lunedì 21 agosto 2017

Eclisse sul gran massimo solare moderno

Eclissi totale di sole, stasera, visibile però solo in Nordamerica.
Questo è un post collaterale a quanto Zeke Haufstather (Berkeley Earth) ha pubblicato pochi giorni fa su Carbon Brief, in occasione dell'eclisse sopra gli USA.

Modello meteo NOAA/ESRL della mappa del flusso d'energia della radiazione solare incidente lungo la traiettoria dell'eclissi solare odierno

Il sole è la fonte quasi esclusiva di energia della Terra e della nostra civiltà. È quindi essenziale capire il suo effetto sul clima terrestre. Il riscaldamento globale registrato non può essere spiegato con la semplice attività solare, devono pertanto essere predominanti altre cause, fra cui - come si sa -  la più probabile è l’attività umana di produzione di energia da fonti fossili (vedi anche qui e qui). È quanto indicato e ribadito anche in occasione della 29esima Assemblea generale dell’Unione astronomica internazionale (tenutasi ad Honolulu due anni fa), in una speciale conferenza stampa durante la quale è stato presentato il risultato finale delle ricerche sul ciclo solare. In questa scoperta ha avuto un ruolo anche la Specola Solare Ticinese di Locarno-Monti con il proprio contributo alla pubblicazione di un articolo su “Solar Physics”.
La Specola ticinese è erede storica del metodo di Wolf (che deve il nome all'astronomo svizzero Rudolph Wolf). È la stazione pilota del Sunspot Index and Long-term Solar Observations di Bruxelles (SILSO), ossia l’osservatorio astronomico di riferimento di tutto il network di decine di osservatori coordinati dall’istituto belga. Le misure dell’attività fotosferica del Sole – come le macchie solari – raccolte presso l'osservatorio di Locarno-Monti coprono esattamente 60 anni (è sorta nel 1957 in occasione dell'Anno Geofisico Internazionale), fin dai tempi della fondazione come stazione a Sud delle Alpi da parte dell’Osservatorio di Zurigo, passando poi per l’autonomia amministrativa ottenuta all’inizio degli Anni Ottanta sotto la direzione di Sergio Cortesi, il più anziano ed esperto di tutti gli osservatori del Sole
ricorda il suo direttore, Marco Cagnotti. Lui e Cortesi hanno firmato insieme ai colleghi del SILSO (ex SIDC) un articolo pubblicato sulla rivista “Solar Physics”. L’articolo  definisce la questione del nuovo Sunspot Number, che apre una nuova epoca nella registrazione dell’attività solare.
In particolare quest’articolo documenta in maniera definitiva e trasparente le procedure di definizione del Sunspot Number. Il Sunspot Number è uno degli argomenti di maggiore interesse, uno dei settori dove la ricerca è diventata più vivace nella fisica solare. Infatti è ormai il parametro di riferimento più usato in tutti gli studi di fisica solare, poiché è l'indice di attività solare che va più indietro nel tempo ed è facilmente calcolabile, senza necessariamente usare grandi telescopi. Dunque è prezioso per tutta l’astrofisica stellare, dato che ci permette di scoprire come funziona e come cambia nel tempo la nostra stella
annota ancora Cagnotti. Di più: il Sunspot Number trova applicazioni anche in settori in apparenza lontani dall’astrofisica stellare, come gli studi sui raggi cosmici.

Le prime osservazioni delle macchie solari da parte di Galileo e dei suoi contemporanei. Fonte.

Differenze nella calibrazione degli strumenti usati (apertura del telescopio) ai tempi del passaggio della conta da Wolf al successore Wolfer attorno al 1885 e successivamente nella procedura della conta delle macchie  - che crearono una ben nota discontinuità ai tempi del passaggio dell'osservatorio di Zurigo a Max Waldmeier attorno al 1945 - sono alla base di questa ricalibrazione e revisione della serie. Sostanzialmente, rispetto ai vecchi conteggi, la nuova ricostruzione dà conto di un buon 50% di macchie solari in più prima del 1885, rispettivamente un 20% in meno dopo il 1945 (vedi qui o qui).

Il SILSO ha ora implementato queste correzioni; la nuova versione sostanzialmente cancella in grande massimo moderno con serie di cicli solari sia nel '700 che nell' '800 che sono simili a quanto osservato nella seconda metà del 20esimo secolo.
Tutto questo non altera l'influenza solare ad es. sui pattern atmosferici (c'è tutto un fiorente settore della ricerca in questo ambito, si veda per es. qui, qui, quiqui o qui), ma sicuramente rende ben difficile giustificare il trend secolare al riscaldamento con i cicli solari. Crollano del tutto, quindi, le ipotesi accumulate e nel tempo diventate mito che l'attività solare odierna sia la più forte di sempre, almeno nell'ultimo millennio. Infatti, per es., l'attività solare attuale non è differente da quella di 100-160 anni fa.

Ecco le serie, Wolf Sunspot (in rosso, Wolf SSN) e a seguire le serie Wolf Sunspot (o International Sunspot, sempre in rosso) e Group Sunspot (in blu) prima (in alto) e nella nuova versione (in basso):


Clette et al. 2015
Dunque, non ha più alcun senso parlare oggi di gran massimo solare moderno.


Naturalmente questo ha implicazioni anche sulla ricostruzione dell'irradianza solate totale (TSI).
La TSI ha due componenti: una proveniente dal nucleo solare produttore di energia  -  e che impiega centinaia di migliaia di anni per raggiungere la superficie e che pertanto deve essere considerata costante sulle scale temporali secolari - e una decisamente più piccola parte (1/1000 rispetto alla base) guidata dal campo magnetico superficiale e che varia nel tempo attraverso il ben noto ciclo delle facole e delle macchie solari. La soppressione di questa seconda componente, al massimo, cambia la TSI solamente di 1/1000 come si è potuto constatare nel 2008/2009, all'epoca dell'ultimo minimo del ciclo undecennale.

La ricalibrazione della serie delle macchie solari implica una revisione della TSI. Anche il SORCE lo evidenzia bene (vedi screenshot sotto):



La segnalazione sopra si riferisce a questo che è uno dei più recenti lavori di ricostruzione della TSI sulla base del nuovo Sunspot Number.

Kopp et al. 2016
Fonte: Leif Svalgaard

Focus sul periodo del riscaldamento moderno, immagine piuttosto esplicita ed esaustiva.

fonte

Naturalmente questa revisione apre nuove prospettive per quel che concerne il forcing radiativo solare nella modellizzazione del cambiamento climatico, in particolare nel cosiddetto hindcast, vale a dire la verifica della bontà delle simulazioni sulla scorta delle previsioni retrospettive dell'andamento termico del passato. Se l'attività solare odierna - come sembra sempre più evidente dalle ricostruzioni - non differisce da quella dei secoli scorsi, si aprono due ipotesi relativamente nuove:

1) I minimi solari degli ultimi secoli vanno ridimensionati parecchio nella spiegazione causale di una delle parti più cruenti (ma probabilmente non la peggiore, vedi anche qui e qui) della lunga piccola età glaciale.

2) L'aumento termico globale della prima parte del XX secolo deve essere spiegato senza necessariamente ricorrere in maniera preponderante all'influenza esterna da parte dell'attività solare.

Nuovi e interessantissimi filoni di ricerca già da tempo in corso...

sabato 19 agosto 2017

Clima più estremo? V — Heatwaves alpine


1991, 1994, 1998, 2003, 2006, 2009, 2012, 2015, 2017. 
Cosa rappresentano queste nove date?

Nel clima temperato delle medie latitudini come in gran parte d'Europa, le ondate di calore stanno aumentando in tutte le stagioni. Quando si manifestano in primavera e autunno, denotano una sorta di estate anticipata  risp. protratta. Quando si verificano in inverno possono dare la sensazione di una stagione di mezzo posticipata risp. in anticipo. In tutti questi casi sono spesso salutate positivamente, a parte i riscontri economici negativi legati alla pratica degli sport invernali. I problemi però si celano nella difficoltà di adattamento della biosfera, sia flora che fauna possono subire grossi impatti negativi da queste heatwaves extra-estive.
Ma è quando si verificano durante la stagione calda che portano i più grossi problemi alla salute e alla qualità di vita delle persone, come già sappiamo bene. E come viene evidenziato anche da un recentissimo studio del JRC, secondo il quale nell'Europa di fine secolo (soprattutto nella sua parte meridionale) il numero delle vittime annue causate dagli eventi climatici estremi (heatwaves in testa) potrebbe incrementare di 50 volte rispetto a quello attuale:
The projected changes are dominated by global warming (accounting for more than 90% of the rise in risk to human beings), mainly through a rise in the frequency of heatwaves (about 2'700 heat-related fatalities per year during the reference period vs 151'500 [80'100–239'000] during the period 2071–2100).

Ma torniamo alle date in apertura di post. Ebbene: la lista rappresenta la cronologia delle estati più calde nella regione alpina nel corso degli ultimi 30 anni. Ci sarà anche quella che si appresta a finire, tanto per cambiare. Tutte queste stagioni sono state caratterizzate da almeno due ondate di calore* sull'arco dei 3 mesi estivi di giugno, luglio e agosto. Si nota subito come la frequenza di questa tipologia di estati stia aumentando: sono 9 in 30 anni (media di una ogni 3,3 anni), ma negli ultimi 15 anni questa frequenza è raddoppiata (nella prima metà ne abbiamo una ogni 5, nella seconda una ogni 2,5). Da notare che nella lista mancano estati recenti che sono comunque state molto sopra le righe, come per es. l'estate 2010 che sebbene abbia fatto registrare nella regione alpina una sola ancorché rovente ondata di calore (a luglio), spostandoci di qualche migliaio di km più a nordest, nella Russia europea, come sappiamo le heatwaves sono state molte, estreme e molto lunghe. Oppure ricordiamo le roventi heatwaves dell'estate 2007 nei Balcani e nel Mediterraneo sudorientale. Ma il focus di questo post è, come detto, la regione alpina. L'ultima estate senza ondate di calore risale oramai a 13 anni fa, ma ancora negli anni 70 e 80 erano quasi la norma. Come già sappiamo, nelle condizioni generali in cui ci troviamo, l'eccezione sta diventando la nuova norma.

Naturalmente la regione alpina non è l'unica che vede un così forte aumento di questa tipologia di estati  - in media annuale si sta scaldando conformemente alle aree di terra dell'emisfero boreale - così come l'Europa non è l'unico continente toccato da questo fenomeno, sebbene sia una delle regioni che si sta scaldando più velocemente, soprattutto in estate (vedi qui, ma anche il prossimo post della serie dedicata all'estremizzazione del clima). Sappiamo altresì che, da recenti ricostruzioni, le ultime 30 estati europee sono state le più calde nell'arco degli ultimi due millenni:
Recent summers, however, have been unusually warm in the context of the last two millennia and there are no 30 yr periods in either reconstruction that exceed the mean average European summer temperature of the last 3 decades (1986–2015 CE).

Il pattern osservato in buona parte di queste nove estati più calde (compresa quest'ultima che ci apprestiamo a lasciarci alle spalle), nel comparto euro-atlantico, è quanto ci si aspetta con un monsone africano forte (quest'anno decisamente sopra le righe) che tende a favorire un'espansione della cella di Hadley e un incremento della subsidenza atmosferica dalle Azzorre al Mediterraneo con parziale inclusione anche della regione alpina. Questa configurazione è ciò che prevedono in estate i modelli con un riscaldamento amplificato e un calo delle precipitazioni nel Mediterraneo fino all'area alpina, oltre ad un minimo di riscaldamento sul Baltico con un aumento delle precipitazioni sull'Europa settentrionale.
Attualmente siamo in anticipo sui tempi, il trend delle estati alpine 1951-2016 nei modelli regionali ad alta risoluzione è di 0,18°C/decennio, quello osservato 0,31°C/decennio e l'anomalia degli ultimi 15 anni viene raggiunta nella media ensemble (RCP 4.5) intorno al 2030, quindi o i modelli sottostimano o le attuali estati sono anche il risultato di una fase di variabilità interna.

Ricordo che, a grandi linee, l'attribuzione dei trend termici regionali tiene equamente conto sia della risposta di tipo termodinamico sia di quella di tipo dinamico (legata alla circolazione atmosferica) commisurando sia forcing radiativi che variabilità interna.


Per le estati europee i modelli prevedono (e già si osserva) un riscaldamento amplificato della regione mediterranea. I motivi sono molteplici e intrinsecamente legati tra di loro.
Da un lato abbiamo un effetto diretto del GW che porterebbe un aumento termico omogeneo in Europa (vedi primo box in alto a sx della tabella sopra) ed un aumento delle precipitazioni; allo stesso tempo però la variazione indotta dal GW nella circolazione atmosferica (vedi secondo box in alto a dx nella tabella sopra) e un indebolimento ed espansione della cella di Hadley (simile a quanto avviene quest'anno e in gran parte delle altre 8 estati più calde nella regione alpina nel corso degli ultimi 30 anni) comporta un aumento della subsidenza atmosferica sul Mediterraneo fino a lambire le Alpi e un calo susseguente delle precipitazioni (alle quote più alte delle Alpi parzialmente compensato, in futuro, da effetti convettivi più intensi). Associato a questo riscaldamento abbiamo poi alcuni feedback positivi (inaridimento dei suoli, lapse rate) che nelle aree già secche del Mediterraneo e zone limitrofe sono positivi ed amplificano il riscaldamento.


TD: effetto termodinamico con riscaldamento omogeneo europeo. LR: lapse rate associato con l'espansione della cella di Hadley che comporta un maggiore riscaldamento nel Mediterraneo e nell'Africa nord-occidentale. CO: variazioni nella circolazione con un spostamento verso nord dello storm-track e variazioni nel contrasto terre-oceani: in questo caso abbiamo un ulteriore contributo positivo nell'area mediterranea fino alla regione alpina compresa ed un raffreddamento più a nord. FCC: la somma dei vari contributi. Da Kröner et al. 2016

Dunque: quel che c'è di veramente sorprendente, nella lista sopra, è la frequenza: le tempistiche sembrano essere in anticipo rispetto a quel che ci si attende ed in questo gioca probabilmente un ruolo la variabilità interna, oltre a qualche altro fattore che vedremo di approfondire nel prossimo post della serie.



* Per la definizione di ondata di calore, mi sono riferito a diverse metodologie in uso (vedi per es. questo lavoro), ovvero almeno 4 giorni consecutivi durante i quali la temperatura media giornaliera risp. la temperatura massima giornaliera superano il rispettivo 95esimo percentile giornaliero pluriennale. Per ognuno dei 92 giorni estivi (giugno-agosto), il percentile è calcolato da un campione di 10 giorni consecutivi per un totale di 9 decadi utilizzando dati del periodo 1978-2017 (40 anni). I risultati delle singole estati nella regione alpina sono questi (in grassetto quelle con almeno 2 heatwaves):

0 nel 1978, 0 nel 1979, 0 nel 1980, 0 nel 1981, 1 nel 1982, 2 nel 1983, 0 nel 1984, 0 nel 1985, 0 nel 1986, 0 nel 1987, 0 nel 1988, 0 nel 1989, 1 nel 1990, 2 nel 1991, 1 nel 1992, 1 nel 1993, 4 nel 1994, 1 nel 1995, 1 nel 1996, 1 nel 1997, 2 nel 1998, 0 nel 1999, 1 nel 2000, 1 nel 2001, 1 nel 2002, 5 nel 2003, 0 nel 2004, 1 nel 2005, 3 nel 2006, 1 nel 2007, 1 nel 2008, 2 nel 2009, 1 nel 2010, 1 nel 2011, 3 nel 2012, 1 nel 2013, 1 nel 2014, 4 nel 2015, 1 nel 2016, 4 nel 2017 (l'ultima è quella degli scorsi giorni).

venerdì 11 agosto 2017

Risky shift


Troppo spesso fingiamo di non accorgerci del cambiamento climatico, ma questa volta gli effetti del riscaldamento globale rischiano di essere così evidenti da non poterci più nascondere. Riguardano il rischio di inondazioni. Il dato è chiaro: il cambiamento climatico anticipa il calendario delle inondazioni in Europa in buona parte d'Europa (vedi figura sotto, aree 1 e 3, h/t roberto kersevan, vedi commenti sotto), con conseguenze pericolose per l'uomo. È la conclusione a cui giunge una ricerca appena pubblicata, frutto di analisi lungo 50 anni in tutta Europa.

Bianco vs rosso 1-0

Distribuzione delle 92 popolazioni di abete rosso (Picea abies), 90 popolazioni di abete bianco (Abies alba) e 77 popolazioni di faggio (Fagus sylvatica) in Svizzera. Le stelle rimandano ai due vivai. Le sei regioni biogeografiche sono evidenziate con colori diversi (Gonseth et al., 2001). Grafica: WSL

L'abete rosso in Svizzera è molto più a rischio di quanto si pensasse: questa specie, infatti, avrà difficoltà ad adattarsi all'innalzamento delle temperature e alla siccità, le condizioni climatiche previste nelle future estati alpine. Lo rivela un recente studio del WSL.
Un rischio per l'economia forestale svizzera, orientata proprio prevalentemente a questa specie. Faggio, abete bianco e soprattutto abete rosso sono infatti i pilastri dell'industria svizzera del legno.
Ma come reagiscono e soprattutto quanto resistono ai cambiamenti climatici?

martedì 8 agosto 2017

Ghiaccio che cola

Ghiacciaio del Rodano, confronto fra la situazione a fine giugno 2007 (a sx) e quella a fine giugno 2017 (a dx). Fonte: GletscherVergleiche.ch

L'ondata di caldo tropicale appena conclusa - la terza nella regione alpina in questa infuocata estate e magari nemmeno l'ultima... Update 18/8: facile profezia, la mia, siamo alla quarta, cvd - non ha risparmiato neppure stavolta l'alta montagna. Nel versante sud delle Alpi si sono toccate punte di temperatura massima di 20 gradi a 2000 metri e l'isoterma dello zero è schizzato a 4600 metri. Una caratteristica, quest'ultima (l'isoterma che gravitava vicino ai 5000 metri), tipica delle numerose heatwaves che hanno connotato quasi tutte le estati alpine dell'ultimo decennio (vedi uno dei prossimi post che pubblicherò, vedi anche qui).
Il glaciologo Giovanni Kappenberger - incontrato qualche giorno fa in parete mentre arrampicava sotto un piccolo ghiacciaio della parte meridionale delle Alpi svizzere - ha spiegato che, a fare le spese di estati così calde anche ad alta quota, sono soprattutto i ghiacciai alpini: