Un vaso di Pandora

[steph]

Hansen 2

Ad inizio anni 80 pubblicò, con altri colleghi del GISS, un resoconto degli scenari che lo indussero ad una prima forte presa di posizione a proposito del ruolo sempre più marcato da parte delle emissioni di CO2 sulla forzatura del clima.

Hansen, J., Johnson, D., Lacis, A., Lebedeff, S., Lee, P., Rind, D., and Russell, G. 1981: Climate impact of increasing atmospheric carbon dioxide. Science, 213, 957-966.

In questo lavoro, pubblicato nel 1981, Hansen e i suoi colleghi notavano come il trend al riscaldamento riemerso a partire dalla decade precedente - dopo un trentennio di relativo raffreddamento dovuto ad un mix di fattori naturali (variabilità interna del sistema) e antropici (aerosol) - che trovava riscontro nei dati di osservazione reali, fosse ampiamente consistente con l’output delle simulazioni secolari effettuate nel loro modello del clima globale.




E questo riscaldamento era, secondo loro, perlopiù indotto dall’incremento dei GHG di origine antropica. Il loro modello prevedeva gli impatti sulla temperatura media globale (scarti dal valore medio iniziale, anni 50) fra il 1950 e il 2100 dati da diversi scenari di emissioni fossili per differenti ratio di crescita energetica e fonti energetiche.




Per tutta la decade, mentre continuava la sua incessante ricerca, Hansen rese attenti su questi rischi.
Fino ad un'altro momento che probabilmente, dopo quello iniziale del dicembre 1963, segnò la sua futura carriera professionale. Mi riferisco alla sua famosa audizione al Congresso statunitense del 23 giugno 1988, attraverso la quale rese esplicita la situazione in atto, proponendo una chiara e significativa proiezione e, contemporaneamente, rendendo attenta l’opinione pubblica e il mondo politico sui rischi connessi. Quell’audizione divenne sicuramente un momento topico, ma non tanto per il presunto primo punto di incontro fra scienza del clima e politica (come erroneamente si crede, poiché in realtà quel punto di incontro avvenne più di 20 anni prima), quanto per la consapevolezza popolare unita al tentativo di azione ma anche di reazione politica che ne seguì.

In realtà la prima volta che il mondo politico si occupò della cosa fu nel lontano 1965, quando l’allora presidente americano Lyndon Johnson chiese ai membri della sua President’s Science Advisory Committee (PSAC) di stilare un rapporto sui potenziali problemi derivanti dalle varie forme di inquinamento ambientale e dal generale impatto causato delle attività antropiche. Il cambiamento climatico, allora, non era ancora sull’agenda politica nazionale, ma, in un’appendice di 23 pagine che oggi appare in tutta la sua prescienza, i membri del Panel tracciarono uno scenario forte nel quale si manifestava il rischio di un rapido mutamento del clima terrestre a causa delle emissioni di CO2 da combustione fossile. Il Panel si concludeva con questa frase:

Industrial activities had become a global, geophysical force to be recognized and reckoned with. With estimated recoverable fossil fuel reserves sufficient to triple atmospheric carbon dioxide, man is unwittingly conducting a vast geophysical experiment. With the emission of just a fraction of that, emissions by the year 2000 could be sufficient to cause measurable and perhaps marked climate change (PSAC 1965).

Ed ecco cosa diceva Lyndon Johnson in un messaggio speciale al Congresso, sempre nel 1965:




Ma torniamo ad Hansen. In seguito a quell’audizione, cominciò anche a subire forti pressioni dal mondo politico.
Hansen fu probabilmente solo il primo – ma il più famoso – fra gli scienziati del clima a subire incessanti pressioni politiche volte a sminuire quel che la ricerca gli aveva permesso di capire e far sapere: una prima volta non più di un anno dopo la famosa audizione da parte della presidenza di Bush padre (riportata fedelmente nel film “Una scomoda verità”), una seconda (e meno famosa ma probabilmente più drastica) volta 15 anni dopo sotto la presidenza di Bush jr che radicalizzò ancora di più il rapporto fra la ricerca sul tema e le decisioni assai poco disinteressate della sua ex amministrazione, e che rischiò di penalizzare Hansen a tal punto da mettere a rischio il suo lavoro (in quanto dipendente di un ente governativo come la NASA, le sue feroci critiche al tentativo asfissiante di manipolare i risultati e imbavagliare la stessa ricerca da parte politica lo esposero parecchio).


Comunque: in quell’audizione Hansen presentò una proiezione che contemplava 3 scenari, poi ripresa in un successivo paper nel quale approfondiva il modello e gli scenari che ne derivavano.
Nel prossimo post vedremo un sunto di queste proiezioni e qualche verifica con i dati reali.

Stay tuned….................

[clayco]

Molto interessante mi accodo ai complimenti

[clayco]

sempre Hansen

http://www.climatemonitor.it/?p=1367...1#comment-1496

[steph]

Hansen 3

Eccoci a comparare gli scenari previsti da Hansen con i riscontri termici reali.
Cominciamo con qualcosa che normalmente non si fa quasi mai (di solito i paragoni si fanno sulle tendenze delle T globali, ed è quello che faremo nel prossimo ed ultimo post su Hansen): un paragone fra la configurazione spaziale delle anomalie termiche stagionali previste e la configurazione effettivamente osservata.

Nell’estate del 1988, in un paper pubblicato poco dopo la famosa audizione al Congresso, Hansen et al. fecero una proiezione improntata su 3 scenari (A, B e C) che dipendevano dalle ipotetiche future concentrazioni dei principali GHG (CO2, CH4, CFC ecc.) insieme con alcune ipotesi di future eruzioni vulcaniche.

Hansen, J., I. Fung, A. Lacis, D. Rind, Lebedeff, R. Ruedy, G. Russell, and P. Stone, 1988: Global climate changes as forecast by Goddard Institute for Space Studies three-dimensional model, J. Geophys. Res., 93, 9341-9364

I dettagli cambiavano per ogni scenario, ma, in sostanza, l’effetto netto consisteva in un’assunzione di crescita esponenziale (lineare) [costante dal 2000 in avanti] dei forcing nello scenario A (B) [C]. Gli scenari B e C prevedevano anche un’eruzione vulcanica simile nell’intensità a quella di El Chicon nel 1995. Per supportare il set di possibilità date dalle proiezioni, fu essenzialmente scelto di optare per una tipologia di stime alte, medie o basse. Nel paper si specificava che lo scenario medio (B) era probabilmente il più plausibile dei 3.

These scenarios are designed to yield sensitivity experiments for a broad range of future greenhouse forcings. Scenario A, since it is exponential, must eventually be on the high side of reality in view of finite resource constraints and environmental concerns, even though the growth of emissions in scenario A (≈1.5% yr-1) is less than the rate typical of the past century (≈4% yr-1). Scenario C is a more drastic curtailment of emissions than has generally been imagined; it represents elimination of chlorofluorocarbon (CFC) emissions by 2000 and reduction of CO, and other trace gas emissions to a level such that the annual growth rates are zero (i.e., the sources just balance the sinks) by the year 2000. Scenario B is perhaps the most plausible of the three cases.

In quel paper, fra le altre cose, Hansen et al. fecero anche 2 proiezioni riguardanti la distribuzione e l’intensità delle anomalie termiche della decade successiva (anni 90) durante le due stagioni invernale ed estiva.
Vediamo le mappe originali e proviamo a confrontarle con i dati reali.











Pur considerando che le proiezioni originali, oltre alla media di riferimento 1951-1980 (di cui ho tenuto conto), facevano capo alle T a 2m sia sulle terre che sugli oceani (e dunque non alle SST, negli ultimi anni più fresche delle T dell’aria sui mari), si può dire che in generale le stime coincidono abbastanza bene con i dati misurati, soprattutto in JJA e nello scenario A per la configurazione spaziale e invece in quello B ovviamente per la magnitudo dell’anomalia.

Qualche divergenza appare qua e là, al di là del fatto che non so fino a che punto sia corretto fare questo tipo di confronti (ribadisco che sia più corretto farlo per l’andamento delle T globali, vedi prossimo e ultimo post su Hansen), credo si possano approfondire almeno 2 punti:

[1] la divergenza nella T estiva sugli USA;
[2] la divergenza nella T invernale nella baia di Baffin, fra il Canada nordorientale e la Groenlandia occidentale.

[1] Siamo su un pixel molto piccolo a scala globale e su una sola decade a scala temporale, e come sempre la variabilità regionale non-climatica non andrebbe comparata con il trend climatico a scala globale, in considerazione del fatto che la temperatura è una variabile stocastica, con margini di errori che si distribuiscono in maniera residuale casuale. Inoltre occorrerebbe, semmai, disaggregare i vari effetti che agiscono su scale ridotte.
Ma tant’è: gli USA, nei 90, si sono leggermente riscaldati (nel SW) risp. raffreddati (nel SE), quasi all’opposto della proiezione di Hansen.
Ci sono sicuramente più fattori che spiegano questa configurazione, associati ad es. all’idrologia superficiale (impossibile prevedere una decade prima, con esattezza, la siccità che ha caratterizzato il SW degli USA nei 90) , alle variabilità oceaniche (PDO e ENSO sono i maggiori responsabili della variabilità inter- e pluriannuale su scala regionale, a maggior ragione su aree continentali vicine al Pacifico, e non si può pensare di ricavare dettagli regionali se non si riesce, ad es., a prevedere l’ENSO con più di un anno di anticipo) nonché all’effetto sull’albedo e soprattutto sull’evaporazione provocato dal land use e dal cambiamento nella land cover (sostituzione di foreste - nella costa atlantica - e di prati - nel Midwest - con campi agricoli).
Insomma: il noise stocastico tipico della variabilità interna a cui soggiace il sistema climatico è un fattore assai potente su scale sub-continentali e sub-secolari, tipicamente regionali e intradecadali.

[2] Discorso simile, qui abbiamo a che fare con la difficile proiezione (a fine anni 80) del pattern di circolazione atmosferica della NAO che avrebbe dominato nella decade successiva.
La NAO, in modalità positiva per gran parte degli inverni degli anni 90, ha fortemente condizionato gli scarti termici non solo in positivo sull’Europa, ma ovviamente anche in negativo proprio in quell’area.




Nel prossimo ed ultimo post su Hansen confronteremo la proiezione degli andamenti termici globali dei 3 scenari con l’andamento realmente misurato.

Stay tuned…….

[steph]

Hansen 4

Valutiamo, da ultimo, la proiezione dell’andamento della T globale con i riscontri reali.

Occorre subito dire che queste simulazioni, suddivise in uno spettro di 3 risultati associati a 3 scenari di emissioni (A, B, C), erano conseguenza di singole corse e non (come oggi è prassi) il risultato di un ensemble di corse con condizioni iniziali di contorno leggermente perturbate (ad es. da un differente stato dell’oceano), solitamente effettuate per poter mediare il più possibile il “rumore di fondo” dato dalla variabilità ad alta frequenza (intra- ed interannuale) e poter estrarre, dall’andamento generale, il segnale forzato dalle perturbazioni radiative. In sostanza per poter smorzare le fluttuazioni di breve periodo ed attendere che emerga il trend di fondo.
Il run di controllo iniziale partiva da condizioni di fine anni 50 e usava dei forcing radiativi indotti dalle emissioni di GHG di metà anni 80 (e susseguenti proiezioni), per cui questo è lo starting point della comparazione, dunque circa due decadi.

Quanto accurati furono dunque gli impatti sulle temperature globali dati dagli scenari proposti da Hansen nel 1988?

Due premesse:

[1] la proiezione faceva riferimento alle T a 2m, sia sulle terre che sugli oceani.
Il GISS propone due stime: l’indice delle stazioni meteorologiche di terra (Station Data, SD) e un index terre-oceani (Land-Ocean, LO, che usa cambiamenti nelle temperature oceaniche rilevati dai satelliti, in aggiunta alle stazioni meteorologiche di terra).
Il primo è probabile che sovrastimi un po’ il vero trend delle temperature superficiali globali dell’aria, poiché gli oceani non si scaldano alla stessa velocità delle terre emerse;
il secondo è probabile, invece, che sottostimi il vero trend, dal momento che la temperatura dell’aria sopra gli oceani tende ad aumentare più rapidamente delle SST (negli ultimi anni le due serie storiche mostrano una divergenza).
In un paper che Hansen et al. hanno pubblicato nel 2006, oltre ad usare entrambi i dataset, viene suggerita come probabilmente più realistica una stima che sta in una via di mezzo fra le due.

Hansen, J., Mki. Sato, R. Ruedy, K. Lo, D.W. Lea, and M. Medina-Elizade, 2006: Global temperature change. Proc. Natl. Acad. Sci., 103, 14288-14293.

Cmq è utile ricordare che la proiezione del 1988, come detto, si basava sulle T dell’aria a 2m, avvicinandosi quindi, semmai, alla prima stima.

[2] una valutazione accurata della bontà del modello richiede un comparazione anche fra i forcing radiativi previsti e quelli osservati nel mondo reale. È quello che farò in seguito.

************

[1] Come già segnalato, Hansen et al. ritenevano come più plausibile lo scenario B. Ed infatti, ecco come nel grafico originale (primo) evolve la loro proiezione dei 3 scenari, poi nel secondo grafico, oltre a riprendere i 3 risultati del modello, ecco inseriti pure l’andamento delle due stime del GISS (il dataset SD e quello LO, aggiornati a fine 2007). Si nota, in effetti, come lo scenario più vicino ai dati reali della T a 2m sia proprio lo scenario B.





Da metà anni 80 i trend nei 3 scenari (pur se due decadi non sono certamente ancora sufficienti per determinare la sensibilità climatica di un modello e per valutare l’andamento di lungo periodo) sono i seguenti:
scenario A: 0.39 +/- 0.05 gradi C/decade;
scenario B: 0.24 +/- 0.06 gradi C/decade;
scenario C: 0.24 +/- 0.05 gradi C/decade, simile in sostanza al B, ma come di vede dal grafico originale, è proprio a partire da questi anni che il B e il C divergono ampiamente, e questo – nonostante scenari forzanti assai diversi – a causa dell’effetto di mascheramento nelle componenti forzanti dato dalla variabilità naturale sul breve periodo (e 20 anni, dal punto di vista climatico, è un periodo breve).

I trend nel mondo reale sono i seguenti.
dataset SD: 0.24 +/- 0.07 gradi C/decade;
dataste LO: 0.21 +/-0.06 gradi C/decade.


[2] Il grafico seguente rappresenta la proiezione nell’evoluzione dei forcing radiativi effettuata nel paper originale. Da notare come, negli scenari B e C, si prevedesse un’eruzione vulcanica nel 1995, dunque 4 anni dopo quella effettivamente avvenuta del Pinatubo!
Ma i forcing vulcanici, essendo imprevedibili ed inseriti quindi in modalità casuale, li tralasceremo.





Il prossimo grafico rappresenta, invece, 3 andamenti dei forcing osservati: uno che include tutti i forcing radiativi (eccetto i vulcani), un altro simile ma senza l’effetto radiativo del ciclo solare ed infine il terzo che include solo i forcing dati dai WM-GHG (quindi quello che più si avvicina ai 3 scenari del modello di Hansen et al.). Tutti i dati dei forcing sono stati inseriti in modo da avere ovviamente la metà degli anni 80 come starting point.
Da notare ancora due cose: la fluttuazione a cui soggiace il primo andamento, riconducibile al ciclo quasidecadale del sole (essendo, dei 3, l’unico che comprende il forcing solare) e il leggero incremento del forcing effettivo da parte del terzo andamento (GHG only) rispetto al secondo, riconducibile sostanzialmente all’assenza dell’effetto di dimming dato dagli aerosol.



Si vede come, indipendentemente dagli andamenti scelti, lo scenario più vicino alle osservazioni sia anche in questo caso il B. La differenza di questo scenario con gli andamenti dei forcing radiativi reali equivale ad una sovrastima fra il 5% (considerando solamente la miglior stima dei forcing totali) e il 10%, mentre ad es. supererebbe il 50% per lo scenario A e sarebbe inferiore a più del 25% per lo scenario C.


Insomma: proprio come gli andamenti termici, anche i forcing radiativi reali hanno seguito il più plausibile fra gli scenari previsti nel 1988: lo scenario B. E questo nonostante il modello prevedesse una sensibilità climatica maggiore della stima attuale e nonostante il fatto che, come già detto, 20 anni sono ancora insufficienti per valutare l’andamento di lungo termine e/o per smussare la casualità data dalle fluttuazioni di breve periodo.

***************

Come valutare, alla fine, il lavoro di Hansen? Nel complesso direi molto positivo, regge bene gli anni, considerate le premesse.
Nonostante le critiche e le correzioni apportate nel frattempo alla sensibilità climatica, direi tutto sommato che pure l’ultimo modello analizzato denota una buona performance complessiva. Ma quest’ultimo modello, indirettamente, mostra però anche i limiti di una tale verifica: il tempo.


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

[clayco]

Ancora sorprese dentro il vaso

http://qualenergia.it/view.php?id=840&contenuto=Documento

le nuove proiezioni del MIT alzano di molto l'incremento delle temperature entro fine secolo. (da Paolo Moretti)

[Climavariante]

Non potevo esimermi da fare un enorme complimento a Steph su questa splendida e completa review sulla modellistica climatologica

[steph]

Non potevo esimermi da fare un enorme complimento a Steph su questa splendida e completa review sulla modellistica climatologica

Ti ringrazio e benvenuto fra noi!

Volevo ancora, per chiudere il discorso del mio post precedente, postare il grafico che mostra la divergenza (grossomodo nelle ultime 3 decadi) fra le temperature superficiali dell'aria e le SST, queste ultime più fresche delle prime.




Special guest della prossima puntata (che inizierò a postare a breve): l'IPCC


Stay tuned......

[steph]

Critica della ragione scettica ai modelli climatici. Parte 4 - anni 90: IPCC 1



Il Panel dell'ONU istituito nel 1988 dalla WMO e dall'UNEP con lo scopo di valutare le informazioni scientifiche disponibili sul cambiamento climatico, propone, nei suoi primi 3 report degli anni 90/inizio 2000, alcuni scenari, frutto della sintesi di diverse proiezioni modellistiche.

Per oggi, vediamo di far "parlare" solamente le figure, poi in un prossimo ed ultimo intervento aggiungerò alcuni commenti.

Primo rapporto IPCC: FAR (1990)
Secondo rapporto IPCC: SAR (1995)
Terzo rapporto IPCC: TAR (2001).

GISS: dataset che favorisce la copertura spaziale (anche artica) ma attraverso interpolazioni a lungo raggio (con le inevitabili incertezze);
HadCRU: dataset con copertura spaziale più ridotta e meno omogenea (riduce le incertezze interpolando poco i dati) e quindi variabile nel tempo e con eccessivo peso dato agli oceani che sale nel tempo;
RSS: rilevazione satellitare, ovviamente non misura la T superficiale (o la T a 2m), ma quella troposferica.






Evoluzione della temperatura globale degli ultimi decenni. I punti rappresentano i valori annui (quadrati rossi: dati NASA, cerchi blu: Hadley Centre), le linee sono i trend smussati sui 7 anni. La zona grigia rappresenta, per un confronto, la paletta delle proiezioni dei modelli (dal 1990) dell'ultimo rapporto IPCC (Rahmstorf et al., 2007).






To be continued, stay tuned.............

[Climavariante]

I'm staying tuned..
alla fine di questa emozionante rassegna un pò di riflessioni andranno fatte.