La temperatura media climatica della superficie terrestre è principalmente determinata dallo scambio di energia tra l’atmosfera, gli oceani e lo spazio. Tuttavia, cambiamenti climatici regionali sono spesso regolati da mutamenti nella circolazione atmosferica e dagli oceani. Questi formano pattern, come El Niño Southern Oscillation (ENSO) che sono vistose fluttuazioni della temperatura nella zona dell’est Pacifico sulla superficie del mare a livello di pressione in zona tropicale, nelle variazioni della NAO (Nord Atlantic Oscillation) e nella forza dei venti occidentali nel Nord Atlantico. Una fluttuazione di uno di questi fattori può esacerbare o contrastare gli effetti del cambiamento climatico globale nelle regioni temporaneamente colpite. Alcuni di questi modelli di variabilità climatica sono costanti negli anni e nei decenni, e possono influenzare la temperatura media della superficie terrestre, come sembra essere avvenuto in questi ultimi anni con i cambiamenti nel Pacifico che sono implicati in un rallentamento del tasso di riscaldamento nella superficie globale.
Qui esaminiamo l’ultimo comportamento di alcuni di questi pattern, che sono la chiave per i modelli climatici. Iniziamo, da vari anni con i cambiamenti nella zona di El Niño Southern Oscillation e osserviamo attraverso il trascorrere del tempo potenziali cambiamenti multi-decennali in Atlantico e nel Pacifico. Usiamo le nostre ultime osservazioni a livello globale e le nostre previsioni climatiche inizializzate con tendenza per i futuri mesi e anni per valutare se alcuni rapidi mutamenti sono imminenti o già in corso. Le variazioni chiave nei modelli climatici potrebbero avere effetti marcati sul clima regionale in tutto il mondo e modificarne temporaneamente il tasso di riscaldamento globale.
Impatti di El Niño
La gamma degli impatti probabili di un evento di El Niño possono essere dedotti dalle osservazioni di eventi passati, anche se non vi è alcuna garanzia di un risultato specifico, come altri fattori influenzano anche il clima regionale. Invece, un evento di El Niño sposta sostanzialmente la probabilità in particolari condizioni (Davey et al., 2014). La figura 4 mostra alcuni dei probabili effetti sulla pioggia. Ad esempio, un tipico evento di El Niño genera probabilità di condizioni di asciutto in alcune zone dell’Asia, in Australia meridionale, nella zona sub sahariana nel Nord Africa e nel Centro America. Al contrario porta tendenza a condizioni più umide in Africa orientale e meridionale equatoriale e negli Stati Uniti d’America. La specifica delle stagioni in cui questi effetti si fanno sentire variano da regione a regione e sono una sintesi delle mappe degli impatti storici che possono essere trovati sul sito:
http://www.metoffice.gov.uk/research/climate/seasonal-to-decadal/gpc-outlooks/el-nino-la-nina/ENSO-impacts.
Nel mese di maggio e giugno 2015 si sono ridotte le precipitazioni nel Sud-Est asiatico, in America centrale e nel nord-est del Sud America, che sono tipici degli effetti di El Niño (Fig. 4). Le temperature medie globali sono risultate anche molto alte nel 2015, come descritto di seguito. Le condizioni simili a quelle di El Niño all’inizio di quest’anno sono state anche in linea con le piogge inferiori alla norma nel Nord-Est del Brasile e nord-est dell’Australia nei primi mesi del 2015.
Figura 4: La mappa schematica mette in mostra gli effetti tipici delle precipitazioni nelle zone favorite sulla Terra durante gli eventi di El Niño. Gli impatti sono calcolati in base al tasso di occorrenza delle analisi storiche.
Le previsioni che tengono conto delle ultime osservazioni si possono trovare nei sistemi di previsione climatica del Met Office, disponibili all’indirizzo: http://www.metoffice.gov.uk/research/climate/seasonal-to-decadal.
Le previsioni delle precipitazioni dei nostri modelli climatici globali (Fig. 5) mostrano che molti degli impatti tipici di El Niño hanno in questo momento le probabilità di previsioni avanzate con maggiore probabilità più secche di quelle normali per gran parte delle zone marittime del sud-est asiatico, l’India, l’America centrale e nel nord del Brasile. Attualmente il monsone indiano estivo, per quanto riguarda le precipitazioni sono attualmente in esecuzione con un disavanzo di oltre il 10%. Vi è anche una maggiore probabilità di umidità rispetto a condizioni normali per il sud-ovest degli Stati Uniti e la zona meridionale del Sud America. La maggiore probabilità di un aumento della piovosità per la California alla fine del 2015 potrebbe essere importante nel contribuire ad alleviare la siccità di lunga data in questa regione. (http://droughtmonitor.unl.edu/Home/StateDroughtMonitor.aspx?CA)
Figura 5: La previsione sulle probabilità di precipitazioni al di sotto della media (terzile inferiore) per settembre-novembre 2015. I dati provengono dal sistema di previsione Met Office GloSea5 e rilasciate nel mese di agosto 2015. GloSea5 è un sistema d’insieme di previsioni sulla base di leggi fondamentali della fisica (MacLachlan et al 2014)
Un cambiamento a lungo termine nel Pacifico?
Anche se il clima di anno in anno nel Pacifico è dominato dal fenomeno ENSO, ci sono altre variabili più lente che sono importanti per la comprensione dei cambiamenti climatici su periodi più lunghi. La Pacific Decadal Oscillation (PDO) è il principale tra questi dopo aver tenuto conto delle tendenze a causa del riscaldamento globale (Zhang et al., 1997). Ha una forte impronta sulle caratteristiche delle SST pacifiche (Fig. 6, a sinistra) e fa parte di un modello globale che si estende nel lontano sud del pianeta (Folland et al., 2002). La figura 6 (a destra) mostra un modello osservato come possa avvicinarsi ai modelli climatici.
Figura 6. La Pacific Decadal Oscillation (PDO) osservata (a sinistra) e le previsioni stilate dal modello (a destra) delle anomalie di temperatura superficiale durante le fasi positive della PDO. Le simulazioni contengono lo storico delle forzanti esterne. La scala è espressa in °C per unità di variazione dell’indice PDO, dopo Zhang et al., 1997.
La PDO è regolarmente controllata di mese in mese su: http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/people/yxue/ocean_briefing_new/mnth_pdo_4yr.gif), ma periodi di uno o due anni della PDO possono essere difficili da distinguere dall’ENSO. Sebbene la PDO ha più variabilità delle zone extra tropicali e da decennio a decennio rispetto il fenomeno ENSO, questo rende difficile identificare lo stato attuale della PDO.
Il modello quasi globale delle SST sulla variabilità esibita dalla PDO colpisce il clima regionale e globale (Christensen et al 2014). In Inghilterra ed altri (2014) i riferimenti forniscono una buona prova che la recente fase prevalentemente negativa della PDO ha contribuito al recente rallentamento del riscaldamento superficiale a lungo termine. Questo è discusso meglio nell’ultima parte della presente relazione.
Un cambiamento a lungo termine in Atlantico?
Record climatici mostrano che la temperatura della superficie del Nord Atlantico ha alternato periodi relativamente caldi e freddi nel corso almeno degli ultimi 100 anni (Parker et al., 2007), con ogni fase della durata di pochi decenni. Questo fenomeno è stato chiamato ‘indice amo’ (AMO). Rispetto alla temperatura media globale della superficie, il Nord Atlantico risultava freddo nei periodi dal 1900 al 1925 e dal 1960 al 1995, mentre risultava caldo nel periodo prima del 1900, tra il 1925 e il 1965, e dopo il 1995 (Fig. 8). L’attuale fase di riscaldamento è ormai lungo 20 anni e i precedenti storici suggeriscono ad un ritorno a condizioni relativamente fredde che potrebbero verificarsi nel giro di pochi anni (Cavaliere et al., 2005). Tuttavia, il record di osservazione breve preclude una previsione sicura basata su osservazioni singole.
Figura 8: L’indice AMO. I valori sono nella media annua, la zona della temperatura media della superficie del mare del Nord Atlantico con la tendenza a lungo termine del riscaldamento lineare rimosso (C), derivato dal dataset HadSST3 (Kennedy et al., 2011a, b). La diffusione dei valori è una misura dell’incertezza derivante da errori di campionamento e misurazioni. Le linee continue indicano la componente a bassa frequenza dell’AMO.
La variabilità dell’AMO è pensata per essere associata al flusso di acqua che trasporta il calore verso il nord dell’Oceano Atlantico Settentrionale, conosciuta come Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC; Cavaliere et al 2005). La variabilità della forza della AMOC altera la quantità di calore che viene trasportata, a sua volta, modificando la temperatura media superficiale del Nord Atlantico (Gulev et al., 2013). Le temperature del Nord Atlantico sono influenzate anche dalle particelle di aerosol industriali provenienti dall’Europa e dal Nord America. Queste particelle interagiscono con le goccioline di nubi rendendole più riflessive; così, mutevoli concentrazioni di queste particelle di aerosol nel corso dei decenni possono aver modificato in modo significativo la quantità di energia solare a disposizione riscaldando la superficie del mare (Booth et al. 2012), anche se c’è ancora grande incertezza su questo meccanismo (Zhang et al 2013).
Negli ultimi decenni
L’indice AMO mostra che l’attuale fase calda del Nord Atlantico ha raggiunto la massima maturità circa nel 2005, dopo che non vi è stato alcun ulteriore riscaldamento. La fine della serie accenna all’inizio di una recessione. Gli ultimi rilevamenti mostrano anche che le anomalie fredde si sono sviluppate nelle zone del Nord Atlantico. Ciò suggerisce anche l’inizio di un calo dell’indice AMO, anche se le sue notevoli variazioni anno dopo anno rendono meno certo che questo calo sarà sostenuto.
La lunga durata delle fasi della AMO significa che i grandi cambiamenti della AMO sono accaduti soltanto tre volte negli ultimi 100 anni, così la nostra conoscenza di come si sviluppa è limitata. Tuttavia, osservazioni passate della AMO suggeriscono che esistono possibili precursori. In testa fino al passaggio degli anni 1990, una zona relativamente calda di acqua densa si era formata sotto i 1000 m di profondità al largo della costa orientale del Nord America, in contrasto con le acque relativamente meno dense nella parte orientale del Nord Atlantico (Robson et al., 2012). Anomalie di partenza sono state osservate negli ultimi anni (Robson et al 2014A, Hermanson et al. 2014) e possono essersi verificate anche prima dello spostamento del 1960 (Robson et al 2014b). Questi cambiamenti di densità si pensa siano collegati dinamicamente alle variazioni della AMOC, che ha un’influenza fino a circa 3000 m di profondità.
In linea con i recenti cambiamenti di profonda densità, la forza della AMOC conseguente alle misurazioni dell’oceano a 26N (Smeed et al. 2014) mostrano una diminuzione persistente dal 2004 (Fig. 9). Mentre la prosecuzione del declino è ancora incerta. La stima mediana corrisponde ad una riduzione della resistenza di circa il 20%. Questo implica un ridotto trasporto verso nord del calore che dovrebbe portare al raffreddamento del Nord Atlantico per diversi anni. Inoltre, le previsioni climatiche di lunghezza di decadi prevedono che questi cambiamenti di densità è probabile che continuino e rischiano di portare ad un effetto di raffreddamento delle SST in Atlantico (Hermanson et al. 2014).
Figura 9: Atlantic Ocean Meridional Overturning Circulation (AMOC) il trasporto misurato dalla matrice RAPID-MOKA a 26oN. Le unità sono Sverdrups (1SV=106 m3 s-1). Figura modificata da Smeed et al, 2014.
Outlook e impatti
Nonostante questi segnali, non è certo che ci sarà uno spostamento verso condizioni più fredde dell’Atlantico nei prossimi anni. Il raffreddamento temporaneo si è verificato in passato senza che abbia portato a un cambiamento sostenuto della AMO. Tuttavia, le tendenze attuali suggeriscono che le possibilità di uno spostamento nei prossimi anni sono aumentate. Cosa potrebbe significare uno spostamento verso condizioni relativamente più fredde nel Nord Atlantico per il nostro clima? Storicamente, la AMO ha mostrato un impatto sulla temperatura e sulle precipitazioni in estate nell’emisfero nord (Fig. 10). Nelle fredde fasi della AMO, i continenti che circondano l’Atlantico del Nord hanno generalmente estati più fresche (Cavaliere et al. 2006). In estate le precipitazioni nel Nord Europeo tendono a diminuire a causa dello spostamento verso nord del percorso nei centri di bassa pressione che portano nuvole e pioggia (Folland et al., 2009, Sutton e Dong 2012). Al contrario, condizioni di atlantico freddo portano precipitazioni estive negli Stati Uniti (Enfield et al., 2001, Sutton e Hodson 2005). Le precipitazioni nella regione africana del Sahel si riducono perché le fredde condizioni del Nord Atlantico favoriscono uno spostamento verso sud della zona delle piogge tropicali che portano a queste regioni le sue piogge stagionali (Giannini et al. 2003).
Inoltre, questo spostamento modifica il vento, che è uno dei fattori che inibiscono lo sviluppo di forti uragani atlantici (cavaliere et al. 2006). Osservazioni (Folland et al. 2013) nel modello (Cavaliere et al., 2005) suggeriscono che periodi della AMO hanno un effetto sulla media globale in prossimità della superficie delle temperature di circa 0.1°C. Un rapido declino della AMO potrebbe quindi mantenere l’attuale rallentamento del riscaldamento globale più di quanto sarebbe altrimenti il caso.
La AMO potrebbe essere una miscela di effetti interni e forzanti esterne sul riscaldamento globale, così che altri effetti devono essere presi in considerazione per le previsioni future. Tuttavia una diminuzione della AMO aumenterebbe le possibilità di secche estati nel Nord Europa rispetto all’ultimo decennio, mentre gli Stati Uniti diventerebbero probabilmente più umidi. La siccità nel Sahel africano simile a quella sperimentata nel 1980 sarebbe anche più probabile.
Se il Nord Atlantico va verso un raffreddamento, questo potrebbe portare a un minor numero di uragani attivi, come sperimentato negli ultimi decenni a partire dagli metà degli anni 1990. La sempre più probabile prospettiva di un cambiamento delle condizioni del Nord Atlantico nel corso dei prossimi anni, comporta un rischio di alcuni cambiamenti segnalati nel clima regionale oltre questo periodo di tempo (Srokosz e Bryden 2015)
Figura 10: l’impatto di un Atlantico freddo sul Nord Emisfero nella temperatura superficiale e le precipitazioni durante i mesi estivi. La figura mostra metà della differenza tra osservato caldo (1930-1940, 1954-1956, 1999-2005) e fredda (1921-1923, 1969-1976, 1982, 1985-1992) nei decenni. Le unità sono deviazioni standard di 9 anni nella finestra di rotolamento dei campi levigati. Le croci mostrano luoghi in cui le differenze sono considerate improbabili che si sono verificati solo per caso. Adattato dalla figura 3 Hermanson et al. 2014.
Cosa sta accadendo alla temperatura media globale?
La temperatura superficiale media globale è aumentata rapidamente dal 1970, ma il tasso di riscaldamento è rallentato nel corso degli ultimi 15 anni, più o meno (Fig. 11, grigio ombra). Capire la causa del recente rallentamento nel riscaldamento globale della temperatura superficiale e prevederne il termine e ancora tema di ricerca molto attivo (Trenberth et al 2015).
E’ ben noto che i gas traccia come l’anidride carbonica riscalda il nostro pianeta attraverso “l’effetto serra”. Questi gas sono relativamente trasparenti alla luce solare in entrata, ma intrappolano le radiazioni a lunghezza d’onda emessi dalla Terra. Tuttavia, altri fattori, sia naturali che artificiali, potrebbero anche cambiare le temperature globali. Ad esempio, un raffreddamento potrebbe essere riconducibile a un calo della quantità di energia ricevuta dal sole, o un aumento della luce solare riflessa verso lo spazio da particelle di aerosol nell’atmosfera. Gli aerosol aumentano temporaneamente dopo le eruzioni vulcaniche, ma sono generate anche dal possibile inquinamento, come il biossido di zolfo emesso delle fabbriche.
Questi fattori “esterni” sono imposti sul sistema climatico e possono anche influenzare l’ENSO, la PDO, e le variazioni della AMO discussi sopra in precedenti studi (ad esempio Smith et al 2007, Keenleyside et al 2008, Pohlmann et al 2009). Tuttavia, i modelli di variabilità climatica discussi in questo rapporto possono variare senza alcun cambiamento di forzatura “esterna”. Nel lungo termine è costretto a cambiamenti, come il riscaldamento globale, pertanto non procederà senza intoppi come ogni anno per essere classificato il più caldo rispetto l’anno precedente. Infatti, il record storico (Fig. 11) mostra i periodi in cui le temperature sono aumentate rapidamente, come dal 1920 al 1940 e dal 1970 al 1990, così come i periodi con poco riscaldamento o raffreddamento uniforme, come ad esempio 1880, 1900, 1940, 1960 e il periodo più recente di partenza intorno al 2000. Molti di questi periodi storici di breve durata con il minimo riscaldamento possono essere spiegati da grandi eruzioni vulcaniche (segnati con linee grigie verticali in figura 11). Anche se non vi sono state grandi eruzioni vulcaniche dal Monte Pinatubo nel 1991 in poi, ci sono state diverse eruzioni minori che possono aver contribuito al rallentamento del riscaldamento (Solomon et al 2011, Fyfe et al 2013, Haywood et al 2014, Santer et al 2014). L’attività solare è diminuita di recente (magro 2009, Kaufmann et al 2011) e vi è incertezza circa il grado di raffreddamento dato dagli aerosol (Shindell et al 2013, Bellouin et al 2011). Questi fattori esterni, insieme con l’incertezza dell’osservazione, potenzialmente possono conciliare alcune delle apparenti differenze della temperatura media globale tra osservazioni e simulazioni (Schmidt et al 2014, Huber e Knutti 2014, IPCC 2013, Cowtan et al 2015).
Molti studi hanno anche evidenziato l’importanza nelle tendenze della temperatura nel Pacifico nel recente rallentamento del riscaldamento (Kosaka and Xie 2013, England et al 2014, Watanabe et al 2014), e vi è qualche evidenza che la tendenza nel raffreddamento del Nord Atlantico potrebbe aver giocato un ruolo (McGregor et al 2014). Le tendenze in queste regioni sono in linea con la variabilità interna naturale nelle simulazioni del modello (Meehl et al 2013, Risbey et al 2014, Roberts et al 2015). Tuttavia, l’aumento degli alisei nel Pacifico potrebbe essere molto più grande di quanto previsto dalla variabilità interna che può anche essere importante (England et al 2014). Questo aumento degli alisei potrebbe essere semplicemente un evento naturale raro, ma potrebbe anche essere una componente di forzatura non simulata correttamente dai modelli. I ruoli relativi dei fattori esterni e della variabilità interna nel guidare le temperature globali da un decennio all’altro sono non ancora pienamente compresi.
Figura 11: Il recente rallentamento nel contesto del riscaldamento superficiale. Viene osservata la differenza globale della temperatura media dal 1981-2010 (°C) da quattro serie di dati osservati e 22 simulazioni del modello dal 5° accoppiati e incrociati nei modelli del progetto (in alto). Vengono osservate le tendenze a 10 anni della temperatura (°C per decennio, inferiori). I dataset osservati sono gli HadCRUT4 (Morice et al 2012), NCEI (Karl et al 2015), GISTEMP (Hansen et al 2010) e Cowtan e Way (2013). Le temperature relative dal 1961 al 1990 possono essere ottenute aggiungendo 0.3C. Le linee verticali grigie indicano le grandi eruzioni vulcaniche, e l’ombreggiatura grigia evidenzia il recente rallentamento nel riscaldamento della superficie. Il cerchio nero nel pannello superiore mostra la temperatura media globale finora per il 2015. I valori previsti indicati nella ombreggiatura blu nel pannello inferiore, presuppongono che le attuali temperature globali (e dell’incertezza osservata stimata dalla differenza tra il set di dati) persistono ancora per i prossimi 2 anni.
Una migliore comprensione delle cause del rallentamento del riscaldamento globale è necessaria al fine di prevedere con sicurezza la sua fine. Tuttavia, ci sono segnali di osservazioni e vicino alle previsioni climatiche che siano coerenti con una ripresa del riscaldamento. Il 2014 è stato nominalmente l’anno più caldo mai registrato (anche se le incertezze nelle osservazioni significano che non possiamo essere certi della classifica con precisione) e le previsioni del Met Office effettuate in anticipo del 2015 suggeriscono che potrebbe essere simile o addirittura più caldo di quest’anno.
(http: //www.metoffice.gov.uk/news/releases/archive/2014/2015-global-temp-forecast). Attualmente questo è stato confermato, con le temperature globali quasi record di ogni mese. Ciò è coerente con il cambiamento climatico passato e la crescita della corrente di El Niño, che sta già avendo un effetto di riscaldamento e si prevede che continui nei prossimi mesi (http://www.metoffice.gov.uk/research/climate/seasonal -per-decadali / GPC-prospettive / el-nino-la-nina).
La temperatura superficiale media globale per il 2015 finora è di 0,38 ± 0.14°C al di sopra della media 1981-2010 (0.68 ± 0.14°C al di sopra della media 1961-1990). Se continua così, il 2015 sarà probabilmente il più caldo di qualsiasi altro anno nei record di osservazione. Dato che la temperatura media globale risponde a El Niño, con un ritardo di alcuni mesi (Trenberth et al 2002) e che El Niño si prevede che si sviluppi ulteriormente, è ragionevole supporre che sia il 2015 che il 2016 mostreranno un calore simile al valore corrente per il 2015. Se ciò dovesse accadere, allora le tendenze della temperatura decennale globale aumenterebbe di un valore di circa 0.2°C per decennio entro il 2016, come spesso si è verificato nel tardo 20° secolo (Fig. 11, grafico in basso). Si noti tuttavia, che una grande eruzione vulcanica o un improvviso passaggio a una fase fredda della AMO altererebbero questa previsione e che le tendenze per il periodo dei prossimi 15 anni ci vorrebbe molto più tempo per rispondere.
Sommario
I cambiamenti si stanno verificando in alcuni dei modelli più importanti della variabilità climatica globale, alterando il rischio di impatto climatico a livello regionale in tutto il mondo e che interessano i tassi decennali sul riscaldamento globale.
El Niño è ormai ben avviato e sta crescendo in forza. Questo rischia di avere un impatto diffuso a livello regionale e continuare a contribuire ad alzare le temperature medie globali di quest’anno e dell’anno prossimo.
In tempi più lunghi, la Pacific Decadal Oscillation è rimasta negativa negli ultimi anni e questo è stato collegato a un rallentamento del tasso di riscaldamento globale. Cambiamenti nel Pacifico settentrionale suggeriscono che la PDO potrebbe entrare nella sua fase positiva, ma per la comprensione di questo indice che spinge il comportamento a bassa frequenza della PDO è limitato e la sua prevedibilità sembra essere bassa, quindi una dichiarazione definitiva sul suo stato futuro non è ancora possibile prevederla.
L’Oceano Atlantico è stato caldo in questi ultimi anni, ma ora sta mostrando i primi segnali di passaggio a condizioni più fresche, in coerenza con i cambiamenti osservati nella profonda circolazione oceanica. Impatti diffusi in tutto il bacino atlantico sono probabili se questo raffreddamento continuerà.
Mentre il riscaldamento superficiale globale è rallentato a partire da fine del 20° secolo, le nostre migliori stime sulla temperatura media globale per il 2015 sono pari o vicino ai livelli record, e questo è coerente con le previsioni climatiche per i valori altrettanto elevati che abbiamo registrato lo scorso anno. (http://www.metoffice.gov.uk/news/releases/archive/2014/2015-global-temp-forecast). I valori record delle temperature dello scorso anno, insieme agli effetti del riscaldamento attesi di El Niño, fanno sì che la tendenza della temperatura decennale rischiano di aumentare. A meno di una grande eruzione vulcanica o di un improvviso ritorno a La Niña o condizioni negative della AMO che potrebbero temporaneamente portare a un clima fresco, per dieci anni i tassi di riscaldamento globale medio probabilmente potrebbero tornare a livelli del tardo 20° secolo entro i prossimi due anni. Tuttavia, il rallentamento nel riscaldamento è ancora un argomento di ricerca attiva e le tendenze nel corso di un periodo più lungo (15 anni), ci vorrà ancora tempo per rispondere.
Un ulteriore riscaldamento globale a lungo termine è previsto nel corso dei prossimi decenni, ma le variazioni del clima in tutto il mondo di anno in anno o di decennio in decennio, dipenderanno sempre dalle successive variazioni dei pattern di variabilità climatica descritti nella presente relazione.
Fonte: Met Office
Enzo
Attività Solare
