Mutamenti climatici: un approccio scientifico Federico Porcù Dipartimento 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 METEOROLOGICO diversa scala temporale diversità di metodo, dati e formulazioni teoriche tempo meteorologico stato del sistema (in particolare dell'atmosfera) ad un preciso istante. clima stato medio del sistema e sue variazioni nel tempo.

definizione dello stato e delle sue variazioni monitoraggio indicatori previsioni sull’evoluzione del sistema modelli parametrizzazioni

IL SISTEMA CLIMA Dal punto di vista climatico la Terra può essere suddivisa in 5 componenti ATMOSFERA (componente gassosa del sistema climatico, è quella più rapidamente variabile nel tempo) LITOSFERA (struttura orografica della Terra, ha una variazione nel tempo estremamente lenta) CRIOSFERA (comprende ghiacciai, nevai e ghiacci oceanici) IDROSFERA (oceani, mari, fiumi e laghi) BIOSFERA (flora, fauna, attività umane) Bisogna poi considerare la sorgente esterna di energia costituita dal Sole

Radiative Energy Balance

VARIAZIONI CLIMATICHE Forzanti sul sistema NATURALI ANTROPICHE VARIAZIONE DELLA RADIAZIONE SOLARE IMMISSIONE DI GAS SERRA IN ATMOSFERA Diretta Attività Solare SO2 CO2 O3 Combustibili fossili Indiretta Milankovitch CO2 CH4 Incendi CH4 Allevamenti INTERAZIONI TRA LE DIVERSE COMPONENTI DEL SISTEMA CLIMA IMMISSIONE DI AEROSOLS IN ATMOSFERA Interazione atmosfera-oceano El Niño Black Carbon, Organic Carbon Combustibili fossili ERUZIONI VULCANICHE Black Carbon Incendi Immissione di aerosols SO2 CO2 SFRUTTAMENTO DEL TERRENO Variazioni di albedo Riduzione delle foreste DERIVA DEI CONTINENTI

misure della tendenza

temperatura dell’aria altezza del mare estensione dei ghiacciai precipitazione, vegetazione, copertura nuvolosa

temperatura dell’aria (h=2 m) termometri (tempi recenti < 200 anni): termometri a mercurio termometri a stato solido (termistori) proxy data (paleoclima): anelli di accrescimento degli alberi dO18 carotaggi coralli cronache storiche

4.5 MILIARDI

1 MILIONE DI ANNI

10.000 ANNI

1.000 ANNI

100 ANNI

Problema I: copertura dei sensori la frazione di superficie globale monitorata varia 5°×5° ~ 500×500 km2

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

Problema III: manutenzione delle stazioni non 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 satellite Microwave Sounding Unit (MSU)

COPERTURA NEVOSA ED ESTENSIONE DEI GHIACCI PERENNI Dalle osservazioni satellitari si è stimata una diminuzione della copertura nevosa del 10% a partire dagli anni ’60. I ghiacci 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 ED ESTENSIONE DEI GHIACCI PERENNI

I 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 MARI CAUSE: 1) Dilatazione termica ~ 0.5 m / K 2) scioglimento del ghiaccio: a) ghiacciai + 0.5 m b) Antartide e Groenlandia + 68.8 m c) ghiaccio marino ~ 0.1 m 3) innalzamento (Scandinavia ~ + 1m / 100 anni) 4) subsidenza (Thailandia ~ - 1 m / 30 anni)

LIVELLO DEI MARI

il livello del mare varia localmente per forzature dinamiche (vento, correnti) Pacifico equatoriale influenzato da El niño

LIVELLO DEI MARI

LIVELLO DEI MARI

LIVELLO DEI MARI

LIVELLO DEI MARI con le boe: 1-2 mm/y

forzanti

CONCENTRAZIONE DEI GAS SERRA L’anidride carbonica (CO2) è aumentata del 31% dal 1750 ad oggi. Il rate di crescita della CO2 delle ultime due decadi è di 1.5 ppm (0.4%) per anno Il metano (CH4) è cresciuta di 1060 ppb (151%) dal 1750; tale crescita è rallentata negli anni ’90 rispetto agli anni ’80. L’ossido di azoto (N2O) è cresciuto di 46 ppb (17%) dal 1750 (1/3 è di origine antropogenica). L’O3 troposferico è aumentato del 36% dal 1750

variazione dell’irraggiamento solare (Wm-2) CAUSE ASTRONOMICHE variazione dell’irraggiamento solare (Wm-2)

variazione della lunghezza del giorno

modellazione del sistema climatico (previsione)

The Global Climate System

sistema non lineare: meccanismi di retroazione (feed back) una forzatura su una componente del sistema produce un effetto che modifica l’impatto della forzatura feed back positivo: l’impatto aumenta instabilita’ feed back negativo: l’impatto diminuisce stabilita’

feed back negativo aumento di T ritiro della vegetazione aumento di albedo planetaria diminuzone di T aumento di T aumento di wv aumento di copertura nubi aumento albedo planetaria diminuzione di T feed back positivo aumento di T aumento di wv aumento effetto serra aumento di T diminuzione di T aumento ghiaccio superficiale aumento di albedo planetaria diminuzione di T