Fenomeni Estremi e Cambiamenti Climatici: quali correlazioni?

con il contributo di Gabriele Messori, ricercatore del Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Uppsala, Svezia

Negli ultimi anni sentiamo spesso parlare di un incremento dei fenomeni estremi, come downbursts, tornado, grandinate di grosse dimensioni ecc… e altrettanto spesso li vediamo correlati ai cambiamenti climatici. Conosciamo bene il delicato meccanismo di quella “scatola chiusa” denominata atmosfera, e dunque comprendiamo bene che una variazione prolungata di un parametro interno a questo grande sistema, approssimato come un sistema chiuso, possa scatenare fenomeni associati che tendono anche in breve tempo a rimediare le discrepanze che si creano, in particolare a livello termico.

Tuttavia è opportuno ribadire che negli ultimi trent’anni il ruolo della tecnologia ha indubbiamente dato il suo grande contributo: esistono smartphone, internet, Facebook ecc… la rete è molto veloce e caricare i video di una grandinata, per fare un esempio, si rivela come un’opera tutto sommato semplice, a differenza di non troppi anni fa. Inoltre la popolazione sta aumentando notevolmente, andando a ricoprire aree geografiche con climi probabilmente inesplorati fino alla fine degli anni ’90.

Ciò premesso, è in inopinabile che in particolare a partire dagli anni ’90 abbiamo appunto riscontrato notevoli record termici a scala globale, per lo più positivi. Uno degli ultimi record in ordine di tempo è stato stabilito in Siberia il 20 giugno, con una temperatura di 38 ˚C registrata a Verhojansk, a Nord del Circolo Polare Artico.

Anomalie delle temperature massime dell’aria il 20 giugno 2020, relative alla climatologia del periodo 1961-1990. Si notino le anomalie superiori ai 20 ˚C nella Siberia Nord-Orientale (fonte: ERA5/KNMI Climate Explorer).

Molti appassionati di meteorologia conoscono bene i processi atmosferici che favoriscono singoli eventi estremi a scala locale o regionale. Per esempio situazioni di blocco, con anticicloni molto persistenti che portano ad un’avvezione di aria calda subtropicale generando un’ondata di calore, o fenomeni convettivi che portano a precipitazioni circoscritte nello spazio e nel tempo, ma nondimeno intensissime.


Avendo identificato le cause immediate di un evento estremo, viene naturale provare a risalire la catena causale domandandosi se l’estremo appena osservato si possa posizionare nel contesto della variabilità climatica naturale, o se esuli da quanto ci si potrebbe aspettare in un clima stazionario. Negli organi di informazione, la questione è spesso riformulata nei seguenti termini: “possiamo collegare l’evento estremo recentemente avvenuto al cambiamento climatico?”.

Questo tema è al centro di un campo di ricerca molto attivo, la cosiddetta “attribuzione degli estremi climatici”.
Prima di addentrarsi nel se e nel come si possa attribuire uno specifico evento estremo al cambiamento climatico, bisogna però precisare cosa si stia cercando di scoprire. Chiedersi se un evento estremo sia dovuto al cambiamento climatico è una formulazione mal posta. Ci dovremmo piuttosto chiedere se l’intensità di un dato evento sia stata modificata dal cambiamento climatico, oppure se la probabilità che un dato evento possa accadere sia cambiata a causa del cambiamento climatico (sorvoliamo qui sulla differenza tra probabilità e verosimiglianza).

Rispondere a queste domande è indubbiamente complesso, ma spesse volte possibile. In generale, si possono distinguere due famiglie di approcci. La prima è di natura prevalentemente statistica, e si rifà a dati climatici passati (osservati o simulati) per stimare cambi nelle probabilità o caratteristiche fisiche dell’evento. Per esempio, si può dividere una serie storica in diversi periodi e stimare per ognuno la possibilità di superare una data soglia in una variabile meteorologica, quale la temperatura dell’aria, applicando la teoria dei valori estremi. Su questa base, si può poi formulare un’ipotesi sul ruolo del cambiamento climatico nell’alterare la probabilità che un dato evento avvenga.

Un altro approccio statistico si basa sull’uso degli analoghi, ovvero di configurazioni atmosferiche passate simili a quelle che hanno causato un dato evento estremo. Nella figura qui sotto si vede sulla sinistra la situazione atmosferica del 24 giugno 2020, durante un periodo di temperature elevate su gran parte dell’Europa centro-settentrionale, ed in particolare sulla Scandinavia. Sulla destra si vede invece un analogo, avvenuto nel luglio del 2018. Se si fosse interessati ad una recente ondata di calore causata da un blocco atmosferico, quale quella che ha interessato la Scandinavia nel giugno 2020, si potrebbero cercare blocchi simili per intensità e durata nelle serie storiche. Si identificherebbe quindi il luglio 2018 come un buon analogo, ma si troverebbe sicuramente un cospicuo numero di altri eventi simili in periodi precedenti.
Paragonando l’intensità delle ondate di calore ad essi associate a quella dell’evento che si sta studiando, si potrebbe infine valutare se il cambiamento climatico abbia influito o meno sull’intensità dell’ondata di calore – per esempio portando all’avvezione di masse d’aria più calde di quelle che si sarebbero avute alcuni decenni or sono.

Altezza del geopotenziale a 500 hPa (colori, in decametri) e pressione al suolo (contorni, in hPa), il 24 giugno 2020 (sinistra) e il 26 luglio 2018
(destra; fonte: NCEP-NCAR/Météociel).
 

La seconda famiglia di approcci per l’attribuzione degli estremi climatici, fa uso di modelli climatici o di previsione meteorologica.
Dato un evento di interesse, si possono effettuare simulazioni climatiche con le caratteristiche climatiche attuali (per esempio riguardo alle concentrazioni di gas serra nell’atmosfera) e con delle condizioni che vogliono rappresentare un mondo ipotetico dell’irrealtà, dove il cambiamento climatico non è mai avvenuto. Si possono poi estrarre lunghe serie di dati dalle due simulazioni, e paragonare le probabilità che l’evento in questione avvenga con il cambiamento climatico o in assenza di esso. Il rapporto fra queste due probabilità fornisce un fattore di rischio. Qualora questo sia significativamente maggiore di 1, si può concludere che il cambiamento climatico abbia reso l’evento più probabile.

Si può anche seguire una logica leggermente diversa, e concentrarsi su una simulazione dettagliata dell’evento di interesse usando modelli di previsione meteorologica con diverse condizioni di contorno.
Un esempio classico riguarda la formazione di cicloni tropicali, che sappiamo essere legata alle temperature superficiali marine. Dato un ciclone che si è rivelato particolarmente intenso, si può simularlo usando le temperature superficiali marine effettivamente misurate, o le temperature climatologiche della regione di un periodo passato. Le differenze tra le due simulazioni, per esempio in termini di intensità dei venti o delle precipitazioni, si potranno dunque ascrivere ad una componente specifica del cambiamento climatico – nel nostro esempio il riscaldamento degli oceani.

Naturalmente le due famiglie di approcci, quella statistica e quella modellistica, possono essere fruttuosamente combinate per massimizzare la robustezza dei risultati ottenuti.
Queste metodologie sono state applicate ad un gran numero di estremi climatici, inclusi estremi di temperatura, di precipitazione e di vento.
Come sapete, se siete interessati, il nostro sito si occupa ormai da molti anni dell’archiviazione degli eventi meteorologici estremi che troverete su richiesta.

Tornando al discorso precedente, quando si considera un singolo evento, non è sempre possibile giungere a conclusioni certe. Questo può essere dovuto al fatto che quell’evento sia effettivamente poco influenzato dal cambiamento climatico, o a limitazioni metodologiche, modellistiche o dei dati disponibili. Da un punto di vista puramente metodologico, l’attribuzione è più efficace se sono disponibili lunghe serie storiche che permettano di contestualizzare l’evento in questione; se il tipo di evento è ben simulato nei modelli climatici e/o di previsione meteorologica; ed infine se il tipo di evento è principalmente di natura meteorologica, e non legato a fattori quali presenza di infrastrutture, gestione del territorio ecc…
Per esempio, la costruzione di argini o dighe può rendere difficoltosa l’attribuzione di eventi di piena, oppure cambi nella gestione forestale possono inficiare l’attribuzione di incendi boschivi.

La figura qui sotto, basata su un rapporto pubblicato nel 2016 dal Sistema delle Accademie Nazionali degli Stati Uniti d’America e con cui andremo a concludere, riassume i diversi tipi di estremi oggetto di studi di attribuzione, e stima la nostra abilità nell’attribuirli al cambiamento climatico di origine antropica.

Stime della capacità di attribuire eventi climatici estremi al cambiamento climatico di origine antropica (figura adattata dal rapporto “Attribution of Extreme Weather Events in the Context of Climate Change”).

Bibliografia
National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2016. Attribution of Extreme Weather Events in the Context of Climate Change. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/21852.

Daniel Gialdini

Geologo, Osservatore e Moderatore. Perito meccanico e laureato in scienze geologiche. Nutre una grande passione verso le scienze matematiche, fisiche e naturali. Si occupa dei report meteorologici relativi alla Regione Toscana e alla stesura di articoli scientifici relativi alle scienze geologiche

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