PREVISIONI DI CAMBIAMENTI CLIMATICI IN ITALIA
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PREVISIONI DI CAMBIAMENTI CLIMATICI IN ITALIA
M. M. Miglietta1, P. Lionello2, L.Palatella1, M. Zampieri1
1CNR-ISAC, Lecce
2Università del Salento, Lecce
Attività nell’ambito progetto CLIMESCO
Vulnerabilità dei sistemi culturali ai cambiamenti climatici – Bari, 18 ottobre 2007
Quale clima ci attende nel prossimo futuro? Quali strumenti abbiamo per effettuare una previsione a scala globale, regionale e locale? Quanto sono attendibili gli strumenti di previsione dei cambiamenti climatici?
Modelli meteorologici
• Il comportamento dell’atmosfera è governato da leggi fisiche
• Le equazioni non possono essere risolte analiticamente, ma sono necessari
metodi numerici
Il sistema di equazioni deve essere risolto dal modello in ciascuna cella di griglia
Condizione iniziale e condizioni al contorno
Il sistema di equazioni differenziali, per poter essere risolto, necessita della
conoscenza dei valori delle variabili atmosferiche all’istante iniziale in ogni punto del
grigliato e, ad istanti successivi, sul contorno del dominio prescelto
Livelli metrici (z)
Livelli di pressione (p)
Livelli terrain-following (σ)
Livelli isentropici (θ)
Livelli eta (η)
Le parametrizzazioni Vicino al suolo serve una risoluzione maggiore per poter meglio rappresentare fenomeni turbolenti fenomeni radiativi gli scambi di calore, momento e vapore associati ai moti convettivi l’interazione dell’atmosfera con il suolo (flussi di calore e umidità) Questi sono fenomeni fisici che il modello non è in grado di rappresentare nel dettaglio perché si svolgono su scale più piccole di quelle risolubili dal modello. Questi processi non possono essere trascurati perché influenzano il flusso che si sviluppa sulle scale più grandi PARAMETRIZZAZIONE
MODELLI CLIMATICI - Sono essenzialmente gli stessi modelli utilizzati per le previsioni meteorologiche; - Contengono informazioni non solo relativi alla circolazione atmosferica ma anche oceanica, a interazioni con la biosfera, a processi chimici in atmosfera,… Un modello climatico non prevede le condizioni meteorologiche che saranno presenti il 22 marzo 2067 ma valuta solo la possibilità che si verifichino certe condizioni meteo. Ad esempio, nel periodo compreso tra il 2080 e il 2100, in alcune aree si prevede una riduzione delle piogge invernali del 40 % rispetto ad oggi.
La funzionalità dei modelli viene testata confrontando le simulazioni del clima passato con i dati attualmente disponibili.
LIMITI GCM - Le parametrizzazioni non sono perfette. - Il contributo più grande all'incertezza delle previsioni climatiche è comunque riferibile agli aerosol sia per quanto riguarda i dati di produzione e di distribuzione, sia che si tratti di aerosol derivanti da attività umane o da cause naturali (come le eruzioni vulcaniche). Particolarmente difficili da simulare sono poi gli effetti che gli aerosol provocano sui processi di formazione e sulle proprietà delle formazioni nuvolose, in quanto essi si comportano come nuclei di condensazione delle nubi e ne causano un aumento della vita media. - Le ipotesi fatte sulla concentrazione futura delle presunte cause di tale riscaldamento, cioè principalmente dei gas-serra e degli aerosol (scenari); -La sensibilità dei vari modelli climatici nei confronti di fattori (i cosiddetti feedback) come il vapore acqueo, la riflessione della radiazione solare da parte di neve, ghiaccio, nubi, etc. - Risoluzione orizzontale
CICLO A FEEDBACK POSITIVO
La temperatura superficiale Aumenta l’evaporazione
aumenta leggermente dagli oceani
Aumenta il contenuto d’acqua
Aumenta l’effetto serra
nell’atmosferaCICLO A FEEDBACK NEGATIVO La temperatura superficiale Aumenta l’evaporazione aumenta leggermente dagli oceani La temperatura superficiale diminuisce leggermente Aumenta l’albedo Aumentano le nubi basse
EUROPA VISTA A DIFFERENTI RISOLUZIONI
- I modelli climatici possono essere utilizzati per produrre scenari climatici - Gli scenari CLIMATICI necessitano di SCENARI di EMISSIONE (IPCC-SRES) che si basano su assunzioni relative a cosa potrebbe accadere sul sistema Terra (economiche, tassi di sviluppo tecnologico, andamento dei mercati, …)
I diversi scenari per il futuro sviluppati dall'IPCC sono stati definiti A1, A2 e B1 a seconda dei diversi assunti relativi allo sviluppo demografico, sociale, economico e tecnologico del pianeta. Tendenza attuale Cambiamenti accentuati scenario “migliore”
FEBBRAIO 2007: 4° REPORT IPCC Rispetto al TAR i risultati dei modelli climatici, in particolare di quelli 3D (i modelli di circolazione con accoppiamento atmosfera-oceano – AOGCM), risultano più affidabili. Le proiezioni dei cambiamenti climatici per il XXI secolo confermano a grandi linee quelle mostrate nel TAR, ne aumentano l’attendibilità a causa del miglioramento dei modelli usati, ed infine permettono una valutazione migliore dei cambiamenti climatici a scala regionale. Il ghiaccio marino dovrebbe ridursi ancora di più nell’Artico e nell’Antartide nel corso di questo secolo. Il Mediterraneo emerge come una delle aree più sensibili ai possibili cambiamenti climatici futuri: - riscaldamento molto maggiore della media globale (specialmente in estate), - aumento delle onde di calore, - marcata diminuzione di precipitazione
FEBBRAIO 2007: 4° REPORT IPCC Sarà molto probabile che gli estremi di calore, le onde di calore e gli eventi di intensa precipitazione diventeranno più frequenti. Secondo queste proiezioni i cicloni tropicali dovrebbero diminuire annualmente di numero, ma diventare più intensi. La circolazione termoalina dell’Oceano Atlantico che insieme alla Corrente del Golfo è responsabile del clima mite alle alte latitudini dell’Europa occidentale, potrebbe rallentare in questo secolo XXI a causa delle emissioni antropogeniche dei gas ad effetto serra, ma non dovrebbe subire blocchi, che potrebbero avere drammatici effetti climatici, come quelli che sembra siano avvenuti verso la fine dell’ultima glaciazione secondo gli studi paleoclimatici.
Tutte le proiezioni per gli scenari usati danno un riscaldamento durante il XXI secolo maggiore di quello osservato nel XX secolo. Queste proiezioni climatiche prevedono che la temperatura media globale superficiale atmosferica nel 2100 potrebbe variare in un intervallo, dipendente dagli scenari applicati e dai modelli usati, di circa 1,1°C a 6,4°C.
Le proiezioni relative all’innalzamento del livello medio globale marino per il 2100 prevedono un range di 0,19 – 0,58 m, dipendente dagli scenari applicati e dai modelli usati.
Rispetto al TAR le proiezioni climatiche presentano una maggiore affidabilità nella stima delle variazioni delle precipitazioni: esse stimano un aumento di precipitazione alle alte latitudini ed una probabile diminuzione nelle aree subtropicali.
IPCC-Multi Global Model Ensemble (or MGME)
Subregions used in the analysis
FMED
ALPS
NMED
SMED
WMED CMED EMED
Giorgi and Lionello, MEditerranean Climate Change, Global and Planetary Change, in pressTemperatura Che cos’è un multi-model?
Condizione iniziale Tempo di previsione Previsione
Anche partendo dalla stesse condizioni iniziali e al contorno,
Modelli differenti possono fornire previsioni differentiPrecipitation change (%, 2071-2100 minus 1961-1990),
MGME ensemble average, A1B scenario
DJF MAM
JJA SONPrecipitation change (%, 2071-2100 minus 1961-1990),
MGME ensemble average, B1 scenario
DJF MAM
JJA SONPrecipitation change (%, 2071-2100 minus 1961-1990),
MGME ensemble average, A2 scenario
DJF MAM
JJA SONTemperature change (°C, 2071-2100 minus 1961-1990),
MGME ensemble average, A1B scenario
DJF MAM
JJA SON(2081-2100) minus (1961-1980)
0
Precipitation change (%)
-5
-10
-15 B1
A1B
-20 A2
-25
-30
-35
6
Temperature change (C)
5
4
B1
3 A1B
A2
2
1
0
DJF MAM JJA SON(2081-2100) minus (1961-1980), A1B scenario
5 10
0 5
Precipitation change (%)
Precipitation change (%)
-5 0
-10 -5
-10
-15 NORTH
-15
-20 SOUTH
-20
-25
-25
-30 -30
-35 -35
-40 -40
5 6
Temperature change (C)
T em p eratu re ch an g e (C)
4,5 5
4
3,5 4
3
NORTH 3
2,5
SOUTH
2 2
1,5
1 1
0,5
0 0
DJF MAM JJA SON DJF MAM JJAPREVISIONI CON AOGCM e ACGM
Sources of uncertainty in the simulation of
surface air temperature and precipitation change
(PRUDENCE Project)
RCM
VARIABILITY
GCM
SCENARIO
T-DJF T-JJA P-DJF P-JJA
internal GCM variability (i.e. variability associated with different realizations of the same scenario simulation)
Giorgi and Lionello, MEditerranean Climate Change, Global and Planetary Change, in pressPrecipitation change (%) – 850 hPa wind change
(2071-2100) minus (1961-1990), A2 scenario
DJF
Gao et al., 2006
The largest positive increases are found in the upwind sides of the topographical chains
with respect to the direction of the prevailing circulation change, where precipitation
is produced by uplift of humid air against the mountain slopes. Conversely, a minimum
increase or even a decrease is found on the corresponding lee side of the mountains.RegCM, condizioni al contorno da HadAM3H Nx=97 Ny=76, Δx ~ 50-60 km
SCEN=A2
Gaertner et al., 2007ANEMOMETER - GALATINA AIRPORT Maximum 78 knots!
- Legame statistico tra le variabili a larga scala (predittori) e quelle che si desidera descrivere a scala regionale (predittandi) studiando i dati delle serie storiche di entrambe le variabili - Il modello statistico viene poi utilizzato per ottenere il valore dei predittandi in scenari climatici utilizzando il valore dei predittori forniti come risultato dal Modello GCM
DATI C.R.U. –
Medie mensili 0.5° x 0.5°
Analizzate nel periodo 1901 -2002
PUGLIA VALLE DELL’EBRO
Analisi canonica della correlazione: Palatella et al. (2007)DATASET pressione: EMULATE (Ansell et al., 2006)
media mensile 5° x 5° dal 1850
Componente principale invernale
Anomalia di pressione mlsp: media + anomalia
mlsp: media - anomalia
Anomalia di pioggia (mm x 10 /mese)SCENARIO A2
PUGLIA – DJF, media mobile a 5 anni
training
validation
- Correlazioni statistiche riproducono correttamente le osservazioni di pioggia
- Previsioni consistenti con RCM
- Assenza di cambiamenti significativi sulla PugliaSCENARIO A2
VALLE DELL’EBRO - JJA
-Previsioni consistenti con RCM (-40% pioggia estiva)SCENARIO A2
PUGLIA - JJA
- Previsioni non consistenti con RCM (vanno considerati altri predittori?,
rappresentazione corretta di eventi convettivi?, risoluzione?)!CONSIDERAZIONI FINALI Strumenti per previsioni climatiche: - GCM hanno risoluzione ~ 1-2°; - rappresentano correttamente circolazioni a larga scala; - insufficienti a rappresentare correttamente circolazioni a scala regionale - RCM hanno risoluzione ~ 0.5°; - sufficienti a rappresentare correttamente circolazioni a scala regionale, ma probabilmente insufficienti a rappresentare correttamente circolazioni locali in aree a forte disomogeneità orizzontale (topografia, mare,…) come la Puglia - Downscaling statistico fornisce risultati consistenti su valle dell’Ebro con RCM; sulla Puglia d’estate risultati contrastanti con modelli regionali (???)
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