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Archive for the 'Modelli Climatici' Category

Cambiamento climatico e sicurezza alimentare. 2) Il bacino dell’ Indrawati, Himalaya.

Il cambiamento climatico può impattare la produzione agricola ed il consumo d’acqua sul pianeta, mettendo a rischio la sicurezza alimentare. Si mostra qui il secondo di due casi di studio esemplari in Europa ed Asia, dove le modifiche del clima futuro potranno portare ad effetti rilevanti sulla produzione agricola e sul consumo di acqua nella prima metà del secolo.

 

Nonostante la grande distanza e le differenza climatiche e topografiche, una potenziale evoluzione comune unisce Europa ed Asia, ed il cambiamento climatico potrebbe giocare un ruolo fondamentale.

Palazzoli et al. (2014;in review) hanno studiato l’impatto di potenziali cambiamenti climatici sull’agricoltura non irrigua nel bacino del fiume Indrawati, Nepal (Figura 1), utilizzando il modello SWAT. Il fiume ha origine nella fascia nevosa dell’Himalaya (a 5854 m slm) ed il territorio presenta una conformazione montuosa, con qualche zona pianeggiante in cui viene svolta l’attività agricola. Cereali come il riso, grano (frumento), il mais e il miglio sono le colture predominanti e l’economia agricola si base sulla vendita del raccolto (cash crop). Il riso è la coltura principale della regione, ma anche la coltivazione di frumento e mais è diffusa nel territorio. La complessa topografia del Nepal lo rende suscettibile agli effetti del cambiamento climatico, a fronte anche di una scarsa capacità di adattamento (Bhatt et al., 2013). Secondo studi recenti (WWF, 2012) il bacino dell’Indrawati si può considerare un’area povera in termini idrici, con rilevanti difficoltà di accesso all’acqua per via della topografia complessa e delle scarse politiche di supporto del governo. L’indice di povertà idrica, atto a misurare la possibilità di accesso all’acqua è valutato in quest’area pari a WPI = 52.5/100, mediamente povero. A titolo di esempio, secondo studi specifici condotti a livello nazionale su 147 paesi (Lawrence et al., 2002), valori estremi (massimo, minimo) dell’indice WPI sono stati valutati per la Finlandia (WPI = 77) ed Haiti (WPI = 35). L’Italia (WPI = 61) è classificata al 52° posto, mentre il Nepal (WPI = 54) è all’89° posto. Continue Reading »

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Perché le precipitazioni saranno più intense nella regione Euro-Mediterranea

Nel precedente post abbiamo visto come nella zona Euro-Mediterranea i modelli utilizzati da numerosi centri di ricerca prevedono in uno scenario ad alte emissioni l’aumento della frequenza e entità degli eventi di precipitazioni molto intense, rappresentate dallo “stiramento” della coda della distribuzione della precipitazione.

Questa proiezioni sono consistenti con l’aumento della capacità dell’atmosfera di trattenere acqua, definito dall’equazione di Clausius–Clapeyron. Questa relazione permette di stabilire la quantità di acqua che può essere presente in un volume d’aria in funzione dal valore di temperatura, ed  è particolarmente rilevante per gli eventi intensi di precipitazione (Tebaldi et al. 2006, Giorgi et al. 2011), quelli che più di tutti tendono a svuotare la colonna d’acqua disponibile in atmosfera (Allen and Ingram 2002, Allan and Soden 2008). Secondo l’equazione di Clausius-Clapeyron, per ogni aumento di temperatura di 1oC, l’atmosfera aumenta la propria capacità di trattenere acqua del 7%.

Nel lavoro presentato nel precedente post, la differenza tra il 99mo percentile ed il 90mo percentile  (99p-90p) della precipitazione giornaliera ottenuta dalle simulazioni CMIP5 viene utilizzata per quantificare le potenziali variazioni nella larghezza della parte destra della distribuzione di precipitazione (ovvero del range di valori che possono essere attribuiti ad un evento di precipitazione intensa) in uno scenario di clima futuro per la fine del ventunesimo secolo. Continue Reading »

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In futuro precipitazioni più intense nella regione Euro-Mediterranea

Secondo i modelli matematici, nella regione Euro-Mediterranea col procedere del surriscaldamento globale in un potenziale scenario ad alte emissioni aumenterà l’intensità delle precipitazioni e la frequenza degli eventi di precipitazioni molto intense.

 

In un lavoro pubblicato sulla rivista Journal of Climate, con alcuni colleghi ho studiato come possono variare gli eventi di precipitazione intensa in un clima più caldo sulla regione Euro-Mediterranea.

La ricerca ha utilizzato i risultati ottenuti da 20 modelli climatici (vedi elenco in appendice in fondo al post) partecipanti al quinto Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5, Meehl  and Bony 2012, Taylor et al. 2012), gli stessi modelli utilizzati nella stesura del quinto Assessment Report (AR5) dell’IPCC.

I cambiamenti associati alle precipitazioni intense sono stati valutati mediante il confronto dei risultati ottenuti durante l’ultimo quarantennio del ventunesimo secolo (2061-2100) e il periodo storico (1966-2005) assumendo come scenario di clima futuro l’RCP8.5 (Representative Concentration Pathway 8.5), Riahi et al. 2011). Continue Reading »

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Il clima fra Italia e Corea

Il prossimo 22 maggio si svolgerà a Seoul, presso la Ewha Womans University (chi vuole saperne di più sulle università femminili in Corea, legga qui), il Korea-Italy Symposium on Global Climate Change, organizzato congiuntamente dall’ Ufficio di Scienza e Tecnologia dell’Ambasciata Italiana in Corea, diretto dal Dr. Antonino Tata,e dalla sopraccitata università. L’edizione del 2012 fa seguito ad altre due iniziative analoghe svoltesi nel 2007 a Seoul e l’anno successivo a Torino.
Un gruppo di studiosi coreani e italiani discuteranno congiuntamente la questione del cambiamento climatico globale, da un punto di vista multidisciplinare, in modo da offrire un’istantanea delle percezioni coreane e italiane su come il cambiamento climatico stia interessando entrambi i Paesi. Nello stesso tempo, si tenterà di valutare gli sforzi e le azioni intrapresi dai due paesi nel quadro dei programmi del Protocollo di post-2012/Kyoto.
La partecipazione italiana prevede tre membri del comitato scientifico di Climalteranti.it: Alessio Bellucci, Stefano Caserini e Claudio Cassardo.
Alessio Bellucci terrà una relazione sulle proiezioni climatiche su scale decennali. Stefano Caserini illustrerà l’utilizzo degli inventari emissioni per identificare sinergie e punti di conflitto nelle politiche sul clima e sulla qualità dell’aria, di cui si dirà in prossimi post.
Claudio Cassardo presenterà una comunicazione dal titolo “La variabilità climatica e il bilancio energetico/idrologico: il caso delle Alpi”, in seguito brevemente riassunta. Continue Reading »

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Dalla ricerca alla politica e ritorno

Nella seconda parte dell’intervista con Climalteranti, Gavin Schmidt parla dei vari interlocutori nella “conversazione pubblica” sul clima ed esprime un desiderio proprio mentre il suo governo sta per esaudirlo.

I negazionisti dei cambiamenti climatici non trovano più argomenti nuovi, che siano in difficoltà?

Non trovano argomenti nuovi da decenni! Ma il negazionismo (denial) è un atteggiamento pubblico molto legato al contesto politico. Se un partito politico pensa di guadagnarci qualcosa incitandolo, ritornerà. Non se ne va perché la razionalità prevale e la gente cambia opinione. C’è sempre, e l’attenzione che riceve da parte del pubblico dipende soprattutto dai protagonisti della conversazione pubblica, se si concentrano o meno su  questo tema. In Europa, in generale non lo fanno, quindi il problema si pone meno. Negli Stati Uniti abbiamo un partito di cui una metà ha deciso che il tema dei cambiamenti climatici va usato contro le élite liberali, contro Obama, adesso contro le tasse, contro qualunque cosa. Non perché abbia preso in considerazione la scienza e ne abbia tratto le proprie conclusioni. No, fa parte di un discorso preconfezionato. Continue Reading »

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La scienza del clima è un sforzo cooperativo

… e per questo è così entusiasmante, dice Gavin Schmidt  in un’intervista in esclusiva a Climalteranti a Venezia il 29 marzo,  in occasione della conferenza “Communicating climate change issues”.
Il video della prima parte dell’intervista è disponibile qui, in seguito la traduzione a cura di Sylvie Coyaud.

Chissà se esiste uno scienziato del clima laureato in scienze del clima. Lei in che cosa si è laureato?
Ho studiato matematica a Oxford, il mio dottorato era in matematica applicata alla dinamica dei fluidi, vagamente associata agli oceani. Poi da post-doc, ho cominciato a interessarmi al clima.

Come mai?

Era dove c’erano le domande più interessanti. C’è un sacco di complessità nella scienza del clima. Con i problemi di matematica, ci si può arrangiare con le medie, postulare “poniamo una mucca sferica”…

Questa è fisica!

Vale anche in matematica. Ma davanti a problemi reali, se vuole trovare delle risposte rilevanti per il mondo reale, non basta presumere che tutte le complessità scompariranno. Deve affrontare le complessità, vuol dire che deve occuparsi di questioni vere, tener conto anche di piccoli dettagli, e questo vuol dire che non sarà facile trovare una risposta. Non potrà semplicemente scrivere  equazioni e risolverle, che è quello che un matematico fa. Quando diventa uno scienziato del clima, o quando si occupa di qualcosa di più complesso, deve accettarne la complessità, usare metodi diversi, pensare in modo diverso. E’ più interessante, ed è anche più nell’interesse degli altri. Continue Reading »

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Riscaldamento globale e contenuto di calore degli oceani

Traduciamo un post di Gavin Schmidt, su Real Climate, che spiega perché il riscaldamento degli oceani è una buona misura dello squilibrio energetico del pianeta, e un utile complemento alle serie storiche delle temperature alla superficie.

Noi di Real Climate abbiamo trattato l’argomento diverse volte, per esempio nel 2005, 2008 e 2010 [Su Climalteranti avevamo segnalato qui tre post sul tema di Antonello Pasini, ndt]. Tuttavia, negli ultimi mesi sono usciti diversi nuovi articoli su questo legame, che forniscono alcune interessanti prospettive sull’argomento che di certo rimarrà di attualità ora che i modelli in CMIP5 cominciano ad essere analizzati.

L’articolo più recente è stato un nuovo studio, pubblicato dal NCAR a fine settembre, che esaminava cosa succede nei modelli climatici all’OHC, quando si verificano occasionali periodi di 10 anni senza trend nelle temperature superficiali globali [Meehl et al, 2011].

E’ noto – o almeno dovrebbe esserlo – che le simulazioni della fine del 20° secolo e dell’inizio del 21° non producono incrementi termici monotònici a scala temporale annuale o decennale. Continue Reading »

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Clima passato e futuro (seconda parte): i modelli regionali del clima e i dubbi del prof. Visconti

Leggendo il libro “Clima estremo” di Guido Visconti ci sono alcuni frasi ad effetto che dispiacciono, e un ripensamento sulla validità dei modelli regionali di cui non si capiscono le ragioni scientifiche.

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Il libro di Guido Visconti “Clima estremo”, dedica una larga trattazione agli strumenti di regionalizzazione del clima, che si attua con i modelli regionali (RCMs). Questo è comprensibile in quanto ben difficilmente gli estremi climatici sarebbero riproducibili con i modelli globali (GCMs) a causa della ancor loro modesta risoluzione orizzontale.
In particolare, Visconti tratta il futuro climatico degli estremi in Europa (pag. 178). Si è già discusso degli scenari regionali in Europa in un altro post e si è mostrato anche come l’incertezza associata a tali scenari in tale area del Pianeta sia in realtà molto diminuita negli ultimi anni, soprattutto per quanto riguarda la temperatura, pur con le incertezze per altro evidenziate. Questo evidente progresso non viene menzionato nel libro di Visconti, dove invece si sottolinea l’idea che i RCMs hanno in ogni caso difficoltà  a riprodurre il clima a scala regionale, dal momento che sono guidati dai GCMs che hanno, secondo Visconti, una scarsa qualità.

Per di più, anche in una discussione totalmente tecnica Visconti trova il modo di inserire un nuovo commento, tecnicamente discutibile e condito con una certa dose di arroganza, nel quale manifesta il suo giudizio negativo nei confronti di tanti scienziati che operano nel settore. Continue Reading »

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Clima passato e futuro: perché la Scienza avanza – prima parte

La Scienza è andata avanti sia nel processo di  conoscenza delle cause delle variazioni accadute in passato, sia nella capacità di simulare il clima futuro. Il Prof. Enrico Bellone, richiamando una frase  riportata in un recente libro del Prof. Guido Visconti, sostiene il contrario e secondo noi commette un errore. Partendo da un’attenta analisi del libro di Visconti si scopre che le cose non stanno proprio così: in particolare, soprattutto nella seconda parte si scoprono tante altre affermazioni discutibili, spesso contraddittorie e confuse. Qua e là traspare anche un certo livore personale dell’autore nei confronti degli utilizzatori dei modelli di simulazione del clima, che vengono reputati non come scienziati che svolgono il loro lavoro di ricerca con passione e coscienza, ma piuttosto come personaggi a caccia solo di fama e fondi di ricerca. Dispiace constatare  che per difendere delle tesi scientifiche si usino anche argomentazioni del genere: evidentemente  quando non si hanno forti contrapposizioni tecniche da addurre a difesa delle proprie tesi, anche le frasi “ad effetto” si ritiene possano aiutare.

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PRIMA PARTE: La Scienza è andata avanti, e non poco, nel comprendere il clima.

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Nel successivo commento alla lettera che un gruppo di scienziati italiani ha inviato alla rivista “Le Scienze” (vedi qui), il Prof. Bellone, per perorare le sue tesi, fa riferimento ad una frase che il Prof. Guido Visconti riporta nel suo libro “Clima Estremo” (anno 2005, editore Boroli, pag. 165 – vedi qui) che recita testualmente: “…la Scienza non è in grado di spiegare le variazioni climatiche che sono avvenute in passato: pertanto non si capisce come la stessa Scienza potrebbe essere in grado di prevedere quello che avverrà nel prossimo futuro. Malgrado ciò organismi internazionali come l’IPCC annunciano con cadenza regolare previsioni per i prossimi 50 o 100 anni. Questa apparente capacità previsionale è la stessa che ha dato notorietà e quindi assicurato fondi, ad un’intera classe scientifica negli ultimi 20 anni”.

Questa frase stimola l’apertura di un dibattito interessante e che mi auguro possa approfondirsi anche con chi è “scettico” sulle responsabilità antropiche al riscaldamento globale; in questa prima parte si vorrebbe smontare il paradigma che nel settore delle scienze del clima e della previsione degli scenari futuri la comunità scientifica sia praticamente ancora all’anno zero o quasi, come si vuol far credere con affermazioni del genere. Continue Reading »

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Sull’affidabilità dei modelli /3-conclusione: perché sono urgenti le azioni di adattamento

I risultati del progetto ENSEMBLES mostrano scenari di cambiamenti climatici pericolosi sul mediterraneo. Tenendo conto che i risultati di modelli così complessi non possono essere truccati volontariamente, occorre urgentemente superare il ritardo nel predisporre le misure di adattamento.

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Come visto nel post precedente, i lavori del progetto ENSEMBLES forniscono proiezioni sul clima europeo del futuro molto preoccupanti.
Le tre principali tendenze possono essere così riassunte:
·    riduzioni consistenti della copertura nevosa sulle Alpi;
·    modifiche degli estremi di temperatura e precipitazione nel Mediterraneo;
·    aumento della frequenza e della durata delle onde di calore in Europa.
Molti dei risultati confermano quelli ottenuti da altri progetti comunitari svolti in passato (es. progetto PRUDENCE o pubblicati recentemente da altri autori.
Il segnale più forte di cambiamento è l’aumento considerevole della variabilità nel campo termico sull’Europa, con importanti aumenti dell’ampiezza e della durata delle onde di calore soprattutto nel sud Europa (come mostrato ad esempio dalla figura 6.21 del report).

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Sull’affidabilità dei modelli /2: gli ultimi – preoccupanti – scenari del progetto ENSEMBLES

Come anticipato nel precedente post, il “core” del progetto ENSEMBLES è consistito nell’individuare metodologie per un uso combinato di un gran numero di simulazioni prodotte da svariati GCMs (Modelli di Circolazione Generale dell’atmosfera) e RCMs (Modelli Climatici Regionali) finalizzate alla valutazione quantitativa, e statisticamente solida, dell’incertezza delle stesse. Lo sviluppo di tali nuovi sistemi di modellazione si è basato sulle ultime e più aggiornate versioni dei modelli disponibili presso i maggiori centri di produzione in Europa.

Le simulazioni prodotte hanno reso disponibili nuovi scenari di cambiamento climatico, espressi anche in forma di probabilità di accadimento, cosa questa abbastanza nuova, rispetto ad esempio a quanto mostrato dal Quarto Rapporto IPCC. Il progetto si è sviluppato per 5 anni a partire dal 2004 ed è stato coordinato dal Servizio Meteorologico inglese, al cui interno opera Hadley Centre, uno dei centri di ricerca sul clima più importanti a livello mondiale, e ha visto la partecipazione di ben partner da 20 paesi in maggioranza europei, a cui si sono poi aggiunti altri 30 organizzazioni che non hanno usufruito dei fondi comunitari.

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Nello specifico, gli argomenti trattati sono ricondotti a diversi temi di ricerca che possono essere riassunti in:
a) sviluppo di sistemi di previsione globale di Ensemble (EPS) attraverso uso combinato di modelli accoppiati atmosfera-oceano (AOGCMs);
b) produzione di nuove simulazioni a scala stagionale, decennale e centenaria;
c) formulazione di  modelli regionali (Regional Climate Models-RCMs) ad alta risoluzione (circa 25 km) con i quali produrre scenari regionali dopo averne valutato l’attendibilità attraverso simulazioni con condizioni al contorno perfette (usando le rianalisi ERA40 prodotte dal Centro Europeo di Reading, ECMWF);
d) studio dettagliato dei processi che governano la variabilità del Clima e i suoi cambiamenti;
e) validazione delle diverse catene modellistiche, per quanto concerne la riproducibilità del clima attuale, attraverso l’uso di dati osservati e di analisi su grigliato del tutto indipendenti dai modelli utilizzati;
f) valutazione degli impatti su diversi settori di attività umane e su una vasta gamma di ecosistemi naturali;
g) esame dei diversi scenari prodotti con implicazioni anche sulle policy di applicazione di azioni di adattamento e mitigazione. Continue Reading »

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Sull’affidabilità dei modelli /1: GCM e modelli statistici

La polemica incentrata sulla presunta incapacità dei modelli di circolazione generale dell’atmosfera (GCM o, se accoppiati atmosfera-oceano, AOGCM) di simulare il clima non accenna a smorzarsi, stando almeno a quanto si legge in diversi forum e blog a tema climatico. Anche Climalteranti ha riportato in due post di poco tempo fa commenti ad alcune posizione espresse, da esempio, dal prof. Nicola Scafetta sul tema. Ritornano tra l’altro vecchie discussioni, ad esempio sul ruolo del forcing solare quale causa principale o quasi del riscaldamento globale (GW); discussioni che parevano superate già da diverso tempo. Non entrerò assolutamente nei dettagli di questa discussione in quanto mi sembra sia abbastanza  consolidato il fatto (dare un occhio alla figura 34 riportata qui sotto, estratta dall’articolo di Joanna D. Haigh: “The Sun and the Earth’s Climate”), che il riscaldamento della prima metà del secolo 20mo possa essere in qualche modo collegabile all’aumento del forcing solare, mentre non si comprende come il forcing solare possa spiegare l’aumento dall’inizio degli anni ’80, dove invece l’unico segnale avente la stessa tendenza è appunto il trend dei gas serra (si confronti la riga tratteggiata rossa che mostra le emissioni di gas serra con la fascia grigia che rappresenta l’andamento dell’anomalia della temperatura media del pianeta).

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Java Climate Model: il sistema climatico a portata di click

Climalteranti presenta un’applicazione JAVA disponibile in rete in modalità download – installazione in locale o con diretta fruizione da internet. Il software è uno strumento semplice ma con notevoli potenzialità sia divulgative che analitiche, in grado di dare ad un utente interessato un’ampia disponibilità di informazioni sui cambiamenti climatici con l’ausilio di un’ottima rappresentazione grafica, numerosi riferimenti bibliografici e tecnici.

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Fra i tanti aiuti che il World Wide Web offre a chi volesse approfondire la tematica climatica, uno dei più interessanti è il Java Climate Model un software che consente un’esplorazione a 360° del sistema climatico, con approfondimenti sugli aspetti emissivi, climatici, geografici, modellistici, chimico-fisici, economici, sociali e demografici. L’utilizzo del software porta ad affrontare molti dei dati e dei parametri utilizzati dai modelli climatici, nonché gli scenari emissivi, e fornisce i risultati sui principali output dei modelli come l’aumento delle concentrazioni di CO2, l’aumento della temperatura, l’innalzamento del livello del mare.
Nella versione 5 (JCM 5) l’autore del software, il ricercatore Ben Matthews, ha inserito direttamente nel programma le informazioni contenute nei rapporti IPCC, sia nel Third Assessment Report che nel più recente Fourth Assessment Report. Le applicazioni del software consentono di confrontare gli scenari SRES, ipotizzare modifiche del sistema climatico o stimare gli effetti della variazione delle emissioni di gas serra sui parametri climatici, tramite la visualizzazione di grafici interattivi e di dati tabellati, tutti referenziati e pubblicati dall’IPCC o ricavati tramite interpolazioni di questi ultimi.

Figura 1: schermata iniziale del software JCM 5 Continue Reading »

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I modelli del clima e la gestione dell’incertezza

Riassunto

Si discute in questo post dell’utilità dei modelli di simulazione del clima. Pur con le incertezze che caratterizzano le simulazioni climatiche, alcuni risultati prodotti dai GCM hanno una chiara e dimostrabile solidità. Hanno quindi un “valore”, nel senso che potrebbero permettere, da subito, di proporre azioni di adattamento per mitigare alcuni degli impatti negativi del cambiamento climatico, almeno in quelle aree del pianeta dove i risultati delle simulazioni sembrano essere più certi.

 

 

L’intervista di Giuliano Ferrara a Franco Prodi e Fulco Pratesi recentemente trasmessa da Radio 24 offre lo spunto per qualche riflessione su alcuni dei temi affrontati, che vanno dalla affidabilità degli strumenti in uso per la modellazione del Clima sino al ruolo degli scienziati nel contesto del dibattito sui cambiamenti climatici. Userò in questo post le tesi espresse durante l’intervista solo come pretesto per approfondire la discussione, senza alcuna intenzione di alimentare polemiche che a mio avviso non servono molto per la crescita delle conoscenze. Il tema centrale è quello di capire come debbano essere gestite le incertezze proprie degli strumenti della modellistica del clima al fine di fornire delle simulazioni Utili e di “Valore” (nel seguito svilupperò tale concetto) e che permettano ai policy-makers di scegliere ottimali azioni di adattamento e di mitigazione agli impatti del cambiamento climatico.

In sostanza nell’intervista Franco Prodi afferma che i General Circulation Model (GCM) sono ancora indietro ed incapaci di rappresentare le complessità del sistema integrato Atmosfera, Biosfera, Idrosfera. E quindi le simulazioni climatiche che ne derivano sono incerte e insicure e quindi con questi strumenti è molto difficile prendere decisioni. Sto sicuramente schematizzando ma mi sembra che il succo del discorso sia più o meno questo.

Alcune contestazioni possono essere fatte a queste tesi. Innanzi tutto non rappresentano bene la realtà attuale dei GCM e sembrano essere anche un po’ datate, nel senso che non fanno giustizia del grande processo di miglioramento percorso nel campo della modellistica climatica in questi ultimi 15-20 anni (si guardi ad esempio ai risultati del progetto Ensembles finanziato dalla Unione Europea). In seconda battuta viene anche da chiedersi come ci si potrebbe muovere in questo settore senza utilizzare i GCM, pur con tutte le loro incertezze, nonché con tutti i sistemi di regionalizzazione del clima, siano essi di natura deterministica (i modelli regionali del clima, RCM, vedasi la home page del progetto UE-Prudence: http://prudence.dmi.dk/) piuttosto che dinamico-statistica (vedasi la homepage del progetto EU Stardex: http://www.cru.uea.ac.uk/cru/projects/stardex/).

Per di più, frenando l’uso della modellistica globale in quanto ancora “acerba” nel suo livello di descrizione delle complessità del sistema Atmosfera-idrosfera-biosfera, viene da chiedersi come si possa allo stesso tempo sperare di poter disporre in un qualche futuro di quell’ “earth model” a cui si fa riferimento nell’intervista, in grado di fornire quelle “certezze” che oggi non abbiamo. Sempre schematizzando, se comprendo bene le argomentazioni di FP, un modello del clima, per poter essere usato, dovrebbe essere sostanzialmente “perfetto”, nel senso che dovrebbe rappresentare “tutti” i processi fisici presenti in atmosfera, “tutti” i feedback, “tutte” le non linearità, “tutte” le scale di moto. Se così stanno i termini del problema, c’è qualche speranza di successo in questa pretesa di perfezione ?

Intanto la prima cosa da chiedersi è perché si usano i modelli e se si potrebbe farne a meno.

Per sviluppare il ragionamento devo fare una piccola digressione, tornando un attimo all’abc della fisica dell’atmosfera. Come noto, il sistema atmosfera non è un laboratorio galileiano in senso stretto, in quanto è impossibile soddisfare l’esigenza di ripetibilità di un esperimento all’interno di un laboratorio “per definizione” non riproducibile. E’ solo merito della modellistica se è possibile oggi, in senso più ampio, compiere degli “esperimenti”, in genere chiamati “esperimenti numerici” all’interno di un “laboratorio virtuale” che simula l’atmosfera reale. E’ oggi possibile, grazie ai modelli di atmosfera trascritti su codici di calcolo e mediante l’uso di supercomputer, usare l’atmosfera del modello al posto della realtà ed eseguire al suo interno studi di sensitivity, valutando scenari diversi al variare di qualche parametro: possiamo alzare o abbassare montagne, modificare tipi di suolo e crearne diversi scenari di umidità, proporre forcing esterni diversi (ad esempio di gas serra), mutare l’input radiativo da parte del sole. E’ possibile con i modelli ri-creare artificialmente quel “laboratorio” che ogni scienza che si rispetti deve avere per il solo stesso fatto di essere classificata come scienza. Va da se che essendo una riproduzione della realtà, il laboratorio “modello GCM” non è la realtà. E quindi contiene delle inevitabili approssimazioni e, talvolta, anche gravi inesattezze. La domanda che ci si pone relativa alla legittimità di un loro uso è quindi fondata e merita una risposta non frettolosa.

Per rispondere è utile fare un parallelismo con i modelli che permettono ai previsori meteo di fare le previsioni del tempo e che sono parenti stretti dei GCM che si usano per il clima, almeno per quanto riguarda la forma dell’apparato matematico che li caratterizza (set di equazioni differenziali che descrivono i processi di conservazione di energia, momento, acqua e che caratterizzano la meccanica e termodinamica dell’atmosfera e degli oceani). Anche in questo caso i modelli numerici di previsione sono inesatti (Numerical Weather Prediction models, NWP, per saperne di più, ottimo è il link alle lecture notes di ECMWF).

Sussistono dei problemi di sensibilità ai valori iniziali a causa della non linearità delle equazioni che caratterizzano modelli del genere. La loro parte “adiabatica” (che descrive ad esempio le avvezioni di temperatura o di quantità di moto) è in genere meglio descritta dai processi “fisici”, quali ad esempio quelli che descrivono il trasporto di calore verso o dal suolo, la microfisica delle nubi, i processi radiativi, i fenomeni convettivi ecc.. Il risultato di queste incertezze descrittive si traduce in errori di previsione: capita quindi che tali modelli facciano piovere troppo o troppo poco oppure presentino errori di localizzazione, nello spazio e nel tempo, dei massimi di pioggia o di altre idrometeore come la neve, così come di anomalie del campo termico o anemologico. Certi fallimenti di previsione siano più frequenti in concomitanza di certe tipologie di configurazioni “bariche”, mentre in altre gli errori sono inferiori. Così come pure la qualità delle previsioni dipende in buona parte anche dalle stagioni.

C’è allora da chiedersi: ma i modelli NWP rappresentano bene la realtà ?

La risposta è, ineluttabilmente: talvolta si, talvolta no. E, con tale consapevolezza, è bene usare questi strumenti per fare le previsioni meteo? La risposta può essere, a mio parere, solo positiva. Oggi nessun previsore meteo al mondo può fare a meno di usare questi strumenti se si pone l’obiettivo di cercare di prevedere il tempo in maniera “quantitativa” su un orizzonte temporale di 2-10 giorni. A tal riguardo c’è anche da chiedersi cosa ne sarebbe della Scienza della Previsione del tempo se all’inizio degli anni ’50 Fjörtoft, Charney e von Neumann (Numerical integration of the barotropic vorticity equation; 1950, Tellus, 2, 237-254) non avessero proposto di usare la loro semplificata modellistica meteorologica usando un modello barotropico dell’atmosfera, che è un lontano antenato dei modelli a equazioni primitive che si usano oggi. Magari, se così non fosse stato, oggi saremmo ancora qui a parlare di…“presagi” e non invece, ad esempio, di previsioni quantitative di occorrenza di piogge in una data area e in un dato istante temporale. (Il materiale sulla storia della previsione numerica è praticamente infinito, suggerisco questa presentazione di Adrian Simmons, scaricabile dal sito di ECMWF: http://www.ecmwf.int/publications/unpublished/2006/temperton/pdf/simmons.pdf)

In ogni caso, pur con tutte le incertezze del caso su cui ho detto poco fa, con questi modelli “incerti” si possono fare, almeno in media, decorose previsioni meteo, in grado di permettere ai decisori…di decidere. E’ infatti grazie a questi “incerti” modelli che si producono le allerte per il sistema di Protezione Civile, ad esempio. E sono le previsioni di questi modelli che forniscono l’input ai modelli idrologici per la previsione delle piene fluviali, oppure a quelli della qualità dell’aria oppure dello stato del mare. La possibilità di prendere decisioni corrette è particolarmente rilevante, a mio parere, in questo contesto.

Con il nuovo approccio del “valore economico” delle previsioni meteo o delle simulazioni climatiche (Katz e Murphy, 2000: “Economic Value of Weather and Climate Forecasts”, Climate Change, volume 45, 1573-1480) il “focus” non è più solo dato tanto alla “Qualità” di una previsione (o di una simulazione climatica) ma anche (e forse più) al suo “Valore” o “Utilità”, che si traduce nella capacità di quella previsione (o di quella simulazione climatica) di far prendere ad un policymaker decisioni più corrette di quanto potrebbe fare senza ricorrere a questi supporti modellistici. In questa ottica e a parità di qualità, una previsione può essere di più alto o basso valore a seconda dell’utente a cui è diretta. Per chiarire il punto, ogni policymaker che deve assumere delle decisioni applica sempre un ragionamento di tipo costo/beneficio nel quale confronta i costi di un’azione mitigatrice di un danno potenziale causato, ad esempio, da un evento meteo pericoloso, con il costo del danno che potrebbe avere se non decidesse di applicare alcuna azione mitigatrice a contrasto di quell’evento meteo pericoloso previsto. Pertanto, la probabilità di occorrenza di un evento meteo pericoloso si compone con il rapporto tra il “Costo” dell’azione mitigatrice e il “Danno” causato dalla non azione e permette di ottimizzare la scelta.

Tornando ai modelli GCM del clima, al giorno d’oggi sappiamo abbastanza quali siano i loro limiti, gli errori sistematici, dove si collocano arealmente. In sostanza conosciamo abbastanza bene i limiti di utilizzo di questi strumenti. E sappiamo anche che con tutte le diversità e le incertezze che caratterizzano questi strumenti, accade lo stesso che per certi indicatori del clima molti GCM offrano scenari concordi e possano offrire simulazioni di accettabile “Valore”, e possono essere quindi già in grado di far prendere decisioni corrette. Ad esempio tutti i GCM prevedono globalmente un aumento considerevole di temperatura, nei prossimi decenni. Dovremmo tenerne conto in qualche modo? Si potrebbe obiettare che quello che è forse vero a scala globale è meno vero a scala regionale. Questa asserzione è abbastanza vera; tuttavia accade che su certe sotto-aree del pianeta (per non fare un esempio che ci tocchi: il Mediterraneo) gli stessi sistemi di modellazione globale dicano lo stesso cose analoghe. Ad esempio risulta incontrovertibile che il bacino del Mediterraneo avrà in futuro delle estati più calde e, parallelamente, una diminuzione delle piogge (si veda la figura sottostante, tratta dal cap. 11 dell’IPCC-AR4-WG1.


(Fonte: Figura 11.5 IPCC AR4-WG1-cap.11, pag.875)
Cambiamenti di temperatura e precipitazione in Europa da simulazioni di 21 Modelli Globali con scenario A1B. Riga in alto, da sinistra a destra: cambiamenti della temperatura (°C) media annuale, in Inverno (DJF) ed Estate tra il 1980-1999 e il 2080-2099, mediata sui 21 modelli. Riga in mezzo: come la riga in alto ma per il rapporto tra le precipitazioni (%) del 2080-2099 e quelle del periodo 1980-1999. Riga in basso: numero di modelli (sul totale di 21) in cui si prevede un aumento di precipitazione.

E quindi, stante l’informazione di possibili estati più calde e meno piovose, non si potrebbe iniziare a fare qualcosa di più per diminuire il rischio desertificazione in aree del sud-Italia ? Oppure, non abbiamo già sufficienti conoscenze per iniziare a proporre politiche di miglioramento nell’uso delle risorse idriche che potrebbero calare in uno scenario del genere? Oppure ancora non potremmo accelerare quelle azioni di salvaguardia del territorio finalizzate a minimizzare il rischio di alluvioni sui piccoli bacini idrografici italiani, visto che potremmo avere in futuro, con “buona probabilità”, delle piogge di più breve durata e di più elevata intensità? Sicuramente siamo già in grado di quantificare il rapporto costo/perdita di possibili azioni di adattamento o mitigazione alternative; è allora necessario comporre questa conoscenza con le probabilità di occorrenza, ancorché incerte, degli scenari climatici, per avere uno spettro di azioni da adottare che siano le più efficaci e utili possibile.

Tornando all’altro aspetto connesso al ruolo dello scienziato che viene toccato nell’intervista, che non è disgiunto dalle argomentazioni fatte sino ad ora, anche qui è necessario un approfondimento. Nell’intervista si afferma che se per un politico l’uso del principio di prudenza può anche essere cosa saggia, per uno scienziato così non dovrebbe essere. Egli deve basare le sue tesi solo su fatti certi e non su supposizioni incerte. Sulla base di questa asserzione mi riesce difficile capire a pieno quale sia il ruolo di uno scienziato oggi. E ancora, nel contesto delle problematiche aperte dal problema dei cambiamenti climatici, è bene che uno scienziato non usi un principio di precauzione nei suggerimenti che fornisce ai politici? E’ divenuta veramente così neutrale la scienza? Più ragionevolmente, io penserei invece che un principio di precauzione si debba sempre usare e debba basarsi su una concreta analisi di quel rapporto costo/danno di cui ho parlato prima. E quindi, ritornando alla discussione sull’uso dei modelli, anche tenendo conto delle incertezze che i sistemi di previsione oggi hanno, risulta prudente affermare che, pur essendo plausibile che qualcosa potrebbe accadere al sistema climatico ma non avendo adesso delle certezze, è corretto non fare nulla per mitigare gli impatti del Climate Change?

Ma avremo mai delle certezze?

Credo sia fuori discussione che l’intera storia della scienza abbia ormai sentenziato che non esistono delle certezze, ma che nel tempo la conoscenza evolve ed è possibile solo proporre delle migliori approssimazioni della realtà. Con Newton e la sua teoria della gravitazione universale si pensava ci fosse la spiegazione “di tutto”, poi è venuto Einstein e la relatività generale ha rimesso in discussione non poche di quelle certezze. E lo stesso si potrebbe dire della rivoluzione della meccanica quantica rispetto alle conoscenze classiche che sino all’inizio del novecento hanno dominato il pensiero scientifico globale.

In conclusione, può oggi uno scienziato dissociarsi dall’obbligo di entrare nel vivo delle decisioni su un tema come il Climate Change? E come potrebbe decidere un policymaker cosa fare se lo scienziato su cui si appoggia non prende posizione perché logorato dalla mancanza di certezze?

Testo di Carlo Cacciamani

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Un bel libro con una Prefazione poco aggiornata

Fra i libri più belli pubblicati negli ultimi anni sui cambiamenti climatici va senza dubbio citato “Piccola lezione sul clima” di Kerry Emanuel, professore di Scienze dell’Atmosfera al MIT di Cambridge.
immagine copertina libro KerryIl libro è la traduzione di un saggio di rara chiarezza e sintesi “Phaeton’s Reins. The human hand in climate change “, pubblicato su Boston Review all’inizio del 2007 (disponibile anche sul web qui o qui).
Il testo di Kerry è seguito da una Postfazione di Judith Layzer e William Moomaw, docenti di politiche ambientali al MIT e alla Tuft University, che in poche pagine forniscono una egualmente agevole e precisa rappresentazione del recente dibattito sulle politiche climatiche nel 2008.

Nella versione italiana la Prefazione è curata dal Prof. Franco Prodi, ex-direttore dell’istituto di scienza dell’atmosfera e del clima del Consiglio Nazionale delle ricerche (ISAC-CNR), contiene a mio parere diversi errori, descritti in seguito, con l’auspicio che, se condivisi dal Prof. Prodi stesso, possano essere corretti nelle future edizioni (si spera numerose) del libro.

1) (pag. 11) I range delle “previsioni”
“Quanto carente sia la conoscenza del sistema clima è quindi dimostrato dall’ampia forbice degli scenari prospettati alla fine di questo secolo, per la temperatura dell’aria (da uno a otto gradi), per l’innalzamento del livello dei mari (da pochi centimetri a metri), per parlare solo dei parametri più discussi”.

E’ un argomento già citato da Prodi (ad esempio qui), ma le cose non stanno proprio così: l’ampiezza della forbice non è dovuta solo alla carenza nell’incertezza del sistema clima, ma all’incertezza su quali saranno le emissioni di gas serra. Se infatti si guarda la famosa figura del Quarto Rapporto IPCC sulla proiezione delle temperature, si nota come una larga parte della variazione delle temperature è dovuta ai diversi scenari emissivi, alle emissioni di gas serra che avverranno nei prossimi decenni. link grafici IPCCL’incertezza dovuta alla conoscenza del sistema clima è grande per ogni scenario, ma è molto inferiore (vedasi figura sopra): la forbice data dalla prima deviazione standard intorno alla media è circa un grado, l’intervallo più probabile (linee grigie sulla sinistra) varia da 2 gradi dello scenario B1ai 4 gradi dello scenario A2.

2) (Pag. 14) “I modelli sono nella loro infanzia”
È una frase usata spesso nel passato per descrivere lo stato dei modelli climatici. Se ne trova traccia in famosi articoli di taglio negazionista (ad esempio Robinson et al., 1998: “Predictions of global warming are based on computer climate modeling, a branch of science still in its infancy”) o comunque sullo stato dei modelli di parecchi anni or sono. La storia della modellistica climatica è ormai trentennale, sono coinvolti decine di centri di ricerca di tutto il mondo. I modelli hanno da anni incluso parametrizzazioni per gli aerosol e le nubi; in modo insoddisfacente, migliorabile, ma se ne parla da anni e si potrebbe almeno dire che oggi sono nella loro adolescenza. Le incertezze sono ancora tante e quindi c’è ancora tanto da fare per i modellisti; ma se il termine “infanzia” significa la fase iniziale e primordiale dello sviluppo, già a fine anni ’90 i modelli climatici vi erano usciti.

3) (Pag. 15) Le temperature nella piccola era glaciale e nel periodo caldo medioevale
“Se consideriamo l’ultimo millennio, variazioni di poco superiori (probabilmente da 1 a 1,3 °C) hanno prodotto la piccola era glaciale (dal 1400 al 1850) ed il pericolo di riscaldamento conosciuto come “Optimum medioevale” (1000-1300)…”
La frase non è molto chiara perché non chiarisce rispetto a quale periodo sarebbero state le temperature superiori di 1-1,3°C. Probabilmente ci si riferisce alle temperature di inizio secolo, rispetto alle quali nelle pagine prime (Pag. 13 e 14) si cita un aumento di 1,3 per l’Italia e di 0,7 °C per il l’intero pianeta. Le ricostruzioni più accreditate forniscono range molto più limitati nelle variazioni delle temperature della piccola era glaciale e del periodo caldo medioevale, variazioni che hanno riguardato per lo più l’emisfero nord, e mostrano come l’attuale riscaldamento sia del tutto anomalo se confrontato con quello dei precedenti 1300 anni. L’ultima sintesi dell’IPCC recita “Le temperature medie nell’emisfero Nord durante la seconda metà del XX secolo sono state molto probabilmente più alte di qualsiasi altro periodo di 50 anni negli ultimi 500 anni e probabilmente le più alte almeno negli ultimi 1300 anni”.

4) (Pag. 18) Le concentrazioni di CO2
“È noto, poiché lo si misura con precisione, che il valore dell’anidride carbonica, ora intorno a 360 parti per milione, è aumentato del 31% dal 1750 ad oggi”.
Le concentrazioni di CO2 attuali non sono intorno a 360 ppm, ma intorno a 380 ppm, come del resto scrive Kerry nello stesso libro a pag. 42 e a pag. 77. Non si tratta di un refuso perché l’aumento del 31% porta proprio a 360 ppm; per arrivare a 380 ppm l’aumento è almeno del 35 %. Tralasciando il fatto che Kerry ha scritto il saggio nel 2006, e nel 2008 le concentrazioni di CO2 erano già di circa 384-385 ppm.
La concentrazione di 360 ppm di CO2 nell’atmosfera si è avuta intorno al 1995.

5) (Pag. 23) “Il protocollo di Kyoto, ora messo di nuovo in discussione…”
Come in un intervento dell’Ottobre 2008 il prof. Prodi descrive scenari di messa in discussione del Protocollo di Kyoto, oggi di fatto superati dal fatto che il Protocollo è entrato in vigore da quattro anni e lascerà fra pochi anni il posto ad un nuovo accordo internazionale, approvato probabilmente già tra pochi mesi nella COP15 a Copenhagen.

6) (Pag. 23-24) La somma incerta
Verso la fine della prefazione le incertezze presenti nella scienza del clima sono ancora sottolineate, laddove si legge di “…grave incertezza di scenario che caratterizza lo stato attuale della conoscenza”,  “…non si può ancora parlare di previsione climatica affidabile”, oppure “…non stupisce che vi siano scienziati che sostengono questo principio di precauzione e scienziati che vi si oppongono sulla base della considerazione che la scarsa conoscenza di alcuni addendi rende la somma incerta”.

Nella prefazione si trova anche in altri punti (es. pag. 11) una confusione fra previsione e proiezione (ossia fra previsioni di primo e di secondo tipo, si veda il precedente post). Come ben scrive anche Kerry (pag. 53-54) i modelli predittivi non riescono a garantire  affidabilità oltre le due settimane; ma altra cosa sono le proiezioni sul lungo periodo (es. 50 o 100 anni) del valore medio di alcuni parametri climatici.
Tali cautele sembrano eccessive se confrontate a quanto scrive Kerry nel successivo saggio, ad esempio “e dato che i rischi di conseguenze pesantemente sfavorevoli sono molto alti e che possiamo prevenirli, la prudenza ci dovrebbe indurre ad agire immediatamente”.

In conclusione, pur se l’analisi di Franco Prodi appare in alcuni aspetti poco aggiornata, si concorda pienamente con le prime e le ultime tre righe della Prefazione: quelle che la aprono (pag. 9) “Non capita spesso di imbattersi in uno scritto che si condivide a tal punto da desiderare di averlo scritto noi stessi”, e quelle che la chiudono (pag. 25), invitando alla lettura del libro di Kerry Emanuel, “alla sua prosa scientificamente impeccabile, ma anche piana ed accattivante”. Cosa non facile quando si parla di clima.

Testo di Stefano Caserini, con il contributo di Aldo Pozzoli

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