Variabilità Naturale del Clima

In questi ultimi decenni l'opinione pubblica internazionale ha seguito con sempre maggiore attenzione le scoperte relative ai cambiamenti in atto nel clima del nostro pianeta, e al forte impatto che le attività dell'uomo possono avere sul clima stesso. Il largo interesse suscitato e l'importanza sociale oltre che scientifica di questi temi, hanno rappresentato un grande stimolo per la ricerca in campo climatologico, e considerevoli progressi sono stati fatti nella comprensione del clima e delle sue caratteristiche.

Gli studi di paleoclimatologia ci dicono che il clima terrestre ha sempre mostrato, anche nel remoto passato, una marcata variabilità. Quindi, per comprendere i mutamenti oggi in atto nel clima, conoscere quanta parte di essi è indotta dall'attività dell'uomo e prevedere quali saranno gli effetti di questi cambiamenti, è assolutamente necessario conoscere quali sono le caratteristiche della variabilità climatica naturale.
La variabilità del clima terrestre si manifesta su un ampio spettro di scale temporali e spaziali.

Modi di variabilità intrastagionale

Una considerevole porzione della variabilità del clima si manifesta a scale temporali intrastagionali. Questo tipo di variabilità assume un ruolo particolarmente importante per l'atmosfera delle regioni tropicali, dove la variabilità intrastagionale rappresenta oltre la metà della variabilità atmosferica totale. Il modo dominante della variabilità tropicale intrastagionale è la cosiddetta Oscillazione di Madden e Julian (MJO). Questa oscillazione, caratterizzata da un periodo dominante compreso tra i 30 e i 60 giorni, si manifesta come una perturbazione dell'atmosfera tropicale che altera la circolazione (venti) e l'attività convettiva (precipitazione) in questa area.
La MJO è originata nell'Oceano Indiano equatoriale e propaga verso est attraverso la regione Indonesiana, fino a raggiungere il Pacifico centrale, dove decade rapidamente. Siccome durante la sua fase attiva essa determina una considerevole fluttuazione delle precipitazioni e della circolazione atmosferica sull'intera regione Indo-Pacifico tropicale, l'MJO è cruciale per le previsioni del tempo e per quelle climatiche su scala stagionale.
Inoltre, numerosi studi, basati sia su osservazioni che modelli, hanno mostrato che fenomeni legati alla variabilità intrastagionale e, tra questi, la MJO in particolare, possono interagire con i fenomeni che caratterizzano la variabilità climatica ad altre scale temporali, come ad esempio i monsoni e “El Nino”. Queste interazioni possono portare a una sostanziale modulazione della variabilità stagionale (monsoni) e interannuale (El Nino) da parte della variabilità intrastagionale.
La corretta comprensione dei modi e delle caratteristiche della variabilità intrastagionale è quindi di grande importanza anche per una migliore conoscenza dei meccanismi che governano la variabilità ad altre scale temporali, specialmente la variabilità interannuale.

Link utili:
http://ugamp.nerc.ac.uk/hot/um/mjo.html
http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/intraseasonal
http://ggweather.com/enso/mjo.htm

Modi di variabilità interannuale

La variabilità interannuale del clima (2-7 anni) è caratterizzata da un notevole numero di modi a larga scala, che influenzano aree diverse del pianeta e i cui effetti possono manifestarsi anche in regioni remote rispetto a quelle dove essi sono generati.

 

Il modo di variabilità climatica interannuale più conosciuto è probabilmente quello noto col nome di El Nino/Oscillazione Meridionale (ENSO). ENSO è un modo naturale di variabilità climatica, risultante dall' interazione tra oceano e atmosfera nel Pacifico equatoriale. Tale fenomeno si manifesta come una periodica (3-7 anni) fluttuazione delle temperature superficiali marine (SST), accompagnate da anomalie di precipitazione e di circolazione atmosferica sull'intera regione.

 

 

 

 

 

Normalmente i termini “El Niño” e “La Niña” sono usati per indicare le due fasi opposte di ENSO. Un evento El Niño si verifica quando il Pacifico equatoriale è piu` caldo della norma, mentre un episodio di La Niña si verifica quando esso è anomalmente freddo.

Gli effetti di ENSO investono molte regioni del globo, anche a distanze considerevoli dalla regione di origine. In particolare, il segnale di ENSO viene trasmesso dall'oceano Pacifico agli altri oceani tropicali (Atlantico e Indiano) attraverso le anomalie atmosferiche associate con esso. Questi effetti remoti sono noti come “teleconnessioni”. Per esempio, studi sulle osservazioni e con i modelli hanno evidenziato che ENSO induce fluttuazioni nell'intensità del monsone Asiatico; variazioni della circolazione e della precipitazione sugli oceani Indiano e Atlantico tropicale; anomalie di precipitazione sull'Indonesia, l'Africa meridionale, e su gran parte del continente Americano (Nord e Sud America).

Viste le sue enormi ricadute sociali e la vasta area del suo impatto, ENSO è probabilmente considerato il fenomeno piu` importante della variabilità climatica a scala interannuale. Certamente è quello piu` studiato e per molti aspetti quello maggiormente compreso nei suoi meccanismi fisici. Comunque, come accennato in precedenza, non è il solo modo di variabilità interannuale del sistema climatico. Altri fenomeni, quali ad esempio l' Oscillazione del Nord Atlantico (NAO) e il Modo Dipolare dell'Oceano Indiano (noto anche come Modo Zonale, IODM/IOZM), caratterizzano la variabilità interannuale.

Di grande interesse per il continente Europeo e’ la NAO, che rappresenta il modo dominante della variabilità` invernale nel Nord Atlantico. I suoi effetti si riscontrano sul Nord America, Europa e parte dell'Asia settentrionale. Il fenomeno fisico rappresentato dalla NAO puo` essere descritto come un'altalena tra l'alta pressione sub-tropicale centrata nelle Azzorre e la bassa pressione polare che ha il suo centro sopra l'Islanda.
Le fasi di questa “altalena” hanno un grande impatto sul percorso seguito dai cicloni extra-tropicali che attraversano l'Atlantico e raggiungono l'Europa, influenzando quindi tutto il sistema climatico della regione Euro-Meditterranea. Per esempio, durante la fase positive della NAO, si osserva un rafforzamento dell'alta pressione sub-tropicale e un approfondimento della depressione sull'Islanda. L'aumento di questa differenza di pressione determina un'intensificazione dell'attività ciclonica sull'oceano Atlantico e, contemporaneamente, allo spostamento verso nord dei percorsi seguiti dai cicloni extratropicali, che quindi interessano principalmente le regioni del nord Europa. Questo produce inverni piu` umidi e miti sul nord Europa e piu` secchi ma freddi sull'Europa meridionale e sul Mediterraneo.

Nella fase negativa della NAO, si osserva un indebolimento sia dell'alta pressione subtropicale che della bassa polare. La riduzione del gradiente di pressione produce una riduzione dell'attività ciclonica sull'Atlantico e ad uno spostamento verso sud del percorso dei cicloni extratropicali che d'inverno attraversano l'oceano raggiungendo l'Europa. Questa migrazione verso sud, fa si che in questa fase dell'NAO gli inverni siano piu` secchi e freddi sul nord Europa, e piu` umidi e miti sull'Europa meridionale e sul Mediterraneo. Sull'altra sponda dell'oceano, nella costa orientale degli Stati Uniti, invece, intrusioni d'aria fredda producono inverni freddi e nevosi.

Link utili:
http://www.elnino.noaa.gov/
http://iri.columbia.edu/climate/ENSO
http://www.ldeo.columbia.edu/res/pi/NAO
http://www.met.rdg.ac.uk/cag/NAO
http://www.jamstec.go.jp/frsgc/research/d1/iod

Modi di variabilità decadale

Modi di variabilità climatica su scale temporali decadali sono osservati in diverse regioni del pianeta. Ad esempio fluttuazioni delle temperature marine superficiali con periodi decennali sono osservate sia nell’oceano Pacifico che Atlantico settentrionali e nell’ oceano Australe. Inoltre variabilità di “tipo-ENSO”, vale a dire anomalie di temperatura superficiale marina che esibiscono strutture spaziali simili a quelle prodotte da ENSO, ma che agisce su scale temporali decadali, e’ stata identificata nel Pacifico tropicale . Nelle regioni interessate, queste anomalie di temperatura marina a bassa frequenza sono associate a variazioni nella circolazione atmosferica e alla precipitazione.
I meccanismi fisici che determinano queste fluttuazioni non sono ancora completamente chiari, e la scarsa lunghezza delle serie temporali osservate, rende necessario l’uso di modelli di simulazione per lo studio di questo tipo di variazioni del clima. Sebbene risulti evidente che sia l'oceano a mantenere la “memoria a lungo termine” della variabilità climatica, rimane ancora incerto come questi modi oceanici a bassa frequenza possano venire eccitati. L’analisi delle simulazioni suggerisce che possono esservi diversi meccanismi fisici in grado di indurre variabilità decadale. Ad esempio, per mezzo di interazioni non lineari tra oceano e atmosfera, la variabilità interna atmosferica, che è ad alta frequenza, puo` forzare una risposta oceanica su scale temporali molto lunghe.

Link utili:
http://www.clivar.org/publications/other_pubs/iplan/iip/pd4.htm
http://ugamp.nerc.ac.uk/predicate

Previsioni stagionali

Le previsioni climatiche su scale temporali stagionali possono essere di grande valore sociale, sia per il loro impatto sul mondo economico che per le loro implicazioni umanitarie.
Oggigiorno, previsioni stagionali dinamiche sono eseguite di routine presso molti centri meteorologici operazionali nel mondo. L'idea scientifica di base su cui poggiano le previsioni stagionali dinamiche è fornita dal fatto che le interazioni tra l'atmosfera e la superficie della terra, particolarmente gli oceani tropicali, sono relativamente lente e prevedibili. Quindi, per eseguire previsioni stagionali, basate sulle integrazioni delle equazioni del clima, è necessario fare uso di modelli accoppiati oceano, atmosfera, superficie terrestre. Generalmente le previsioni vengono fatte per mezzo di insiemi di simulazioni eseguite con questi modelli. Gli insiemi vengono generati eseguendo le simulazioni a partire da condizioni iniziali perturbate.
La perturbazione delle condizioni iniziali serve a rappresentare l'incompletezza della nostra conoscenza dello stato iniziale del sistema. Quella sulle condizioni iniziali, comunque, non è la sola incertezza sul sistema che abbiamo. Infatti, la fisica stessa del modello usato per le previsioni presenta delle incertezze, specialmente per quanto concerne le parametrizzazioni dei processi “sotto-griglia” (cioè i processi che avvengono su scale spaziali inferiori alla risoluzione del modello). Incertezze di cui in qualche modo si dovrebbe tenere conto nel sistema previsionale.

Un possibile approccio per la rappresentazione della “incertezza del modello” nelle previsioni stagionali è basato sul fatto che i modelli di simulazione del clima sono stati sviluppati in modo quasi indipendente nei diversi centri di ricerca. Pertanto un insieme di questi modelli quasi indipendenti provvede, almeno in una certa misura, un campionamento dei possibili set di equazioni rappresentanti la fisica del sistema e, quindi, anche delle approssimazioni in esse contenute. L'assunzione di (quasi) indipendenza dello sviluppo dei modelli consente, infine, di supporre che gli errori di rappresentazione della fisica del sistema nell'insieme dei diversi modelli abbiano un distribuzione randomica (rumore bianco), e che quindi ci sia una parziale compensazione di tali errori. Questo tipo di approccio è generalmente indicato col nome “insieme di molti-modelli” (multi-model ensemble).
L'approccio basato sull' insieme di molti-modelli è stato utilizzato nel progetto internazionale DEMETER, finanziato dalla Comunità Europea e di cui l'INGV è partner. Nell' ambito di DEMETER èstato sviluppato un sistema di previsioni stagionali basato su un insieme di sette modelli accoppiati oceano-atmosfera provenienti da sette diversi centri di ricerca europei. La valutazione delle previsioni sperimentali eseguite per mezzo del sistema a molti modelli ha dimostrato che, in effetti, i risultati dell'insieme a molti modelli è sistematicamente migliore delle previsioni eseguite con ognuno dei singoli modelli.

Un dettagliata descrizione del progetto DEMETER, del sistema previsionale e dei risultati ottenuti puo` essere ottenuta presso il sito internet:

http://www.ecmwf.int/research/demeter/

Altri link utili:
http://iri.columbia.edu/climate/forecast
http://www.met-office.gov.uk/weather/seasonal

ATTENZIONE! si informa che INGV non fornisce nessun servizio di previsione sismica

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