La Teoria di Miskolczi dell’Effetto Serra Saturato

Riassunto

La teoria di Miskolczi parte dall’analisi di misure sperimentali da radiosondaggio e da satellite che mostrano uno spessore ottico atmosferico (TAU) ed un effetto serra planetario (G) sostanzialmente costanti negli ultimi 61 anni, in aperto contrasto con quanto atteso dalla teoria dell’Anthropogenic Global Warming (AGW) fatta propria dall’IPCC.

Per giustificare tali evidenze osservative l’autore riconsidera il bilancio radiativo planetario ed individua alcuni vincoli, in precedenza non considerati, che riguardano in particolare l’emissione a onda lunga di superficie (Su), la frazione di quest’ultima assorbita dall’atmosfera (Aa), la radiazione complessiva emessa dal top dell’atmosfera verso lo spazio (OLR), la radiazione emessa dallo strato emittente atmosferico verso lo spazio (Eu) ed infine la radiazione emessa dall’atmosfera verso al superficie (Ed).

L’eguaglianza fra input energetico solare e OLR imposta per ragioni di equilibrio energetico e l’ipotesi secondo cui l’emissione di superficie Su sarebbe espressione della temperatura della superficie e dell’aria nelle sue vicinanze inducono l’autore a vincolare la temperatura di superficie all’energia in arrivo dal sole (F0) ed a formulare l’ipotesi secondo cui l’effetto serra sarebbe saturato sulla Terra, e più in generale in pianeti dotati di atmosfera semi-trasparente e di un serbatoio di gas serra pressoché infinito (oceani). La saturazione sarebbe frutto di un equilibrio dinamico fra i diversi gas serra, per cui ad esempio al crescere di CO2 si assisterebbe ad un parallelo decremento del tenore di vapore acqueo nella media-alta troposfera, unico strato che, incrementando il proprio spessore ottico, è potenzialmente in grado di incrementare in modo sensibile l’effetto serra planetario.

La teoria di Miskolczi è corroborata dalle evidenze osservative che indicano che la troposfera medio-alta è stata interessata negli ultimi 61 anni da un progressivo calo dell’umidità  specifica (grammi d’acqua per m3 d’aria). Tali evidenze presentano grande rilevanza pratica poiché sull’ipotesi di incremento dell’umidità  specifica nella troposfera medio-alta (e di conseguenza di incremento dei valori medi planetari di spessore ottico complessivo e di effetto serra) si fondano le previsioni di sensibile incremento delle temperature globali generate con i modelli GCM e fatte proprie dall’IPCC, che le utilizza per generare gli scenari climatici futuri. I risultati ottenuti da Miskolczi dovrebbero indurre a riconsiderare le parametrizzazioni dei modelli adeguandole alle evidenze teoriche ed osservative più recenti.

INTRODUZIONE

Questo scritto mira ad descrivere in termini sintetici e con un minimo di algoritmica la teoria di Miskolczi, che per comodità  chiameremo dell’effetto serra saturato (Saturated Greenhouse Effect  SGE), così come illustrata nel lavoro scientifico Miskolczi F.M., 20071 disponibile in rete a questo link.

La teoria afferma che un’atmosfera planetaria di tipo terrestre, dotata di copertura nuvolosa parziale e di un serbatoio illimitato di vapore acqueo (oceani), mantiene un effetto serra energeticamente massimizzato (e cioè costante o saturato) che non può essere alterato in modo sensibile da emissioni naturali o antropiche, essendo determinato dall’input energetico solare.

La teoria, che nel lavoro di Miskolczi del 2007 viene sviluppata con riferimento a condizioni di cielo sereno, evidenzia una serie di vincoli energetici non considerati dalla teoria classica dell’effetto serra, in virtù dei quali la sensibilità  del sistema climatico all’incremento dei gas serra ed in particolare della CO2 di origine antropica si riduce a 0. In altri termini ogni crescita di CO2 sarebbe compensata da un decremento nel vapore acqueo, eliminato tramite le precipitazioni.

I vincoli energetici introdotti dall’autore e che costituiscono le principali novità  della teoria sono i seguenti:

  1. Energia cinetica pari al 50% di quella potenziale in virtù del teorema del viriale
  2. Equilibrio termico fra atmosfera e superficie come conseguenza della legge di Kirchoff dell’equilibrio termico
  3. Energia emessa dalla superficie (Su) in condizioni di cielo sereno pari a 1.5 volte l’energia solare in ingresso (F0), il che in assenza di variazioni sostanziali di F0 (quali ad esempio quelle a cui si assiste nelle transizioni interglaciale-glaciale) limiterebbe la temperatura di superficie a valori prossimi a quelli attuali.

Da tutto ciò si deduce che l’aumento delle temperature registrato nel 20° secolo non è da imputare all’aumento di CO2.

DESCRIZIONE DELLA TEORIA

Figura 1 –Schema dei flussi energetici coinvolti nel bilancio energetico atmosferico e di superficie del nostro pianeta considerati da Miskolczi. In (b) si riportano i valori medi delle densità di flusso istantaneo in condizioni di cielo sereno (Watt m-2), con i dati di OLR ricavati da ERBE (2004). Si noti che in condizioni reali, con copertura nuvolosa media del 60%, si avrà invece 235 per OLR e 392 per Su.

L’ipotesi è stata sviluppata con riferimento a condizioni di cielo sereno (clear sky conditions) e fa riferimento al bilancio radiativo terrestre scomposto nei due bilanci della superficie e dell’atmosfera, secondo lo schema presentato in figura 1a ove si illustrano i diversi flussi energetici coinvolti (per il significato degli acronimi si veda la tabella 1 ed in figura 1b, ove si riportano i valori numerici medi di tali flussi in condizioni di cielo sereno. Si osservi che il sistema di figura 1 è un convertitore lineare di radiazione a onda corta solare in radiazione a onda lunga. In altre parole l’energia arriva al sistema come energia solare a onda corta (F0), è trasformata in flussi di superficie (S) e atmosferici (E) e viene infine emessa verso lo spazio in forma di radiazione a onda lunga (OLR), per cui si potrà scrivere:

F0 -> S, E -> OLR

L’equilibrio energetico impone che F0 sia pari a OLR, con un valore medio reale di 235 W m-2 e che in condizioni di cielo sereno diviene di 266 W m-2 (figura 1b). Il lavoro di Miskolczi prende le mosse dall’analisi dello spessore ottico atmosferico TAU che è il numero medio di volte che un fotone emesso dalla superficie terrestre viene assorbito e riemesso prima di perdersi nello spazio. TAU è legato alla trasmittanza atmosferica Ta dalla relazione TAU = -ln(Ta). In particolare nel 2004 Miskolczi ricava un valore di TAU pari a 1.872 mentre nel 2007, lavorando su dati di radiosondaggio da NOAA Earth System Research Laboratory3 e dati di CO2 di Mauna Loa, ottiene per TAU un valore pari mediamente a 1.86875 e stazionario per gli ultimi 61 anni (trend di incremento=0.0018 in 61 anni).

Tabella 1 “ significato delle sigle utilizzate nel testo. Tutti i termini tranne la trasmittanza (%) e l’assorbanza (%) sono delle densità di flusso e sono espressi in espressi in W m-2.

sigla Significato fisico
F0 radiazione a onda corta (UV, visibile e IRvicino) in arrivo dal Sole, al netto dell’albedo planetario (radiazione solare riflessa da nubi e superficie)
OLR radiazione a onda lunga (IRlontano) emessa dalla Terra verso lo spazio
St radiazione a onda lunga che fugge verso lo spazio attraverso la finestra atmosferica
EU radiazione a onda lunga emessa dall’atmosfera verso lo spazio
F frazione di F0 assorbita dall’atmosfera
ED radiazione a onda lunga emessa dall’atmosfera verso la superficie
Su radiazione a onda lunga emessa dalla superficie
Aa frazione di Su assorbita dall’atmosfera
K energia ceduta dalla superficie all’atmosfera in forma non radiativa e cioè come calore sensibile e calore latente.
F0-F frazione di F0 assorbita dalla superficie
P0 energia geotermica
P frazione di P0 assorbita dall’atmosfera
P0-P frazione di P0 assorbita dalla superficie
Ta Trasmittanza atmosferica
A Assorbanza atmosferica

Di fronte a tali evidenze empiriche si poneva per Miskolczi il problema di trovare una giustificazione sul piano teorico, il che lo spinse a lavorare sui dati osservativi relativi ai diversi flussi di radiazione ad onda corta di origine solare (Uv, Vis e IR vicino) e ad onda lunga di origine terrestre (IR lontano) che partecipano al bilancio radiativo del pianeta. Tale indagine esplorativa condusse Miskolczi a porre in evidenza una serie di relazioni empiriche valide per condizioni di cielo sereno e che sono così riassumibili:

  1. Su=3/2 OLR [l’emissione a onda lunga di superficie Su è pari a 1.5 volte l’emissione complessiva a onda lunga verso lo spazio OLR, a sua volta somma di St (frazione di radiazione che si perde verso lo spazio dopo essere transitata attraverso la finestra atmosferica) e di Eu (emissione a onda lunga dell’atmosfera verso lo spazio)]
  2. Eu=Su/2 [l’emissione a onda lunga di superficie Su è pari a 2 volte l’emissione a onda lunga dell’atmosfera verso lo spazio Eu]
  3. Aa=Ed [la frazione di Su intercettata all’atmosfera è pari alla radiazione a onda lunga irraggiata dall’atmosfera verso la superficie e che in gergo viene detta radiazione del cielo)]
  4. St=Su 1/6 [l’emissione diretta verso lo spazio di radiazione a onda lunga attraverso la finestra atmosferica è pari ad 1/6 Su, ove 1/6 è il valore della trasmittanza atmosferica].

Le equazioni (a), (b) e (c) trovano giustificazione empirica nei dati di misura presentati nelle figure 2, 3 e 4.

Figura 2 Flussi energetici coinvolti nel bilancio energetico atmosferico e di superficie del nostro pianeta. I termini  espressi a onda lunga sono espressi in funzione di OLR e dunque di F0 secondo le relazioni proposte da Miskolczi. Figura 3  Misure satellitari che illustrano la relazione esistente fra Su e OLR  (da Stockwell – niche models) Figura 4 Conferma della validità  del teorema del viriale desunta da misure satellitari che illustrano la relazione esistente fra Eu ed Su  (da Stockwell – niche models)

Inoltre sul piano teorico Miskolczi giustifica la relazione (a) con il principio di conservazione dell’energia, la (b) con il teorema del viriale (teorema della meccanica statistica che lega energia potenziale ed energia cinetica di un sistema), la (c) con la legge di Kirkhoff dell’equilibrio termico fra corpi mentre la (d) viene dedotta dalle equazioni (a) e (b) per semplice sostituzione algebrica. La sequenza matematica attraverso la quale vengono ricavate (a),(b),(c) e (d) a partire dalle basi fisiche sopra enunciate è descritta nella pubblicazione del 2007 di Miskolczi e viene per comodità  riassunta nell’allegato 1.

Miskolczi sottolinea che le quattro equazioni (a),(b),(c),(d) da lui proposte non sono state fin qui considerate dai modelli radiativi che si fondano sull’equazione differenziale di Milne del 1922. In particolare Miskolczi propone un’atmosfera semitrasparente in equilibrio radiativo con la superficie, per la quale viene assunta una capacità  termica nulla ed il comportamento radiativo di un corpo nero. Per tale atmosfera Miskolczi propone nel suo scritto del 2007 una nuova equazione descrittiva dell’effetto serra che viene ottenuta facendo ricorso al modello di trasferimento radiativo HARTCODE per la stima dello spessore ottico (Miskolczi, Bonzani e Guzzi, 1990).

Figura 5 - Flussi energetici coinvolti nel bilancio energetico atmosferico e di superficie del nostro pianeta. I termini espressi a onda lunga sono espressi in funzione di OLR e dunque di F0 secondo le relazioni proposte da Miskolczi.

Si noti che con le formule (a),(b),(c),(d) viene a crearsi una rete di relazioni fra i diversi termini di flusso di figura 1a, che come conseguenza risultano tutti dipendenti da OLR e dunque da F0, il quale a sua volta è soggetto unicamente al valore della costante solare, al valore dell’albedo planetario (di superficie e delle nubi) e ai fattori astronomici che regolano la posizione del pianeta. Ciò impone stretti vincoli all’effetto serra terrestre evidenziati ad esempio nella figura 5, ove si riportano i termini di flusso radiativo di figura 1 espressi in funzione di OLR. Da tale figura si evince che la stessa temperatura di superficie (funzione di Su) viene ad essere vincolata all’input energetico solare F0 per cui, in assenza di variazioni sensibili dell’input solare stesso la temperatura di superficie è destinata a rimanere sostanzialmente immutata.

In altri termini Miskolczi con la sua teoria afferma che in atmosfere semitrasparenti come quella terrestre ci si troverebbe di fronte ad un effetto serra saturato, per cui ad ogni incremento dell’effetto serra dovuto ad esempio all’immissione di CO2 in atmosfera farebbe riscontro una diminuzione dell’effetto serra da vapore acqueo, di cui l’atmosfera si libererebbe attraverso le precipitazioni.

Quest’ultima idea a nostro avviso richiama da vicino la teoria dell’Iride adattivo di Lindzen (Lindzen et al., 2001) che peraltro Miskolczi non cita. Come Lindzen infatti Miskolczi vede il vapore acqueo protagonista di un feed-back negativo, un punto di vista questo che è diametralmente opposto rispetto a quello proprio della teoria dell’Anthropogenic Global Warming (AGW), secondo la quale i feed-back positivi da vapore acqueo e da nubi sono i due principali fattori di potenziamento dell’effetto serra da CO2, gas serra secondario e non in grado di produrre effetti rilevanti sulle temperature planetarie in assenza di detti feed-back4.

Il meccanismo ipotizzato da Miskolczi entrerebbe in gioco sulla Terra e su qualsiasi altro pianeta con input energetici solari simili a quelli terrestri e che presenti al contempo una fonte pressoché infinita di vapore acqueo rappresentata dagli oceani.

L’ipotesi che ci si trovi in presenza di un effetto serra saturato viene corroborata:

  1. Dai dati sperimentali che mostrano negli ultimi decenni un progressivo calo del umidità  relativa nella media e alta troposfera. In proposito si vedano gli andamenti dell’umidità  relativa a diverse quote per il periodo 1948-2007 riportati nelle figure 6 e 7 (fonte: NOAA) e si noti ad esempio che nel periodo in esame l’umidità  specifica alla quota di 400 hPa si è ridotta del 13 % passando da 63 g m-3 a 55 g m-3, con un corrispondente calo dell’umidità relativa dal 43 a 35%5.
  2. Dalla sostanziale stazionarietà  dal 1948 ad oggi dell’effetto serra medio terrestre G espresso come Su-OLR (figura 8). In tale diagramma G è stato da me ottenuto applicando l’equazione G=3/4*OLR*(1-2*(1-A)) ai dati di assorbanza atmosferica media annua A prodotti da Miskolczi a partire da dati del dataset di radiosondaggio TIGR-2 e da dati di CO2 di Mauna Loa6, adottando per OLR un valore di 235 W m-2. Si noti la sostanziale costanza di G (circa 122 W m-2) e dello spessore ottico TAU (circa 1.87).
  3. Dalla coincidenza fra i valori medi empirici e teorici di G riportati in tabella 2 e quelli medi del periodo 1948-2008 (i valori di G sono ottenuti anche in questo caso applicando il metodo descritto al punto precedente ai dati di assorbanza A indicati da Miskolczi).
  4. Dal fatto che negli ultimi 2.5 Milioni di anni (Pleistocene) la temperatura terrestre si sia sempre mantenuta entro limiti ben precisi (quello inferiore tipico delle fasi glaciali e quello superiore tipico delle fasi interglaciali) e del tutto analoghi a quelli osservati nel ciclo più recente (fase glaciale di Wurm e odierno interglaciale).
  5. Dal fatto che nel passato ad ogni incremento cospicuo delle temperature (es: El Nino del 1998, grande optimum postglaciale, picco dell’ultimo interglaciale di 125.000 anni fa) abbia fatto sempre seguito una diminuzione delle temperature stesse, mentre secondo la teoria AGW ci si sarebbe dovuti attendere un ulteriore incremento del vapore acqueo in atmosfera e dunque un ulteriore riscaldamento, con un processo noto come runaway greenhouse effect7 e che sarebbe in grado di condurre il pianeta a condizioni incompatibili con la vita.

Su quanto affermato al punto V, la domanda retorica che pone il fisico ungherese Miklos Zagoni, che sostiene Miskolczi nelle attività  di divulgazione della sua teoria, è come mai un pianeta che dispone di una fonte enorme di vapore acqueo (gli oceani) dovrebbe attendere la CO2 emessa dall’uomo per scatenare un runaway greenhouse effect, processo che non risulta essersi mai attivato nei 4.5 miliardi di anni di vita del pianeta, nel corso dei quali i livelli di CO2 sono stati in varie occasioni ben più elevati di quelli attuali.

Tabella 2 – Valori di assorbanza A, trasmittanza Ta ed effetto serra G (espresso come Su-OLR)

A (%) Ta (%) TAU G (W m-2)
A Caso teorico di equilibrio imperturbato 0.8455 0.1545 1.868 121.8
B Dato reale medio globale per il periodo 1948-2008 (*) 0.8457 0.1543 1.869 121.9
C Periodo 1948-2008 (**) 0.8469 0.1531 1.877 122.3

(*) fonte: dati di radiosondaggio ottenuti dal NOAA Earth System Research Laboratory((http://www.cdc.noaa.gov/cgi-bin/data/timeseries/timeseries1.pl))
(**) fonte: dataset di radiosondaggio TIGR 2 (dati indipendenti rispetto a B)

Figura 6 – Dati di umidità specifica a 400 hPa (mediamente pari a 6600 m di quota). Fonte: Ken Gregory, comunicazione personale). I dati sugli andamenti ai diversi livelli (dal suolo a 10000 m di quota) sono resi disponibili dal NOAA Earth System Research Laboratory. Figura 7 – Dati di umidità relativa a diverse quote (700 mb mediamente pari a 3300 m di quota, 500 mb è pari a circa 5500 m, 300 mb a circa 9000 m di quota). Fonte: NOAA – Earth System Research Laboratory. Figura 8 – Entità  dello spessore ottico TAU e dell’effetto serra medio annuo terrestre G (espresso come Su-OLR) per il periodo 1948-2008 (elaborazioni sui dati di assorbanza A riportati in http://miskolczi.webs.com/ e ottenuti utilizzando il dataset di radiosondaggio TIGR 2 e la serie storica dei livelli di CO2 di Mauna Loa, Hawaii). Lo spessore ottico è stato stimato con la formula TAU=-ln(1-A) e l’effetto serra G è stato calcolato in funzione di OLR (235 W m-2) e A con l’equazione G=3/4*OLR*(1-2*(1-A)). Si noti la sostanziale stazionarietà dei livelli medi planetari di spessore ottico e di effetto serra.

Da rilevare infine che lo schema algoritmico proposto conduce l’autore ad una stima realistica della temperatura di superficie applicando le legge di Stefan – Boltzmann al termine emissivo Su, secondo lo schema proposto nel box 1 sottostante.

BOX 1
Calcolo della temperatura media planetaria con l’algoritmo di Miskolczi
costante di Stefan-Bolzmann sigma1 (W m-2 K-4)=5.6703271*10^-8;
Temperatura teorica con cielo sereno: Su=OLR*3/2=235*372=353 W m-2T1=(Su/sigma)^0.25=(353/(5.6703271*10^-8))^0.25=280 K (circa 7°C)
Temperatura reale con il 60% di copertura nuvolosa (considerando un OLR di 266 W m-2 – dati ERBE, 2004): Su=OLR*5/3=266*5/3=399TR=(Su/sigma)^0.25=(399/(5.6703271*10^-8))^0.25=290 K (circa 17°C)
Temperatura reale con il 60% di copertura nuvolosa (considerando l’emissione di superficie globale media di 292 W m-2 riportata da Miskolczi): Su=392 W m-2TR=(Su/sigma)^0.25=(392/(5.6703271*10^-8))^0.25=288 K (circa 15°C)

In proposito si osservi che applicando la relazione Su=2/3 OLR, valida per condizioni di cielo sereno, si ottiene una temperatura di superficie di circa 7°C. L’autore indica che per giungere a valori più vicini alla realtà  occorre applicare la relazione alternativa Su=3/5 OLR che considera la presenza del 60% di copertura nuvolosa, da cui conseguono la riduzione della trasmittanza da 1/6 a 1/10 circa e l’aumento dello spessore ottico da 1.87 a 2.3. Si giunge così a valori di temperatura di superficie di circa 15-17°C che sono assai vicini al valore reale che è di 14°C.

LA TEORIA DI MISKOLCZI ED IL FEEDBACK DA VAPORE ACQUEO

Il principale gas serra è il vapore acqueo, il cui tenore in atmosfera può essere per comodità  espresso come umidità  specifica (g di acqua per m3 d’aria) oppure come umidità  relativa (percentuale di vapore attuale rispetto a quella massima contenibile in un’atmosfera satura). E’ noto che all’aumentare della temperatura l’umidità  specifica a parità  di umidità  relativa aumenta esponenzialmente. E’ altresì da tempo noto8 che l’effetto diretto di CO2 sulla temperatura dell’aria è stimabile in circa 0.9°C per il passaggio dai livelli pre-industriali di 280 ppm ai livelli attesi per il 2050 (560 ppm).

Da tali presupposti deriva il fatto che le previsioni di incremento sostanziale delle temperature fornite con modelli GCM e fatte proprie dall’IPCC sono formulate nell’ipotesi che il limitato aumento di temperatura indotto dall’incremento di CO2 si traduca in una costanza dell’umidità  relativa e dunque in un aumento dell’umidità  specifica, con conseguente aumento dell’effetto serra G (G=Su-OLR) e delle temperature (feed-back positivo del vapore acqueo) (Soden & Held, 2006).

Analisi condotte da Miskolczi con il modello HARTCODE e riportate a questo link indicano che il vapore acqueo immesso in atmosfera ha effetto nettamente diverso a seconda che l’immissione riguardi la troposfera bassa (da 0 a 1500 di quota) o medio-alta (da 3000 m di quota in su). In particolare nella bassa troposfera l’effetto di assorbimento sui fotoni IR emessi dalla superficie è mediamente saturato in virtù degli alti livelli di vapore acqueo (alta umidità  specifica, alta umidità  relativa). In altri termini il cammino medio di un tale fotone IR è di pochi metri e a ciò fanno eccezione unicamente i fotoni che transitano attraverso la finestra atmosferica. Di conseguenza un incremento del vapore acqueo in tale strato non comporta alcuna modifica dell’OLR e pertanto dell’effetto serra G (G=Su-OLR), che rimane mediamente inalterato.

Al contrario nella troposfera medio alta l’effetto serra risulta in teoria non saturato in virtù dei bassi livelli di vapore acqueo. Di conseguenza un incremento del tenore di vapore acqueo in tale strato è potenzialmente in grado di dar luogo a una diminuzione di OLR e dunque a un incremento dell’effetto serra G. I risultati di HARTCODE indicano pertanto che per comprendere come sta evolvendo l’effetto serra G è necessario puntare i nostri cannocchiali verso l’alta troposfera ed indagare il comportamento del vapore acqueo in quello strato. E proprio le misure lì effettuate con radiosonde indicano che l’umidità specifica dai 3000 m (700 hPa) in su è in progressivo calo e che dunque il temuto feed-back positivo non è attualmente in atto (figura 7).

In sostanza in tutta la troposfera viene rispettata l’ipotesi di Miskolczi di effetto serra saturato. Di ciò dovrebbero in futuro tener conto le parametrizzazioni dei modelli GCM utilizzati da IPCC.

DISCUSSIONE E CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE

Il merito della teoria di Miskolczi è quello di aver messo in evidenza una serie di vincoli cui deve sottostare il bilancio radiativo della Terra. Tali vincoli portano Miskolczi a ritenere l’effetto serra G saturato. Le misure confortano la presenza di tali vincoli ed in particolare la presenza di un effetto serra saturato su tutto il profilo atmosferico.

La teoria di Miskolczi ci mostra un pianeta le cui temperature sono governate dall’energia solare intercettata. Dal punto di vista antropologico tale visione corrisponde al passaggio dalla visione geocentrica (e dunque antropocentrica) della teoria tolemaica alla visione eliocentrica di quella copernicana, riportando un poco di sereno nei rapporti fra uomo e clima. Rimandando alla lettura degli articoli scientifici di Miskolczi ed in particolare a quello del 2007 e alle altre fonti qui sotto riportate, si invita quantomeno a considerare con attenzione lo sforzo interpretativo e descrittivo dell’autore. L’acceso dibattito condotto su diversi blog ha infatti messo in luce che i detrattori della teoria fondano le proprie contestazioni soprattutto sull’applicazione all’atmosfera, giudicata impropria, del teorema del viriale e di una legge di Kirchoff. Si sottolinea tuttavia che, a monte delle interpretazioni teoriche, vi sono evidenze empiriche che portano a concludere che “eppur si muove”. In sostanza i vincoli individuati da Miskolczi all’effetto serra planetario non possono essere rigettati se non alla luce di evidenze osservative contrarie che sarebbe più che mai opportuno produrre.

Ulteriore argomento dei detrattori è il fatto che la teoria di Miskolczi sia stata pubblicata su una “oscura” rivista scientifica ungherese. Su questo tema tuttavia non si può non richiamare le conclusioni della commissione Wegman (2006) e la vicenda delle e_mail della CRU che gettano una luce non proprio edificante sul sistema dei referaggi praticato dalle riviste internazionali di settore e sui legami esistenti fra tale sistema ed i sostenitori della teoria AGW.

Si conclude ricordando che il bilancio radiativo non è di per sé in grado di rendere ragione della varietà  dei climi terrestri e della loro variabilità  nel tempo. Ciò in quanto nella definizione dei climi interviene in modo determinante la circolazione atmosferica alle diverse scale (dalle grandi celle planetarie alla circolazione termica fra lato al sole e lato in ombra di una via), la quale nello schema di Miskolczi (figura 1) viene espressa dal termine K, che rende conto dei trasporti verticali ed orizzontali di calore sensibile e latente. Nonostante tale limitazione l’approccio di Miskolczi appare interessante per comprendere il comportamento del bilancio energetico planetario e dei diversi termini che lo compongono, termini che sono la variabile guida essenziale della circolazione atmosferica e oceanica.

Riferimenti bibliografici

  • Ad Hoc Group on Carbon Dioxide and climate, 1977. Carbon dioxyde and climate: a scientific assessment (Charney report), National Academuy of Sciences, Washington D.C., 22 pp.
  • Eddington, A.S., 1916. On the radiative equilibrium of the stars. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, LXXVII. I, 16-35.
  • ERBE, 2004. ERBE Monthly Scanner Data Product. NASA LRC, Langley DAAC User and Data Services. userserv@eosdis.larc.nasa.gov.
  • Kiehl, J.T. and Trenberth, K.E., 1997. Earth’s annual global mean energy budget. B. Am. Meteorol. Soc. 78, 197-208.
  • Lindzen R.S., M-D. Chou, e A.Y. Hou, 2001. Does the Earth have an adaptive infrared iris. BAMS, March, 417-432.
  • Milne, A.E., 1922: Radiative equilibrium: the insolation of an atmosphere. Monthly Notices of theRoyal Astronomical Society, XXIV, 872-896.
  • Miskolczi F.M., 2007. Greenhouse effect in semi-transparent planetary atmospheres”, Quarterly Journal of the Hungarian Meteorological Service, Vol. 111, No. 1, January–March 2007, pp. 140 disponibile in rete al sito http://www.met.hu/idojaras/IDOJARAS_vol111_No1_01.pdf
  • Miskolczi, F.M., Bonzagni, M., and Guzzi, R., 1990: High-resolution atmospheric radiancetransmittance code (HARTCODE). In Meteorology and Environmental Sciences: Proc. of the Course on Physical Climatology and Meteorology for Environmental Application. World Scientific Publishing Co. Inc., Singapore.
  • Miskolczi, F.M. and Mlynczak, M.G., 2004. The greenhouse effect and the spectral decomposition of the clear-sky terrestrial radiation. IdÅ‘járás 108, 209-251.
  • Peixoto J.P., Oort A.H., 1992. Physics of climate, American Institute of Physics, New York, 520 pp.
  • Soden BJ, Held I.M., 2006. An Assessment of Climate Feedbacks in Coupled Ocean-Atmosphere Models. Journal of Climate 19(14): 3354

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  1. “Greenhouse effect in semi-transparent planetary atmospheres”, Quarterly Journal of the Hungarian Meteorological Service, Vol. 111, No. 1, January-March 2007, pp. 140 []
  2. Miskolczi & Mlynczak, 2004 []
  3. http://www.cdc.noaa.gov/cgi-bin/data/timeseries/timeseries1.pl []
  4. Ad Hoc Group on Carbon Dioxide and climate, 1979 []
  5. Per una disamina più ampia sul tema si rimanda all’articolo Paltridge G., Arking A., Pook M., 2009. Trends in middle- and upper-level tropospheric humidity from NCEP reanalysis data, Theoretical and Applied Climatology, _http://www.theclimatescam.se/wp-content/uploads/2009/03/paltridgearkingpook.pdf []
  6. http://miskolczi.webs.com/ []
  7. http://en.wikipedia.org/wiki/Runaway_greenhouse_effect []
  8. Ad Hoc Group on Carbon Dioxide and climate, 1977 []
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Author: Luigi Mariani

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13 Comments

  1. http://www.drroyspencer.com/2009/01/does-nature%e2%80%99s-thermostat-exist-a-global-warming-debate-challenge/

    Qui c’è Spencer che sfida gli scienziati dell’IPCC a dimostare che l’effetto termostato naturale non esiste.
    L’effetto termostato è un suo vecchio cavallo di battaglia, in pratica Spencer dice che ad un aumento del vapore acqueo dovuto al riscaldamento (ammette anche l’agw di 1°C al raddoppio della CO2) corrispondono più nuvole quindi una retroazione di raffreddamento per ombreggiamento, che impedirebbe quello che di fatto non è mai avvenuto e cioè il runaway greenhouse effect.
    C’è anche il link alla sua peer review

    Post a Reply
    • Gentile dottor Costa, mi scuso se le rispondo solo ora.
      In merito ai diagrammi in figura 8, come indica la didascalia i dati in essi presentati sono ricavati a partire dai dati di Assorbanza presenti nel diagramma di cui al sito http://miskolczi.webs.com/, ottenuti da Miskoczi in base a dataset internazionali che, come le dissi in una mail precedente, non ho avuto l’opportunità di verificare personalmente.
      Dall’assorbanza A si ricavano la trasmissività Ta, pari a 1-A, e quindi lo spessore ottico TAU = -ln(Ta).
      Ai dati di Miskolczi ho applicato l’equazione G=3/4 OLR * (1-2Ta) che si ricava dai termini presentati nella figura 2 del mio commento, per cui essendo

      G = Su – OLR

      si avrà

      G = 3/2 OLR – (3/2 OLR Ta + 3/4 OLR) = 3/4 OLR * (1 – 2 Ta)

      Ovviamente il G ottenuto viene ricavato accettando lo schema proposto da Miskolczi; tuttavia fra assorbanza atmosferica nell’IR ed effetto serra vi è una correlazione diretta, per cui la prima dovrebbe poter essere considerata espressione del secondo.

      Luigi Mariani

  2. Professor Mariani,

    La ringrazio dell’attenzione e della disponibilità.
    Adesso il quadro sul vapore mi è più chiaro, ma resta ancora da capire quetsa frase rivoluzionaria:

    “L’ipotesi che ci si trovi in presenza di un effetto serra saturato viene corroborata:
    Dalla sostanziale stazionarietà dal 1948 ad oggi dell’effetto serra medio terrestre G espresso come Su-OLR (figura 8). In tale diagramma G è stato da me ottenuto applicando l’equazione G=3/4*OLR*(1-2*(1-A)) ai dati di assorbanza atmosferica media annua A prodotti da Miskolczi a partire da dati del dataset di radiosondaggio TIGR-2 e da dati di CO2 di Mauna Loa6, adottando per OLR un valore di 235 W m-2. Si noti la sostanziale costanza di G (circa 122 W m-2) e dello spessore ottico TAU (circa 1.87).
    Dalla coincidenza fra i valori medi empirici e teorici di G riportati in tabella 2 e quelli medi del periodo 1948-2008 (i valori di G sono ottenuti anche in questo caso applicando il metodo descritto al punto precedente ai dati di assorbanza A indicati da Miskolczi).”

    Se potesse spiegare, per cortesia, in mdo più semplice queste affermazioni che sono a mio avviso rivoluzionarie, perchè smonterebbero tutto il castello dell’agw.
    Mi scuso già da ora se userò termini e ragionamenti non appropriati, la prego di non farsi problemi a dirmi dove sbaglio:

    -Secondo M. la T° è cambiata solo a causa di FO quindi del sole.
    Рma se FO aumenta dovrebbe aumentare anche SU cio̬ gli ir emessi dalla terra
    – in questo caso per ammettere che G cioè l’effetto serra sia costante dal 1948 ad oggi per forza di cosa deve aumentare ORL cioè l’emissione in uscita dallo spazio.

    Quindi chiedo ma questi dati di riguardanti gli IR, cioè ORL e G corrispondono alla realtà?
    Cioè G alla superficie non è cambiato? ed è dimostrato da quali dati: dai dati Noaa o dai dati TIGR2?
    ed ORL invece è aumentata? ed è dimostrato dai dati ERBE?

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    • Gentile dottor Costa,

      i valori di effetto serra G e di spessore ottico Tau (presentati nella figura 8 del mio articolo) sono stati da me ricavati lavorando sui dati di assorbanza atmosferica ricavati dal dataset TIGR 2 e riportati nel grafico prodotto da Miskolczi e presentato alla pagina web http://miskolczi.webs.com/. Tali dati fanno propendere per la stazionarietà dell’effetto serra negli ultimi 60 anni. In particolare dal grafico si vedono alcune cose interessanti, fra cui il picco di assorbanza del 1998 dovuto al maggiore vapore acqueo rilasciato in atmosfera a seguito della fase di riscaldamento del periodo 1977-98. Sarebbe interessante andare a verificare tali dati direttamente sul dataset TIGR2 e sui dataset NOAA/NCEP/NCAR, cosa che per ora non ho avuto modo di fare.

      Confermo inoltre che secondo Milskolczy al crescere di F0 cresce anche l’emissione di superficie Su e dunque la temperatura di superficie (che l’autore considera come proporzionale a Su). Ricordo che il legame fra radiazione solare e temperature di superficie è stato per la prima volta posto all’attenzione della comunità scientifica dalla “scuola danese” – Svensmark, Friis Cristensen.

      Luigi Mariani

    • Mi sembra che i dati sia di Tigr 2 sia del data set del noaa rappresentino l’assorbimento dell’atmosfera, non G.
      G in pratica lo deduce dalla sua teoria (mi sembra di aver capito)
      Le dico questo perchè ho fatto una lunga discussione su climalteranti prorio sui riscontri reali della teoria dell’agw, e ci sono autori che con peer review dicono esattamente il contrario di quello affermato da Miskolczi

      Harries 2001 dice che gli ir in uscita dalla terra sono diminuiti ( e non aumentati come sostiene Miskolczi) questo perchè aumentando i gas serra aumenta la captazione degli ir quindi ne escono meno.

      Mentre Philipona 2004 e Evans 2007 dicono che G cioè l’emissione di ir verso la superficie terrestre, è aumentata,(sempre a causa dell’aumento dei gas serra) non è rimasta costante come dice il Miskolczi

      Trova tutti i link e tutte le spiegazioni qua:

      http://www.skepticalscience.com/news.php?p=2&t=152&&n=73
      Segue anche un lungo dibattito perchè Pielke Sr dice che in Philipona 2004 potrebbe esserci un bias, (però c’è sempre Evans 2007)

  3. Ho verificato la rivista dove è stata pubblicata la teoria di miskolczi è nella lista ISI a pg 135

    http://www.uj.ac.za/LinkClick.aspx?fileticket=sCqtXNOEn04%3D&tabid=15649

    Purtroppo però io ho capito poco della teoria se qualcuno riuscisse a spiegarla in modo semplice, per noi umani, sarebbe meglio.
    Mi sembra di comprendere, o meglio di intuire, che secondo il Miskolczi all’aumento della CO2 e del CH4 in media e alta troposfera, corrisponda automaticamente un calo del vapore acqueo nella stessa fascia.
    E così?
    Ma perchè?
    Mentre la teoria della scuola danese dice che:

    – la variazione solare magnetica e quindi anche quella dei raggi cosmici, varia la densità ottica dell’atmosfera quindi ci sarebbero più micronuclei di condensazione che facilitano quindi il calo del vapore acqueo che si condenserebbe a nubi, e poi a precipitazione,

    non capisco quale sia il meccanismo causa effetto che determinerebbe il calo del vapore acqueo secondo il Miskolczi.
    La temperatura?
    Se aumenta in media e alta troposfera, il vapore acqueo condensa di più?

    Poi non capisco perchè Miskolczi come FO utilizza solo il sole, senza la radiazione di ir di ritorno dall’atmosfera? (il presunto effetto serra)
    non capisco se è un artifizio matematico per evidenziare altri meccanismi,
    e non capisco se questa radiazione di ritorno è aumentata negli ultimi decenni

    Post a Reply
    • Gentile dottor Costa,

      rendere la teoria di Miscolkzi nel modo più semplice possibile e con il minimo di algoritmica era l’obiettivo che con l’amico Guidi ci siamo proposti e a questa esigenza si è cercato di rispondere con lo scritto che apre questa discussione (e credo di parlare anche a nome di Guido sollecitando pareri critici circa il modo in cui abbiamo avviato questa discussione, soprattutto per migliorarci in futuro).

      Tenga comunque conto che l’obiettivo di Miscolkzi non mi è parso tanto quello di proporre un “meccanismo di scarico dell’eccesso di vapore acqueo” ma quelo di proporre una serie di relazioni fra i diversi termini del bilancio radiativo (equazioni a,b,c,d di cui al mio scritto) per giustificare alcune evidenze osservative.
      In conseguenza di ciò M. giunge a proporre che la sola variabile guida dell’effetto serra sia F0 (radiazione solare entrante al netto dell’albedo, che essendo a onda corta non viene in genere trattata insieme ai termini a onda lunga, prodotti in primis dal terreno proprio in virtù della spinta radiativa solare).

      In sostanza M. deduce alcune evidenze dai dati osservativi, senza spingersi a proporre un meccanismo causale circa lo “scarico”. Ciò ha portato alcuni a dire che lo “scarico” avverrebbe in modo “magico” e senza alcuna giustificazione scientifica. A mio avviso la giustificazione può ricercarsi nella teoria dell’iride adattivo (che invoca un fattore interno al sistema climatico) più che in quella dei raggi cosmici, essendo questi ultimi un fattore esogeno mentre l’equilibrio del sistema si è mantenuto in modo mirabile negli ultimi 2.5 milioni di anni e attraverso 15 ere glaciali.

      Ulteriore elemento interessante sarebbe chiedersi se la deduzione delle relazioni b,c dal teorema del viriale e da una legge di Kirkhoff sia sufficientemente motivata.

      Cordiali saluti.

      Luigi Mariani

      Circa la domanda “La temperatura? Se aumenta in media e alta troposfera, il vapore acqueo condensa di più? ” non credo esista una relazione causale diretta fa le due cose. Quel che si può dire è che aumentando la temperatura aumenta la pressione di vapore saturo (e dunque la quantità massima di vapore immagazzinabile per unità di volume) e pertanto a parità di pressione di vapore attuale e senza fonti aggiuntive esterne di vapore si osserverà un calo dell’umidità relativa.

    • Chiedo scusa se faccio una domanda da quel somaro che sono. Se aumenta la temperatura, si può immagazzinare più vapore, e quindi, calando l’umidità relativa, è più difficile che condensi, o sbaglio ?
      Mi parrebbe di dover pensare che la temperatura, in senso stretto, giochi un ruolo contrario, nel senso che non faciliti le precipitazioni. Immaginerei quindi qualche altro meccanismo.
      Mi vien da pensare, ma immagino che non c’entri niente, a quei bei temporali estivi così pieni d’acqua perché la maggiore temperatura ha appunto permesso l’accumulo di una maggior quantità di vapore, e magari se incontra un fronte freddo son cats and dogs da divertirsi… una volta una situazione del genere mi è costata cara perché diluviava così forte che non vedevo nulla e ho fatto benzina a diesel, pensando che fosse benzina…. e dopo un paio di km son rimasto a piedi in mezzo a una campagna ‘nfosa…brrr!
      ho detto qualche cavolata ?

    • Vede, in realtà non piove per effetto dell’umidità nella troposfera medio-alta.
      La pioggia necessita di una fonte di umidità nello strato limite planetario (PBL – primi 1000 m circa di quota) e questa umidità deve uscirsene dal PBL e tramutarsi in corpi nuvolosi che arrivino almeno fino a 5000-6000 m di quota, il che può avvenire in 2 modi principali:
      Рper convezione verticale (formazione di cumulonembi e conseguenti temporali Рfenomeno che ̬ tipico nella fascia intertropicale, anche se ovviamente ci sono anche da noi)
      – per convezione obliqua (fronte caldo – fenomeno predominante alle medie latitudini).

      Quanto ho fin qui detto però non so cosa ci azzecchi con la teoria di Miskolczi e forse l’ho scritto solo perché me l’ha chiesto…
      ma no, forse qualcosa c’entra, nel senso che sono proprio i meccanismi che ho descritto a ricaricare di vapore la libera atmosfera rigenerando l’effetto serra.
      In un precedente intervento e nello scritto iniziale citavo la teoria dell’Iride adattivo di Lindzen. Tale teoria sostiene che aumentando le temperature nelle fascia intertropicale, i potenti temporali della zona di convergenza (ITCZ) sarebbero molto più efficienti e cioè scaricherebbero in forma di pioggia con molta più efficacia l’umidità che essi portano verso la libera atmosfera. Ciò si tradurrebbe in:
      1. diminuzione della quantità di cirri prodotta nella fase di disfacimento dei Cumulonembi(tale fatto, su cui si concentra la riflessione di Lindzen – si tradurrebbe in un feed – back negativo tendente a contrastare l’aumento delle temperature favorendo l’irraggiamento infrarosso verso lo spazio)
      2. diminuzione del vapore acqueo che viene trattenuto nella libera atmosfera (il che sarebbe confortato dalle misure di vapore acqueo in calo nella fascia intertropicale al di sopra dell’altezza di 850 hPa – circa 1500 m di quota).
      Ecco allora che nubi e vapore acqueo in libera atmosfera potrebbero essere facce della stessa medaglia e spiegare la compensazione fra CO2 e vapore acqueo di cui parla Miskolczi.
      Ciò detto esorto a leggere l’articolo originale oppure l’articolo divulgativo da me redatto e a sviluppare le critiche che riterrete opportune.

      Luigi Mariani

  4. Anch’io ho qualche dubbio sull’attendibilità dei dati di umidità troposferica ante 1979.
    Occorrerebbe fare a meno di usare quei dati per i propri lavori.

    I dati sperimentali recenti mostrano che la parte OLR misurata dai satelliti non è cambiata in questo decennio. Questo potrebbe anche essere favorevole alla teoria di Miskolczi.
    In ogni caso il sistema climatico è in grado di far variare la radiazione complessiva in uscita verso lo spazio, ma non attraverso l’OLR ma sulla parte visibile riflessa. Insomma, è l’albedo (le nuvole) che pare guidino il bilancio radiativo.
    Il fatto che la variazione nel bilancio radiativo non sia stata accompagnata da una concomitante variazione di temperatura fa pensare che il sistema climatico sia piuttosto insensibile alla variazione di forcing. E’ molto probabile che le variazioni di temperatura, così come quelle di forcing, siano generate all’interno stesso del sistema climatico, senza necessità di forcing alcuni.

    Che il sistema possa essere favorevole ai feedback positivi (runway warming) è una cosa cui possono credere solo Hansen & c.

    Per approfondire il discorso:
    http://www.drroyspencer.com/2010/01/clouds-dominate-co2-as-a-climate-driver-since-2000/

    Post a Reply
    • Rispondo solo al commento di Paolo (perché ultimo in ordine di tempo) ma mi riferisco in qualche misura anche a quanto scritto da Simone e Teo.

      Circa l’andamento dei dati osservativi sull’umidità in quota c’è un articolo molto interessante (che fra l’altro mi segnalò proprio Simone) scritto da Paltridge – si, proprio quello della teoria MEP – e che si può scaricare a http://www.theclimatescam.se/wp-content/uploads/2009/03/paltridgearkingpook.pdf.

      In sostanza anche Paltridge premette che sui dati di umidità in quota nessuno può mettere le mani sul fuoco.
      Tuttavia, analizzando dati dal 1973 al 2007, trova che:
      – nella fascia intertropicale e alle medie latitudini dell’emisfero sud la media annua dell’umidità specifica è significativamente negativa a tutte le altitudini sopra gli 850 hPa (e dunque fuori dal Boundary Layer)
      – alle medie latitudini dell’emisfero nord la media annua dell’umidità specifica è significativamente negativa a tutte le altitudini sopra i 600 hPa (e dunque in alta troposfera).

      Mi pare importante che il calo di umidità specifica interessi la libera atmosfera della fascia intertropicale perchè è quella che riceve la gran parte dell’energia solare e dunque il feed-back positivo da vapore acqueo con conseguente perturbazione del bilancio energetico globale attesa dalla teoria AGW dovrebbe vedersi anzitutto lì (suppongo che sia lì che che Galileo “punterebbe il cannocchiale”).

      Circa la considerazione di Paolo secondo cui la chiave starebbe nell’albedo da nubi, credo che abbia fondamento, nel senso che molti dati osservativi indicano una correlazione stretta fra gradino delle temperature fra 1977 e 1998 e calo della copertura nuvolosa.

      Non escluderei tuttavia che i due feed-back (quello da nubi e quello da vapore acqueo nella libera atmosfera) cooperino fra loro.
      In proposito sono forse degni di riflessione i seguenti fatti:
      – alle medie latitudini Nord il vapore acqueo cali solo sopra i 600 hPa (che guarda caso è il limite cui si spinge la nuvolosità stratiforme da fronte caldo)
      – le medie latitudini dell’emisfero nord sono state l’area maggiormente interessata dal “global warming” 1977-1998.
      – le fasce intertropicali sono quelle per le quali dovrebbe valere la teoria dell’iride adattivo di Lindzen.

      Luigi

  5. Premetto che l’interessante articolo di Luigi-Miskolczi ho bisogno di rileggerlo, e prometto di ritornarci su perche’ rispetto all’idea che si potesse raggiungere una saturazione in senso ‘spettroscopico’ qui si propone uno stato gia’ quasi-saturato che mi ribalta completamente il punto di vista (confesso che ho bisogno di compensare questa labirintite procurata dallo studio)
    Per quanto riguarda alcuni andamenti tra bassa troposfera ed alta stratosfera relativi a temperature, umidita’, o3 ecc ecc tra la meta’ degli anni ’90 e l’inizio dei 2000 diversi experimenti APE (Airborne Polar Experiment) hanno condotto profili un po’ in tutto il mondo. Forse potrebbe essere una banca dati di interesse.

    http://ape.ifac.cnr.it/

    teo

    Post a Reply
  6. Salve,
    premettendo che la teoria di Miskolczi almeno dal punto di vista teorico-fisico
    sembra essere coerente,
    ho notato che un elemento di criticità può essere rappresentato dall’utilizzo dei dati di umidità relativa e specifica da reanalisi NCEP come
    validazione del metodo.
    In particolare, l’unico livello che mostra un trend negativo rilevante è quello a 400hPa in cui si può tralaltro notare una discontinuità nel 1967/68.
    A mio avviso
    l’analisi dell’umidità relativa ed assoluta può essere un’arma a doppio taglio nella
    confutazione della teoria AGW.
    se a tutte le quote si riscontrasse una diminuzione considerevole in umiditò relativa ed assoluta
    potrebbe invece essere una prova dell’aumento omogeneo delle temperature a tutte le quote.

    saluti,
    simone

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