Gli inverni del nostro scontento (da “Le Scienze”)

Pubblicato: 10 febbraio 2013 da ive in News & Articoli, Ricerca
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Trascrizione a cura di  Daniel Iversen

Articolo di Charles H. Greene, pubblicato da “Le scienze” (num 534 febbraio 2013)

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La perdita di ghiaccio marino artico favorisce l’arrivo di un clima invernale estremo negli Stati Uniti e in Europa. Ecco come

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Gli ultimi tre inverni sono stati fuori dal normale in alcune parti del Nord America e dell’Europa. Durante gli inverni 2009-2011, la costa orientale degli Stati Uniti e l’Europa nord-occidentale sono state colpite da ondate straordinarie di neve e freddo, tra cui, per esempio, la tempesta del febbraio 2010 (ribattezzata snowmageddon, apocalisse di neve) a Washington, D.C., che ha interrotto le attività del governo per quasi una settimana. Più tardi, a ottobre dello stesso anno, il NOAA Climate Prediction Center (CPC) degli Stati Uniti, basandosi sul fatto che le correnti di La Niña avrebbero portato temperature oceaniche più fresche del solito nel Pacifico orientale, previde un inverno 2010-2011 mite per la costa orientale.

Tuttavia, a dispetto degli effetti di moderazione di La Niña, nel gennaio 2011 New York e Philadelphia sono state colpite da nevicate record e da temperature molto basse, cogliendo di sorpresa il CPC e i meteorologi.
Ma l’inverno 2011-2012 ha portato con sé altre sorprese. Gli Stati Uniti occidentali hanno conosciuto uno degli inverni più miti nella storia, mentre altre zone del Nord America e dell’Europa sono state meno fortunate. In Alaska la temperatura media di gennaio in tutto lo Stato è stata di 10 gradi inferiore alla media mensile del lungo periodo. Nel sud-est dell’Alaska una singola tempesta ha sepolto intere città sotto una coltre di neve arrivata fino a un massimo di due metri. Contemporaneamente, un’ondata di freddo glaciale è scesa sull’Europa centrale e orientale portando temperature fino a –30 grtadi Celsius e cumuli di neve arrivati fino all’altezza dei tetti. Ai primi di febbraio, quando il freddo gelido finalmente se ne andò, più di 550 persone avevano perso la vita.
Come si spiegano queste ondate di maltempo durante un decennio – tra il 2002 e il 2012 – che è stato il più caldo registrato negli ultimi 160 anni, vale a dire da quanto le temperature globali vengono monitorate con strumenti adeguati? Gli scienziati sembrano aver trovato la risposta in un luogo e un tempo molto insoliti: le recenti perdite record di ghiaccio marino in estate nel Mar Glaciale Artico.

Perdite record di ghiaccio

L’Artico è cambiato molto da quando viaggiai per la prima volta sopra il Circolo Polare, nell’aprile del 1989. Il cambiamento più evidente è la ridotta estensione del ghiaccio marino durante il periodo estivo. Ogni inverno il Mar Glaciale Artico congela quasi completamente. Il ghiaccio marino invernale è composto da una spessa coltre di ghiacci a più strati che si è accumulata nel corso degli anni e da uno strato molto più sottile composto dal ghiaccio annuale che si è formato in alcune parti dell’oceano che erano acqua l’estate precedente. Ogni anno, in settembre, lo scioglimento estivo riduce la distesa di ghiaccio marino al suo minimo annuale.
Nel 1989 l’estensione del ghiaccio marino invernale era leggermente superiore ai 14 milioni di chilometri quadrati, 7 milioni dei quali erano costituiti dagli spessi strati di ghiaccio che persistono
anche durante l’estate. Ma oggi la situazione è molto diversa. Benché l’estensione del ghiaccio marino invernale nel 2012 sia stata prossima a quella del 1989, solo una metà di essa – un po’ meno di 3,5 milioni di chilometri quadrati – è sopravvissuta fino allo scorso settembre, facendo registrare un minimo estivo da record.
La perdita di ghiaccio marino artico durante l’estate non è stata né graduale né lineare. Dal 1979, quando sono iniziate le misurazioni del ghiaccio da satellite, fino al 2000, le perdite di estensione del ghiaccio marino non erano state particolarmente evidenti.
Dal 2000 al 2006 il ritmo del declino è aumentato, ma è stato solo nel 2007 che un significativo cambiamento si è imposto all’attenzione di tutto il mondo. Quell’anno, infatti, l’estensione minima del ghiaccio marino in estate è calata del 26 per cento, passando da circa 5,8 milioni di chilometri quadrati nel settembre 2006 a circa 4,3 milioni nel settembre 2007. Questa riduzione senza precedenti del ghiaccio multistrato ha costretto gli scienziati a rivedere le previsioni su quando il Mar Glaciale Artico sperimenterà per la prima volta un’estate senza ghiacci. In base ai dati raccolti prima del 2007, il quarto rapporto di valutazione dell’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) aveva previsto che la prima estate senza ghiaccio sarebbe avvenuta entro la fine del XXI secolo.
La maggior parte degli studi ora prevede che potrebbe verificarsi molti decenni prima: tra il 2020 e il 2040. I cambiamenti nel ghiaccio marino fanno parte dell’amplificazione del riscaldamento globale che ha colpito l’Artico negli ultimi decenni. Mentre il resto del pianeta ha conosciuto un modesto aumento delle temperature di circa 0,8 gradi dall’inizio del XX secolo, le temperature medie dell’Articosi sono innalzate più del doppio di quella cifra nell’arco degli ultimi cinquant’anni. Il rapido riscaldamento ha alterato l’andamento meteorologico della regione, sciogliendo vaste aree di permafrost. Questi cambiamenti dell’ambiente fisico hanno distrutto habitat di importanza vitale per la fauna e la flora selvatiche della regione, minacciando la sopravvivenza a lungo termine di molte specie. Analogamente, le popolazioni indgene dell’Artico, ben note per i loro adattamenti culturali al freddo e al ghiaccio della regione, stanno assistendo a un significativo sconvolgimento del loro modo di vivere e a una minaccia crescente per le loro tradizioni.
Benché questi cambiamenti possano sembrare remoti alla maggior parte di noi che viviamo al di sotto delle regioni polari, il resto dell’emisfero settentrionale non è immune agli effetti dell’amplificazione artica e della perdita di ghiaccio marino. Gli andamenti meteorologici delle medie latitudini sono influenzati dal clima artico, il che porta a un interrogativo cruciale: c’è il riscaldamento locale dietro le ondate di inverni rigidi registrate in questi ultimi anni o questi violenti fenomeni rientrano nello schema delle naturali oscillazioni climatiche del pianeta?

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Pressione in atmosfera

La natura faceva senz’altro sentire i suoi effetti negli anni sessanta, quando da piccolo, nei pressi di Washington, D.C., mi facevo strada a fatica nella neve per andare a scuola con i miei amici durante un decennio di inverni straordinariamente rigidi. Gli scienziati ora sanno che l’origine di questi inverni freddi e nevosi era dovuta a due oscillazioni climatiche naturali che allora non avevano un nome, ma che oggi sono conosciute come Oscillazione artica (AO, Arctic Oscillation) e Oscillazione nord-atlantica (NAO, North Atlantic Oscillation). Queste due oscillazioni climatiche hanno origine dalle interazioni tra l’atmosfera e l’oceano e mostrano i loro effetti più evidenti durante l’inverno (si veda il box). La potenza di ogni oscillazione è caratterizzata con un indice che quantifica le anomalie – le deviazioni dalla media sul lungo termine – nella distribuzione della pressione atmosferica durante l’inverno su una determinata regione. Nel caso dell’indice AO, si tratta di una regione molto ampia, che comprende la maggior parte dell’emisfero settentrionale, dal Polo Nord fino al confine con i tropici, a 20 gradi di latitudine nord (circa la latitudine di Cuba). L’indice AO può essere positivo o negativo. I valori positivi corrispondono a pressioni inferiori alla media nell’Artico e superiori alla media nelle regioni subtropicali. Durante le fasi positive dell’indice AO, pressioni anormalmente basse nella zona artica portano a un rafforzamento del vortice polare, una circolazione persistente di venti nell’alta atmosfera che soffiano da ovest a est intorno l’Artico. Un vortice polare rafforzato tende a bloccare le masse artiche di aria fredda a nord del Circolo Polare. Al contrario, durante le fasi negative dell’indice AO le pressioni anormalmente basse nell’Artico indeboliscono il vortice polare che quindi ha più difficoltà a imprigionare le masse d’aria fredde, che di conseguenza possono invadere le medie latitudini a sud portando ondate di freddo e forti nevicate. La costa orientale degli Stati Uniti e il Nord Europa sono particolarmente vulnerabili a questi eventi durante i periodi di oscillazione artica fortemente negativi. L’indice NAO caratterizza anomalie nella distribuzione della pressione atmosferica durante l’inverno su una regione molto più piccola, che comprende il settore atlantico dell’emisfero settentrionale tra il centro di alta pressione subtropicale vicino alle Azzorre e il centro di bassa pressione subartico nei pressi dell’Islanda. Come l’indice AO, anche l’indice NAO può essere sia positivo sia negativo. I valori positivi corrispondono a pressioni atmosferiche superiori alla media nel centro di alta pressione subtropicale e pressioni inferiori alla media nel centro di bassa pressione subartico. Durante le fasi NAO positive, le maggiori differenze di pressione rafforzano i venti occidentali che soffiano tutto l’anno da ovest a est lungo le medie latitudini dell’emisfero occidentale. Le differenze di pressione guidano inoltre la veloce corrente d’aria circumglobale nota come corrente a getto lungo un percorso nord-est, dalla costa orientale del Nord America verso l’Europa settentrionale. Le tempeste invernali che attraversano il Nord Atlantico seguono un percorso simile, portando un tempo più umido e mite nel Nord Europa. Al contrario, durante le fasi NAO negative le ridotte differenze di pressione indeboliscono i venti occidentali, e la corrente a getto che lascia il Nord America curva più nettamente verso nord, raggiungendo la Groenlandia prima di tornare indietro verso il sud e l’Europa. In questo caso, tuttavia, il percorso della perturbazione diverge da quello della corrente a getto e attraversa il Nord Atlantico direttamente verso l’Europa meridionale e il Mediterraneo, portando un clima più umido e più mite di quelle aree, mentre il Nord Europa rimane freddo e secco. I climatologi concordano che gli indici AO e NAO dovrebbero essere considerati come due modalità distinte di variabilità naturale del clima. Alcuni sostengono che la NAO sia semplicemente una manifestazione dell’AO nel Nord Atlantico; altri dicono che le dinamiche dei due fenomeni sono abbastanza diverse da richiedere un trattamento separato. Benché i due indici siano altamente correlati, a volte i loro comportamenti divergono in modo significativo, come è accaduto per esempio proprio lo scorso inverno.

Verso un clima invernale estremo

Mentre le emissioni di gas serra continuano ad alterare il sistema climatico terrestre, qualunque cambiamento si sovrapporrà alle naturali oscillazioni climatiche del sistema. Distinguere il contributo dell’uomo ai cambiamenti climatici è difficile, e richiede la verifica delle ipotesi. Una recente ricerca ha fornito nuovi elementi di prova che rafforzano l’ipotesi che il riscaldamento globale e la perdita di ghiaccio marino artico stanno influenzando i nostri inverni attraverso un’alterazione dei normali ritmi dell’AO e del NAO.
Guardando indietro agli anni sessanta della mia infanzia, vediamo che gli indici AO e NAO erano prevalentemente negativi, portando a inverni più nevosi e più freddi della media lungo la costa orientale degli Stati Uniti. Non vi è alcun motivo di sospettare che questo decennio di inverni rigidi fosse niente di più della semplice variabilità naturale dovuta a AO e NAO. Al contrario, dagli anni settanta agli anni novanta l’indice NAO è stato prevalentemente positivo, con una sola fase invernale negativa. Gli inverni miti che ne sono derivati hanno coinciso con una maggiore consapevolezza del cambiamento climatico globale, spingendo molti scienziati a ipotizzare che alla base di quello che appariva come un periodo insolitamente lungo di inverni con indice NAO prevalentemente positivo vi fosse un aumento della concentrazione di gas serra. I modelli a cui fa riferimento l’IPCC prevedevano che questa tendenza sarebbe continuata con l’aumento costante dei gas serra. Ma invece la prevalenza di inverni con fasi AO e NAO fortemente positive è terminata durante la seconda metà degli anni novanta.
Ma anche se la serie di inverni NAO positivi si è conclusa, non significa che l’ipotesi di una relazione tra aumento dei gas serra e indice NAO fosse sbagliata. Ciò che non era stato previsto all’epoca era l’accelerazione dell’amplificazione artica a partire dalla fine degli anni novanta. Poiché gli effetti amplificati del riscaldamento globale si sono avuti sopra il Circolo Polare Artico, le condizioni climatiche sono entrare in una fase detta «periodo artico caldo», caratterizzata da rapide perdite di ghiaccio marino artico, della banchisa in Groenlandia, del permafrost e dei ghiacciai continentali. Al centro di ognuno di questi cambiamenti c’è un processo definito feedback ghiaccio-albedo, in cui la riflessione della radiazione solare di un’area diminuisce via via che la sua copertura di ghiaccio si scioglie, esponendo terreni più scuri o superfici marine.
Una particolare preoccupazione riguarda il feedback ghiaccioalbedo nell’Oceano Artico. La perdita di ghiaccio marino estivo espone più acqua alla radiazione solare in arrivo. L’assorbimento di questa radiazione porta a un riscaldamento eccessivo delle acque superficiali che si traduce in due effetti importanti. In primo luogo, una parte del calore in eccesso rafforza la fusione del ghiaccio marino estivo. Inoltre l’oceano rilascia gradualmente in atmosfera gran parte del rimanente calore in eccesso durante l’autunno, aumentando così la pressione atmosferica e il tasso di umidità nell’Artico e riducendo le differenze di temperatura tra l’Artico e le medie latitudini.
Un aumento della pressione atmosferica nell’Artico e un calo del gradiente di temperatura favoriscono lo sviluppo di fasi AO e NAO negative nel corso dell’inverno, procando un indebolimento del vortice polare e della corrente a getto. Un vortice polare indebolito riesce meno a impedire che le masse d’aria fredde artiche, con il loro elevato contenuto di umidità, scendano fino alle medie latitudini e portino intense ondate di freddo e neve.
Inoltre, una corrente a getto indebolita presenta onde più ampie nella sua traiettoria, onde che possono rimanere bloccate in un punto, stringendo in una morsa di gelo una determinata regione.
Insieme, questi schemi alterati di circolazione atmosferica tendono a favorire ondate di clima invernale estremo più frequenti e persistenti in Nord America e in Europa.
Possono entrare in gioco anche altri fattori. L’oscillazione meridionale ENSO, meglio conosciuta come El Niño, un’altra oscillazione climatica importante al centro dell’Oceano Pacifico, può influire notevolmente sul clima invernale negli Stati Uniti continentali. Nelle regioni sud-orientali e in quelle medio-atlantiche degli Stati Uniti, gli anni di El Niño portano inverni più piovosi, mentre gli anni di La Niña portano inverni più asciutti. Insieme, le fasi AO e NAO negative durante gli anni di El Niño possono aumentare le probabilità di inverni freddi e rigidi lungo la costa orientale, come è accaduto nell’inverno 2009-2010. Le fasi AO e NAO negative possono inoltre contrastare gli inverni asciutti e miti previsti negli anni di La Niña. È quanto è accaduto nell’inverno 2010-2011, quando le basse temperature e le nevicate record a New York e Philadelphia hanno sorpreso i meteorologi che, basandosi solo su La Niña, avevano previsto condizioni più miti.

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L’inverno alle porte

Anche se i cambiamenti nell’Artico potrebbero aver favorito ondate di inverni rigidi più frequenti e persistenti, non si può mai essere sicuri di ciò che succederà in un determinato anno. Dopo tutto, le previsioni del tempo comportano sempre un certo livello di incertezza. L’inverno 2011-2012 è stato un buon esempio delle sfide legate alle previsioni meteorologiche. Il CPC aveva previsto un clima relativamente mite negli Stati Uniti orientali a causa dello sviluppo di La Niña nel Pacifico. Gli indici AO e NAO erano positivi all’inizio della stagione invernale, ma a metà gennaio sono emerse condizioni negative dell’AO, durate fino ai primi di febbraio, mentre il NAO è rimasto positivo. L’Alaska e alcune regioni dell’Europa centrale e orientale sono stati colpiti da freddo intenso e pesanti tempeste di neve, mentre negli Stati Uniti orientali il clima è rimasto insolitamente mite. Un sistema di alta pressione associato a La Niña nel Pacifico orientale aveva guidato la corrente a getto molto più a settentrione sopra il Nord America rispetto a quanto accade generalmente nelle fasi di AO negativa di metà inverno e ha consentito così al calore di spostarsi dal Golfo del Messico e salire verso gli Stati Uniti orientali, generando il quarto inverno più caldo mai registrato in questa regione. Il percorso più a nord della corrente a getto ha portato inoltre condizioni climatiche più miti verso l’Atlantico settentrionale e l’Europa orientale. Ai primi di marzo nel Pacifico orientale, il sistema di alta pressione atmosferica forte e persistente si è rinforzato, intensificando ulteriormente le insolite condizioni atmosferiche e portando a temperature record lungo gli Stati Uniti medio occidentali e orientali. Nonostante la persistenza di calore fuori stagione in questa zona, tuttavia, è bene notare che in altre parti dell’emisfero settentrionale sono stati registrati un inverno e un inizio di primavera insolitamente freddi. Infatti l’NCDC ha riferito che la temperatura media globale a marzo 2012 è stata la più bassa dal 1999. Anche per questo inverno la situazione sembra orientata verso ondate di condizioni atmosferiche rigide in Nord America e in Europa. La perdita record di ghiaccio marino artico osservata durante la scorsa estate dovrebbe aumentare la probabilità per le masse d’aria artiche fredde di invadere le regioni alle medie latitudini. Anche se è difficile prevedere quali siano le regioni a media latitudine più vulnerabili, le condizioni meteorologiche di El Niño che si sono sviluppate nel Pacifico nell’autunno del 2012 possono incrementare uno spostamento verso sud della traiettoria della corrente a getto aumentando così le probabilità di avere una fine inverno fredda e difficile negli Stati Uniti orientali. La costa orientale potrebbe essere particolarmente vulnerabile alle tempeste nord- orientali tipiche della regione, che portano temperature rigide e intense nevicate. Anche se è impossibile dire con certezza se vedremo ripetersi le violente tempeste nord-orientali dell’inverno 2009-2010, lo sviluppo estivo e autunnale dei mesi scorsi presenta una somiglianza maggiore con le condizioni verificatesi durante il 2009 rispetto a qualsiasi altro anno a partire dal 2007, cioè da quando è avvenuto un significativo cambiamento in peggio nella perdita di ghiaccio marino artico.

PER APPROFONDIRE

Climate Drives Sea Change. Greene C.H. e Pershing A.J., in «Science», Vol. 315, pp. 1084-1085, 23 febbraio 2007.

The Recent Arctic Warm Period. Overland J.E., Wang M. e Salo S., in «Tellus», Vol. 60, n. 4, pp. 589-597, 2008.

An Arctic Wild Card in the Weather. Greene C.H. e Monger B.C., in «Oceanography», Vol. 25, n. 2, pp. 7-9, 2012.

Evidence Linking Arctic Amplification to Extreme Weather in Mid-latitude.

Francis J.A. e Vavrus S.J. in «Geophysical Research Letters», Vol. 39, articolo n. L06801, 17 marzo 2012.

FONTE: LeScienze

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