La Risonanza Stocastica e le glaciazioni

**francesco.nucera** · 12/05/2008, 22:05

Rifacendomi ad un Topic simile e ad una vecchia discussione sull'argomento era glaciale, volevo illustrarvi il meccanismo della Risonanza Stocastica proposto nel 1981 dal prof. Roberto Benzi (ex mio docente di meteorologia dinamica Roma Tor Vergata

), dai prof. Sutera e Vulpiani (Sapienza)per spiegare una ipotesi delle glaciazioni.
La domanda che uno si può porre è SE effettivamente basti una qualsiasi forzatura x fare avvenire una nuova glaciazione.
Come sappiamo, non si è ancora riusciti a capire cosa provocano queste glaciazioni. Ma il prof. Benzi dice questo. "Per mostrare una risonanza stocastica (scoperta molto importante ed utilizzata in molti contesti fisici), un sistema deve essere non-lineare".

Vediamo meglio. Le glaciazioni sono il risultato di oscillazioni climatiche tra stati di equilibrio, possiamo ipotizzare che il tutto si svolga come la pallina nella buca di potenziale.

Come facciamo a tirarla fuori? Prenderla direttamente con la mano, bè ci avevo pensato ma mi sa che è troppo semplice.

Come faccio allora a tirare questa pallina dalla buca. Semplice!!! Fornendo energia. La pallina uscirebbe se avesse adeguata energia, ovvero SE l’ampiezza della forzante avesse una sufficiente energia a toglierla dalla buca… Che vuol dire?
Prendiamo un oscillatore non lineare. (consiglio di vedere qui http://it.wikipedia.org/wiki/Moto_armonico in basso la rappresentazione del “Moto armonico forzato con termine di smorzamento”.)
L'oscillatore contiene un termine forzante che sarebbe il pezzo a destra. Se la forzatura è debole, il sistema oscilla in una buca di potenziale e il salto avverrebbe a seconda dell’energia. Ma se nell’oscillatore (nella equazione che lo rappresenta) proviamo ad aggiungere a quel termine forzante, un termine di Forcing Stocastico (chiamato rumore bianco, in gergo) il sistema oscillerebbe. Ma quando il rumore sarebbe nel verso giusto allora il sistema potrebbe fare dei salti da uno stato all’altro. A patto però che la varianza sia alta. Ad esempio, una variazione dell’eccentricità o dell’inclinazione oppure la precessione degli equinozi porterebbe una minore costante solare, dunque fungerebbero da causa scatenante. Ma queste cause da sole non ce la farebbero a produrre le glaciazioni anche se il rumore potrebbe fornire energia per i salti. Ma, se le fluttuazioni fossero tutte nelle stessa direzione, ad esempio degli inverni particolarmente rigidi, questi potrebbero portare il clima verso un nuovo stato. Badate bene che la cosa è improbabile ma NON impossibile. Ed una volta che si è raggiunti questa una nuova condizione sarebbe più semplice da mantenere poiché varierebbe l’albedo data la maggior presenza.
In altre parole, se un segnale è troppo debole per attivare una reazione, una certa misura di “rumore” (acustico, elettronico o climatico che esso sia) può spingere l’effetto inizialmente modesto del segnale oltre la soglia che scatena la reazione. Ma deve trattarsi della giusta misura di rumore però: troppo rumore potrebbe fare “sparare” il sistema in continuità, senza alcun riguardo al segnale; troppo poco rumore può non creare nessuna differenza.

**terence88z** · 12/05/2008, 22:58

Hai appena aperto un post veramente interessante complimenti!! Praticamente è simile al "punto di non ritorno" del prof. Madrigali riguardo alla teoria dell'era glaciale. Credo sia una discussione molto interessante, che entra pienamente nel campo della fisica. Quando l'energia data alla"pallina" nella buca potenziale non è sufficente, essa compie delle piccole oscillazioni, e finirà per tornare al punto da cui è passata. Si ha così un normale moto armonico, in cui le oscillazioni possono essere anche leggermente diverse, ma non di molto, perchè nella buca potenziale vi è comunque un equilibrio stabile!
Una volta che l'enrgia è tale da far salire la pallina lungo la parete si raggiungerebbe il cosiddetto "punto di non ritorno", creandosi un nuovo ciclo, ma diverso dal precedente (poichè non si conoscono i delineamenti della nuova parete).
L'attribuzione, quindi, del fenomeno fisico della buca potenziale al fenomeno delle ere glaciali, credo sia azzeccata!

**francesco.nucera** · 13/05/2008, 08:35

In una delle mie innumerevoli discussioni con il prof.Benzi (vedi qui suo CV) mi disse che il fenomeno delle glaciazioni può essere spiegato con il meccanismo della Risonanza Stocastica. Tra l’altro, il prof. Benzi, ha ricevuto un premio accademico internazionale qualche anno fa x alcune scoperte anche inerenti le anomalie climatiche e anche per tale scoperta che viene utilizzata in molti settori tra cui in biologia.
Ora, le glaciazioni sono un evento periodico con scale di 10^5 anni. La causa ad esempio può essere la variazione dell’eccentricità dell’orbita . Ma, come mostrato poco fa con l’oscillatore armonico forzato con termine di smorzamento, tale variazione sembrerebbe non essere sufficientemente grande da generare le enormi modificazioni climatiche. Solo con la presenza del termine di “Rumore bianco” è possibile amplificare gli effetti della dinamica planetaria innescando l’ era glaciale (rispettando alcune condizioni)

**Lorenzo Catania** · 13/05/2008, 08:45

Teoria davvero interessante e da approfondire.
Ma tu cosa ne pensi? Il rumore potrebbe essere collegato anche ad eventi (chiaramente ad alta frequenza) che si verificano direttamente sul Pianeta come Ciclo Nino-Nina, oscillazioni della QBO e quant'altro?

**francesco.nucera** · 13/05/2008, 08:49

Originariamente Scritto da Lorenzo Catania

Teoria davvero interessante e da approfondire.
Ma tu cosa ne pensi? Il rumore potrebbe essere collegato anche ad eventi (chiaramente ad alta frequenza) che si verificano direttamente sul Pianeta come Ciclo Nino-Nina, oscillazioni della QBO e quant'altro?

ai blocchi orografici (vedere la mia dispensa (appendice) pubblicata in home page)

**Lorenzo Catania** · 13/05/2008, 08:51

Giusto, se non è alta frequenza quella ...

**terence88z** · 13/05/2008, 11:18

Originariamente Scritto da francesco.nucera

ai blocchi orografici (vedere la mia dispensa (appendice) pubblicata in home page)

Scusami, per caso mi potresti spiegaremeglio dove posso trovarela tua dispensa?
grazie

**Jerry** · 13/05/2008, 11:22

Originariamente Scritto da terence88z

Scusami, per caso mi potresti spiegaremeglio dove posso trovarela tua dispensa?
grazie

http://www.meteonetwork.it/comitato/...di-persistenza

**terence88z** · 13/05/2008, 13:54

Grazie mille presidente

**matmet** · 13/05/2008, 18:41

Originariamente Scritto da Lorenzo Catania

Teoria davvero interessante e da approfondire.
Ma tu cosa ne pensi? Il rumore potrebbe essere collegato anche ad eventi (chiaramente ad alta frequenza) che si verificano direttamente sul Pianeta come Ciclo Nino-Nina, oscillazioni della QBO e quant'altro?

In questo paper del 1999 si suggerisce che prorpio una serie di oscillazioni ENSO possa costituire il rumore che "spinge" il sistema oltre il threshold nel contesto di un sistema con due stati di equilibrio.

ENS0 (El Nino and the Southern Oscillation) is considereads a stochastic
driver that excites the atmospheric anomaly states, such as Pacific North American
pattern. This can make th 11e- year solar activity forcing feasible to climate through
stochastic resonance -- a phenomenon that amplifies a weak input to a nonlinear
bistable system by the assistance of noise.

In quest'altro articolo la risonanza stocastica è utilizzata per spiegare il rapido passagio da un modo di circolazione oceanica profonda ad un altro.