualmente unico strumento di valutazione è insufficiente. Sperare che lo divenga equivale ad ammettere che non lo è, nonostante molti ritengano che questo sia un atteggiamento da stigmatizzare.
    gg

    • Luigi Mariani

      Caro Donato,

      rispetto al “cerchio causale” da me delineato c’è, come del resto evidenziato da Guido Guidi (GG) e da Teo Georgiadis, un problema quantitativo di fondo.

      Infatti l’equazione del bilancio radiativo di superficie indica che il flusso netto di radiazione Rn è dato da:

      Rn = Rg*(1-A) – RL1 + RL2
      460= 800*(1-0.3) – 150+50
      -100= 0 * (1-0.3) – 150+50

      ove:

      -> Rg*(1-A) è la radiazione solare globale Rg che perviene alla superficie al netto dell’albedo A,

      -> RL1 è la radiazione a onda lunga emessa dal pianeta

      -> RL2 è la quota di RL1 intercettata dai componenti atmosferici e reirraggiata verso la superficie (in sintesi l’effetto serra).

      -> i valori numerici sotto riportati, espressi in Watt m-2, sono i valori istantanei (del tutto indicativi) dei diversi termini di flusso per un mezzogiorno estivo e per uan mezzanotte estiva (ho considerato negativi i flussi uscenti e positivi queli entranti rispeto alla superficie).

      Nello specifico il termine RL2 è determinato in larga misura dall’acqua (vapore acqueo, nubi) ed in misura assai più ridotta da CO2, e qui sta uno dei problemi insiti nello stabilire un nesso causale diretto fra CO2 e temperature globali di superficie.

      Per meglio illustrare tale concetto mi viene spontaneo citare l’equazione che David Brunt formulò negli anni ’30 del XX secolo (e dunque in tempi non sospetti) per la stima della radiazione netta a onda lunga uscente RLn (pari a RL1 – RL2), equazione che fu poi usata dall’autore stesso per stimare il minimo termico notturno.

      Brunt usò un’equazione semiempirica che richiama la legge di Stefan – Boltzmann ed in cui introdusse come modulatori dell’irraggiamento ad onda lunga verso lo spazio l’umidità relativa e le nubi, a testimonianza del peso cruciale attribuito all’acqua. L’autore non si sognò invece in alcun modo di esplicitare l’effetto di CO2.

      Insomma, se l’acqua si mette a “remar contro” l’AGW (come ad esempio pare stia facendo da 14 anni a questa parte) ho l’impressione che non vi sia CO2 che tenga, perché è l’acqua che conduce il gioco.

      E’ comunque evidente che una tale valutazione non può che scaturire da una lettura “complicazionista” del sistema climatico e non può essere in alcun modo demandata a slogan riduzionistici del tipo “tanta CO2 tanta temperatura” o anche “tanto vapore acqueo tanta temperatura”.

      La lettura “complicazionista” è da tempo approcciata con modelli come gli EBM ed i GCM, modelli che tuttavia a mio avviso manifestano ancor oggi consistenti limiti ontologici in virtù di una vasta gamma di elementi di complessità che non ci riesce di dominare (es.: evoluzione futura della copertura nuvolosa, persistenza del vapore acqueo nei diversi livelli atmosferici, effetto sulle temperature della circolazione atmoserica ed oceanica alle diverse scale ed in particolare delle grandi discontinuità circolatorie).
      Sperando di non esser stato troppo complicazionista ti saluto cordialmente.

      Luigi

  6. Luigi Mariani

    Caro Donato,
    in effetti non ho molto da aggiugnere ai tuoi commenti, se non osservare che le temperature dell’aria in superficie – sono queste a cui ci riferiamo-, anche se sono le più interesanti per gli esseri umani che sulla superficie vivono, sono espressione del flusso turbolendo di calore sensibile che interessa lo strato più superficiale del boudary layer, flusso che è un descrittore assai parziale dell’equilibrio energetico complessivo del pianeta.
    Per tale ragione Roger Pielke in un suo articolo sul Bollettino dell’AMS (BAMS) propose di utilizzare come indicatore dello stato energetico del pianeta il contenuto energetico degli oceni in luogo delle temperature dell’aria in superficie.

    Luigi

  7. donato

    Effettivamente molta carne è stata messa a cuocere! Nel leggere l’interessante articolo ho potuto notare che quello che comunemente viene inteso come una crescita continua delle temperature può essere schematizzato anche con uno schema di crescita a “gradini”. Tanto secondo l’ipotesi “continuista” che in quella “discontinuista”, comunque, ci si trova di fronte ad un fatto incontestabile: a lungo termine le temperature crescono. L’ipotesi della “valvola di sfogo” costituita dalle piogge che liberando il sistema del vapore acqueo in eccesso, lo riportano alla stabilità, mi fa venire in mente una macchina termica che si surriscalda e, periodicamente, scarica il calore in eccesso mediante le valvole di scarico termico. Il problema, però, è che mentre la macchina termica stabilizza la sua temperatura mantenendola costante, il sistema atmosferico tende a surriscaldarsi. Le “alzate” dei vari gradini dei diagrammi postati fanno pensare che NAO, ENSO e PDO, in realtà, sono indici di periodiche rotture dell’equilibrio termodinamico in seguito alle quali il sistema passa a condizioni termodinamiche diverse da quelle precedenti, ma caratterizzate da temperature più elevate. Anche l’attuale fase di stasi delle temperature, in questa ottica, potrebbe essere del tutto effimera e rappresentare il preludio ad un più o meno prossimo balzo verso l’alto delle temperature globali (rappresentato da una variazione di uno degli indici citati nell’articolo). Se fosse vero questo tipo di analisi non sbaglierebbero quelli che sostengono che l’attuale stasi delle temperature globali rappresenta solo una pausa in un contesto “rialzista”. Ciò non sarebbe più vero se dopo tanti gradini “a salire” ci trovassimo di fronte a dei gradini “a scendere”. Alla fin fine, però, mi sembra che il problema che bisogna indagare è perchè si verifichino queste variazioni di temperatura così repentine. E vero, come dice l’Autore, che durante la fase di ENSO, grazie alla vivacità degli scambi di massa nell’atmosfera, aumenta l’effetto serra prodotto dal vapore d’acqua immesso in atmosfera e, conseguentemente, le temperature globali salgono, ma perché si innesca il fenomeno che chiamiamo ENSO? Stesso discorso, ovviamente, per NAO e PDO. Mi rendo conto che se disponessimo di risposte a queste domande avremmo risolto buona parte dei nostri problemi “climatologici” ma, almeno per quel che mi riguarda, la ricerca di spunti per ottenere risposte a simili domande è la ragione che per cui cerco di interessarmi di queste problematiche.
    Ciao, Donato.

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