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Anatomia di una Stagione

Si fa sempre un gran parlare della possibile influenza umana sull’evoluzione del clima nel lungo periodo, il dibattito, per la verità  mai completamente sopito, si è improvvisamente riacceso per due ragioni in particolare, entrambe contingenti, ma, curiosamente, ben poco attinenti alla questione specifica. In primis le polemiche che hanno investito il panel delle NU che si occupa di clima, tra furti di email e errori a dir poco grossolani nell’ultimo report. Secondariamente, e questo c’entra ancor meno, il fatto che questo inverno sia stato su parecchie zone dell’emisfero nord piuttosto freddo.

Generalmente, gli andamenti stagionali, seppur abbastanza anomali, non dovrebbero essere presi in considerazione se si vuole guardare al problema attraverso la lente del clima. Tuttavia, provando ad avere una visione d’insieme, ci rendiamo conto che l’andamento di un’intera stagione può comunque essere ascritto tra le questioni climatiche, magari a scala temporale più ridotta, perché esso è sempre frutto di una combinazioni di fattori che agiscono su spazi molto vasti e per tempi mediamente lunghi, comportamento che non si può invece ovviamente riconoscere nei fenomeni meteorologici.

Questo inverno, che a dirla tutta fatica a finire, sarà  ricordato come una stagione piuttosto fredda sull’emisfero settentrionale, con specifico riferimento all’America del nord e all’Eurasia, cioè a quasi tutte le terre emerse. Questa precisazione è d’obbligo, perché altre vaste zone dell’emisfero -oceani soprattutto, ma non solo- hanno vissuto invece una stagione ben più mite della norma. In valore assoluto, il risultato è ancora di segno positivo per le temperature medie del pianeta. Quando leggeremo i giornali di questi giorni tra qualche anno però, troveremo cronache di abbondanti nevicate e di forti disagi per le numerose ondate di freddo intenso di questi ultimi mesi. Sorge il dubbio che la media delle temperature superficiali del pianeta non sia molto rappresentativa di quanto è accaduto, come del resto non lo è in generale. Si tratta piuttosto di analizzare una combinazione di molti fattori confluiti tutti in una modalità  climatica piuttosto fredda.

Il primo tra questi è senz’altro l’Oscillazione Artica (AO index), che ha fatto segnare valori a fondo scala come non si vedeva da parecchio tempo. In questo balletto ha giocato un ruolo determinante anche il comportamento dell’indice NAO, mantenutosi praticamente sempre su valori negativi, cioè fornendo, in un contesto moderatamente freddo generato come detto dalla modalità  dell’AO, un importante contributo di umidità  per frequente passaggio di perturbazioni basse di latitudine.

Most Negative AO Winters - Fonte Icecap
Indice AO
Andamento indice AO - Fonte NOAA
Andamento indice NAO - Fonte NOAA

Questa la combinazione che a grandi linee ne consegue con riferimento ai pattern atmosferici dell’emisfero settentrionale.

Combinazione AO e NAO - Fonte Icecap

La ragione di questa combinazione è da ricercarsi nella “cronica” debolezza cui è andato incontro quest’anno il Vortice Polare Stratosferico che, di fatto, con l’eccezione di un periodo molto breve non ha mai raggiunto quella stabilità di circolazione che avrebbe diversamente favorito un più deciso shift verso le alte latitudini del flusso perturbato principale e, soprattutto, non avrebbe potuto dar luogo alle frequenti retrogressioni di aria polare continentale con cui si è scontrata l’abbondante umidità  trasportata dal passaggio di altrettanto frequenti perturbazioni atlantiche basse di latitudine. Diversamente, un VPS in buona salute, ovvero ben compattato sulle alte latitudini, avrebbe favorito una più decisa circolazione lungo i paralleli (tecnicamente zonale), ovvero condizioni più miti per l’area europea.

Temperatura a 10hPa - Fonte NOAA
Anomalia del Geopotenziale - Fonte NOAA

Gli anni con configurazioni a lungo bloccate, sono in genere associati con una stratosfera e media troposfera polare piuttosto calde, proprio come rappresentato dalle due immagini precedenti.

Il risultato di tutto questo in Europa è decisamente eloquente. E’ tornato a farsi vedere l’anticilone russo-siberiano e, soprattutto, ci sono state persistenti anomalie negative di temperatura su gran parte dell’Eurasia.

Anomalie di temperatura - Fonte Icecap

Ma ci sono anche altre interessanti considerazioni da fare. Tutto quanto discusso e mostrato sin qui, attiene indubbiamente alle dinamiche endogene del sistema, con una combinazione di fattori estremamente complessa ma, forse un giorno, anche pronosticabile, piuttosto che meramente intuibile. Altri fattori, di natura comunque endogena rappresentano però dei forcing stocastici, sono assolutamente imprevedibili e, nel breve e medio periodo, possono risultare di assoluta importanza.

Il riferimento è all’attività  vulcanica. L’immissione di grandi quantità  di solfati in alta atmosfera, in conseguenza di eruzioni particolarmente violente, può dar luogo a modifiche della circolazione stratosferica, innescando delle ripercussioni anche in troposfera. In questo lavoro di Oman et al. leggiamo che le eruzioni vulcaniche generalmente hanno i loro effetti raffreddanti durante la stagione estiva. Se poi questi effetti possano estendersi anche alla stagione invernale, dipende dalla latitudine alla quale avviene l’eruzione. Analizzando i dati del 1991 relativi all’eruzione del Pinatubo, che si trova nella fascia intertropicale, gli studiosi sono giunti alla conclusione che l’effetto più tangibile dell’immissione di solfati e aerosol a quelle latitudini è un rafforzamento del VPS settentrionale con minor ampiezza delle onde planetarie, forzando quindi l’indice AO in fase positiva. Ne sarebbero conseguite condizioni invernali più miti per le medie latitudini. Applicando la stessa tecnica ai dati dell’eruzione del Katmai del 1912 avvenuta a latitudini molto più settentrionali, si è riscontrato che benché la profondità  ottica dell’atmosfera fosse simile, gli effetti restavano confinati alle alte latitudini. Il VPS ne risultava indebolito e il gradiente termico meridiano accresciuto poteva forzare l’indice AO in una fase negativa nel primo inverno immediatamente successivo all’eruzione.

A partire dal marzo del 2009, il Monte Redoubt in Alaska, è stato protagonista di una serie di importanti eruzioni, con diffusione in alta atmosfera (fin oltre i 20.000mt) di notevoli quantità  di solfati. Questo inverno è stato il primo a seguire, per cui è possibile che alle dinamiche di cui abbiamo parlato si siano sommati gli effetti di queste eruzioni.

Da tutto questo abbiamo poi lasciato fuori altre teleconnessioni estremamente importanti nel breve e medio periodo quali, L’ENSO, l’indice SOI, la Madden Julian Oscillation e la QBO, ma il discorso sarebbe diventato decisamente troppo lungo e complesso. Resta il fatto che comunque, a livello empirico, le spiegazioni per il comportamento di questa ultima stagione invernale ci sono, così come all’inizio della stessa stagione se ne potevano riconoscere i segnali. Chissà  se un giorno si riuscirà  a tradurre tutto questo in un attendibile sistema di prognosi che riesca a farci superare l’empasse in cui versa attualmente il know how sulle previsioni stagionali. Magari, quel giorno, cesseremo anche di sentir parlare a sproposito di barbecue summer come nel maggio scorso, o mild winter (corretta il 30 dicembre sotto mezzo metro di neve), alle porte della stagione più rigida delle ultime decadi per le terre emerse settentrionali, magari seguendo una logica scientifica che cerchi di interpretare il comportamento del sistema, piuttosto che essere orientata agli annunci a sensazione di sapore alquanto ideologico, supportati da sistemi di prognosi ben lontani dal saper riprodurre le dinamiche più significative dei pattern atmosferici.

Con riferimento a questo ultimo inverno, infatti, si è dato decisamente troppo peso al ruolo che avrebbe potuto giocare la presenza del Niño, pur in presenza di previsioni che ne indicavano il picco e la successiva fase di attenuazione proprio immediatamente prima della fase centrale dell’inverno. Un segnale troppo debole per essere preponderante, come del resto è poi accaduto. Resta comunque il fatto che le temperature medie superficiali del pianeta abbiano “ideologicamente” tenuto. Vero, peccato che nel frattempo abbiamo sentito un bel po’ di freddo.

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Published inAttualità

9 Comments

  1. […] Ci sono alcuni aspetti degli avvenimenti degli ultimi mesi che meritano forse un po’ di approfondimento. Quello appena trascorso è stato un inverno piuttosto piovoso, spesso nevoso e moderatamente freddo, almeno per le terre emerse dell’emisfero nord, come abbiamo già discusso qui. […]

  2. Se posso permettermi una correzione: AO non significa Oscillazione Atlantica ma Artica.

    • Chiedo venia e mi scuso per la svista.
      gg

  3. agrimensore g

    Un dubbio.
    Siamo sicuri che i valori di indici NAO e AO attenga a variabili endogene?
    Riporto due articoli della scuola ceca.
    Nel primo H. Davidkovova, J. Bochnicek, (Istituto di Geofisica),P. Hejda, R. Huth (Istituto di fisica dell’atmosfera) nell’articolo “The Possible Effect of Geomagnetic Activity on Stratospheric Major Mid-Winter Warmings: a Case Study” descrivono il processo che lega l’incremento dell’attività geomagnetica alla stabilità e intensità del vortice polare (VP).
    Nel secondo (Common oscillatory modes in solar/geomagnetic activity and climate variability and their relations) i ricercatori M. Palus (Istituto di Scienze del computer), D. Novotna (Istituto di Fisica del’Atmosfera) mostrano come l’oscillazione mensile dell’attività geomagnetica solare sia statisticamente legata con l’oscillazione dell’indice NAO.
    Questi articoli sono stati presentati ad un convegno sul sole di marzo 2009.
    Se fossero confermati da altri studi, potremmo ipotizzare che questo minimo solare abbia indotto l’inverno che abbiamo vissuto?

    • Dipende da cosa si intende per endogeno. Tutto ciò che attiene al sistema lo è, sia il suo contributo ciclico o stocastico, variabile o costante nel tempo. Solo quando si conoscerà a fondo l’intero sistema si potrà dire cosa in effetti non vi appartiene, ed anche in quel caso (prendiamo ad esempio le emissioni antropiche) si dovrà distinguere l’intervallo temporale di appartenenza al sistema stesso, perchè il carbonio non viene comunque mica da Marte.
      Ad ogni modo, se è vero che una scarsa attività solare accertata per lunghi periodi come per la PEG ha generato climi freddi, una qualche modalità tipica la circolazione atmosferica l’avrà pure avuta. Il problema è sapere quale. Quanto all’attualità direi che siamo a livello di congetture, almeno per ora.
      gg

  4. Alessio

    Interessante review, equilibrata 🙂
    Se posso, aggiungo 2 cose riguardo ai vulcani: le recenti eruzioni del mount Redoubt sono classificate secondo l’indice VEI (Volcanic Explosive Index, indice che misura durata, altezza della nube eruttiva, volume della nube piroclastica prodotta) di scala 2-3. Tanto per fare un confronto, il Pinatubo fu di grado VEI 6, il mount St. Helens (NW USA, maggio ’80) fu sui 5. VEI 6 significa 10^3 volte piu’ forte di VEI 3. Diciamo che quella del vulcano alaskiano e’ una normale forte eruzione. Il mount St. Helens produsse importanti effetti di modifiche climatiche locali, ma non ebbe un forte impatto planetario. Il Pinatubo produsse un calo delle temperature troposferiche globali di circa 0.5K ed un aumento delle temperature stratosferiche equatoriali (sui 50hPA, 20S/20N) di quasi 2K (con sovrapposta la modulazione termica indotta dalla QBO che passo’ da E a W proprio dopo l’eruzione, complicando le cose…). L’eruzione del ElChichon (’82) fu VEI 5 con effetti paragonabili a quelli del Pinatubo, ma perche’ erutto’ in zona tropicale e la nube fu efficacemente redistribuita. L’effetto radiativo diretto della nube vulcanica (quello che riduce la radiazione solare in arrivo e produce il cooling in basso) e’ ben noto e ben modellato. Bel casino e’ invece capire l’effetto sulla dinamica degli inverni boreali (e la causalita’ “gradiente termico aumentato–>polar vortex piu’ forte” non e’ ben chiaro sia davvero quello che genera l’effetto osservato. Altri processi sono stati suggeriti). Il dibattito e’ accesissimo e si confonde con quello che studia l’effetto della QBO equatoriale sulla circolazione extratropicale e con quello che prevede cambi di circolazione dovuti a modifiche nell’assetto termico della bassa troposfera equatoriale o alta troposfera/bassa stratosfera polare.

    Mi sentirei di escludere un effetto dell’eruzione del mount Redoubt sull’andamento della passata stagione, considerando anche che lo spessore ottico della nube prodotta non e’ stato ben reduistribuito nella stratosfera a livello globale, in modo tale da perturbare radiativamente le alte latitudini.

    Segnalo questo paper di Stenchikov, piu’ aggiornato del proceeding di Oman citato, che mostra il bassissimo skill dei modelli usati nell’IPCC AR4 nel riprodurre il presunto effetto dinamico di eruzioni vulcaniche esplosive. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.143.5116&rep=rep1&type=pdf (si anche Stenchikov rema contro :P….passatemi la butade 🙂 )

    Saluti
    A.

    • Alessio,
      tu scrivi:
      “L’effetto radiativo diretto della nube vulcanica…e’ ben noto e ben modellato.”

      Queste affermazioni, un po’ assolute, mi lasciano sempre un po’ perplesso.
      Ti confesso che non sono proprio ferrato, però data un’osservata A (il vulcano che esplode) ed un’osservata B successiva ad A, pensare che B è tutto conseguenza di A, come se il sistema non avesse proceduto comunque anche senza l’esplosione, mi sembra voler semplificare la complessità inerente del sistema.
      Insomma, le proprietà radiative della nube da cosa sono state derivate? Dall’osservazione? Dai modelli? Si è tenuto conto della variabilità intrinseca del sistema, che può far pensare ad una causa per una certa variazione che invece è solo variabilità interna, almeno in parte?
      Se poi, in ogni caso, non si capisce, come dici tu, quali variazioni dinamiche subisce il sistema dopo uno “shock” radiativo, con quale coraggio ci si proietta nel 2100?

    • Alessio

      Paolo,

      le proprieta’ di una nube di aerosol, note che siano le caratteristiche del materiale e la distribuzione dimensionale delle particelle, unitamente all’evoluzione delle caratteristiche di tale distribuzione dimensionale, definiscono le proprieta’ ottiche spettrali dell’aerosol.
      Conoscendo con che tipo di particelle, con che spessore ottico e con quale estensione verticale ed orizzontale, un modello di trasferimento radiativo calcola agevolmente gli effetti sulla radiazione solare (quasi solamente scattering multiplo per lunghezze d’onda inferiori ad 1 micron e assorbimento via via piu’ importante per lunghezze d’onda tra 1 e 4 micron, tanto per segnare dei limiti) e su quella infrarossa in arrivo da atmosfera e superficie sottostante (un bilancio tra assorbimento, predominante e scattering). Da li a calcolare heating rates atmosferici e anomalie dei flussi netti e’ abb diretto, anche per uno schema di trasferimento radiativo di un modello climatico (che in genere lavora sui flussi, non sulle radianze, e in intervalli spettrali relativamente ampi, anche se il livello di precisione degli schemi radiativi veloci attuali e’ molto raffinato).

      Quando dico che l’effetto radiativo della nube e’ relativamente diretto da calcolare, mi riferisco al fatto che si sa quali sono gli effetti ottici legati all’interazione con radiazione ad onda lunga e corta e che le anomalie termiche che si ottengono dagli heating rates calcolati sono in buon accordo con la distribuzione osservata. Qui un esempio di osservazioni e calcoli per il Pinatubo http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=798784. La nube fu misurata da satelliti e palloni sonda. So che non e’ per nulla banale il retrieval di proprieta’ ottiche da misure di quel tipo (e’ un inferno per nubi di ghiaccio ad esempio) ma ci sono osservazioni ed il meglio possibile che si aveva allora fu usato. Non si va a tentoni, si ha una buona approssimazione delle proprieta’ ottiche dell’aerosol e della sua distribuzine dimensionale.

      In questo caso quindi se l’ossrvata A e’ l’iniezione e di solfati in atmosfera ed un aumento nello spessore ottico stratosferico al di sopra del valore di background dico che si, il fatto che B ci sia un aumento di temperatura nella stratosfera tropicale di un paio di gradi per 18-24 mesi ne e’ diretta concausa.

      Forse sono stato un po’ troppo assolutista, me ne scuso. Tuttavia nel caso in questione, riformulando, i modelli non hammo mostrato problemi nel simulare l’impatto radiativo della nube di aerosol solfati in stratosfera, ma i problemi pare sorgano dalla scarsa capacita’ di riprodurre una corretta risposta dinamica al forcing.

      Da qui a ributtarsi nella questione “come posso modellare 100 anni di clima” ritorniamo al solito discorso: nessuno fa una previsione deterministica del clima, e le uscite dei modelli sono lette probabilisticamente e conoscendone le semplificazioni. Ma non e’ l’argomento del post e finiamo OT.
      Saluti
      A.

    • Grazie Alessio.
      Rimango, però, ancora un po’ scettico (e come potrebbe essere altrimenti 🙂 ) sul fatto che si conoscano così bene le proprietà degli aerosol. Non a caso nel TAR il livello di conoscenza sugli aerosol era stato definito tutt’altro che alto, e la cosa fu poi in parte ripresa anche nell’AR4. L’incertezza probabilmente è forse più ascrivibile agli effetti indiretti degli aerosol, non lo so, ma rimane un dato di fatto.
      Magari è vero che gli effetti indiretti degli aerosol sono meno importanti in stratosfera, ma il passaggio dalla stratosfera alla troposfera è la parte che conta. Posso concorrere sul fatto che magari le conoscenze che riguardano le nubi vulcaniche sono migliori che su altri tipi di aerosol, ma non che il livello di conoscenza debba essere alto in senso assoluto.
      In effetti sto più andando su discorsi filosofici che di sostanza, quindi la chiudo qui.

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