Ondata di “freddo” e global warming: due facce della stessa medaglia

[andrea.corigliano]

Un’irruzione di aria fredda, intensa per il periodo, sta per interessare la nostra penisola. Vedere l’isoterma di 0 °C appoggiarsi sull’arco alpino e la +5 °C scendere fino alla Campania fa un certo effetto ai primi di settembre, come farà un certo effetto il salto termico che apprezzeremo entro le prossime 72 ore considerando che proveniamo da un periodo che, specie per il Centro-Sud, è stato complessivamente più caldo della norma fino all’altro ieri. Non dobbiamo però lasciarci troppo scuotere emotivamente da quanto sta succedendo e meravigliarci più di tanto perché, pur non togliendo nulla all’eccezionalità del fenomeno che si appresta a interessarci, credo che ormai dovremmo essere più che consapevoli del fatto che ogni estremo che l’atmosfera tende a riproporci, anche a breve distanza di tempo uno dall’altro, non debba essere giudicato fine a se stesso, bensì inserito all’interno di una linea evolutiva del clima che appare ormai chiara.

Al sentire la parola “cambiamento climatico”, però, qualcuno che storce il naso c’è sempre, perché la letteratura scientifica che si occupa di trattare tale argomento ha sempre associato a questo importante tema solo la modifica di tutti quei fattori astronomici che costruiscono, appunto, le condizioni medie dei parametri meteorologici su tutto il nostro pianeta: radiazione solare, inclinazione dell’asse terrestre, precessione degli equinozi, ecc… Focalizzando però l’attenzione solo su questo modo di intendere il clima, inteso quasi in modo macroscopico, si finisce per dimenticare che il nostro sistema climatico, alla fin fine, lavora come una macchina termica in cui c’è un bilancio energetico da conservare. Esiste anche quindi un problema che è interno al sistema, che possiamo definire microscopico in rapporto a ciò che avviene oltre il nostro pianeta e che non dipende dalle influenze di tutti quei fattori sopraccitati che agiscono come forzanti esterne. L’estremizzazione climatica, ovvero l’esatto significato da dare quando si parla di cambiamento climatico nel breve termine, non è una teoria che nasce per un record battuto, ma ha il suo fondamento, semplicemente, nella prima legge della termodinamica applicata al sistema terra-atmosfera e che, in sintesi, afferma due cose:

1) il calore è una forma di energia
2) questo calore può essere utilizzato sia per fare aumentare la temperatura del sistema e sia per permettere al sistema per compiere lavoro.

Non ho minimamente l’intenzione di tediarvi con questi argomenti prettamente nozionistici, però se non ci si rifà a certi principi base per spiegare certe dinamiche, si rimarrà sempre a bocca aperta ogni volta che l’atmosfera muoverà i propri passi proprio come ha fatto ultimamente, in particolare con le eccezionali ondate di caldo di questa estate e con la bordata fredda imminente. Se è vero che la deriva dell’effetto serra ha portato ad avere in atmosfera una maggiore concentrazione di gas attivi nell’infrarosso, è anche vero che questa radiazione ha comportato un aumento dell’energia che rimane intrappolata e che non riesce più a liberarsi nello spazio. Se ora ci chiediamo come viene sfruttato questo ΔE, si arriva facilmente a spalmare l’eccesso energetico in un incremento della temperatura ΔT del sistema e in una quantità di energia che verrà immessa nei motori atmosferici che fanno il nostro tempo per produrre nuovo lavoro ΔL: significa, in pratica, che gli anticicloni da un lato e le depressioni dall’altro sfruttano questa marcia in più per dar vita a fenomeni più incisivi, siano essi di natura calda che di natura fredda. Queste estremizzazioni, quindi, non sono altro che una valvola di sfogo del sistema climatico e, fin tanto apprezzeremo un aumento della frequenza delle stesse, vorrà dire che il sistema è ancora in fase di accumulo e non di dissipazione energetica.

Da non dimenticare, tuttavia, che tutto questo discorso ricopre una notevole rilevanza specialmente se rapportato al nostro bacino del Mediterraneo, definito dagli studiosi il bacino di prova del clima. È arcinoto che il nostro mare amplifica notevolmente le fenomenologie e che quindi, conseguentemente, ciò che nasce in area mediterranea nasce principalmente come scontro tra masse d’aria di opposta natura le cui caratteristiche vengono esaltate proprio durante questa dinamica conflittuale. Per noi, allora, deve diventare ormai un’abitudine avere a che fare con un sistema che sembra andato su di giri, perché all’estremizzazione legata esclusivamente a quel ΔL in più che viene utilizzato si aggiunge anche un fattore locale che non è certamente ininfluente e che alimenta tutto ciò che l’estremizzazione può potenzialmente produrre. Avremo modo, nei prossimi giorni, di vedere dimostrata questa semplice teoria, sia dal punto di vista prettamente “estremo” (calo sensibile delle temperature) e sia dal punto di vista “nostrano”, nel senso che il Mediterraneo saprà certamente come comportarsi laddove avrà modo di interagire con una massa d’aria fredda che, come dicevo all’inizio, appare notevole per questo inizio mese.

Vi invito quindi a non lasciarvi troppo prendere dall’emozione per non essere irretiti dal sensazionalismo e viviamo la prima bordata "fredda" della stagione autunnale come una semplicissima conseguenza di una dinamica del clima molto più vivace che, pur nuova, ormai è arrivata al punto che deve essere digerita.

[Billa]

Non ho minimamente l’intenzione di tediarvi con questi argomenti prettamente nozionistici, però se non ci si rifà a certi principi base per spiegare certe dinamiche, .

Come si può essere tediati da spiegazioni esposte in maniera così chiara e piacevole? Ce ne fossero tanti di più di questi post.Ti ringrazio tantissimo !!

[andrea.corigliano]

Come si può essere tediati da spiegazioni esposte in maniera così chiara e piacevole? Ce ne fossero tanti di più di questi post.Ti ringrazio tantissimo !!

Sono io che ti ringrazio...
Credimi, però, ma a volte un continuo riferimento alle regole può stancare, specie quando si vuole vivere un evento con passione pura. E lo capisco benissimo... Ma ieri, quando ho cominciato a leggere qualche 3d in cui si giudicava questo evento con parole un po' troppo pesanti, ho ritenuto opportuno tentare di contenere gli eccessi.

[zi pacciano]

Un’irruzione di aria fredda, intensa per il periodo, sta per interessare la nostra penisola. Vedere l’isoterma di 0 °C appoggiarsi sull’arco alpino e la +5 °C scendere fino alla Campania fa un certo effetto ai primi di settembre, come farà un certo effetto il salto termico che apprezzeremo entro le prossime 72 ore considerando che proveniamo da un periodo che, specie per il Centro-Sud, è stato complessivamente più caldo della norma fino all’altro ieri. Non dobbiamo però lasciarci troppo scuotere emotivamente da quanto sta succedendo e meravigliarci più di tanto perché, pur non togliendo nulla all’eccezionalità del fenomeno che si appresta a interessarci, credo che ormai dovremmo essere più che consapevoli del fatto che ogni estremo che l’atmosfera tende a riproporci, anche a breve distanza di tempo uno dall’altro, non debba essere giudicato fine a se stesso, bensì inserito all’interno di una linea evolutiva del clima che appare ormai chiara.

Al sentire la parola “cambiamento climatico”, però, qualcuno che storce il naso c’è sempre, perché la letteratura scientifica che si occupa di trattare tale argomento ha sempre associato a questo importante tema solo la modifica di tutti quei fattori astronomici che costruiscono, appunto, le condizioni medie dei parametri meteorologici su tutto il nostro pianeta: radiazione solare, inclinazione dell’asse terrestre, precessione degli equinozi, ecc… Focalizzando però l’attenzione solo su questo modo di intendere il clima, inteso quasi in modo macroscopico, si finisce per dimenticare che il nostro sistema climatico, alla fin fine, lavora come una macchina termica in cui c’è un bilancio energetico da conservare. Esiste anche quindi un problema che è interno al sistema, che possiamo definire microscopico in rapporto a ciò che avviene oltre il nostro pianeta e che non dipende dalle influenze di tutti quei fattori sopraccitati che agiscono come forzanti esterne. L’estremizzazione climatica, ovvero l’esatto significato da dare quando si parla di cambiamento climatico nel breve termine, non è una teoria che nasce per un record battuto, ma ha il suo fondamento, semplicemente, nella prima legge della termodinamica applicata al sistema terra-atmosfera e che, in sintesi, afferma due cose:

1) il calore è una forma di energia
2) questo calore può essere utilizzato sia per fare aumentare la temperatura del sistema e sia per permettere al sistema per compiere lavoro.

Non ho minimamente l’intenzione di tediarvi con questi argomenti prettamente nozionistici, però se non ci si rifà a certi principi base per spiegare certe dinamiche, si rimarrà sempre a bocca aperta ogni volta che l’atmosfera muoverà i propri passi proprio come ha fatto ultimamente, in particolare con le eccezionali ondate di caldo di questa estate e con la bordata fredda imminente. Se è vero che la deriva dell’effetto serra ha portato ad avere in atmosfera una maggiore concentrazione di gas attivi nell’infrarosso, è anche vero che questa radiazione ha comportato un aumento dell’energia che rimane intrappolata e che non riesce più a liberarsi nello spazio. Se ora ci chiediamo come viene sfruttato questo ΔE, si arriva facilmente a spalmare l’eccesso energetico in un incremento della temperatura ΔT del sistema e in una quantità di energia che verrà immessa nei motori atmosferici che fanno il nostro tempo per produrre nuovo lavoro ΔL: significa, in pratica, che gli anticicloni da un lato e le depressioni dall’altro sfruttano questa marcia in più per dar vita a fenomeni più incisivi, siano essi di natura calda che di natura fredda. Queste estremizzazioni, quindi, non sono altro che una valvola di sfogo del sistema climatico e, fin tanto apprezzeremo un aumento della frequenza delle stesse, vorrà dire che il sistema è ancora in fase di accumulo e non di dissipazione energetica.

Da non dimenticare, tuttavia, che tutto questo discorso ricopre una notevole rilevanza specialmente se rapportato al nostro bacino del Mediterraneo, definito dagli studiosi il bacino di prova del clima. È arcinoto che il nostro mare amplifica notevolmente le fenomenologie e che quindi, conseguentemente, ciò che nasce in area mediterranea nasce principalmente come scontro tra masse d’aria di opposta natura le cui caratteristiche vengono esaltate proprio durante questa dinamica conflittuale. Per noi, allora, deve diventare ormai un’abitudine avere a che fare con un sistema che sembra andato su di giri, perché all’estremizzazione legata esclusivamente a quel ΔL in più che viene utilizzato si aggiunge anche un fattore locale che non è certamente ininfluente e che alimenta tutto ciò che l’estremizzazione può potenzialmente produrre. Avremo modo, nei prossimi giorni, di vedere dimostrata questa semplice teoria, sia dal punto di vista prettamente “estremo” (calo sensibile delle temperature) e sia dal punto di vista “nostrano”, nel senso che il Mediterraneo saprà certamente come comportarsi laddove avrà modo di interagire con una massa d’aria fredda che, come dicevo all’inizio, appare notevole per questo inizio mese.

Vi invito quindi a non lasciarvi troppo prendere dall’emozione per non essere irretiti dal sensazionalismo e viviamo la prima bordata "fredda" della stagione autunnale come una semplicissima conseguenza di una dinamica del clima molto più vivace che, pur nuova, ormai è arrivata al punto che deve essere digerita.

molto esaustivo specie per chi come me è neofita..
L'aumento dell'energia deltaE mette "benzina" anche agli anticicloni?..e come?
Il mar Mediterraneo è concausa di amplificazione degli anticicloni o tende a smorzarli?
Perchè con maggior energia a disposizione dei sistemi,la temperatura deve obbligatoriamente aumentare?

[andrea.corigliano]

molto esaustivo specie per chi come me è neofita..
L'aumento dell'energia deltaE mette "benzina" anche agli anticicloni?..e come?
Il mar Mediterraneo è concausa di amplificazione degli anticicloni o tende a smorzarli?
Perchè con maggior energia a disposizione dei sistemi,la temperatura deve obbligatoriamente aumentare?

Ti rispondo facendo un discorso, spero il più esaustivo possibile, per coprire tutte e tre le domande.

Come dicevo, tutto si basa sul primo principio della termodinamica: dE = dU + dL
Significa, in pratica, che se l’aumento delle concentrazioni dei gas serra portano ad un incremento dell’energia che rimane intrappolata in atmosfera perché c’è più radiazione infrarossa che viene rinviata alla Terra da parte dei gas, allora questa energia può essere utilizzata in due modi:
1) per incrementare l’energia interna del sistema (sarebbe dU)
2) per compiere del lavoro (dL)

L’energia interna del sistema è l’energia che deriva dal moto delle molecole. Supponendo che una molecola abbia massa “m” e velocità “v”, la sua energia cinetica è data semplicemente da

U = 1/2 mv2

da cui si deduce che l’energia del sistema non sarà altro che la somma di tutti i contributi delle energie cinetiche di tutte le molecole. Se quindi aumenta l’energia U, è facile intuire che l’unico parametro che può modificarsi in questa formula è la velocità, visto che la massa si deve conservare. Per semplificare ulteriormente il problema, supponiamo ora che le molecole che costituiscono l’aria siano costituite da un solo atomo che possiamo identificare come un punto materiale nello spazio. Affinché questo punto possa essere individuato, c’è bisogno di tre coordinate che forniscano la sua posizione rispetto ad una terna di assi x, y e z. Per questo motivo, si dice allora che l’atomo possiede tre gradi di libertà e infatti la formula dell’energia cinetica si può scomporre nelle tre componenti del vettore di velocità “v” con cui l’atomo si muove. Possiamo quindi scrivere:

U = 1/2 m(vx)2 + 1/2 m(vy)2 + 1/2 m(vz)2

dove (vx), (vy) e (vz) indicano le tre componenti del vettore velocità lungo i tre assi. A questo punto, per il teorema dell’equipartizione dell’energia, bisogna sapere che ad ogni grado di libertà della molecola corrisponde a 1/2 kT di energia termica. Se i gradi di libertà sono tre, allora l’energia termica sarà data da 3/2 kT, dove k è la costante di Boltzman e T e la temperatura: da qui si deduce, allora, che se aumenta l’energia interna del sistema aumenta la sua temperatura. Il discorso è molto più complesso, perché bisogna tener conto che le molecole dei gas serra sono poliatomiche e quindi sono diversi i moti a cui possono andare incontro. Il concetto basilare però è quello che ho appena spiegato.

La restante energia viene utilizzata per produrre lavoro dL. Nel caso di un recipiente chiuso da un pistone si può pensare ad un lavoro si espansione del gas che finisce per sollevare il pistone stesso. Se proiettiamo questo modo di vedere le cose anche in atmosfera, possiamo paragonare il tutto, ad esempio, ad un’avvezione calda o fredda che sposta una cupola anticiclonica verso nord o una saccatura verso sud (la cupola e la saccatura sarebbero il pistone). Quindi questa energia trasformata in lavoro dL, sarebbe proprio la benzina che darebbe un’ulteriore apporto energetico sia ad un anticiclone africano per portare verso l’Italia intense ondate di calore e sia a una saccatura polare per portare una goccia fredda a imperversare su di noi.

Quanto al Mar Mediterraneo, il nostro bacino è concausa di amplificazione di quanto proviene dall’esterno di esso, perché allo scontro delle masse d’aria che avviene alle nostre latitudini si somma l’effetto dell’orografia e il fatto che, mediamente, le nostre acque sono più calde di 4 °C di quelle del vicino Atlantico. In questo caso, quindi, si tratta di amplificazione di fenomeni legati più a circolazioni cicloniche e non anticicloniche. Lo stallo anticiclonico che, purtroppo, sembra interessarci spesso tra l’autunno e l’inverno non dipende dal Mediterraneo, semmai da quel dL di cui ho parlato prima. Solo che qui, il concetto di espansione del pistone che ho fatto prima deve essere visto proprio come l’espansione della cella di Hadley verso nord.

Spero di essere stato sufficientemente chiaro

[steph]

Ti rispondo facendo un discorso, spero il più esaustivo possibile, per coprire tutte e tre le domande.

Come dicevo, tutto si basa sul primo principio della termodinamica: dE = dU + dL
Significa, in pratica, che se l’aumento delle concentrazioni dei gas serra portano ad un incremento dell’energia che rimane intrappolata in atmosfera perché c’è più radiazione infrarossa che viene rinviata alla Terra da parte dei gas, allora questa energia può essere utilizzata in due modi:
1) per incrementare l’energia interna del sistema (sarebbe dU)
2) per compiere del lavoro (dL)

L’energia interna del sistema è l’energia che deriva dal moto delle molecole. Supponendo che una molecola abbia massa “m” e velocità “v”, la sua energia cinetica è data semplicemente da

U = 1/2 mv2

da cui si deduce che l’energia del sistema non sarà altro che la somma di tutti i contributi delle energie cinetiche di tutte le molecole. Se quindi aumenta l’energia U, è facile intuire che l’unico parametro che può modificarsi in questa formula è la velocità, visto che la massa si deve conservare. Per semplificare ulteriormente il problema, supponiamo ora che le molecole che costituiscono l’aria siano costituite da un solo atomo che possiamo identificare come un punto materiale nello spazio. Affinché questo punto possa essere individuato, c’è bisogno di tre coordinate che forniscano la sua posizione rispetto ad una terna di assi x, y e z. Per questo motivo, si dice allora che l’atomo possiede tre gradi di libertà e infatti la formula dell’energia cinetica si può scomporre nelle tre componenti del vettore di velocità “v” con cui l’atomo si muove. Possiamo quindi scrivere:

U = 1/2 m(vx)2 + 1/2 m(vy)2 + 1/2 m(vz)2

dove (vx), (vy) e (vz) indicano le tre componenti del vettore velocità lungo i tre assi. A questo punto, per il teorema dell’equipartizione dell’energia, bisogna sapere che ad ogni grado di libertà della molecola corrisponde a 1/2 kT di energia termica. Se i gradi di libertà sono tre, allora l’energia termica sarà data da 3/2 kT, dove k è la costante di Boltzman e T e la temperatura: da qui si deduce, allora, che se aumenta l’energia interna del sistema aumenta la sua temperatura. Il discorso è molto più complesso, perché bisogna tener conto che le molecole dei gas serra sono poliatomiche e quindi sono diversi i moti a cui possono andare incontro. Il concetto basilare però è quello che ho appena spiegato.

La restante energia viene utilizzata per produrre lavoro dL. Nel caso di un recipiente chiuso da un pistone si può pensare ad un lavoro si espansione del gas che finisce per sollevare il pistone stesso. Se proiettiamo questo modo di vedere le cose anche in atmosfera, possiamo paragonare il tutto, ad esempio, ad un’avvezione calda o fredda che sposta una cupola anticiclonica verso nord o una saccatura verso sud (la cupola e la saccatura sarebbero il pistone). Quindi questa energia trasformata in lavoro dL, sarebbe proprio la benzina che darebbe un’ulteriore apporto energetico sia ad un anticiclone africano per portare verso l’Italia intense ondate di calore e sia a una saccatura polare per portare una goccia fredda a imperversare su di noi.

Quanto al Mar Mediterraneo, il nostro bacino è concausa di amplificazione di quanto proviene dall’esterno di esso, perché allo scontro delle masse d’aria che avviene alle nostre latitudini si somma l’effetto dell’orografia e il fatto che, mediamente, le nostre acque sono più calde di 4 °C di quelle del vicino Atlantico. In questo caso, quindi, si tratta di amplificazione di fenomeni legati più a circolazioni cicloniche e non anticicloniche. Lo stallo anticiclonico che, purtroppo, sembra interessarci spesso tra l’autunno e l’inverno non dipende dal Mediterraneo, semmai da quel dL di cui ho parlato prima. Solo che qui, il concetto di espansione del pistone che ho fatto prima deve essere visto proprio come l’espansione della cella di Hadley verso nord.

Spero di essere stato sufficientemente chiaro

Magnifica spiegazione, Andrea!!!
Complimenti

Eh, la fisica dei gas e dell'atmosfera spiega molte cose.....

[Lorenzo Catania]

Grande Andre
Lo studio della termodinamica prima o poi ci serve a qualcosa, eh?

[Burian&Rodan]

Molto molto interessante

Mentre leggevo ho ritrovato tutti i concetti e le formule studiate molto tempo fa

Quindi l'ipotesi del tuo discorso verte sul fatto che il sistema termodinamico Terra applica la compensazione-trasformazione Calore-Lavoro sulla base del I° Principio della Termodinamica e quindi le "estremizzazioni" fredde e calde e la loro energia e velocità avvettiva altro non sono che aspetti opposti della stessa medaglia

In pratica non andiamo nè verso il Global Warming nè verso la PEG

[francescoviscardi]

Sempre preziosissimi lampi di cultura scientifica. Ottimo! Buona giornata.

[andrea.corigliano]

...Quindi l'ipotesi del tuo discorso verte sul fatto che il sistema termodinamico Terra applica la compensazione-trasformazione Calore-Lavoro sulla base del I° Principio della Termodinamica e quindi le "estremizzazioni" fredde e calde e la loro energia e velocità avvettiva altro non sono che aspetti opposti della stessa medaglia...

Esattamente, questa tua frase sintetizza correttamente quello che ho voluto dire!

...In pratica non andiamo nè verso il Global Warming nè verso la PEG

Attualmente non possiamo dirlo. Possiamo solo affermare che ora come ora il sistema climatico si trova in questo stato. Come dicevo prima, il fatto che notiamo il ripetersi di episodi estremi concentrati nel tempo significa che il bilancio energetico è ancora positivo, e cioè c’è più energia che viene accumulata di quella che viene dissipata. Queste estremizzazioni possono essere viste come una corda di un violino che, una volta pizzicata, comincia a vibrare. Se aumento la pressione per pizzicare la corda, allora le vibrazioni aumentano ma senza arrivare ad ampiezze infinite: raggiunta la massima elasticità la corda si rompe e il violino non si può più suonare (nuovo stato di equilibrio). Allo stesso modo il nostro sistema climatico: in realtà non conosciamo quale sia il suo grado di elasticità e fino a quando lo scambio meridiano può andare avanti. Se per caso dovessimo arrivare a rompere questa soglia critica, ci troveremmo anche in questo caso in una nuova situazione di equilibrio del sistema strettamente correlata a forzanti interne che innescherebbero feedback negativi o positivi. Su chi vincerà, bisognerà vedere il peso di ogni singola componente in un verso e nell'altro. Visto la complessità del nostro sistema, è molto difficile dirlo a priori.