Mutamenti climatici: un approccio scientifico

Federico PorcùDipartimento di Fisica, Università di Ferrara

qualche definizione e impostazione del problema;

evidenze della tendenza climatica;

forzanti (cause);

prospettive per una modellazione del sistema climatico;

necessità dell’osservazione dallo spazio.

CLIMA E TEMPO METEOROLOGICOCLIMA E TEMPO METEOROLOGICO

tempo meteorologico stato del sistema (in particolare dell'atmosfera) ad un preciso istante.

diversa scala temporale

diversità di metodo, dati e formulazioni teoriche

clima stato medio del sistema e sue variazioni nel tempo.

previsioni sull’evoluzione del sistema modelli parametrizzazioni

definizione dello stato e delle sue variazionimonitoraggio indicatori

IL SISTEMA CLIMAIL SISTEMA CLIMADal punto di vista climatico Dal punto di vista climatico la Terra può essere suddivisa in 5 componentila Terra può essere suddivisa in 5 componenti

ATMOSFERAATMOSFERA(componente gassosa del sistema climatico, è quella più rapidamente variabile nel tempo)

IDROSFERAIDROSFERA(oceani, mari, fiumi e laghi)

CRIOSFERACRIOSFERA(comprende ghiacciai, nevai

e ghiacci oceanici)

BIOSFERABIOSFERA(flora, fauna, attività umane)

LITOSFERALITOSFERA(struttura orografica della Terra, ha una

variazione nel tempo estremamente lenta)

Bisogna poi considerare la sorgente esterna di energia costituita dal SoleBisogna poi considerare la sorgente esterna di energia costituita dal Sole

Radiative Energy Balance

VARIAZIONI CLIMATICHEVARIAZIONI CLIMATICHE

NATURALI ANTROPICHE

VARIAZIONE DELLA RADIAZIONE SOLARE

ERUZIONI VULCANICHE

INTERAZIONI TRA LE DIVERSECOMPONENTI DEL SISTEMA CLIMA

El Niño

Diretta

Indiretta

Interazione atmosfera-oceano

Milankovitch

Attività Solare

IMMISSIONE DI GAS SERRA IN ATMOSFERA

SO2 CO2 O3

Incendi

Combustibili fossili

DERIVA DEI CONTINENTI

CO2 CH4

AllevamentiCH4

SO2 CO2Immissione di aerosols

IMMISSIONE DI AEROSOLS IN ATMOSFERA

Black Carbon,Organic Carbon

Incendi

Combustibili fossili

Black Carbon

SFRUTTAMENTO DEL TERRENO

Variazioni di albedo

Riduzione delle foreste

Forzanti sul sistema

misure della tendenza

estensione dei ghiacciai

temperatura dell’aria

altezza del mare

precipitazione, vegetazione, copertura nuvolosa

proxy data (paleoclima):anelli di accrescimento degli alberiO18

carotaggicorallicronache storiche

termometri (tempi recenti < 200 anni):termometri a mercuriotermometri a stato solido (termistori)

temperatura dell’aria (h=2 m)

4.5 MILIARDI4.5 MILIARDI

1 MILIONE DI ANNI1 MILIONE DI ANNI

10.000 ANNI10.000 ANNI

1.000 ANNI1.000 ANNI

100 ANNI100 ANNI

Problema I: copertura dei sensori la frazione di superficie globale monitorata varia

5°×5° ~ 500×500 km2

Problema II: effetti urbanida meta’ ottocento la struttura urbana e’ mutata

Problema III: manutenzione delle stazioninon controllabile, variabile, importante

capannine “bianche”

areate

modalita’ di lettura

tipo di strumento

operatori

Problema IV: confronti con dati da satellite

0,2 K/decade

0,09 K/decade

Problema IV: confronti con dati da satellite

Problema IV: confronti con dati da satelliteMicrowave Sounding Unit (MSU)

COPERTURA NEVOSA EDCOPERTURA NEVOSA EDESTENSIONE DEI GHIACCI PERENNIESTENSIONE DEI GHIACCI PERENNI

Dalle osservazioni satellitari si è stimata una diminuzione della copertura nevosa del 10%diminuzione della copertura nevosa del 10% a partire dagli anni ’60.

- I ghiacci marini dell’emisfero nord sono diminuitighiacci marini dell’emisfero nord sono diminuiti: l’estensione dei ghiacci Artici in primavera ed estate è diminuita del 10-15% a partire dagli anni ’50.

Ghiacciaio Dana, Sierra Nevada, California (3660 m, 37º 54' N, 119º 13' W) nel 1883 (sinistra) e 1985 (destra).

COPERTURA NEVOSA EDCOPERTURA NEVOSA EDESTENSIONE DEI GHIACCI PERENNIESTENSIONE DEI GHIACCI PERENNI

I GHIACCIAI ALPINII GHIACCIAI ALPINI

Ghiacciai delle Alpi italiane in avanzata e in ritiro dal 1925 al 2000. Valori espressi come percentuale dei ghiacciai con variazioni misurate.

LIVELLO DEI MARILIVELLO DEI MARI

CAUSE:

1) Dilatazione termica ~ 0.5 m / K

2) scioglimento del ghiaccio:a) ghiacciai + 0.5 mb) Antartide e Groenlandia + 68.8 mc) ghiaccio marino ~ 0.1 m

3) innalzamento (Scandinavia ~ + 1m / 100 anni)

4) subsidenza (Thailandia ~ - 1 m / 30 anni)

LIVELLO DEI MARILIVELLO DEI MARI

Stockholm

y = -3.9198x + 14679

R2 = 0.8384

6600

6700

6800

6900

7000

7100

7200

7300

7400

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020year

Annapolis

y = 3.5195x + 36.12

R2 = 0.85796750

6800

6850

6900

6950

7000

7050

7100

7150

1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

year

sea

leve

l, m

m

il livello del mare varialocalmente per forzaturedinamiche (vento, correnti)

Pacifico equatorialeinfluenzato da El niño

LIVELLO DEI MARILIVELLO DEI MARI

LIVELLO DEI MARILIVELLO DEI MARI

LIVELLO DEI MARILIVELLO DEI MARI

LIVELLO DEI MARILIVELLO DEI MARI

con le boe:

1-2 mm/y

forzanti

CONCENTRAZIONE DEI GAS SERRACONCENTRAZIONE DEI GAS SERRA

- L’anidride carbonica anidride carbonica (COCO22) è

aumentata del 31%aumentata del 31% dal 1750 ad oggi.

- Il rate di crescita dellarate di crescita della COCO22 delle ultime due decadi è di 1.5 1.5 ppm (0.4%) per annoppm (0.4%) per anno

- Il metano metano (CHCH44) è cresciuta di cresciuta di

1060 ppb (151%) dal 17501060 ppb (151%) dal 1750; tale crescita è rallentata negli anni ’90 rispetto agli anni ’80.

- L’ossido di azoto ossido di azoto (NN22OO) è

cresciuto di 46 ppb (17%) dal cresciuto di 46 ppb (17%) dal 17501750 (1/3 è di origine antropogenica).

- L’OO33 troposferico troposferico è aumentato aumentato

del 36% dal 1750del 36% dal 1750

CAUSE ASTRONOMICHECAUSE ASTRONOMICHE

variazione dell’irraggiamento solare (Wm-2)

variazione della lunghezza del giorno

modellazione del sistemaclimatico (previsione)

The Global Climate System

sistema non lineare: meccanismi di retroazione (feed back)

una forzatura su una componente del sistema produceun effetto che modifica l’impatto della forzatura

feed back positivo: l’impatto aumentainstabilita’

feed back negativo: l’impatto diminuiscestabilita’

feed back negativo

aumento di T ritiro della vegetazioneaumento di albedo planetaria diminuzone di T

aumento di T aumento di wv aumento di coperturanubi aumento albedo planetaria diminuzione di T

feed back positivo

aumento di T aumento di wvaumento effetto serra aumento di T

diminuzione di T aumento ghiaccio superficialeaumento di albedo planetaria diminuzione di T