Feedback tra biologia e fisica nel Pacifico Equatoriale: risultati da simulazioni numeriche L. Patara, M. Vichi, P. G. Fogli, S. Masina, E. Manzini INGV (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia) CMCC (Centro Euro-Mediterraneo per i Cambiamenti Climatici) WORKSHOP W10 Progetto VECTOR Rimini, settembre 2007

Obiettivi Valutare leffetto dellinserimento di un modello biologico in un modello fisicoValutare leffetto dellinserimento di un modello biologico in un modello fisico Quantificare il feedback in termini di variazioni di proprietà fisiche del sistemaQuantificare il feedback in termini di variazioni di proprietà fisiche del sistema

Il feedback bio-ottici della biologia sulla fisica Questo processo dà luogo ad un riscaldamento locale:Questo processo dà luogo ad un riscaldamento locale: La biologia modifica la curva di radiazione solare penetrante dando luogo a dei massimi di assorbimento dove essa è più abbondante.La biologia modifica la curva di radiazione solare penetrante dando luogo a dei massimi di assorbimento dove essa è più abbondante. La radiazione solare entrante viene attenuata esponenzialmente con la profondità:La radiazione solare entrante viene attenuata esponenzialmente con la profondità:

Nakamoto et al. (2001):Nakamoto et al. (2001): I.Assorbimento della radiazione solare aumenta in superficie II.Diminuzione della profondità dello strato rimescolato allEquatore III.Aumento dellupwelling per aggiustamento geostrofico IV.Diminuzione intorno a 1°C della temperatura marina superficiale Murtugudde et al. (2002):Murtugudde et al. (2002): I.Riscaldamento radiativo è al di sotto dello strato rimescolato II.Diminuzione della stratificazione e attenuazione delle correnti superficiali III.Aumento intorno a 2°C della temperatura marina superficiale Alcuni studi nel Pacifico equatoriale

Oceano OPA 8.2 (ORCA2) (Madec et al. 1998) Ghiaccio marino LIM (ORCA2)(Timmermann et al. 2005) Coupler OASIS3 (Valcke et al. 2004) Biogeochimica Marina PELAGOS (ORCA2) (Vichi et al a,b) Atmosfera ECHAM5 (T31L19) (Roeckner et al. 2006) Il Modello di Sistema Terra INGV-CMCC

Configurazione degli esperimenti Gli esperimenti BLUE e GREEN:Gli esperimenti BLUE e GREEN: –hanno le stesse condizioni iniziali per la fisica –differiscono solo per laggiunta del modello biologico nel GREEN. Lanalisi viene effettuata sugli ultimi 50 anni di simulazione.Lanalisi viene effettuata sugli ultimi 50 anni di simulazione. BLUE GREEN Oceano, Atmosfera, Ghiaccio Oceano, Atmosfera, Ghiaccio, Biogeochimica marina 220 anni 50 anni

Struttura del campo di clorofilla (mg/m³) ModelloClimatologia Satellite SeaWiFS Media Pacifico Equatoriale: alta produttività e forte gradiente con i giri subtropicali

Differenza di T oceanica (°C) tra GREEN e BLUE Mappe del Pacifico Equatoriale 5 m 95 m 55 m °C

Sezioni meridionale a 100W nel Pacifico Equatoriale Differenza di T (°C) tra GREEN e BLUE (colori) Concentrazione di clorofilla in mg/m³ (contorni) °C

Termini che contribuiscono al bilancio termico in un punto 1.Assorbimento della radiazione solare 2.Avvezione di calore (zonale, meridionale e verticale) 3.Diffusione di calore (orizzontale e verticale) 4.Flussi di calore allinterfaccia con latmosfera

Integrazione dei flussi di calore fino a 140 m di profondità e tra 20° S e 15° N Sezione a 100 W Differenza di T NEGATIVA Contributo radiativo nel BLUE supera di 4.1 W/m² quello nel GREEN Contributi avvettivi simili Differenza di T POSITIVA Contributo radiativo nel GREEN supera di 5.1 W/m² quello nel BLUE Contributi avvettivi simili Contributo termico dellavvezione verticale è sempre negativo (upwelling). Nel GREEN è più negativo: aumento dellupwelling nel GREEN in risposta alla variazione del campo di temperatura superficiale.

Conclusioni 1.Linserimento del modello biologico PELAGOS nel nostro modello fisico genera un feedback sulla temperatura oceanica. 2.La variazione di temperatura è più intensa (> |0.5| °C) dove la concentrazione di clorofilla è più elevata, ovvero: I.Nelle zone orientali II.A profondità sottosuperficiali 3.Si crea un dipolo nelle differenze di temperatura tra GREEN e BLUE 4.Feedback sulla dinamica circolatoria (aumento dellupwelling nel Pacifico orientale)

Implicazioni per il ciclo del carbonio 1.Variazione di temperatura marina superficiale potrebbe avere un impatto sui flussi di CO 2 con latmosfera: I.effetto diretto della variazione di temperatura II.effetto indiretto dovuto al cambiamento dei venti 2.Variazione dellentità dellupwelling: impatto sul rilascio di CO 2 dalloceano allatmosfera