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Inverni rigidi e riscaldamento globale: dall’ABC allo stato dell’arte

Ogni inverno si ripropone la domanda di rito: “Ma il forte freddo di questo inverno non significa che il riscaldamento globale si è esaurito?” Più volte in passato abbiamo evidenziato la differenza tra meteorologia e climatologia – vedasi ad esempio qui o qui e la recente analisi climatica globale del 2010 – ma dato che ogni qualvolta che in Italia si verifichi qualche nevicata significativa preceduta o seguita in diverse zone del paese da alcuni giorni di ghiaccio i media non perdono occasione per equivocare i due concetti (o per lanciarsi in previsioni di imminenti glaciazioni), ribadiamo ancora una volta le principali caratteristiche delle due discipline.
A seguire alcuni concetti basilari sulla circolazione generale dell’atmosfera e infine, alla vigilia di una nuova irruzione di aria di matrice siberiana sull’Italia, torniamo sullo stato dell’arte in merito alla possibile correlazione tra le recenti irruzioni gelide in Europa dell’ultimo biennio e il riscaldamento globale in atto, come ci eravamo impegnati a fare in un post precedente.

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Tempo e clima sono cose diverse, signora mia…

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La climatologia si occupa di analizzare il tempo meteorologico medio su scale temporali di almeno 30 anni e le condizioni climatiche di determinati luoghi e periodi vengono definite in termini di proprietà statistiche, ad esempio il valore medio della temperatura atmosferica in una regione in un secolo passato. Quindi un cambiamento climatico può essere definito come una variazione statisticamente significativa dello stato medio del clima o della sua variabilità, persistente per un periodo esteso (tipicamente decenni o più).

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La meteorologia si occupa del tempo atmosferico e le previsioni meteorologiche si riferiscono a scale temporali brevi. Ogni giorno su internet, sui quotidiani e su numerosi canali televisivi dedicati possiamo vedere “dall’alto” le evoluzioni dei sistemi nuvolosi, “fotografate” dai satelliti meteorologici, elaborate e previste dai servizi europei o da diversi enti nazionali e regionali con determinate le conseguenze in termini di tempo atmosferico nelle nostre città e regioni: vengono riportate previsioni di un buon livello di affidabilità mediamente entro le successive 72 ore, tendenze sull’arco di una settimana od oltre.

L’origine della circolazione atmosferica terrestre è associabile alla non uniforme distribuzione dell’energia solare nel sistema terra-atmosfera: in particolare le stagioni sono determinate dalla pendenza dell’asse di rotazione terrestre rispetto al piano di rivoluzione intorno al Sole. La circolazione atmosferica generale delle masse d’aria nella troposfera è regolata prevalentemente dalle celle convettive con cui questa si auto-organizza: nell’ipotesi teorica di una equiripartizione sui due emisferi dell’apporto energetico solare la disposizione delle celle di convezione atmosferica risulterebbe simmetrica, come rappresentata in Figura 1.

Figura 1 Schema generale di circolazione atmosferica. A causa del più alto rapporto insolazione/superficie, dalla zona equatoriale si solleva aria calda leggera e umida che, giunta in alta quota, per la bassa temperatura lascia ricadere abbondanti piogge. La dilatazione e il sollevamento dell’aria calda provoca un regime di basse pressioni che risucchia aria dai bordi della fascia tropicale con la formazione dei venti superficiali detti Alisei. In quota il ciclo si chiude con trasferimento di aria fredda e secca lontano dall’Equatore e questa aria ridiscende creando un regime di alta pressione a cavallo dei Tropici (23.5 °N e 23.5 °S). Queste due celle intertropicali vengono dette di Hadley. La discesa di aria densa ai margini dei Tropici innesca due altre celle di convezione, a Nord e a Sud, dette di Ferrel, caratterizzate da venti superficiali, diretti in direzione opposta agli Alisei, e venti in quota che convergono verso i Tropici, con risalita di aria umida ma già fredda verso l’alta quota: non si hanno usualmente forti precipitazioni ma si instaura un regime di basse pressioni ai limiti dei circoli polari artico e antartico con migrazione di aria molto fredda dai due Poli.

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Nella realtà l’energia solare si ripartisce in maniera disomogenea sulla Terra e ciò, unito a molti altri fattori tra cui anche l’orografia del territorio (es. importanti catene montuose), causa l’instabilità e la vorticosità delle grandi masse d’aria che si manifesta in vere e proprie ondulazioni (onde di Rossby) delle correnti in quota, sedi di zone anticicloniche o di alta pressione e zone cicloniche o di bassa pressione. Per riuscire a interpretare in maniera rapida e sintetica le diverse configurazioni bariche generali che la circolazione atmosferica può assumere sono stati creati diversi indici meteo-climatici anche detti “teleconnettivi”: uno dei più importanti indici descrittivi della circolazione atmosferica dell’emisfero settentrionale è l’indice NAO (North Atlantic Oscillation). L’indice NAO è calcolabile a partire dalla differenza di valori medi di pressione al livello del mare tra la Depressione d’Islanda e l’Anticiclone delle Azzorre, centrati in pieno Atlantico sui due margini della cella di Ferrel dell’emisfero settentrionale: quando, durante l’inverno dell’emisfero settentrionale, la differenza di pressione è piccola (indice NAO negativo) alle medie latitudini si può verificare una minor prevalenza dei venti delle correnti occidentali rispetto a quelle fredde polari e continentali, con l’inversione del normale moto zonale delle masse d’aria da ovest verso est (dunque un passaggio al movimento da est verso ovest) sull’Europa (Figura 2).

Figura 2 A sinistra rappresentazione schematica della circolazione atmosferica generale nell’emisfero settentrionale (con le 3 macrocelle convettive “di profilo”), a destra rappresentazione grafica delle conseguenze sulla circolazione atmosferica di un indice NAO positivo con correnti miti occidentali alle medie latitudini (a sn) e negativo con correnti fredde continentali (a ds).

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Semplificando, quando in inverno si verificano questi movimenti anti-zonali in Italia si possono verificare due situazioni:

una prevalenza di correnti provenienti da Est o NordEst che, attraverso la Russia e l’Europa Centro-orientale, investono l’Adriatico con venti gelidi e significative precipitazioni nevose sul versante appenninico orientale;

quando l’indice NAO diventa molto negativo in regime di anti-zonalità (come è accaduto negli ultimi due anni) il movimento est-ovest delle masse d’aria può avvenire lungo una direttrice di latitudine più alta coinvolgendo prima l’Europa Nordoccidentale (Inghilterra, Francia) transitando a Nord delle Alpi ed entrando nel Mediterraneo dalla Valle del Rodano, riprendendo il suo cammino da ovest verso est e interessando infine con precipitazioni nevose e gelo parte del Nord, la Liguria, la Toscana ed eventualmente altre località dell’area tirrenica centro-meridionale.

In corrispondenza di un indice NAO negativo, gli stessi fenomeni si possono verificare anche sulle coste atlantiche del Nord America, ove possono risultare anche più severi in quanto aree non protette da barriere montuose verso Nord al contrario dell’Italia, protetta dalle Alpi dalle irruzioni polari settentrionali.

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Le ondate gelide degli ultimi inverni e le cause che le provocano

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Ma come si spiega che si verifichino ondate di aria gelida mentre è in atto un riscaldamento globale del pianeta? In realtà gli eventi meteorologici anche estremi non sono riconducibili in maniera semplice alle evoluzioni del clima, caratterizzate da una dinamica caotica non lineare e con un insieme di cause, effetti e retroazioni molto complessi.
In questi ultimi anni gli episodi di gelo e neve hanno colpito molto di più l’immaginazione popolare e giornalistica rispetto ai grandi caldi, ma le statistiche riassuntive annuali e stagionali di temperature e precipitazioni (difficilmente percepibili “a pelle”), pubblicate dall’ISAC-CNR, ci indicano che il riscaldamento globale stia avendo conseguenze, eccome, anche in Italia!! Statistiche analoghe vengono riportate dall’agenzia NCEP/NCAR americana per le condizioni meteorologiche globali.

Diversi recenti articoli scientifici hanno comunque cercato di correlare il contesto climatico con il recente verificarsi di eventi freddi significativi durante gli inverni eurasiatici e nordamericani associati a configurazioni bariche assimilabili ad un indice NAO negativo. Il compendio tecnico più completo, anche se non di semplice lettura, è rappresentato dal post di Rasmus Benestad su Realclimate di cui abbiamo svolto e riportato la traduzione in italiano. Questo post riporta le tesi del climatologo norvegese Overland e le confronta criticamente con altre di recente pubblicazione come quelle di Petoukhov e Semionov (qui disponibile l’articolo) e quello di Cohen e altri (qui disponibile l’articolo).

D’altra parte con l’incremento del riscaldamento globale si è verificato un succedersi di stagioni estive polari caratterizzate da una fusione crescente della massa glaciale artica con l’apertura dei mitici passaggi a Nord-Ovest e a Nord-Est. Progressivamente si ha quindi un maggior apporto di energia solare alle acque marine artiche, non più riflesso per l’albedo dei ghiacci galleggianti.
Molto in sintesi, unendo le conclusioni dei due studi, possiamo azzardare questa ipotesi semplificativa: aria molto calda e forti alte pressioni estive sull’oceano artico libero da ghiacci si traducono in un maggior concentrazione di umidità assoluta trattenuta dall’atmosfera. Con il raffreddamento autunnale e delle prime settimane invernali sull’Eurasia settentrionale e il Nordamerica questo eccesso di vapor d’acqua, rispetto alle stagioni precedenti, si somma a quello di origine atlantica e condensa sotto forma di maggiori precipitazioni nevose. L’estensione superiore alla media della copertura nevosa eurasiatica nel periodo autunnale induce la formazione di anticicloni termici siberiani, favorevoli allo spostamento verso l’Europa di masse d’aria gelida. Durante l’inverno, la formazione di una figura anticiclonica anomala nei mari di Barents e Kara (formazione dovuta all’assenza di ghiaccio marino artico) negli ultimi due anni avrebbe indirizzato le masse d’aria gelida verso l’Europa centro-occidentale, favorite da un contesto barico anti-zonale.
In merito si veda anche la recente pubblicazione del NOAA (National Oceanographic and Atmospheric Administration) che riporta altri 15 riferimenti, alcuni molto recenti.

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Testo di Guido Barone e Simone Casadei, con contributi di Sylvie Coyaud, Stefano Caserini, Luca Lombroso, Valentino Piana

9 responses so far

9 Responses to “Inverni rigidi e riscaldamento globale: dall’ABC allo stato dell’arte”

  1. Marco P.on Gen 22nd 2011 at 18:51

    Bella la vignetta su Al Gore!!
    L’hanno preso in giro perchè ha fatto freddo negli USA, ma poi è stato l’anno più caldo.
    Come al solito gli statunitensi guardano solo il loro ombelico

  2. franceon Gen 24th 2011 at 10:48

    Fantastiche le capacità cognitive del genere umano. Da incompetente cultrice della materia, quale sono, c’è da restare estasiati.
    Davvero complimenti.
    Certo che con una materia così complessa, è facilissimo per i negazionisti (prezzolati e non) travisare, leggere solo la parte che serve o che si capisce e perdere il punto di vista globale. Del resto semplificare significa essere comunque ambigui e incompleti… bel casino.

  3. Lucaon Gen 25th 2011 at 08:13

    Grazie, la spiegazione delle ultime 10 righe è molto chiara.
    Ad ogni modo alcune cose che non mi sono chiarissime, ossia:
    1) le ondate di gelo sono state anomale davvero, o lo sono perché avevamo avuto degli inverni molto caldi che ci avevano illuso?
    2) (conseguenza della prima) queste nevicate intense o il freddo è statisticamente significativo – come mi dicevano all’università se non ricordo male – o comunque siamo nella normalità del freddo invernale
    3) Quanto secondo voi è “sicura” questa spiegazione che riportate. Ossia è una cosa solida o è una prima spiegazione che magari fra poco sarà confutata come succede alle teorie degli scettici vari? Cioè se usaste la terminologia che usa l’IPCC cosa direste? Probabile? Molto probabile ?
    Grazie e complimenti anche da me.

  4. Lucaon Gen 25th 2011 at 08:17

    Ops nella fretta non ho riletto e alla seconda riga do dimenticato un “ho ancora”, dopo “ad ogni modo”.
    Inoltre: occhio che l’ironia della foto di Al Gore congelato non tutti la capiscono, o almeno io ci ho messo un po’ per capire. Secondo me meglio non scherzarci troppo: quando fa freddo io davvero ho tanti amici che mi dicono .. e tu che la meni con il riscaldamento globale

  5. Riccardo Reitanoon Gen 25th 2011 at 13:05

    Luca
    l’Historical Climatology Group del’ISAC-CNR tiene una pagina aggiornata mensilmente con le anomalie di temperatura e precipitazioni mensili, stagionali, annuali e lo storico. Purtroppo fornisce i dati solo in forma grafica.

  6. Guido Baroneon Gen 25th 2011 at 19:11

    La valutazione se un inverno è molto freddo o è nella “norma” può esser fatta osservando l’adamento complessivo, il trend, e comparandalo con quello degli ultimi anni. I dati relativi all’Italia o quelli delle fonti americane, riportati dalle fonti citate nel post ci dicono che finora quest’inverno non si presenta particolarmente rigido, anzi. quelli che sembrano anomali sono in realtà dei picchi di precipitazioni che si sono avuti a partire dall’autunno. La neve accumulatasi sulle Alpi austro-svizzere nei mesi scorsi si è fusa rapidamente andando a gonfiare a più riprese i fiumi veneti. Lo stesso è avvenuto in Toscana e Liguria con il grave blocco delle autostrade intorno Firenze. Il punto è che il suolo non si era raffreddato a sufficienza e la neve accumulatasi ha resistito pochi giorni. Lo stesso è accaduto poco prima di Natale sull’Appennino abruzzese: tra Natale e Capodanno si poteva sciare molto male. Ancora lo stesso è accaduto negli ultimi anni nelle stazioni sciistiche dell’Appennino tosco-emiliano,richiedendo grandi dispendiosi interventi per ripristinare la viabilità e scarsi guadagni per i gestori degli impianti.
    Quanto alla spiegazione che collega la dimuzione estiva del ghiaccio artico alle ondate di freddo di questi giorni potremmo classificarla come “molto probabile”. Ma altre ipotesi più convincenti possono sempre essere prodotte: questo è anche il bello e il divertente della scienza.
    E’ altro il discorso quando la catena tra chi fa previsioni, cioè prima di tutto i servizi meteorologici, e chi ha responsabilità decisionali si interrompe per lentezza burocratica o per incapacità dei responsabili, esponendo la popolazione a dei rischi evitabili.

  7. Simone Casadeion Gen 26th 2011 at 09:37

    @Luca

    Ciao Luca, provo a risponderti al volo anche se non ho sottomano dati, che comunque puoi trovare, almeno in forma grafica, nei links riportati nel post:

    1) lascerei perdere il discorso degli “inverni caldi che ci avevano illuso”, due concetti soggettivi quindi opinabili. Bisogna vedere cosa si intende per “anomalo”, se vogliamo dare al termine una connotazione statistica (utilizzando qualche test) o se ci accontentiamo di valutare se il dato sia superiore o inferiore ad una media di riferimento. Restando al secondo caso, dobbiamo considerare ad es. per T e neve cumulata un “dove” e un “quando” e confrontarlo con le medie – ad es. – degli ultimi 30 anni: per intenderci, e sempre per esempio, ricordo che le nevicate dell’inverno scorso in Gran Bretagna in alcune zone risultarono quelle col maggior accumulo (da inizio a fine evento) negli ultimi n anni.

    2) vedi sopra, aggiungo che per l’Italia, in particolare, gli ultimi 2 inverni non sono risultati certo eccezionali in termini di T e/o di neve cumulata (quali possono essere stati l’inverno 1929, 1956, 1985, 1991…etc), a naso ti direi che difficilmente – anche impegnandosi – si possano reperire T negative o accumuli nevosi record sul territorio italiano negli ultimi 2 inverni.

    3) mio parere: è un’ipotesi, una spiegazione caratterizzata da una logica consequenziale che mi sembra abbia anche solide basi scientifiche. Tieni conto che, di fatto, trattasi di soli 2 inverni consecutivi contraddistinti da simili configurazioni bariche (tra l’altro il secondo è ancora in corso): poco più di nulla “climatologicamente” parlando (vedi def. di climatologia nel post). Se posso lanciarmi in una previsione personale di mero valore intuitivo, posso dirti che, appunto perchè sensato, ritengo probabile che questo pattern meteo-climatico possa verificarsi nei prossimi anni con una maggior frequenza rispetto a quanto avvenuto nei decenni precedenti. Da qui a prevedere le conseguenze in termini di T e accumulo nevoso nei prossimi inverni italiani…beh, ad oggi non credo ci sia qualcuno in grado di dare risposte affidabili.

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  9. Meteo e Clima… capirci qualcosa «on Gen 29th 2011 at 11:19

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