Il Sole ed il clima terrestre

G. Guidi in questo post ha segnalato il bel paper:

The long sunspot cycle 23 predicts significant temperature decrease in cycle 24 di J.-E. Solheim et al.

il cui contenuto è stato illustrato nel post citato e, in estrema sintesi, rappresenta un tentativo di porre in relazione le temperature terrestri con la lunghezza del ciclo solare. La lettura dello studio mi ha suggerito diversi spunti di riflessione che vorrei condividere con i lettori di CM.

In primo luogo Solheim et al. 2014 mi ha fatto pensare alle grosse polemiche che da qualche tempo a questa parte WUWT, il blog di discussione climatica più letto, sta conducendo contro chiunque voglia tentare di individuare una relazione tra i cicli solari e le temperature terrestri. In particolare W. Eschenbach ha fatto della dimostrazione della mancanza di legami tra le temperature terrestri ed i cicli solari una questione di principio e, permettetemi di dirlo, uno dei suoi attuali maggiori interessi di studio. Per chi non avesse seguito la questione voglio solo dire che W. Eschenbach, sottoponendo ad analisi statistiche alcuni dataset di temperature, non è riuscito ad individuare periodicità che, invece, altri studiosi hanno messo in evidenza. Tra questi voglio citare il prof. F. Zavatti che applicando il metodo della massima entropia ai dati di temperatura della NOAA, ha individuato e messo in evidenza numerosi cicli di vario periodo, il prof. N. Scafetta che utilizzando altre metodologie matematiche ha ottenuto risultati analoghi e la prof. J. Curry che ha co-firmato un interessante studio in cui le autrici hanno individuato un meccanismo noto come OLA o “onda dello stadio” che ha individuato un periodo di 60 anni che caratterizza le anomalie di temperatura terrestre e via cantando. La cosa lo ha portato a concludere con una discreta fetta dei lettori di WUWT che tali relazioni non esistono: beati coloro che vivono di certezze granitiche!

Come si vede si tratta di un argomento molto dibattuto ed attuale per cui Solheim et al., 2014 ha subito suscitato la mia curiosità, specie perché il ragionamento sviluppato mi sembra piuttosto convincente. In primo luogo essi hanno calcolato per ognuno dei dataset di cui disponevano e per ogni ciclo solare la temperatura media (il modo in cui tale calcolo è stato effettuato è ben illustrato nello studio originale) ottenendo un andamento simil-periodico. Successivamente hanno dimostrato che mentre non esiste una relazione statisticamente significativa tra la lunghezza del ciclo solare e le temperature medie misurate durante il ciclo stesso, tale relazione esiste tra la lunghezza del ciclo solare e le temperature medie registrate durante il ciclo solare successivo. Il metodo, in particolare, ha permesso di “prevedere”, in quasi tutti i dataset, il valore della temperatura calcolata per il ciclo solare 23 (dopo che questo valore era stato eliminato, ovviamente, dai dati utilizzati per calcolare le medie dei vari cicli solari). I test statistici cui gli autori hanno sottoposto i dati mi sembrano piuttosto condivisibili ed i risultati ottenuti soddisfano i criteri di significatività statistica entro le due deviazioni standard per cui possono essere accettati con un ragionevole grado di fiducia.

Come si vede contrariamente a quanto sostenuto da W. Eschenbach la relazione tra cicli solari e temperature atmosferiche (locali, in questo caso, ma la chiave potrebbe essere proprio nella dimesione spaziale da investigare) è statisticamente robusta. E questo consente a tutti di constatare quanto le affermazioni perentorie di certezza siano piuttosto pericolose.

A parte le considerazioni statistico-matematiche che possono far storcere il naso a qualche lettore, mi sono sembrati degni di nota i meccanismi fisici che sarebbero alla base, secondo i ricercatori, delle oscillazioni che caratterizzano i dati di temperature dopo averli privati del trend.

Secondo Solheim et al., 2014 la circolazione termo-alina che convoglia il calore immagazzinato nelle acque marine tropicali verso le alte latitudini settentrionali impiega un certo tempo a compiere il suo lavoro. Questo tempo è stato calcolato da vari ricercatori e può essere stimato in circa undici anni (quasi un ciclo solare standard). Questo fatto consente di giustificare lo sfasamento con cui il Sole determina le temperature terrestri. Il perché, infine, sia la lunghezza del ciclo a caratterizzare la temperatura nel ciclo successivo deve essere ricercato nel fatto che, generalmente, i cicli brevi sono anche piuttosto intensi, mentre quelli lunghi, mediamente, sono più deboli. Questo comporta che, in genere, a cicli deboli ma lunghi sono associati valori dei parametri solari che favoriscono minori temperature atmosferiche (maggiore copertura nuvolosa, minore irradianza sia nel visibile che nell’ultravioletto e via cantando).

L’azione solare, infine, viene amplificata dalle dinamiche oceaniche influenzando le temperature superficiali locali e, probabilmente, anche globali. Secondo Solheim et al., 2014 il ciclo solare 23 è stato piuttosto lungo e meno intenso di quelli precedenti per cui le temperature atmosferiche (misurate da tredici stazioni meteorologiche dell’area nord Atlantica) dovrebbero diminuire nel corso del ciclo solare 24 di circa 1° C. Tale tendenza appare già in atto nella maggioranza delle stazioni di misura prese in considerazione. Nel lavoro originale sono contenuti dei grafici piuttosto interessanti relativi ad ognuna delle stazioni prese in esame e liberamente accessibili a chiunque voglia prenderne visione.

La cosa più interessante di tutte è che questa ipotesi è falsificabile nel senso di Popper in quanto entro una decina d’anni potremo sapere se la previsione di temperatura riportata nello studio per ognuno dei dataset preso in esame per il ciclo solare 24, ha avuto successo oppure no. Abituati ad avere a che fare con previsioni secolari mi sembra una buona, anzi ottima, notizia.

Ed infine una chicca di cui non ero a conoscenza che ho trovato nei lavori citati da Solheim et al. 2014. Nel lontano 2001 Reichel et al. pubblicarono un breve studio (non più di sei pagine pdf) in cui dimostrarono una relazione estremamente significativa dal punto di vista statistico tra la lunghezza del ciclo solare e le temperature dell’emisfero nord. Per effettuare tale correlazione utilizzarono una metodologia econometrica che i lettori con memoria più lunga conoscono già: la causalità alla Granger di cui in passato ho avuto l’onore di discutere con il dr. A. Pasini e con altri illustri ricercatori. In quella circostanza il prof. Pasini ebbe a scrivere che gli studi effettuati consentivano di escludere relazioni causali, secondo Granger, tra TSI e temperatura globale. Reichel et al. 2001 sembra che tale causalità non la escludono. Questa però è un’altra storia di cui avremo occasione di parlare a breve.

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Author: Donato Barone

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9 Comments

  1. @ M. Rovati
    Ho riletto il passo e mi accorgo che sono stato un po’ criptico. 🙂
    L’onere della prova spetta da un lato ai sostenitori della teoria AGW basata sul modello dell’equilibrio radiativo (e da come stanno andando le cose sembra che non riescano a darla) e, dall’altro lato, ai sostenitori di teorie alternative (Svensmark in testa) che ad oggi non sono riuscite a trovarne. Entrambe le parti continuano a cercare, noi stiamo a vedere e … speriamo: in un senso o nell’altro, senza preconcetti!
    .
    A proposito del dr. Svalgaard non so se hai avuto modo di seguire l’ultima volata di stracci con il dr. D. Archimbald su WUWT: mi conferma sempre più nelle mie convinzioni! 🙂
    Nei vari commenti, tra un “convenevole” e l’altro vi è la citazione di un lavoro di Svalgaard et al. che tratta della ricostruzione dell’indice AP e di altri parametri solari a partire dal 1880: tutto basato su estrapolazioni, regressioni lineari, correlazione ecc., ecc. (matematica e statistica allo stato puro, insomma). Di dati misurati, ovviamente, neanche l’ombra (per circa un secolo o giù di lì): niente male per uno che pretende da tutti evidenze sperimentali e meccanismi fisici ben definiti! 🙂
    Ciao, Donato.

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    • Chi è senza peccato… :-)) Comunque no, me la sono persa e non mi lamento…

    • Guido, ti ringrazio per la segnalazione. Ho dato solo un’occhiata superficiale e la cosa mi sembra piuttosto interessante. Ho bisogno, però, di più tempo per approfondire la questione. Ne riparleremo.
      Ciao, Donato.

  2. ” ha fatto della dimostrazione della mancanza di legami tra le temperature terrestri ed i cicli solari una questione di principio”

    Caro Donato, non sono d’accordo. Eschenbach, e non solo, ha fatto una questione di principio sul metodo, basato su un uso forzato dell’analisi statistica e su ipotesi ad hoc, di alcuni studi che mettono in relazione i cicli solari e il clima terrestre.
    Le sue conclusioni sono che allo stato attuale non vi sono certezze nell’attribuire influenze climatiche al ciclo solare (o ai cicli planetari) e chi vanta tali certezze (granitiche?) è probabilmente in errore.
    Dunque quella di Eschenbach è tutt’altro che una granitica certezza sul fatto che tali relazioni non possano esistere. E poi, sostiene, manca del tutto una teoria (non il frutto di sole analisi empiriche) che fornisca la meccanica di base.
    Personalmente ritengo che le sue obiezioni siano ragionevoli e motivate.
    A suo tempo ebbi modo di citare in questo blog uno studio che metteva in relazione le piene del Rio Paranà e i cicli solari. Lo ritenevo un buon argomento contro i detrattori dell’influenza solare sul clima. Bene, pare che sia stato smentito e che i dati a supporto fossero affetti da cherry picking.
    Con ciò io continuo a pensare che la nostra stella, e anche tutta la galassia, non possa essere ritenuta ininfluente e che valga la pena di tentare di scavare tra i dati per fare emergere qualcosa di significativo. Purtroppo solo il tempo potrà decidere tra vero e falso, come è successo per le catastrofi da CO2 annunciate tempo fa da Hansen e oggi smentite.

    Post a Reply
    • Caro Maurizio, lo ammetto senza tentennamenti, W. Eschenbach mi dà ai nervi 🙂 in quanto assume l’atteggiamento spocchioso che caratterizza molti dei credenti AGW tra cui i membri del cortile nostrano.
      Lui si picca di dimostrare con l’analisi di Fourier et similia che molti dei risultati ottenuti da autori di articoli soggetti a revisione paritaria sono del tutto errati. Ultimamente ha cercato di demolire i lavori di Shaviv; i lavori di Scafetta non li prende proprio in considerazione o li ridicolizza a prescindere in quanto sostiene che l’autore non rende pubblici dati e codici di calcolo utilizzati; J. Curry non gli va bene perché ha teorizzato la ola o “stadium wave”; Mann, Briffa e tutti i vari esponenti di punta della teoria AGW li considera meno di niente; Muller ed il suo gruppo di ricerca hanno sbagliato tutto. Non vorrei sbagliarmi, ma fino ad oggi non mi è sembrato di aver trovato uno studio, dico uno, su cui non abbia avuto da ridire (eccettuati quelli di A. Watts o L.Svalgaard o qualche altro membro della parrocchia di WUWT). Non mi meraviglio, pertanto, se, una volta, Roy Spencer, stanco delle sue continue lagne, gli mandò a dire che era meglio che certe cose le lasciasse fare ai professionisti! 🙂 Dopo di che si è ben guardato dal mettere becco sui vari articoli che R. Spencer pubblica anche su WUWT.
      .
      Comunque, a parte le mie considerazioni personali, io ho avuto modo di leggere molti dei lavori che egli critica (in qualche caso con toni discutibili) e, onestamente, non me la sento di condividere i suoi giudizi aspri e sprezzanti. In moltissimi di questi lavori sono presenti analisi statistico-matematiche di ottimo livello, test di accettabilità dei risultati chiari e condivisibili. Per quel che riguarda i periodi che egli non riesce a trovare con le sue analisi è strano che altri li trovino con altre metodologie. Per molti di questi lavori effettivamente si può contestare il fatto che manca il meccanismo fisico che supporta il calcolo. In realtà nella maggior parte dei casi gli autori propongono delle ipotesi che, però, debbono essere verificate. Anche Solheim et al. 2014 lo fa, ma bisogna vedere se la loro ipotesi è realistica o meno attraverso ulteriori ricerche.
      Del resto anche noi contestiamo che tutto il GW sia imputabile all’attività umana. Lo possiamo fare perché la scienza non è riuscita ad individuare un meccanismo che consenta di modellare il fenomeno in modo certo.
      .
      Tu citi la mancanza di un meccanismo fisico preciso per spiegare l’influenza del Sole sul clima terrestre. Io sono d’accordo con te e la cosa mi dispiace, ma il nostro livello di comprensione della fisica del sistema è tale da non consentirci di identificarlo. Solo con metodi empirici e statistici possiamo pensare di cogliere qualche legame e poi, con fatica, risalire alle cause fisiche. Come hanno fatto, del resto, Keplero, Newton, Einstein, Dirac, ecc. ecc.. E’ ciò che ha fatto Solheim et. al. 2014. E’ ciò che cercano di fare A. Pasini et al.. E’ ciò che sta facendo N. Scafetta. Io credo che sia necessario farli fare, seguire il loro lavoro e, quando necessario criticarlo nelle parti in cui lo merita senza denigrare gli autori o beffeggiarli (il termine “ciclista” è stato coniato da W. Eschenbach, non da altri) 🙂
      .
      Diverso è il discorso della riproducibilità dei risultati che, secondo me, rappresenta il vero tallone d’Achille della ricerca attuale. In altri termini sono molto pochi coloro che si dedicano alla ricerca della replica dei risultati ottenuti da altri ricercatori in quanto vi è una corsa spasmodica alla novità, anzi all’originalità. Se venisse premiata anche l’attività di replica dei risultati gli studiosi sarebbero incentivati a rendere pubblici i dati ed i procedimenti utilizzati rendendo inutile la ricerca di complotti che, in realtà, non esistono o i vari casi di “cherry picking”: se tu sai che altri ricercatori cercheranno di replicare i tuoi risultati eviterai di sceglierti con oculatezza i dati.
      Ciao, Donato.

    • Caro Donato, sarà, ma Eschenbach pur essendo molto irriverente, talvolta aggressivo e sarcastico oltre ogni limite, mai m’è sembrato uno che lancia il sasso e poi nasconde la mano come fa la setta del CAGW.
      Anche Svalgaard è pungente e maltratta i suoi avversari, soprattutto quando gli mancano le basi, o sono “fumosi” però sa il fatto suo e non l’ho mai visto offendere per primo.
      I “ciclisti”, come ho detto, pagano pegno perchè i loro sforzi sono condizionati dai limiti temporali e dalla risoluzione dei dataset, e perchè non hanno un meccanismo fisico soddisfacente che conforti le osservazioni. Se all’interno del “partito degli scettici” c’è qualcuno che prova, quando è il caso, a fargli rimettere i piedi per terra, la cosa mi pare assolutamente salutare per la scienza tutta.
      Per esempio cito l’obiezione di Svalgaard al lavoro di Svensmark:

      http://wattsupwiththat.com/2014/04/10/more-support-for-svensmarks-cosmic-ray-modulation-of-earths-climate-hypothesis/

      lsvalgaard says:
      April 10, 2014 at 9:01 am

      As the paper concludes: ” Further research is needed to better quantify the impact of solar activities on Earth’s climate.” = please give me more money.

      The problem with this kind of papers is that they ignore that solar activity and cosmic ray flux have not varied much [apart form the obvious 11- and 100-yr cycles] the past 300 years, while the climate has. For example, we are currently down to the same level of solar activity as a century ago, but the climate now is not what it was back then.
      Understandably, the authors did not show a plot of solar [cosmic ray] activity.

      A me pare che le obiezioni di Svalgaard siano sensate e ragionevoli, magari sbaglierà e io con lui però, secondo me, non vale il preconcetto che se uno è contro l’AGW allora ha ragione.

      Non mi piacciono le risse e i piagnistei, ma pare siano inevitabili e io non ci posso fare nulla.
      Come è noto nella Scienza, non conta il gradimento o il consenso, ma tra gli scienziati sì e poi conta anche la pecunia…

    • Maurizio, che la pecunia conti nella scienza è fuori da ogni dubbio: senza soldi non si cantano messe. 🙂 🙂
      .
      Passando all’esempio che hai citato cercherò di illustrarti il mio punto di vista.
      Il clima terrestre è cambiato nel passato, cambia oggi e cambierà anche nel futuro. Perché?
      Secondo la linea di pensiero principale a causa dei gas serra di origine antropica e sulla base di un meccanismo fisico ben preciso: l’equilibrio radiativo. La termodinamica classica applicata al sistema fisico atmosfera-idrosfera. Tutto appare chiaro, basato su leggi fisiche ben precise, consolidate da tempo che lasciano poco spazio alle interpretazioni. C’è, però, qualche “ma”, qualche “dettaglio” (il diavolo, si sa, si cela nei dettagli 🙂 ) che spariglia le carte.
      Il clima è cambiato anche nel passato quando questi gas serra non avevano le concentrazioni attuali e, soprattutto, i modelli fisici basati sull’equilibrio radiativo non sono in grado di prevedere il comportamento del sistema climatico in modo soddisfacente per cui gli scettici possono, entro certi limiti, invocare il beneficio del dubbio. Essi devono, però, individuare un meccanismo alternativo, l’onere della prova è loro. E qui cominciano i problemi perché ci si addentra in “terra incognita” con alta probabilità di prendere cantonate. R. Spencer punta sulle nuvole: l’effetto albedo è molto forte per cui basterebbe che la copertura nuvolosa cambiasse (in più o in meno) dell’1-2% per spiegare quasi tutta l’oscillazione climatica moderna (ed anche passata). Svensmark propone un meccanismo in base al quale la variazione dei campi magnetici solari determina una modulazione del flusso dei raggi cosmici galattici capaci, secondo lui, di modificare il processo di nucleazione delle nubi. Al CERN si stanno conducendo esperimenti in questa direzione che sembrano dargli ragione, ma …. anche qui c’è un ma. 🙂
      Dice Svalgaard che l’attività solare o è stata sempre costante o è variata in modo simile ad oggi anche nel passato, però non ci sono stati cambiamenti climatici un secolo fa quando l’attività solare era paragonabile a quella attuale.
      E a questo punto, visto che ci troviamo di fronte a tanti vicoli ciechi, ritorniamo al punto di partenza e ci ri-chiediamo: perché?
      Per rispondere a questa domanda abbiamo due alternative: negare l’esistenza del cambiamento climatico (ma equivarrebbe a sostenere che il clima terrestre non è mai cambiato e ciò sarebbe un assurdo logico) o proseguire nelle indagini scientifiche: formulare ipotesi, raccogliere dati, verificare che i dati confermano le ipotesi. In caso negativo (come purtroppo sta accadendo oggi) mettere punto e tornare a capo. Per questo, però, ci vogliono i soldi e quindi il ciclo ricomincia.
      Delle due l’una: o ci accontentiamo acriticamente di quello che abbiamo oppure cerchiamo di indagare sopportandone i costi.
      Io opto per la seconda ipotesi.
      Ciao, Donato.

    • Donato, hai riassunto bene la questione climatica nel primo paragrafo.
      Se non ho frainteso le tue parole c’è un punto particolare nel quale non mi ritrovo, scrivi infatti.

      “i modelli fisici basati sull’equilibrio radiativo non sono in grado di prevedere il comportamento del sistema climatico in modo soddisfacente per cui gli scettici possono, entro certi limiti, invocare il beneficio del dubbio. Essi devono, però, individuare un meccanismo alternativo, l’onere della prova è loro.”

      Secondo me, l’onere della prova spetta a chiunque avanzi una teoria, per primi i fautori dell’effetto serra, che hanno fallito le previsioni vent’anni fa e ora rifiutano di ammettere l’evidenza comportandosi da mafiosi (climategate) e s’arrampicano sugli specchi invocando la PDO e il calore nascosto dove non si può misurare.
      Ovviamente chi segue e avanza altre teorie non sfugge alla regola. Il lavoro scientifico deve essere criticato liberamente.
      Quindi se Svensmark: sostiene che l’effetto sul clima del ciclo solare è immediato, ma che però bisogna approfondire gli studi, e Svalgaard gli fa notare la discrepanza con le osservazioni di un secolo fa, allora, pur non offrendo nessuna teoria alternativa, Svalgaard sta facendo il suo mestiere e non deve provare altro che la correttezza delle sue critiche.
      Spero che Svensmark o chi per esso non si metta a dare del negazionista a chi non è d’accordo e a nascondere le sue carte come spesso fanno i serristi.

      Forse è eccessivo da parte di Svalgaard scrivere che il lavoro di Svensmark si traduce solo in una richiesta di maggiori finanziamenti, però, in fondo, si tratta di cose scritte in un blog…

      Ciao.

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