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Siccità sotto la lente: è più piccola o più grande?

di Luigi Mariani e Guido Guidi

Sulle pagine di CM abbiamo affrontato molte volte il tema della siccità, argomento quanto mai cogente in materia di dinamiche del clima. Il perché è semplice. Da un lato eventuali modifiche di medio o lungo periodo alla frequenza di occorrenza e all’intensità degli eventi siccitosi, ovviamente modifiche peggiorative, avrebbero un impatto molto significativo sul nostro modo di vivere, dall’altro, proprio per questo motivo, negli ultimi anni sono stati molti i tentativi di realizzare il trasferimento del concetto di per sé intangibile del riscaldamento globale nel mondo reale, attraverso appunto la minaccia di un aumento della significatività di questo genere di eventi.

Ne abbiamo avuto un esempio molto eloquente la scorsa estate, sia nel nostro Paese che, in modo molto più incisivo negli Stati Uniti, con l’assenza di piogge e l’aridità che ne è conseguita che hanno causato seri problemi alla produttività agricola. Il relativo impatto, anche ampiamente dibattuto, sulle dinamiche dei prezzi delle materie prime alimentari è stato portato più volte ad esempio del fatto che la catastrofe climatica non sarebbe solo prevista, ma addirittura già in atto. Questi argomenti, con riferimento agli eventi estremi in generale sono come si sa assolutamente speculativi. Ma se c’è una classe di eventi estremi su cui lo stato dell’arte della scienza sarebbe appena un po’ più confidente questa è proprio quella in cui ricadono gli eventi siccitosi.

Anzitutto è necessario far chiarezza sul concetto di siccità, sul quale a partire dal 17° secolo si sono scritte centinaia di migliaia di pagine di letteratura scientifica. L’uomo comune considera la siccità semplicemente come assenza prolungata di pioggia, per cui un inverno in cui non piove per 40 giorni viene correntemente chiamato “inverno siccitoso”. Tuttavia una definizione più coerente del concetto è quella per cui la siccità è la mancanza d’acqua utilizzabile per le piante nello strato esplorato dalle radici. Il contenuto idrico del suolo in ogni istante è frutto di un bilancio fra apporti e perdite, che per un generico suolo non soggetto a irrigazione può essere formalizzato dalla seguente equazione (che poi è un’equazione di continuità o di conservazione della massa).

CI(t+1)=CI(t)+P+Rf-ET-Ru-Inf

che è da leggere nel modo che segue: contenuto idrico al tempo t+1 = contenuto idrico al tempo t + pioggia (P) + risalita di falda (Rf) – evapotraspirazione (ET) – perdita di pioggia per ruscellamento (Ru) – perdita idrica per infiltrazione profonda (Inf), il tutto da esprimere in millimetri.

Per fare un esempio immaginando di ragionare in giorni e supponendo di partire da un contenuto idrico del suolo utilizzabile dalle piante di 18 mm in data 10 agosto, se l’11 agosto si ha P=0, Rf=1, ET=6 , Ru=0 e Inf=0 la riserva residua sarà CI 11 agosto= 12 +0+1-7-0-0=12. E’ chiaro che se tale regime si mantiene per altri 2 giorni la riserva si esaurirà del tutto ed avrà inizio la siccità. Da notare anche che l’evapotraspirazione delle particolari piante considerate (ET) viene ricavata a partire dall’evapotraspirazione potenziale da coltura di riferimento ETP (qui le info), termine introdotto negli anni 30-50 del XX secolo da due illustri studiosi di questo fenomeno (l’inglese Howard Penman e lo statunitese Warren Thorntwaite). In particolare Thorntwaite mise a punto un formula empirica per la stima di ETP basata sul solo dato di temperatura dell’aria. Penman invece, aiutato in ciò dal suo brillante allievo John Monteith, mise a punto una formula che considerava l’ET come un termine del bilancio energetico di superficie (è quello che indichiamo come flusso di calore latente) e che dunque necessitava per il calcolo di ET dei dati di temperatura, umidità relativa, vento e radiazione solare globale.

Nel diverso approccio dei due studiosi sta tutta la diversità fra il meccanicismo e l’empirismo e, consentitecelo, fra cultura scientifica britannica e statunitense: l’equazione meccanicistica di Penman (che oggi si chiama di Penman-Monteith e che di qui in avanti chiameremo “approccio PM”) è senza dubbio più rigorosa e realistica ma trovare tutti i dati necessari per farla operare non è sempre possibile, per cui ancor oggi capita di dover far ricorso alla formula di Thorntwaite (che di qui in avanti chiameremo “approccio TH”) o alle analoghe e più accurate formule di Blaney-Criddle o di Hargreaves-Samani.

I suddetti concetti li abbiamo introdotti perché necessari per comprendere quanto si andrà a dire nel seguito dell’articolo.

Tornando a noi, la siccità è sempre più sotto la lente di ingrandimento della comunità scientifica. Nel report IPCC del 2007, sono stati lanciati segnali poco confortanti. Secondo la letteratura scientifica allora esaminata, le aree del Pianeta soggette a eventi siccitosi importanti sarebbero in aumento. A ciò si aggiungono anche le ancor meno confortanti proiezioni – sulla cui affidabilità una volta tanto non ci dilunghiamo – che vedrebbero situazioni ancora peggiori tendere a verificarsi sempre più spesso e con maggiore incisività.

Successivamente, sempre l’IPCC, nel report espressamente dedicato all’esposizione al rischio da eventi estremi, pur correggendo il tiro ha comunque tenuto alto il livello di attenzione sull’argomento. Infatti, pur in un contesto di un trend a carattere globale fortemente disomogeneo ed incerto, che vede alcune zone chiave prive di segnali significativi, altre con segnale di aumento – il Mediterraneo per esempio – e altre con segnali negativi – gli USA – il messaggio un po’ speculativo del rischio di aumento di questi eventi è stato confermato.

Ma la ricerca non si ferma, benché qualcuno abbia tentato di dire che il discorso in ordine ai cambiamenti climatici si debba ritenere chiuso e ci si debba dedicare esclusivamente ai dettagli. Così, appena qualche giorno fa è stata pubblicata una Letter su Nature con questo titolo:

Little change in global drought over the past 60 years – Sheffield at al., 2012

Un sasso nello stagno. Secondo quanto riportato dagli autori, negli ultimi 60 anni, più esattamente dal 1950 al 2010, il trend a livello globale degli eventi siccitosi non avrebbe assunto valori statisticamente significativi. Vediamo perché.

Per calcolare l’incidenza delle siccità su un determinato territorio, si utilizza da anni il Palmer Drought Severity Index (PDSI) che risolve un’equazione di bilancio idrico simile a quella sopra riportata, operando però con un passo mensile. L’elemento determinate di questo indice è l’Evapotraspirazione Potenziale che viene tradizionalmente calcolata con l’approccio TH. E qui sta la novità introdotta da Sheffield et al., i quali alla luce del fatto che con l’approccio empirico TH si ottiene una stima distorta di ETP, hanno deciso di ricavare indice PDSI utilizzando l’approccio meccanicistico PM. Quel che ne viene fuori è un quadro ben diverso da quello che conosciamo e la figura 1 contenuta nel paper è eloquente.

Sheffield et al., Figura 1

Nel pannello superiore (a) in blu è rappresentanto l’indice PDSI che tiene conto della sola temperatura, in rosso quello che gli autori definiscono “più fisicamente rappresentativo”. Nel pannello inferiore (b), i due trend delle aree interessate a livello globale interessate dalla siccità secondo i due metodi di calcolo. Il risultato è che il trend sarebbe non statisticamente significativo.

Un paper tranquillizzante quindi, che tuttavia suscita alcune perplessità. Dei dataset globali delle temperature abbiamo parlato tantissime volte, di quelli della pioggia anche, e i problemi di rappresentatività di queste serie sono importanti. Quelli relativi alla ventosità ed alla radiazione probabilmente sono ancora peggio. l’indice PDSI lavora con passo mensile e già questo è un problema perché per avere dati con un po’ di affidabilità si dovrebbe lavorare con il giorno. Se poi, come dicono gli autori, per sopperire alle carenze osservative si utilizzano le rianalisi – che di fatto sono più un modello che un’osservazione e che nei primi metri al di sopra del suolo, ove si sviluppa il processo evapotraspirativo, lavorano davvero male (specie per vento, nubi e dunque radiazione, umidità relativa) – si rischia seriamente di avere a che fare con dati veramente poco rappresentativi. E forse è questa la ragione per cui  sin qui si è lavorato con la sola temperatura. Tutto questo rende davvero molto incerte le conclusioni cui giungono gli autori, i quali in effetti fanno alcuni caveat nel testo, ma poi sono piuttosto decisi nel trarre le conclusioni.

C’è inoltre un altro aspetto interessante cui gli autori non hanno neanche accennato, ma che è un fattore ricorrente in molti dataset climatici. Nel dataset rappresentato dalla loro figura 1 (b), c’è una evidente discontinuità (breakpoint). Pur nel contesto di un trend non significativo, c’è un salto verso l’alto che porta la serie delle aree interessate da siccità ad una nuova condizione di equilibrio. In pratica uno shift. Nella figura sotto l’abbiamo evidenziato con una riga verde, si tratta di un gradino con aumento abrupto delle aree siccitose mondiali di circa il 10%.

Per cui, ammesso e non concesso che i dati ottenuti dagli autori per PDSI e aree siccitose siano buoni, il fenomeno è a nostro avviso da interpretare alla luce del cambio di fase delle westerlies degli anni ’80, che ha dato luogo ad un’accentuazione della siccità nelle zone delle latitudini medio – basse (grossomodo fra 30 e 50° di latitudine) per il rafforzarsi degli anticicloni mentre al contempo le latitudini medio-alte (da 50° in su) subivano un’umidificazione per effetto delle più abbondanti precipitazioni estive legate all’intensificarsi delle westerlies.

Quale la lezione di tutto ciò?

Innanzi tutto una considerazione scontata, la scienza va avanti e i proclami di disastro sono nella maggior parte dei casi non solo speculativi, ma in assenza di informazioni valide e definitive anche del tutto inaffidabili e pretestuosi. I dati non sono come il vino che invecchiando migliora. Purtroppo quelli più vecchi non sono affidabili, tanto per dire che il Pianeta finirà arrosto, quanto per dire che non lo farà. In seconda battuta, ma questo è l’aspetto che ci interessa di più, si conferma come quanto mai necessario un approccio molto diverso dall’attuale allo studio delle dinamiche del clima, un approccio che tenga conto delle dinamiche della circolazione, della distribuzione della massa sul Pianeta, delle oscillazioni in gran parte legate ai grandi attori del clima, la PDO e l’AMO per esempio, capaci di dettare le fasi delle dinamiche di tutto il sistema in modo assolutamente evidente. In tutto questo si può e si deve innestare anche una riflessione in ordine ad elementi di forcing esogeni, che esistono e sono anche incisivi a ridotta scala spaziale, ma limitarsi come si sta facendo da anni al mero inseguimento della soluzione di un’equazione CO2-Clima che non esiste non ci porterà lontano.

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Published inAttualitàClimatologia

7 Comments

  1. Gianluca Fusillo

    Complimenti ai coautori per quest’altro bell’articolo, ma avrei da porvi alcune domande. Se è vero che l’esito di articoli come quelli pubblicati su Nature non fanno che alimentare la psicosi GW, è vero anche che sussistono delle evidenze come quella della scorsa estate, che danno ragione ad alcune insulse premonizioni sull’andamento del clima. Se è vero che i dati vecchi sono sbagliati, che la discontinuità da voi individuata nel grafico di Sheffield sia stata causata dal cambio di fase delle westerlies, che i trend valutati con entrambi gli approcci TH e PM siano per ragioni diverse scarsamente rappresentativi, che l’unità di tempo prescelta sia sbagliata,troppo lunga….altro che evidenza scientifica….siamo di fronte all’inesorabile inesattezza della scienza in ambito climatico. Come mai tutto questo divario con altre scienze che hanno raggiunto un grado di approssimazione alla realtà decisamente maggiore???

    • Gianluca,
      pensi sia più evidente (nel senso di evidenze che danno ragione…) l’estate scorsa o l’inverno scorso? Per me nessuno dei due, perché la trasposizione nel mondo reale del riscaldamento globale attraverso gli eventi estremi non funziona.
      Circa il progresso non sono d’accordo. Il fatto che nessuno abbia trovato l’equazione del clima non vuol dire che non si sia andati molto avanti. Il problema é semmai che molti pensano di averla trovata con il massiccio uso delle simulazioni, non per il loro uso specifico, quello sperimentale di analisi e conferma dei processi, ma per le proiezioni.
      gg

    • Luigi Mariani

      Per dovere professionale mi trovo con una certa frequenza a referare articoli per riviste internazionali, con un’attività anonima e completamente gratuita e che fa parte del sistema di referaggio che garantiscono la qualità della letteratura scientifica mondiale.

      Se Nature mi avesse affidato il referaggio dell’articolo di cui discutiamo avrei fatto presenti le cose che ho scritto insieme a Guido e, se gli autori non avessero risposto adeguatamente alle mie critiche, avrei proposto all’editor di rifiutare l’articolo.

      In ogni caso non mi sarei stupito dei livelli d’incertezza insiti nel lavoro, in quanto la scienza del clima si riferisce al sistema più complesso con cui abbiamo a che fare sul pianeta (turbolenza, caos deterministico, frattalità, effetti di isteresi, una marea di scale che si parlano fra loro, il coinvolgimento di tutte le entità fisiche e biologiche presenti sulla faccia delle terra…. un vero guazzabuglio ed al contempo un problema conoscitivo affascinante).

      Pertanto che ci lavora è sempre esposto all’errore o a trascurare elementi che a noi sono apparsi evidenti, tipo il breakpoint degli anni ’80…

      Per inciso nello scrivere il commento avremmo potuto sorvolare sui nostri dubbi e calcare semplicemente la mano sul fatto che le conclusioni degli autori erano contrarie al catastrofismo montante.

      Abbiamo preferito non usare questa tattica ma viceversa parlare di pregi e limiti dell’approccio usato, sperando che questo aiuti chi legge ad affinare il proprio senso critico e ad applicarlo, se lo ritiene, anche alle nostre considerazioni….

  2. agrimensore g

    Complimenti, molto interessante! Come ulteriore lezione da trarre, direi che, più in generale, ogni semplificazione modellistica del sistema Terra comporta il rischio di produrre previsioni inaffidabili. Una richiesta di conferma: nella formula il termine ET include anche la normale evaporazione da bacini idrici, non solo la evapotraspirazione delle piante, giusto?
    PS: propongo che la formula si riscriva come CL(t+1) = CL(t) +…

    • agrimensore g

      oops… volevo scrivere CI(t+1) = CI(t) +…

    • Luigi Mariani

      Totalmente d’accordo. Chiedo a Guido se può intervenire.

    • Fatto. Grazie Agrimensore.
      gg

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