Il freddo non può venire dal caldo, neanche nelle simulazioni climatiche

Soltanto un paio di giorni fa abbiamo pubblicato un post per me molto interessante di Donato Barone. Un articolo in cui è stata compiuta un’analisi di alcune recenti pubblicazioni scientifiche volte a suggerire che il cosiddetto fenomeno di “amplificazione polare”, inteso come riscaldamento più rapido delle aree polari rispetto alle medie e basse latitudini, potrebbe essere all’origine dei rigidi inverni che hanno colpito gli USA nel recente passato e, più in generale, dell’aumento degli eventi meteorologici estremi. Questo dovrebbe accadere ed essere accaduto per un presunto rallentamento delle correnti zonali che animano il getto polare (la fascia di elevato gradiente termico e barico che separa l’aria polare da quella più meridionale), conducendolo ad una più accentuata ondulazione e quindi a più frequenti incursioni verso le basse latitudini, che sono in sostanza quelle violente discese di aria fredda o risalite di aria calda spesso all’origine di eventi intensi.

Questa ipotesi ha subito due serie obiezioni: la prima è quella che le osservazioni relative allo scorrimento del getto polare non sembrano mostrare evidenti segni di cambiamento pur in presenza di una amplificazione polare che, a prescindere dalle sue origini, appare consolidata; la seconda, forse ancora più cogente, è quella che il periodo preso in esame dalla letteratura a supporto di questa ipotesi è decisamente troppo breve per consentire di poter discernere alcun segnale significativo nel contesto di un rumore molto elevato cui le serie sono soggette per effetto della loro intrinseca variabilità.

Allo scopo di approfondire ulteriormente l’argomento, è stato recentemente redatto e pubblicato un nuovo lavoro sul Journal of Climate: CMIP5 projections of Arctic amplification, of the North American/North Atlantic circulation, and of their relationship, Barnes&Polvani 2015 (qui in pre-print).

Dal titolo si evincono subito le intenzioni degli autori: se il periodo su cui è stata avanzata l’ipotesi è troppo breve, perché non andare ad investigare se la relazione tra amplificazione polare e la modifica della circolazione atmosferica trova riscontro nelle proiezioni climatiche?

Lo scenario di riferimento impiegato è tra i Reference Concentration Pathways dell’IPCC quello più peggiorativo dal punto di vista delle emissioni di gas serra (RCP8.5). Sempre in relazione alle emissioni, è anche il più probabile, visto che nonostante le sempre più frequenti dichiarazioni d’intenti degli attori principali, le emissioni di CO2 globali continuano a crescere senza sosta, né più né meno come accaduto nelle ultime decadi. Rispetto agli effetti di questa continua crescita della CO2, lo sappiamo, queste simulazioni sono attualmente in opposizione di fase, perché crescono, è vero, ma le temperature globali hanno smesso di aumentare da un bel pezzo.

Ma, passiamo oltre. Quella suggerita in apertura è un’ipotesi in stretta correlazione con il mondo immaginato con le simulazioni climatiche, per cui, non è di una loro verifica che si è andati alla ricerca in questo paper, quanto piuttosto della consistenza della relazione di causalità tra un fenomeno osservato e previsto, quello dell’amplificazione polare, e le sue ipotizzate conseguenze con cui, non dimentichiamolo, si cerca di dare una spiegazione ‘innaturale’ ovvero indotta dal forcing antropico, a eventi attuali che pure hanno una lunga storia di elevata frequenza di occorrenza anche senza l’intervento dell’agente esterno antropico.

Dall’analisi dei dati di prognosi fatta dagli autori di questo paper, diciamolo subito, l’ipotesi esce letteralmente con le ossa rotte. Vediamo perché.

Innanzi tutto, sebbene in tutti i modelli presi in esame sia chiaramente presente l’amplificazione polare, cioè un riscaldamento molto maggiore ai poli che alle altre latitudini, le modifiche alla circolazione atmosferica che da questa dovrebbero scaturire – leggi latitudine  di scorrimento, intensità e ondulazione del getto nonché frequenza delle situazioni di blocco, sono o in opposizione di segno, cioè, causa uguale, effetti opposti; oppure, sono talmente diverse tra loro da impedire di identificare alcun segnale significativo di cambiamento. Per causa uguale, naturalmente, si intende la catena degli eventi alla base dell’ipotesi, una catena ben spiegata e della quale gli autori hanno tenuto conto per definire i limiti della loro ricerca, restando quindi rigorosamente sul tema. Quel che più colpisce, appunto tra segnali deboli e/o indistinguibili, è la totale assenza in queste simulazioni di prospettive di cambiamento per la frequenza delle situazioni di blocco, cioè proprio di quelle modalità di circolazione atmosferica all’origine degli eventi più intensi, come il gelo persistente negli USA degli ultimi due inverni ma anche in Europa per il 2010 e 2012, e le ondate di calore estive, per esempio, delle latitudini mediterranee.

Sicché, se in qualche modo gli autori confermano che l’amplificazione polare potrà avere degli effetti sulla circolazione atmosferica, ammesso e non concesso che i modelli la possano riprodurre con efficacia, questi effetti sono a) indistinguibili, b) non confermati secondo la catena degli eventi prospettata dall’ipotesi di partenza, c) presumibilmente non sufficienti ad avere un ruolo primario nel determinare le modalità circolatorie dell’atmosfera.

Se ne deduce che se l’ipotesi del freddo che viene dal caldo è intuitivamente una boutade, questa, pur con l’enorme grado di libertà che consentono le simulazioni climatiche, non trova cittadinanza neanche nel virtualissimo mondo governato dalla sola CO2. Ma allora, dov’è?

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Author: Guido Guidi

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12 Comments

  1. @ G. Guidi
    .
    Guido, su questo non ci piove. La discussione è, però, finita un poco OT nel senso che avevo perso di vista il post e l’articolo recensito che effettivamente parla d’altro. 🙂
    Che vuoi farci, a volte capita ….
    Ciao, Donato.

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  2. http://it.wikipedia.org/wiki/Mar_Morto
    da cui
    // Attualmente il livello dell’acqua del bacino superiore (settentrionale) è a circa 415 m sotto il livello del mare ed il divario continua ad aumentare, dato che il livello continua inevitabilmente a scendere //
    e ancora
    // È un mare chiuso che ha come immissari le acque del fiume Giordano, del fiume Wadi Mujib e di altri corsi d’acqua di minore importanza, senza avere però alcun emissario, risultando dunque un bacino endoreico. //
    Inoltre
    http://it.wikipedia.org/wiki/Giordano_(fiume)
    da cui
    // Il Giordano nasce dal Monte Hermon (2700 m) in Israele al confine con Libano e Siria, è lungo 320 km e subito dopo la sorgente abbandona il Libano per scorrere verso meridione e segnare il confine tra Israele e Cisgiordania, a ovest, e Siria e Giordania, a est. Nasce dalla congiunzione dei fiumi Hasbani, Banyas e Dan. Raggiunge il Lago di Tiberiade (o di Genezareth, biblico Mare di Galilea) e sfocia nel Mar Morto, a 397 m circa sotto il livello del mare, percorrendo la vallata del Gohr, scorrendo in una fossa tettonica collegabile al sistema di fosse dell’Africa orientale. //

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  3. Guido nel suo intervento ha individuato l’analogia corretta: analogia fluviale. Tale è, infatti, l’analogia con cui J. Masters su “Le Scienze” di marzo ed altri divulgatori su altri media, cercano di far comprendere il rallentamento delle correnti a getto. Esiste, però, una differenza tra l’analogia citata da Guido e quella utilizzata, per esempio, da Masters in quanto quest’ultimo considera i vortici delle correnti fluviali.
    .
    Il moto di un liquido si distingue in moto laminare e moto turbolento. Nel moto laminare i filetti fluidi con cui si schematizza il liquido in moto sono tra loro paralleli. Si tratta, come ovvio, di un moto ideale in quanto bastano piccole perturbazioni (rugosità delle pareti, corpi estranei, semplici vibrazioni, variazioni di velocità, variazioni di pressione, viscosità, ecc.) per far ruotare in modo infinitesimale il vettore velocità intorno ad un asse passante per il punto in cui si origina la perturbazione. Questa rotazione innesca un vortice che nell’immaginario collettivo è una parte della massa fluida in movimento in cui il liquido ruota su se stesso. Da un punto di vista fisico il vortice è un vettore diverso da zero che può essere circuitato lungo una linea chiusa (linea vorticosa). Nello spazio le linee vorticose definiscono le superfici vorticose o i tubi vorticosi: banalmente i mulinelli nel corso d’acqua 🙂 . Questo ci porta, però, lontano e non è il caso di insistere.
    Scrive Masters nel suo articolo pubblicato su “Le Scienze” che i vortici possono assumere dimensioni tali da rallentare o addirittura bloccare il flusso longitudinale del liquido nel corso d’acqua. Questo da un punto di vista fisico è vero in quanto la portata di un tubo, per esempio, ma anche di un canale o di un fiume, è maggiore nel caso di un moto laminare, minore nel caso di un moto turbolento e, a parità di sezione, ciò significa che passando dal moto laminare a quello turbolento diminuisce la velocità del fluido.
    Chi attribuisce all’amplificazione artica il potere di rallentare i venti zonali e, quindi, creare i meandri del getto polare, individua nei vortici atmosferici i “freni” del getto medesimo e presuppone, quindi, che i vortici ciclonici ed anticiclonici che si formano alla confluenza tra la cella di Ferrel e quella polare siano caratterizzati da un contenuto energetico maggiore rispetto a quelli del passato e, pertanto, in grado di rallentare il getto stesso.
    Nel caso della dinamica atmosferica i termini del problema sono piuttosto diversi da quelli già complessi dell’idrodinamica in quanto entrano in gioco questioni legate alla pressione, alla temperatura ed alla densità delle masse d’aria in gioco che rendono l’analogia idrodinamica piuttosto grossolana anche se molto efficace. Questo è, però, un altro discorso.
    Ciao, Donato.

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    • Dimenticavo. I vortici atmosferici sono determinati prevalentemente dalle forze di Coriolis, ovvero dalle forze apparenti che determinano il movimento di un punto rispetto ad un sistema di riferimento in moto rotatorio e dai gradienti barici. Le forze di Coriolis dipendono dalla velocità relativa del punto in movimento rispetto al sistema di riferimento. Detto in altri termini e scusandomi per l’eccessiva stringatezza, l’energia dei vortici atmosferici dovrebbe essere tanto maggiore quanto maggiori sono le velocità delle masse d’aria dirette dall’equatore verso il polo e viceversa (se la velocità di rotazione della Terra si assume costante, come credo sia corretto fare 🙂 ).
      Domanda: se l’amplificazione artica diminuisce il gradiente termico polo-equatore, può aumentare la velocità con cui le masse d’aria si spostano lungo i meridiani?
      Ciao, Donato.

    • Per tentare di dare una risposta a questa domanda vorrei ragionare prima su un aspetto. A caldo direi di no, in quanto non venendosi a creare quel gap termico tra le due zone, viene meno dalla natura il tentativo di riequilibrare lo scompenso termico e direi anche barico, data anche l’ipotetica scarsa presenza di vorticità alle medio basse latitudini con conseguente flusso ovest-est decisamente rilevante. Però se mi fermo a riflettere mi viene da pensare: il Jet Stream agisce tra i 5 e i 12 km di quota (per cui fino ai limiti della troposfera) ma le temperature globali vengono rilevate a livello di bassa troposfera. Allora? In sostanza indagare sui cambiamenti del clima limitandosi ad osservare la bassa quota (specie sotto l’aspetto termico) è quanto meno, secondo me, fuorviante. In poche parole se qualcosa di nuovo accade, o meglio se un input di cambiamento si realizza, avviene sempre a partire dalle alte quote verso il suolo e non il contrario. La bassa atmosfera è per me responsabile del rifornimento di energia (vapore acqueo, albedo) e l’andamento termico che ne deriva regola la strutturazione dei gas presenti nella colonna d’aria, con l’incognita di variabili quali ad esempio le eruzioni vulcaniche su tutte. Ma il processo di destabilizzazione della normale circolazione atmosferica dettata dal moto di coriolis, avviene a mio avviso dall’alto verso il basso e più precisamente dal comportamento dei vortici polari stratosferici. Ne sono secondo me un esempio le dinamiche di questi ultimi due anni dettate da una vigorosa compattezza dei vp e da un conseguente flusso zonale sparato ove non presente orografia in grado di deviarlo (vedi USA).

    • Scrive Luca: “In sostanza indagare sui cambiamenti del clima limitandosi ad osservare la bassa quota (specie sotto l’aspetto termico) è quanto meno, secondo me, fuorviante.”
      .
      Anche secondo me. L’atmosfera è una macchina termodinamica fenomenale per cui limitarsi alla sola temperatura superficiale è sciocco: è come se volessimo capire il funzionamento di un motore misurando la temperatura della carcassa. Come scrive giustamente Luca è in alto che agiscono le principali forze che determinano il tempo alle basse quote. Le stesse correnti a getto, veri motori del tempo meteorologico terrestre, si sviluppano ad alta quota e in alta quota si verificano i processi di nucleazione e formazione delle nuvole.
      Del resto su queste pagine abbiamo sempre scritto che la temperatura media globale non rappresenta affatto “l’integrale del sistema” per usare un’espressione cara al nostro padrone di casa 🙂 .
      Il guaio è che a questa obiezione ci si sente rispondere con uno stucchevole: si, ma è lì che viviamo noi.
      Ciao, Donato.

    • Donato Luca,
      attenzione però, perché è vero che l’amplificazione polare è qualcosa di strettamente attinente ai bassi strati, leggi misurata con le temperature superficiali, ma è anche vero che nel paper di cui si sta parlando così come nell’ipotesi che questo confuta, quella che viene presa in esame è una “catena degli eventi” che vede coinvolti gli schemi circolatori, uscendo quindi dallo strato superficiale e considerando l’intera struttura della circolazione secondo lo schema seguente:

      This causes (1) the midlatitude winds to decelerate, (2) the jet-stream to slow down and (3) the jet to shift equatorward (negative North Atlantic Oscillation/Arctic Oscillation response). Associated with these changes in the midlatitude flow, the large-scale Rossby waves (4) propagate more slowly and (5) amplify in the meridional direction, leading to (6) an increase in the frequency of blocking events, which are known to lead to extreme weather in the Northern Hemisphere midlatitudes.

      In sostanza non aver trovato nelle simulazioni la conferma dell’ipotesi, dimostra che la temperatura superficiale globale NON è l’integrale del sistema neanche nei modelli.
      gg

  4. È tutta questione di compensazione

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  5. beh Max il mio era un tentativo di comprendere quali siano state le idee alla base dell’erroneo concetto sviluppato…cioè qui si parla di meteorologia….poi se leggi bene ho scritto anche…visto che l’argomento è stato banalizzato, semplificato, mentre nella realtà dipende da molteplici fattori. Non è solo un discorso di energia potenziale del fluido intesa con gap dal livello zero (questo si concetto forviante, in quanto quello che conta è la variazione di energia potenziale, un fiume potrebbe anche andare, in determinate condizioni, sotto il livello del mare…), ma anche il substrato ha la sua importanza, la massa in gioco, etc…

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    • si si, ok, intendevo solo dire che l’andamento a meandri (e la loro evoluzione) di un fiume dipendono da cause interne al fiume stesso, stante la situazione topografica e geomorfologica in cui il fiume stesso scorre; per quel che riguarda le correnti a getto, mi sembra di poter interpretare che ciò che determina il loro andamento e la loro posizione, sono molteplici fattori esterni, atmosferici, geofisici, etc etc 😀

      PS: non è il livello del mare generico (quello a cui si fa riferimento di solito per le quote altimetriche) che determina il valore ZERO di en. potenziale di un corso d’acqua, ma il suo proprio LIVELLO DI BASE, che può anche essere al di sotto del livello del mare, ma se così è (come gli immissari di bacini quali il Mar Morto, appunto) lì rimane, di certo non torna “in salita” fino al mare aperto 😀

  6. l’erronea idea che una riduzione del gap termico tra poli ed equatore indurrebbe un’amplificazione del range di oscillazione del getto credo derivi dai concetti di fluidodinamica fluviale, infatti è noto che un fiume quando arriva a valle non ha più un percorso “rettilineo” e, anche a causa della ridotta pendenza /pressione divaga appunto nell’area pianeggiante. Ma nel caso in questione si dimentica che il moto occidentale del getto è dovuto alla rotazione terrestre, ed anche in presenza di eventuali variazioni termiche è logico non attendersi alcuna variazione delle dinamiche del getto polare…

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    • il paragone credo che sia un po’ fuorivante:
      l’andamento “a meandri” di un corso d’acqua, nelle zone di pianura, deriva da un surplus di energia che il corso d’acqua stesso ancora conserva dopo il percorso a monte, e che non può più “consumare” ulteriormente approfondendo in verticale (=erodendo il fondo fluviale), dato che non può scendere al di sotto del suo livello di base (foce in mare, o in un lago, dove comunque la sua energia potenziale = 0);
      di conseguenza il fiume “decide” di allungare il percorso (rendendolo meandriforme) che lo separa dalla foce, in modo tale da dissipare quel surplus di energia, per l’aumento della distanza percorsa, per la ovvia diminuzione di pendenza, e per il conseguente aumento di attrito con le sponde e il fondo fluviali…

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