Cos’è un Modello Climatico?

Quando si parla di clima o, meglio, del clima che verrà o dovrebbe venire, è impossibile non parlare dei modelli con i quali si tenta la proiezione delle dinamiche del sistema nel futuro.

Notoriamente, questi modelli non hanno molto skill alla scala spaziale alla quale sono verificabili, ma nonostante ciò c’è chi ripone molta fiducia nelle loro performance nel lungo termine. Credo di poter dire che chi frequenta queste pagine è incline a non capire le ragioni di questa confidenza. Ma questa deve essere un’idea proprietaria ancorché condivisa.

Ragion per cui, in questa domenica di sole per metà Paese e di nubi e pioggia per l’altra metà, eccovi un lungo articolo che spiega piuttosto bene cosa sono e come funzionano i GCM (Global Climate Model).

Molte cose sono note e scontate, altre lo sono molto meno. Ad esempio è noto che si è lavorato tantissimo per far combaciare gli output della temperatura media globale con quanto stimato tramite le osservazioni, ottenendo tra l’altro risultati non soddisfacenti, ma non si sa che ci sono ambiti essenziali delle dinamiche del sistema che sono rappresentate in modo davvero troppo approssimativo, ove non presentino piuttosto degli errori sistematici abbastanza gravi, come ad esempio le correnti a getto.

Di particolare interesse poi il capitolo dedicato alle parametrizzaizoni ed al tuning, ossia alla rappresentazione preconfezionata di tutti i processi non modellabili e della ricerca dei valori più credibili per questi processi.

Ma, non voglio anticiparvi la lettura più di tanto… La giornata è ancora lunga ;-), ecco qua:

Q&A: How do climate models work?

Enjoy.

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Author: Guido Guidi

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11 Comments

  1. A proposito di modelli, mi è saltato all’occhio in questi giorni uno dei tanti grafici riportati nel 5° rapporto IPCC, e precisamente quello presente a pag.78 del WG1 AR5 Technical Summary (che allego qui per maggior comodità).

    In questo grafico, se non ho capito male, sono messe a confronto le temperature (dell’emisfero nord) ricostruite in base agli archivi paleoclimatici e quelle simulate con i modelli di calcolo.
    Risulta ben visibile in rosso (modelli) il famoso andamento ad “Hockey stick”, però ciò che mi ha maggiormente incuriosito sono quegli aloni grigi di tonalità variabile (temperature ricostruite) che avvolgono l’intero andamento.

    Adesso non so se ho ben interpretato il grafico, ma (oltre ad indicare che circa mille anni fa le temperature potrebbero aver eguagliato, se non addirittura superato, quelle odierne) sembrerebbe evidenziare che i modelli non siano ancora riusciti a simulare adeguatamente l’andamento delle temperature del millennio scorso, fornendo valori drasticamente più bassi. Dov’è che sbaglio?

    Probabilmente ne avete già parlato da qualche parte su questo blog e, se così fosse, mi scuso.

    Immagine allegata

    Post a Reply
    • Gianluca, sostanzialmente non sbagli.
      L’ampiezza dei toni di grigio indica il margine di incertezza nelle ricostruzioni, un margine paragonabile con il trend anche recente. Circa il mismatch tra ricostruzioni e modelli, essendo questi ultimi CO2 dipendenti, non sorprende che non riescano a simulare il Periodo Caldo Medioevale attorno all’anno 1000. Per la PEG il discorso è diverso, perché lì si è lavorato parecchio per ridurne la magnitudo in sede di ricostruzione ;-).
      gg

    • “Per la PEG il discorso è diverso, perché lì si è lavorato parecchio per ridurne la magnitudo in sede di ricostruzione ;-).”

      Capito, grazie ;-).

    • “Dov’è che sbaglio?”

      Da nessuna parte.
      L’hockey stick e’ uno dei piu’ famosi falsi in campo scientifico, un esercizio di rifacimento di dati per adattarli ad un modello preconfezionato.
      Le bande grigie attorno alla curva, nel grafico da te ricopiato, sono i livelli di confidenza relativi allo spread dei vari modelli… che come puoi vedere sono notevoli.
      I modelli attuali sono altamente approssimati… basta leggere gli articoli scientifici che ne descrivono algoritmi e codici implementati… non e’ certo una mia opinione.
      Per ottenere curve come quella della figura fanno girare un certo numero di modelli, da “qualche” a centinaia, se non anche migliaia… ognuno col suo bel “stato iniziale” (che consiste di centinaia di migliaia e piu’ di dati misurati e interpolati… quando non addirittura messi “a mano”)… li fanno girare per un po’ su supercomputers o clusters con centinaia di processori e poi fanno la media di quello che chiamano l’ensemble dei modelli. Spesso e volentieri si trovano articoli dove scartano una parte dei modelli… ovviamente quelli che hanno risultati troppo lontani dai dati misurati… e si limitano a tenere quelli “buoni”,
      Nei campi delle scienze esatte, come la fisica delle particelle o degli acceleratori (cito questi perche’ ho familiarita’ con essi), ovviamente un tale modo di procedere non e’ mai adottato… per il semplice fatto che farlo sarebe considerato filosofia, non scienza.
      Se si ha un modello che da dei risultati “giusti” (in accordo con i dati sperimentali misurati) lo si adotta, e si scartano quelli che non lo fanno. Punto.
      I risultati sperimentali di LHC al CERN hanno permesso di eliminare per sempre decine e decine di modelli teorici che sono stati trovati in contrasto con i dati misurati… e questo senza alcun rimorso.
      Fare la media dei modelli climatologici che “scaldano poco” con quelli che “scaldano troppo” e poi dire che la media dell’ensemble da risultati piu’ o meno giusti non ha alcun senso scientifico. Ripeto… e’ filosofia, non fisica.

      Come ho scritto prima, arrivano al punto di calcolare le funzioni di distribuzione di grandezze di interesse climatologico facendo girare questionari fra “esperti”!…

      Una madre pone la stessa domanda a due dottori: “mio figlio e’ piccolo per la sua eta’, quale altezza posso aspettermi che raggiunga da adulto?”
      Dottore 1: 1 metro e 20.
      Dottore no.2.2 metri e 40

      Facciamo la media (1,20+2,40)/2=1,80… e lo diciamo alla madre?
      Ti pare corretto?
      Eppure e’ quello che fanno i climatologi moderni, ne’ piu’ ne’ meno.

      Saluti.

    • “Fare la media dei modelli climatologici che “scaldano poco” con quelli che “scaldano troppo” e poi dire che la media dell’ensemble da risultati piu’ o meno giusti non ha alcun senso scientifico. Ripeto… e’ filosofia, non fisica.”

      Non riesco proprio a spiegarmi come, sulla base di approssimazioni così evidenti di cui i climatologi stessi sono pienamente consapevoli, si possa arrivare a tali granitiche certezze al punto da tacciare di negazionismo chiunque esprima qualche perplessità.
      Del resto, se fosse davvero tutto frutto di un complotto, potrebbero rendere la vita più difficile ai “negazionisti” semplicemente evitando di inserire nei grafici tutte quelle ombreggiature.

      Strana scienza la climatologia.
      ^_^

      Cordiali saluti

    • Il picco dell’ anno mille storicamente noto come rinascita ottomana coincide con il passaggio dal basso all’ alto medioevo, La popolazione europea si raddoppiò, si estesero le coltivazioni in aeree storicamente inabitabili come i Paesi Bassi e le paludi della pianura padana. Torna il fatto che fosse un periodo molto più caldo a prescindere dai dati climatologici. I vichinghi scorrazzavano nel mare del nord fino alla groenlandia su navi a remi scoperte

  2. Salve a tutti:

    su questo argomento, un paio di interessanti studi, alcuni peer-reviewed, altri presentazioni:

    http://www.geosci-model-dev.net/8/1221/2015/

    http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/BAMS-D-11-00094.1

    goo.gl/bbgHJx

    Uno dei migliori per dimostrare la farloccaggine dei modellini e’ questo:

    https://ehjournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/1476-069X-11-S1-S4

    … dove basano le conclusioni sul futuro della salute dell’umanita’ a causa del terribile global warming sull’opinione di SEDICI esperti… la chiamano “expert elicitation”…

    E non e’ solo a questo genere di studi che riguardano la medicina… usano la “expert elicitation” anche per studi di climatologia… vedasi quest’altro:

    http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017EF000663/full

    … che cita questo:

    https://www.nature.com/articles/nclimate1778

    … dove dicono che…

    “A major gap in predictive capability concerning the future evolution of the ice sheets was identified in the Fourth Assessment Report (AR4) of the Intergovernmental Panel on Climate Change.
    As a consequence, it has been suggested that the AR4 estimates of future sea-level rise from this source may have been underestimated. Various approaches for addressing this problem have been tried, including semi-empirical models and conceptual studies.

    Here, we report a formalized pooling of expert views on uncertainties in future ice-sheet contributions using a structured elicitation approach.
    We find that the median estimate of such contributions is 29 cm—substantially larger than in the AR4—while the upper 95th percentile value is 84 cm, implying a conceivable risk of a sea-level rise of greater than a metre by 2100. ”

    Ci calcolano persino i livelli di confidenza di… opinioni!… per quanto di “esperti”… della serie “oste, com’e’ il tuo vino?”…

    Sono oltre la frutta… sono al caffe’. 🙂

    Post a Reply
    • Roberto, quella dei modelli semi-empirici del trend di variazione del livello del mare è una storia che ho affrontato diverse volte. All’inizio fui incuriosito dalla differenza tra gli scenari “ufficiali” (IPCC) e quelli di alcuni studiosi. Entrando nel merito della questione, feci il classico salto sulla sedia. I modelli semi-empirici sono “costruiti” sulla base di un’opinione.
      .
      Il livello del mare varia a causa del contributo sterico (dilatazione termica degli oceani) e della variazione del contributo di massa (fusione dei ghiacciai terrestri e variazione del volume di acqua invasata a terra). Esistono altri contributi (legati ad eventi circolatori atmosferici, alle correnti), ma la parte del leone la fanno i primi due. Stimare la perdita di massa dei ghiacciai terrestri e la variazione del contenuto di calore degli oceani, non è semplice ed i margini di incertezza sono notevoli. Secondo qualche studioso sommando i singoli contributi, si ottiene un valore maggiore di quello misurato e ciò deriva dal margine di incertezza connesso alla determinazione del contenuto di calore degli oceani e della massa di fusione dei ghiacciai terrestri. L’IPCC ha stimato gli 84 cm di aumento del livello del mare al 2100 sulla base di modelli che valutano questi parametri che a me piace definire fisici (da cui il nome di modelli fisici che diversi attribuiscono ad essi).
      .
      Qualcuno per accorciare i tempi, ha pensato di mettere in relazione le temperature globali con il trend di variazione del livello del mare sulla base dell’opinione di esperti che reputano che tanto il contributo sterico, quanto quello di massa, dipendano da quest’ultima grandezza. A questo punto il gioco è fatto: scenario di emissione, modello di circolazione globale accoppiato oceani-atmosfera, modello di variazione del livello del mare e previsione del livello del mare al 2100. Tutto in serie con incertezza che si somma ad incertezza, ma di cui non si parla mai e, alla fine, ecco che dal cilindro esce il numeretto da fornire ai media affamati di sensazionalismo: il livello del mare nel 2100 salirà di oltre sei metri rispetto ad oggi. Ovviamente città allagate, milioni di rifugiati climatici, piccoli atolli spariti sotto metri d’acqua, COP a go go e accuse di negazionismo scientifico a più non posso per quelli che invocano maggiore prudenza.
      Non per altro, ma solo per cercare di capire perché i modelli “fisici” generano risultati così diversi da quelli semi empirici. Mah!
      Ciao, Donato.

  3. Complimenti, Guido, per aver segnalato questo articolo!

    Da un primo “scan” sembra una miniera d’oro per farsi una visione d’insieme sui modelli climatici.

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  4. “Ma, non voglio anticiparvi la lettura più di tanto…”
    .
    E grazie, l’articolo sembra un trattato! 🙂
    Ci risentiamo tra qualche giorno.
    Ciao, Donato.

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