Iris di primavera

Alcuni mesi fa abbiamo pubblicato un post affrontando il tema del cosiddetto Effetto Iris, un meccanismo ipotizzato dal Prof. Lindzen del MIT che interverrebbe nel sistema clima mitigando gli effetti di un aumento delle temperature. La similitudine è con quanto accade per l’occhio umano quando è colpito da una luce troppo intensa. Protagonista principale di questo effetto sarebbero le nubi che hanno un ruolo importantissimo nelle dinamiche del bilancio radiativo terrestre. In sostanza, ad un aumento della temperatura della fascia intertropicale corrisponderebbe un aumento dell’efficienza delle nubi convettive che produrrebbero una minore quantità  di nubi cirrifomi -notoriamente capaci di accrescere la quantità  di calore trattenuto in troposfera- alla loro sommità, favorendo quindi una successiva diminuzione delle temperature. Si tratterebbe quindi di un importante feedback negativo direttamente correlato al vapore acqueo ed alla copertura nuvolosa cioè ad elementi del sistema su cui c’è ancora un ampio margine di incertezza. Tale incertezza, ovviamente, costituisce anche un pesante elemento di debolezza dei modelli di simulazione climatica (GCM), normalmente strutturati invece per assecondare piuttosto feedback positivi, ovvero meccanismi che forzino le temperature ad aumentare.

Appena qualche giorno fa il Prof. Luigi Mariani mi ha inviato alcune sue considerazioni su questo argomento, segnalandomi inoltre che recentemente Lindzen è tornato a scrivere di queste cose, proponendo un test di per se abbastanza semplice che confermi l’esistenza di feedback essenzialmente negativi che dominino il sistema, in netta opposizione con la teoria del riscaldamento globale di origine antropica (AGW).

Le temperature medie globali, pur in presenza di un evidente trend positivo di lungo periodo, sono soggette ad oscillazioni a scala temporale più breve sostanzialmente innescate dal funzionamento del sistema oceani-atmosfera, ovvero dalle fluttuazioni note come El Niño, Southern Oscillation, Pacific Decadal Oscillation e quant’altro. Tali fluttuazioni devono costituire l’innesco dei meccanismi di amplificazione o mitigazione della quantità di calore disponibile, cioè dei feedback. Al riguardo sono anche necessarie due importanti precisazioni:

  1. Il lavoro compiuto dai feedback, il cui compito è quello di riportare il sistema in equilibrio al sopraggiungere di un fattore forzante richiede comunque tempo.
  2. I feedback si innescano in ragione delle variazioni di temperatura, non già  in ragione dell’aumento della concentrazione di gas serra; questi, in effetti, costituirebbero solo un eventuale fattore di forcing al pari di altri.

Con specifico riferimento al secondo punto quindi, un cambiamento climatico si innesca comunque al comparire di fattori di forcing; tale variabilità  non è affatto intervenuta esclusivamente all’insorgere del presunto fattore antropico, qualunque sia il suo peso.

I seguenti interrogativi sono cruciali: prevalgono feedback positivi o negativi? E ancora, esiste la possibilità  che gli uni annullino gli altri, il cosiddetto caso no-feedback? Come già  più volte sottolineato, ai GCM è stato essenzialmente insegnato che un riscaldamento è a forte rischio di amplificazione. In particolare, in conseguenza di un raddoppio della concentrazione di anidride carbonica, questi prevedono che per ristabilire l’equilibrio il sistema forzi la temperatura stessa ad aumentare ulteriormente in un range che va da 2 a 6°C. Ovviamente tale aumento sarebbe a sua volta conseguenza di una variazione della radiazione emessa al top dell’atmosfera, cioè della quantità  di calore che, piuttosto che restare imprigionato in basso e friggere il pianeta, sfugge verso lo spazio. Questa quantità  è oggi misurabile per mezzo di sensori montati sui satelliti.

A questo punto la verifica è non solo possibile, ma direi assolutamente necessaria e può esere condotta in modo semplice e lineare basandosi su pochi concetti:

  1. Una legge fondamentale della fisica, la legge di Stefan e Boltzmann, corollario della legge di Plank, indica che aumentando di 1°C la temperatura di un corpo con temperatura ed emissività  dell’ordine di quella della Terra l’emissione del corpo stesso verso lo spazio deve aumentare di 3.3 Watt per metro quadrato di superficie.
  2. Qualora dominino i feed-back positivi (come prevede la teoria AGW) l’emissione sarà  inferiore a quella indicata da tale legge mentre se prevalgono i feedback negativi (come ipotizzato con l’effetto Iris) l’emissione sarà  maggiore di 3.3 W per metro quadrato.
  3. E’ noto che negli anni ’90 del secolo scorso le temperature sono cresciute di 0.5°C, il che si tradurrebbe in un aumento di emissione verso lo spazio di 3.3/2 = 1.75 Watt per metro quadrato.
  4. Con le misurazioni da satellite tale emisione è misurabile se essa risulta superiore a 1.75 l’effetto Iris o un qualunque altro feedback negativo sono dominanti, mentre se è inferiore a 1.75 seguirà  un ulteriore riscaldamento, confermando la teoria AGW e validando i meccanismi di funzionamento dei GCM.

ERBS

Il risultato è sorprendente nella sua semplicità . Dalle osservazioni apprendiamo che nel periodo successivo al 1989, a seguito dell’aumento di 0.5°C della temperatura globale, l’emissione verso lo spazio è aumentata di oltre 3 Watt per metro quadrato, evidenziando la presenza di un potente feedback negativo, cioè l’esatto contrario di quanto previsto nelle simulazioni climatiche. La sensibilità  climatica, cioè l’aumento della temperatura al raddoppio della concentrazione di CO2 -principale forzante antropica- sarebbe dell’ordine di 0.3°C, un valore tanto insignificante da confondersi ampiamente con le fluttuazioni naturali interne al sistema.

Tutto l’allarme generato attorno ai cambiamenti climatici dipende essenzialmente dalle simulazioni. La Natura si comporta effettivamente come pensiamo di aver capito? Questo test fornisce una risposta inequivocabile: no.

NB:

  • Un ringraziamento speciale all’amico Luigi Mariani per il materiale e le valutazioni fornitimi.
  • Le considerazioni di Lindzen su questo argomento e alcune delle immagini sono a questo link sul blog di Antony Watts.
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Author: Guido Guidi

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25 Comments

  1. @admin
    Grazie per i complimenti. Concordo pienamente sul valore aggiunto della discussione, quando è serena è anche costruttiva e aumenta il bagaglio di informazioni di tutti.

    @Lorenzo

    Sono contento di esserti stato utile.
    Come ha detto Lorenzo Fiore, avere accesso direttamente alla media globale è senz’altro un bel vantaggio. Piuttosto il limite è la precisione e la varibilità nelle misure. Ma trattando di questioni climatiche credo che ormai ci abbiamo fatto il callo. 🙂

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  2. @ Lorenzo

    Ma se è un media globale meglio di così non si può a livello climatico…

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  3. Ringrazio Achab per la spiegazione, adesso mi è tutto più chiaro. Però mi rimangono dei dubbi sull’effettiva utilità per i nostri fini (climatici) di questo genere di rilevazioni.

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  4. Complimenti a tutti per la discussione in corso. Favorevoli o contrari, questa serie di commenti ci fa capire che il dialogo non è un’opzione, ma un valore aggiunto.

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  5. Secondo me il valor medio è rappresentativo di quello che cerchiamo ovvero rientra in un discorso climatico globale.

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  6. L’ERBE è formato da più strumenti, cinque per la precisione. Tre sono del tipo WFOV (wide filed of view) e prendono l’intero disco terrestre. Gli altri due sono MFOV e prendo un angolo terrestre di 10°. Tutti e cinque lavorano a banda larga, cioé non slezionano una lunghezza d’onda precisa ma un intervallo spettrale molto ampio. Vengono utilizzate due bande, 0.2-5.0 micron e 0.2-100 micron.

    Con questi strumenti non è quindi possibile fare il tipo di misura che dice Lorenzo; gli strumenti integrano gia’ sia spazialmente che in frequenza.

    Anche se a prima vista può sembrare meno accurato, la misura punto a punto e discriminata in frequenza per essere poi integrata è meno accurata. Si introducono più rumore ed errori di interpolazione.

    Il vantaggio di questo tipo di misura è propio quello di non essere soggetta ad errori di interpolazione e nemmeno di variazioni locali di temperatura più o meno estese; questo è utile nello studio del bilancio energetico complessivo del pianeta. Lo svantaggio è invece che da questa misura è difficile risalire al dettaglio del comportamento del sistema terra-atmosfera, ci si deve accontentare del comportamento medio.

    Esistono altri strumenti, sempre basati su satellite, che fanno invece misure locali e spettralmente risolte ma non hanno copertura globale. Questi sono utili nello studio dei dettagli degli assorbimenti ed emissioni della terra e dell’atmosfera.

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  7. @Lorenzo

    E’ verosimile che sia stata fatta un integrazione nello spazio, nel tempo e nell’asse delle frequenze della radianza spettrale per calcolare l’energia totale emessa dalla Terra oppure basta aver considerato un singolo punto della superficie terrestre anche se il satellite in questione mi pare sia un satellite in orbita bassa dunque in ‘orbita polare’ dunque non punta mai sullo stesso punto come fanno invece i ‘geostazionari’; a questo punto per ogni orbita che fa il radiometro del satellite misura la radianza ricevuta per tutti i punti coperti, ma ovviamente non con una copertura temporale continua per ogni singolo punto.

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  8. @ Achab

    Abbiamo detto la stessa cosa :-). Infatti Guidi ha confermato che, stante lo 0.7, siamo in presenza di un feedback positivo.

    Tuttavia mi chiedo se questo genere di analisi ha senso. Noi ragioniamo sulla legge del corpo nero e prendiamo una temperatura media di tutta la Terra, ma la legge stessa ci dice che un corpo nero ad una temperatura t emetterà una x energia per una y (specifica) lunghezza di onda. Se considero una differente lunghezza di onda e/o una diversa temperatura, tutto cambia.

    Ovviamente ogni punto della superficie terrestre ha una sua specifica temperatura ed in base ad essa emetterà una x energia alla y lunghezza di onda. Quello che mi chiedo è: ha senso considerare una temperatura media per tutti i punti terrestri, ma che ovviamente non è quella reale per ogni punto, e poi andare a vedere le variazioni di energia di una singola lunghezza (o, per meglio dire di un singolo intervallo di lunghezze) di onda? Non si dovrebbe piuttosto rilevare la temperatura punto per punto e poi integrare rispetto allo spazio (globo terracqueo) e al tempo (anno solare), per poi vedere quanta di questa energia viene poi dispersa nello spazio per ogni specifica lunghezza di onda?

    Non sono un fisico, mi sto solo facendo domande da profano. Del resto non credo che Lindzen si sarebbe lanciato in simili considerazioni se non fossero plausibili e significative :-).

    Ma forse ho messo il dito nella piaga perchè anche Guidi parla di strato medio. Infatti quale consideriamo come superficie emissiva? La superficie terrestre? La bassa o media troposfera? il limite tropo-strato? Ma il satellite non le può discriminare, giusto? Lui vede solo ciò viene emesso dal sistema Terra-atmosfera, o sbaglio?

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  9. Aggiungo anche che siamo ripiombati nell’incertezza, perchè la variazione dell’emissione e l’aggiustamento rispetto alle serie precedenti sono dello stesso ordine di grandezza, proprio come per le temperature. Se non si dispone di dati “fermi” nel tempo non se ne esce.
    gg

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  10. La discussione è interessante. Forse si dovrebbe provare ad utilizzare la temperatura media dello strato, visto che di fatto l’emissione è anche atmosferica. Comunque con questi dati aggiornati (ammesso che alla fine siano corretti) e con le T medie al suolo appare prevalere un feedback positivo (e perdonate l’errore del precedente commento). Ora sarebbe interessante provare a fare i conti con un valore di T più rappresentativo o comunque capire quale sia questo feedback.
    gg

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  11. @Guido Guidi

    Si ha ragione, nel post precedente era specificato trattarsi della fascia tropicale. Avevo letto solo questo post.

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  12. @Lorenzo
    No, è il contrario. I 0.7 W/m2 vanno confrontati con i 1.75 W/m2 che si avrebbero se la terra fosse in equilibrio.

    Uso gli stessi numeri dati nel post di Guidi anche se non sono corretti e rifaccio il ragionamento.

    Rispetto agli anni ’80 la temperatura superficiale della terra è aumentata di circa 0.5 °C; a questo aumento di temperatura corrisponderebbe un aumento dell’intensità della radiazione LW emessa dalla terra di 1.75 W/m2 se il sistema fosse in equilibrio. Se si misura una intesità maggiore di 1.75 W/m2, vuol dire che la terra “perde” calore rispetto all’equilibrio e quindi si sta raffreddando, cioé agiscono dei meccanismi di feedback negativo. Viceversa se l’intensità misurata è minore si sta riscaldando, cioé agiscono dei meccanismi di feedback positivo.

    Questo ragionamento ha senso nei limiti in cui gli altri fattori che entrano nel bilancio energetico sono costanti. In realtà quindi un’analisi completa andrebbe fatta considerando anche gli altri termini, come conferma Guidi nel commento precedente.

    @Lorenzo Fiori

    Non è energia in più che viene fuori dal nulla, stiamo sempre parlando di variazioni rispetto a qualcosa. Stefan-Boltzman è sempre valida, solo che per un qualche meccanismo una parte in più o una parte in meno sfugge all’atmosfera.
    Questo surplus o difetto di radiazione può essere causata da una qualunque variazione di CO2, albedo planetaria, ozono, aerosol, etc …
    Inoltre considera che il grafico riportato nel post è anomalia rispetto agli anni ’80 (così sembra). Quindi i vari 3 o 1.75 o 0.7 W/m2, così come lo 0.5 °C di aumento di temperatura, sono rispetto a quel periodo.

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  13. @ Lorenzo Fiori

    è appunto ciò che mi chiedevo anch’io nel mio primo intervento (evidentemente non mi sono spiegato molto bene :-)), 0.7 dovrebbe indicare un feedback positivo, non negativo (dato che l’equilibrio imporrebbe un incremento di 1.75).

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  14. Si, certo: quello è un’altro discorso che ribalterebbe completamente le conclusioni dell’articolo proprio a favore di una capacità intrinseca del sistema di trattenere calore.
    Insomma saremmo ancora in una fase ‘transitoria’ prima che l’equilibrio termico-radiativo si assesti su un più alto livello.

    La cosa inoltre potrebbe tranquillamente essere vista come un’incremento dell’Effetto Serra visto che di feedback positivi non ve ne sono poi molti altri.

    Non capisco poi come i dati citati (0.7W/m^2 anzichè 1.75W/m^2) confermerebbero la presenza di un feedback negativo…

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  15. @ Lorenzo Fiori

    ma poi Achab ha rettificato facendo notare come i dati fossero sbagliati a causa di un errore nel calcolo della traiettoria del satellite, per cui in realtà il valore sembra essere di 0.7 (dunque inferiori ai fatidici 1.75)w/mq e non di oltre 3 w/mq.

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  16. @ Lorenzo

    Infatti l’articolo parla di surplus energetico (3 W/m^2 rispetto a 1.75W/m^2) quindi di feedback negativo preponderante in futuro non feedback positivo.
    Ma io vorrei capire a cosa sia dovuto questo surplus visto che la Terra emette sempre in virtù di un riscaldamento…

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  17. Salve a tutti,

    il dato fornito da Achab di un aumento emissivo di 0.7 w/mq confermerebbe la presenza di un feedback negativo?

    Io avrei capito il contrario, dato che l’aumento di temperatura degli anni 90 all’equilibrio sistema Terra-spazio implicherebbe un incremento dell’emissione di energia di 1.75 w/mq, se tale emissione è minore significherebbe che siamo in presenza di un feedback positivo in grado di “trattenere” una parte del surplus energetico, andando così in futuro ad amplificare il riscaldamento.

    Evidentemente non ho capito, oppure mi è sfuggito qualcosa (forse lo 0.7/mq si riferisce ad un lasso di tempo diverso dagli anni 90?).

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  18. Ora ho capito qual’è il punto.
    Insomma la Terra starebbe emettendo più di quello che gli è consentito dalla legge di Stefan-Boltzman, ma in virtù di cosa?

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  19. @ Achab
    Grazie. Circa il fatto che si tratta di dati relativi alla fascia intertropicale non mi sembra però che ci fossero dubbi. Nel primo post avevo fatto riferimento anche ad una pesante critica elevata a questa teoria proprio in ragione del fatto che la zona fosse limitata. Del resto quella è la zona di maggiore convezione, cioè l’area dove il fenomeno è certamente significativo.
    Quanto ai dati ERBE, ho visto la variazione e ti ringrazio per la segnalazione. Si conferma tuttavia la presenza di un feedback negativo. Ora, Spencer è al lavoro su questo stesso argomento e sembra che il suo approfondimento non vada nella direzione di una conferma dell’Iris Effect, quanto piuttosto in un aumento della radiazione ad onda corta riflessa da una maggiore quantità di nubi basse, cioè da una variazione dell’albedo. Tutto ciò ci riporta verso i presunti effetti ionizzanti dei raggi cosmici che modulerebbero la quantità di nubi basse altamente riflettenti.
    La faccenda è complessa, una ragione ci sarà per cui le temperature non stanno aumentando in presenza di forcing esogeni costanti.
    gg

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  20. @Lorenzo Fiore

    Il tuo ragionamento è corretto nell’ipotesi che fai di una situazione di equilibrio; qui invece si analizza propio uno scostamento dall’equilibrio. Inoltre, non è possibile considerare la terra come se non avesse un’atmosfera che “filtra” la radiazione emessa.

    Facciamo un esempio estremo, tutto l’IR emesso dalla terra viene assorbito dall’atmosfera. Da satellite misureresti gli IR emessi da un sottile strato superiore delll’atmosfera che è ad una temperatura diversa dalla superficie. A seguito di una qualunque variazione del bilancio energetico, le variazioni misurate dallo spazio rifletterebbero un cambiamento di temperatura di questo strato e non della superficie terrestre. Ciò che viene emesso dalla superficie e non vedi dallo spazio è appunto il contributo al riscaldamento.

    In definitiva, meno (più) IR vedi dallo spazio rispetto all’emissione di corpo nero (Stefan-Boltzman), più la terra si sta riscaldando (raffreddando). Certamente una volta raggiunto (eventualmente) l’equilibrio il bilancio energetico totale si azzera.

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  21. In sostanza l’emissione è proporzionale sempre alla quarta potenza della temperatura ovvero è sempre una conseguenza della temperatura del corpo…
    in virtù di cosa si dovrebbe registrare un aumento della radiazione emessa rispetto ai calcoli teorici della legge di Stefan-Boltzmann per i valori di T riscontrati con il GW al suolo?

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  22. @ Achab

    Scusa, ma l’emissione non può essere superiore a quanto ci si aspetta altrimenti sarebbe violata la legge di Stefan-Boltzmann stessa, assumendo che la Terra segua pressapoco stati continui di equilibrio.
    I feedback non influiscono sulla legge mentre quello che conta nel confronto è l’output finale, ovvero la T misurata al suolo e la radianza misurata dal satellite (tenuto conto della distanza dalla superficie), dove però tutti i meccanismi amplificatori e attenuatori sono già compresi ovvero già esplicano la loro funzione nell’istante considerato.

    In sostanza se la Terra si riscalda per effetto del GW allora emetterà più radiazione verso lo spazio, ma sempre secondo la Legge di Stefan-Boltzmann ovvero in accordo con essa.
    E infatti almeno qualitativamente il trend della curva rossa del grafico, ovvero le misurazioni satelitari, segue abbastanza fedelmente il trend del riscaldamento al suolo con ben evidente il picco positivo del 1998, caratterizzato come sappiamo da un fortissimo evento El-Nino.

    Quantitativamente se di fatto si misura più di quello previsto dalla legge con il riscaldamento misurato a terra (ovvero un trend non corente con quello della T) è perchè c’è evidentemente qualche errore nella misurazione; nella fattispecie questo potrebbe essere nella perdita di quota del satellite, come hai fatto notare tu, visto che la densità della radiazione emessa (Vettore di Poynting) aumenta (quadraticamente) con il diminuire della distanza dalla superficie.

    Dov’è l’errore…?

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  23. @Lorenzo Fiori

    Non sbagli ma non porti fino in fondo il ragionamento. Un aumento di T causa un aumento di radiazione LW come correttamente dici tu. Ma se quest’ultimo venisse misurato essere superiore a quanto ci si aspetta da Stefan-Boltzman (1.75 W/m2 secondo i calcoli di Guidi) ci si aspetterebbe nel prossimo futuro una tendenza alla riduzione della temperatura per riportare l’equilibrio.

    Quello che invece mi sfugge è come sarebbe dovuto essere possibile avere per il decennio 1990-2000 uno squilibrio in eccesso nella radiazione LW mentre la temperatura aumentava di circa 0.15-0.20 °C.

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  24. C’è una cosa che non capisco:
    appurata la veridicità dell’affermazione 1 relativa alla legge di Stefan-Boltzmann, che di fatto, in quanto legge fisica, è indubitabile, vorrei capire perchè qualora dominino i feed-back positivi (come vuole l’AGW) l’emissione dovrà essere inferiore al valore calcolato di 1.75 W/m^2 mentre se prevalgono i feedback negativi (come ipotizzato nel NGW) l’emissione sarà maggiore di 1.75 W/m^2…
    non dovrebbe essere il contrario?
    Se ho un feedback amplificatore (positivo) dominante ho maggiore energia che esce all’equilibrio termico e viceversa con un feedback negativo dominante ho minore energia che esce in virtù della compensazione…o sbaglio?

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