Un vaso di Pandora

[steph]

Critica della ragione scettica ai modelli climatici. Parte 2 - anni 70: global cooling?

Anni 70: mentre la stampa popolare creava il mito del global cooling imminente (alimentato da 3 o 4 coincidenze quali un paio di inverni particolarmente rigidi in Eurasia e in Nordamerica, i primi rilevamenti satellitari che mostravano un incremento della copertura nevosa e glaciale sull’emisfero nord, le – per l’epoca – pionieristiche scoperte sul ruolo raffreddante degli aerosol e sulla conferma delle teorie dei cicli glaciali di Milankovitch, unitamente alla sempre efficace “tirannia dell’appiglio delle news” tale per cui i media hanno sempre bisogno di storie da sviluppare in maniera drammatica o nuova), al gfdl si stavano implementando nuovi modelli più sofisticati e comprensivi di molte variabili in più rispetto alla decade precedente.
E in questo mitico laboratorio, i “galilei della decade precedente” Manabe e Wetherald, nel 1975, pubblicavano sul JAS un seminale lavoro di proiezione e simulazione modellistica della risposta climatica in un mondo futuro caratterizzato dall’incremento del principale gas serra di tipo non reattivo.

Manabe, S., and R. T. Wetherald, 1975: The effects of doubling CO2 concentration on the climate of a general circulation model. Journal of the Atmospheric Sciences, 32 (1), 3-15.

Abstract: An attempt is made to estimate the temperature changes resulting from doubling the present CO2 concentration by the use of a simplified three-dimensional general circulation model. This model contains the following simplifications: a limtied computational domain, an idealized topography, no heat transport by ocean currents, and fixed cloudiness. Despite these limitations, the results from this computation yield some indication of how the increase of CO2 concentration may affect the distribution of temperature in the atmosphere. It is shown that the CO2 increase raises the temperature of the model troposphere, whereas it lowers that of the model stratosphere. The tropospheric warming is somewhat larger than that expected from a radiative-convective equililbrium model. In particular, the increase of surface temperature in higher latitudes is magnified due to the recession of the snow boundary and the thermal stability of the lower troposphere which limits convective heating to the lowest layer. It is also shown that the doubling of carbon dioxide significantly increases the intensity of the hydrologic cycle of the model.

Da notare che il loro lavoro (come il pionieristico precedente del 1967) simulava la risposta tridimensionale (quindi considerando latitudine, longitudine e quota) e, esattamente 34 anni fa, “vedevano” già il fenomeno dell’amplificazione termica della bassa troposfera artica che ci accompagna ormai da una decina d’anni, unitamente al raffreddamento stratosferico, accentuatosi da una ventina d'anni.

Un esempio comparativo.
Primo grafico: la struttura verticale del riscaldamento nell'autunno artico del periodo 2004-2008 (sopra) e l'anomalia nel numero di giorni con ghiaccio (sotto).



Secondo grafico: trend delle temperature stratosferiche (osservazione: linee nere, UAH e RSS).


Terzo grafico: la previsione della struttura verticale latitudinale della differenza di temperature fra situazione standard e situazione con raddoppio nella concentrazione di CO2 elaborata dal modello di Manabe nel 1975.




Come valutare questo secondo esempio? Direi in modo ottimale, considerando ancora i limiti dell’epoca citati nell'abstract e le condizioni di contorno relativamente ancora abbastanza scarse, pur se meno di prima.

To be continued..........

[steph]

Fine anni 70: nel volume "Man's Impact on Climate", Manabe e Wetherald sono in grado di presentare alcuni studi pionieristici sulla sensibilità climatica in risposta ad un aumento della concentrazione di CO2 di allora.

Wetherald, R. T., and S. Manabe, 1979: Sensitivity studies of climate involving changes in CO2 concentration. In Man's Impact on Climate, New York: Elsevier/North-Holland, Inc., 57-64.

Il metodo usato faceva capo a due modelli:

a) un modello unidimensionale basato sull'equilibrio radiativo-convettivo
b) un modello tridimensionale semplificato della circolazione generale (GCM).

Limiti dichiarati del modello a:
un limitato dominio di calcolo, una topografia idealizzata, capacità calorica superficiale nulla, nessun trasporto di calore da parte delle correnti oceaniche e un'insolazione annua media.
Molti limiti? Forse. Ma eravamo pur sempre nel 1979!


I risultati e il metodo, pubblicati poi lo stesso anno anche su Nature da Manabe e Stouffer

Manabe, S., and R. J. Stouffer, 1979: A CO2-climate sensitivity study with a mathematical model of the global climate. Nature, 282 (5738), 491-493.

dicevano:

In general, the CO2 increase raises the temperature of the model troposphere, whereas, it lowers that of the model stratosphere for both the 1-D and 3-D models. It is found that the tropospheric warming is somewhat larger for the 3-D model as compared with that obtained from the 1-D radiative convective equilibrium model. In particular, the increase of surface temperature in the 3-D model in high latitudes is magnified due to the recession of the snow boundary and the thermal stability of the lower troposphere which limits convective heating to the lowest layer. It is also found that increasing the CO2 concentration significantly increases the overall intensity of the hydrologic cycle of the 3-D model. However, this does not necessarily imply the increase of wetness everywhere in the model region. In particular, the sign of wetness change depends upon the geographical location within the model domain.

Insomma: corroborava alcuni risultati ottenuti nel loro precedente modello del 1975, ma con qualche dettaglio informativo in più. Ad es. l'amplificazione termica dell'Artico indotta sia da fenomeni di feedback criosferici sia da inibizione del trasporto di calore convettivo a causa di stabilità termica della bassa troposfera artica, oppure la risposta eterogenea e geograficamente diversificata ad una rafforzata intensità del ciclo idrologico globale.


To be continued.........

[clayco]

Complimenti me l'ero persa questa storia a puntate.

[steph]

Qualche immagine e un interessante omaggio dedicati a questo pioniere della modellistica climatica.



Al lavoro nel suo ufficio al gfdl di Princeton



Mentre presenta le sue prime simulazioni...




Con Wetherald in piena simulazione al PC....

[clayco]

Ancora il vaso non è stato scoperchiato: aspetto Hansen

[steph]

Ancora il vaso non è stato scoperchiato: aspetto Hansen

Sarà proprio il prossimo special guest

Intanto, un assaggio fotografico




Stay tuned.....

[clayco]

Krusty il clown

[steph]

Critica della ragione scettica ai modelli climatici. Parte 3 - anni 80: Hansen 1



Anni 80: sono indubbiamente contrassegnati sia dalla progressiva consapevolezza generale del fenomeno e sia dall’aumento dell’utilizzo della modellistica climatica.
Fra i tanti, in questa decade si erge a protagonista Jim Hansen del Goddard Insitute for Space Studies (GISS) di New York, uno degli istituti più rinomati della National Aeronautics and Space Administration (NASA). Molto apprezzato soprattutto da chi lavora nel campo quanto a volte disprezzato soprattutto da chi è fuori dal campo, Hansen è oggi considerato una delle persone più influenti del mondo. Come riportano alcune agenzie stampa.

In lui convivono la mente dello scienziato, l'anima del divulgatore e il cuore del rivoluzionario. La passione con cui ha difeso pubblicamente i suoi studi e l'enorme esposizione mediatica che ne è derivata sono secondi solo alla stima e al rispetto di cui gode da parte di tutta la comunità scientifica.

Attivo al GISS sin dal lontano 1967, divenne una star suo malgrado verso la fine degli anni 80 e a seguire a causa delle sue, per certi versi, radicali proiezioni climatiche unite alle prese di posizione in materia, oggetto di critica se non di scherno da parte degli scettici più fondamentalisti alla Pat Michaels o del negazionismo più becero alla Jeanne Nova, ma anche di quella parte del mondo politico notoriamente analfabeta di scienza come il senatore James Inhofe (per tacere dei Bush).

Tuttavia i suoi primi interessi si concentrarono sugli effetti atmosferici degli aerosol emessi dalle eruzioni vulcaniche esplosive. Già nel 1963, quando era un ricercatore senior al College, ebbe l’occasione di sperimentare dal vivo le sue ipotesi in occasione della violenta eruzione del vulcano indonesiano Agung avvenuta nel marzo di quell’anno. Nel dicembre del 1963, mentre si apprestava con i suoi studenti ad osservare un importante eclisse lunare, fece una scoperta empirica che probabilmente cambiò il corso della sua carriera: il disco lunare, invece che ombreggiato e rossiccio (come tipico di quel tipo di eclisse), sparì dalla vista. E questo era imputabile all’effetto di schermatura indotto dall’enorme quantitativo di gas e particolato iniettati nell’atmosfera dal vulcano Agung mesi prima.
Se questi aerosol avevano un tale potere sulla luce solare (diretta o riflessa dalla luna), quali effetti avrebbero potuto avere sulle temperature superficiali della Terra? Questo è il tipo di domanda che probabilmente balenava nella mente di Hansen, in quel periodo.

Allora mise in forma di equazioni fisico/matematiche quanto, all’epoca, si sapeva già a proposito del ruolo degli aerosol e dei gas serra e come la Terra assorbe e irradia energia. I suoi risultati suggerirono che gli aerosol avrebbero dovuto avere un leggero effetto raffreddante sul pianeta.
Come oggi sappiamo da una vastissima letteratura a riguardo (pur se ovviamente non ancora esaustiva), in effetti nel complesso gli aerosol tendono ad avere un effetto raffreddante.

http://forum.meteonetwork.it/showpost.php?p=2039707&postcount=46
http://forum.meteonetwork.it/showpost.php?p=1980637&postcount=5




Quando iniziò a lavorare al GISS, eravamo in piena epoca di grandi attese rivolte verso l’allure spaziale. La curiosità rivolta verso altri mondi e la ricerca di possibili altre forme di vita, fecero da impulso allo studio delle condizioni fisico/ambientali proprie di altri pianeti vicini a noi.
Hansen scrisse la sua tesi di dottorato sull’atmosfera del pianeta più vicino alla Terra, Venere, con la sua atmosfera ricchissima di CO2 che rendeva la superficie più calda di un forno. Anni dopo, questi studi lo aiutarono nella sua ricerca sulle variazioni termiche terrestri in condizioni forzate da cause esterne.

Negli anni 70, al GISS, venne in contatto con altri grandi climatologi e con le loro teorie sul ruolo degli aerosol e dei GHG nel condizionare e forzare il sistema climatico (ad es. Budyko e Ramanathan). Questi, insieme ad altri (come i già citati Manabe e Wetherland del GFDL), mettevano in guardia sul fatto che le continue e acceleranti emissioni di gas serra (CO2 in primis) avrebbero presto preso il sopravvento sugli effetti raffreddanti degli aerosol di origine vulcanica (perché di durata limitata nel tempo) e di origine antropica (perché assai inferiori al forte incremento dei GHG, come già mostrato dalla curva di Keeling).
L’idea che gli esseri umani potessero in qualche modo sovrimporsi alla natura e forzare il globo verso un riscaldamento termico intrigava e al contempo inquietava Hansen. Quel che da più di un secolo si sapeva, a proposito delle scoperte del ruolo radiativo della CO2 da parte dei vari Arrhenius, Tyndall, Angstrom stava trovando, in quegli anni, nuova e più vivida luce.

Riponendo l’attenzione sulle equazioni fisico/matematiche attraverso le quali aveva delineato i primi scenari quasi 10 anni prima, a fine anni 70 costruì, con un collega della NASA, un semplice modello climatico per simulare il modo in cui l’influenza cumulativa dei GHG di origine antropica (tranne la CO2) causa un cambiamento nel tempo della temperatura media globale. Con loro grande sorpresa, scoprirono che l’effetto riscaldante di tutti i GHG sommati fra loro è comparabile all’effetto riscaldante della sola CO2.

Questo modello semplice permise ad Hansen di simulare l’impatto climatico dell’eruzione del Monte Agung 15 anni dopo l’evento. I risultati della simulazione, pubblicati su Science nel 1978, mostravano che un incremento nell’atmosfera di aerosol vulcanici avrebbe dovuto portare ad un raffreddamento globale della durata di 2-3 anni; una proiezione che coincideva molto bene con i dati termici osservati.

Hansen, J.E., Wang, W.-C., and Lacis, A.A. 1978: Mount Agung eruption provides test of a global climatic perturbation. Science, 199, 1065-1068

Il modello dimostrava come sia le attività umane che quelle naturali (come le eruzioni vulcaniche) potesseroo forzare il cambiamento climatico, e per l’epoca questa considerazione non era poi così evidente come oggi potrebbe apparire.
Tuttavia Hansen sapeva benissimo che i forcing naturali tendono a oscillare sui scale temporali lunghe, mentre i forcing antropici dovuti alle emissioni di GHG stavano costantemente aumentando, sovrimponendosi a quelli naturali e diventando, da un certo momento in avanti nel futuro, i forcing dominanti.

Ma perché Hansen divenne poi così famoso negli anni 80?

Lo vedremo al prossimo post.

Stay tuned……

[sergiovarese]

Compliemti Stefano per il bellisimo post

[Seiji]

molto interessante...