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Ciclo idrologico globale 1900-2020

In un commento ad un articolo su WUWT ho trovato in riferimento ad una serie che descrive il flusso complessivo di acqua dolce che entra annualmente nell’oceano globale (global discharge) che, come scrivono in Zanchettin et al. (2008), a partire dalla loro equazione (1), è

D=P-E±ΔR

con D=flusso finale; P=precipitazione; E=evapotraspirazione; R=riserve (terreno, sottosuolo, laghi, ghiaccio, … e quindi con ΔR= variazione nel tempo delle riserve).

Come si immagina facilmente, disporre dei dati non è semplice, e in particolare bisogna fare ipotesi su ΔR, ma l’avvento dei satelliti ha permesso una valutazione di D accettabilmente accurata.
Koutsoyiannis (2020) ha elencato tutta una serie di problematiche che riguardano il ciclo idrologico ed ha raccolto dati da un vasto numero di fonti per chiedersi se il bilancio dell’acqua (water balance) stia aumentando. Annota anche, nella sua figura 12, il bilancio dell’acqua ottenuto come differenza tra precipitazione ed evaporazione sulla terra e sul mare, che deriva da due serie di dati da satellite (NCEP-NCAR e ERA5), dal 1950 e dal 1980. Sottolinea anche che non vuole usare i dati di rianalisi su un intervallo temporale più lungo (1900-2010), in particolare i dati noti come ERA-20C, perché hanno minore affidabilità (these have lower reliability).

Ritornando alla serie di dati indicata dal commento, all’inizio, bisogna dire che è stata ricavata dalla figura del sito https://www.bafg.de/GRDC/EN/03_dtprdcts/31_FWFLX/freshflux_node. html, del Bundesanstalt für Gewässerkunde – BfG, l’istituto idrologico federale tedesco, ma che non contiene nessuna indicazione sulla sua origine e se in qualche modo possa essere collegata agli esempi portati da Koutsoyiannis (2020), anche se l’uguaglianza dell’estensione temporale può dare adito a qualche incertezza.

In ogni caso disponevo della sola figura indicata nel commento (sembra che l’accesso ai dati numerici del BfG sia disabilitato) che ho digitalizzato e che mostro in figura 1, insieme al suo spettro MEM.

Fig.1: Digitalizzazione della figura del BfG realizzata al passo costante di 0.517 anni per punto. La riga rossa è lo smussamento dei dati con finestra di 20 punti (o 10.3 anni). Lo spettro, in basso, mostra periodi riconducibili ad AMO e NAO ma solo con difficoltà a PDO. Ricordo che lo spettro MEM risente del passo dei dati e che i valori numerici del periodo (prima colonna) non corrispondono a quelli del grafico e devono essere moltiplicati per il passo.

Il flusso di acqua dolce verso l’oceano sembra essere salito (guardiamo alla linea smussata) da 38500 km3 per anno nel 1900 a 41000 km3 per anno attorno al 1950 per poi iniziare una lenta discesa che si è accentuata a partire dal 1975 fino al 1990. Da questa data è iniziata una più lenta, ma decisa, salita che si è conclusa nel 2010 quando è iniziata una nuova discesa. Oltre alla caratteristica generale evidenziata dalla linea rossa del filtraggio, l’aspetto del deflusso di acqua dolce è punteggiato di oscillazioni che iniziano e si concludono nel periodo di 5 anni (una divisione piccola del grafico) e in questo tempo la portata cambia di 3-5 mila km3 per anno. La variabilità è davvero il fattore importante in questa serie ed è evidenziata, nello spettro, dai massimi a circa 6 e 13 anni. Il potente massimo a 77.6 anni (all’interno del quale mostro una “increspatura” a 66.5 anni o, se si preferisce, il massimo a 66.5 anni con una increspatura a 77.6) credo sia da riferire principalmente ad AMO (66.7 anni) e a NAO (76 anni), come si evince dal loro spettro. Una possibile influenza di PDO non si nota se non nei (poco potenti) massimi enso-like tra 2 e 10 anni, peraltro presenti anche negli spettri delle altre due oscillazioni.
In un lavoro del 2012, Schroeder e Zodiatis in The Climate of the Mediterranean region (v. Science Direct in bibliografia) scrivono:

Andamenti decrescenti delle precipitazioni durante la seconda metà del secolo scorso sono stati evidenziati come un aspetto generale nella regione mediterranea. Sono consistenti con un chiaro trend positivo dell’indice NAO in inverno dagli anni ’60 alla fine del secolo. NAO è generalmente conosciuto come anticorrelato al flusso in uscita dai fiumi della regione mediterranea …

Per quanto detto sopra a proposito degli spettri e anche per questa frase che certamente fa pensare a legami con le grandi oscillazioni anche al di fuori del Mediterraneo, ho evidenziato nella figura successiva i minimi (blu) e i massimi (rosso) di PDO, AMO, NAO secondo questo schema

|------|-----------------------|----------------------|
|      |  Minimo, BLU, anni    | Massimo, ROSSO, anni |
|------|-----------------------|----------------------|
|# PDO | 1895, 1915, 1950, 2010|1905, 1940, 1962, 1985|
|* AMO | 1915, 1972            |1877, 1940, 1958, 2020|
|= NAO | 1890, 1960, 2005      |1905, 1990, 2020      |
|------|-----------------------|----------------------|

sovrapposti al quadro superiore di figura 1:

Fig.2: La serie del flusso globale di acqua dolce e la stessa filtrata su una finestra di 20 punti (linea rossa), con sovrapposti i minimi (blu) e i massimi (rossi) di PDO (#), AMO (*) e NAO (=).

La situazione è senz’altro confusa, anche se la discesa del flusso, iniziata dagli anni ’60 del secolo scorso, sembra essere compatibile con una crescita dell’indice NAO culminata nel 1990-95, confermando con ciò un aspetto generale già evidenziato sopra per Mediterraneo e Mar Nero (NAO è generalmente conosciuto come anticorrelato al flusso in uscita …).

Mi sono anche chiesto, vista la formula all’inizio del post e l’importanza che in quella formula riveste la precipitazione, se fosse possibile dedurre dallo spettro del flusso verso l’oceano anche l’influenza lunare (il ciclo di Saros a 18 anni e il ciclo dei nodi lunari a 18.6 anni; per sicurezza, considero i massimi spettrali tra 18 e 20 anni) già osservata in diversi esempi, quasi sempre legati all’acqua e alla precipitazione: nello spettro del deflusso (figura 1), però, si osserva solo un accenno di massimo a circa 18 anni, a mio parere troppo debole per giustificare un’influenza lunare che alcuni giudicano importante ma che, mi sembra di poter dire, si diluisce molto quando si tratta di estensione globale, sempre ammettendo che il debole massimo indicato possa considerarsi reale.

Commenti conclusivi
La disponibilità di una serie del deflusso globale di acqua dolce verso l’oceano sembra un arricchimento per una visione complessiva del clima globale, che vale la pena indagare.
E’ importante aver potuto verificare l’influenza di alcune tra le principali oscillazioni di oceano e atmosfera nel deflusso e quindi anche nelle precipitazioni globali.
Non si è verificata, invece, l’influenza lunare (periodo 18-20 anni), presente con un massimo spettrale di potenza tanto bassa da non poter essere preso in considerazione.

Bibliografia

Foto di Tobias Hämmer da Pixabay

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Published inAttualitàClimatologia

4 Comments

  1. Brigante

    Articolo dagli spunti interessanti e degni di ampia discussione. L’intervallo di tempo e la difficoltà di reperire dati non lascia molti spazi di manovra, ma si possono fare diverse congetture.
    Ad esempio l’aumento registrato tra fine ‘800 e inizi degli anni ’60 del XX secolo, potrebbe essere asscoiato (anche) da un lato ad un progressivo scioglimento dei ghiacciai continentali, dall’altro a una diminuzione rapida della copertura vegetale, che in pochi decenni manifesta il suo minore contributo alla “ritenzione” idrica, sia delle piante stesse, che del terreno da queste ricoperto.
    Un’avanzata dei ghiacci negli anni ’60-’70 del secolo scorso, potrebbe spiegare il calo successivo, e viceversa l’aumento verso fine secolo.
    Il rapido calo degli ultimi 10 anni, dell’ordine di circa 3000 km3, potrebbe essere ascritto a:
    una maggiore captazione da parte dell’uomo per usi vari (costruzione di enormi dighe, ed uso irriguo-industriale della risultante acqua, e quindi sottrazione al sistema-ciclo); ci sono dighe che hanno volumi dell’ordine delle decine, se non centinaia di km3 d’acqua;
    una maggiore distribuzione delle precipitazioni in aree desertiche o sub-desertiche, con progessivo riempimento di antichi acquiferi (poche migliaia di anni fa il Sahara, l’Australia e non solo, erano costellati di enormi laghi e paludi);
    nuovo incremento (da dire sottovoce) delle masse nevose nei due grandi inlandsis dell’Antartide e della Groenlandia.
    Potrebbe essere utile confrontare i dati con delle curve isotopiche, come ad esempio quella dell’O18, per capire se l’acqua in più o in meno, venga poi dai ghiacciai.

    • Potrebbe essere utile confrontare i dati con delle curve isotopiche …
      E’ vero, ma per un confronto sarebbe necessaria una “curva isotopica globale” e, ammesso che sia possibile costruirla, io non saprei proprio come fare questa operazione. Forse è più semplice confrontare curve isotopiche “regionali” con deflussi da aree limitrofe anche se ampie, come l’area del fiume Yenisei il cui deflusso sarà l’argomento del prossimo post, insieme all’amplificazione artica. Franco

    • rocco

      il ∂18O medio globale intendi? Che misura useresti per confrontarlo con questi dati?

    • Brigante

      In effetti la mia era solo un’ipotesi. Dal momento che la variazione del tenore di O18, rispetto allo standard attuale, cambia con la latitudine, potrebbe essere opportuno individuare delle stazioni di misurazione in ambiente oceanico (coste di isole oceaniche, boe con mini-laboratori galleggianti; soluzioni oceanografiche esistenti, ecc.), un pò come avviene per la CO2 sul Mauna Loa e le altre stazioni isolate.
      Incrociando i dati con la piovosità, sempre in termini di latitudine, si potrebbe risalire agli apporti di O18, tenendo conto del gradiente latitudinale, ma soprattutto del fatto che le acque di provenienza dallo scioglimento glaciale ne sono più povere… se è quello che stiamo cercando.
      Ad ogni modo, a livello regionale si potrebbero avere delle indicazioni locali sul contributo delle varie fonti di acqua, ivi comprese quelle derivanti dallo scioglimento dei ghiacci, e nel caso dello Jenisei, anche del permafrost sottostante gran parte del bacino idrografico.

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