Approfondimenti

Patrizia Favaron Oltre i nostri sensi, ma sempre qui Sentiamo spesso dire che il Mondo non si limita a ciò che il nostro sistema sensoriale (ed il cervello) ci permette di percepire. E noi, che ci occupiamo a vario titolo di meteorologia, siamo ben familiari con questo concetto dai risvolti non proprio piacevolissimi. Per esempio: il vento c’è, ma chi lo ha mai veduto? Con l’aria trasparente? E chi, invece, ne ha avvertita la presenza con il tatto? Specialmente quando è debole? Qualcuno o qualcuna più esperta di me in biologia evoluzionistica potrebbe aggiungere del suo, e dire che certo, i nostri sensi si sono evoluti molto, ma non per farci scrivere dei bellissimi paper accademici. Se mai, per scovare prede, allevare e proteggere cuccioli, trovare un compagno o una compagna, eccetera – la meteorologia, in effetti, è venuta “un po’” dopo, giusto qualche manciata di milioni di anni… Lungi da me voler ribattere qualcosa al riguardo: l’è minga el me mestée. Non è il mio mestiere. Però, posso forse fare qualcosa di più diretto – meglio, non lo so: giudicherete voi. Mostrandovi un aspetto della realtà che non riusciamo a cogliere con la vista o qualche altro modo, senza un aiutino: il mondo, osservato nel campo dell’infrarosso termico. L’immagine che vediamo rappresenta in particolare la temperatura radiometrica (l’ho ottenuta con una termocamera di quelle “professionali ma non da ricerca” – di più non potevo permettermi 😊 – e macchine di questo tipo sono usate di solito nei cantieri e negli impianti per localizzare punti caldi o freddi, e cose così: l’impiego “in Natura” non credo fosse stato preventivato dal loro costruttore). E già in questo modo ci rivela un aspetto che non solo non potevamo vedere, ma neanche immaginare: non solo esistono dei gradienti termici tra un punto e l’altro della superficie terrestre, ma questi sono molto grandi. Quello in figura è ancora, tutto sommato, modesto. Ma immaginiamoci d’essere uno di quegli insemini che passano la loro vita al riparo delle cortecce: l’ambiente che li ospita può passare dall’essere un frigorifero ad un forno nel giro di un centimetro, a volte meno. Il “gradiente”, lo ricordo qui per chi non abbia molta dimestichezza con queste cose, è il rapporto tra la variazione di una grandezza (la temperatura, nel nostro caso) e della lunghezza lungo la quale questa si verifica. Magari la differenza tra le due temperature, massima e minima, non sembra grandissima. Ma se la misuriamo lungo una distanza piccolissima, di un centimetro o pochi millimetri, il gradiente fa più che in fretta a esplodere! Isole di calore, ed altre cose così Il fenomeno dell’isola di calore, la differenza di temperatura che c’è tra i centri urbani e le aree rurali vicine, è conosciuto ormai da tutte e tutti noi, non foss’altro che per abitudine. Sfinimento, direi quasi. E molto se ne è scritto, per grandi e piccoli (io, che a volte mi sento un po’ bimba, ho apprezzato molto questa descrizione). Ma, potremmo anche vederla, avessimo una vista abbastanza acuta e “generalista”? Patti, ma che razza di domanda del tubo: In sintesi: certo che sì, e persino a piccolissima scala! La superficie coperta dalla figura qui sopra non arriva ai 4 metri quadri. E già dentro questa briciola di superficie vediamo un’isola di calore, minuscola, estremamente ben marcata. La stessa cosa capita, se confrontiamo un’intera città con la campagna circostante. E volendo, persino dentro la stessa città! Le aree costruite tendono ad essere impermeabili, e così, necessariamente, tutta l’energia che in condizioni naturali sarebbe finita in atmosfera come calore latente (evaporazione, in pratica), vi verrà riversata come calore sensibile (aumento di temperatura percepita). Ma le superfici artificiali non sono mica tutte uguali: Un climatizzatore naturale “Meraviglia.” Cammini in mezzo alla Natura, persino quella addomesticata di un parco, e la sensazione che provi non può che trovare la sua sintesi definitiva in una sola parola: meraviglia. Non c’è che dire, comunque: quella che riempie i nostri occhi e le nostre menti è, comunque, una meraviglia molto attiva. Pochi decimi di secondo, così ho letto. Tanto basta alle piante per orientare (se possono) le loro foglie verso il Sole, e per girare i cloroplasti in modo che si espongano in modo ottimale alla luce. Altrettanto, non più, per aprire o chiudere gli stomi, quelle minuscole bocchine che, a migliaia, si trovano per lo più sulla pagina inferiore delle foglie, e permettono alle piante di regolare la propria permeabilità all’acqua (ed all’ossigeno, all’anidride carbonica, …). Permeabilità, perché. Le piante sono, in effetti, le principali attrici del processo di evapotraspirazione. Lo regolano, a loro beneficio. Su scale così grandi, da modificare il funzionamento dell’atmosfera. Fanno per sé, ed anche per noi, animali, adattati nei milioni di anni all’ambiente creato dalle piante. Lo studio del comportamento delle piante in presenza (o meno) di radiazione solare è, davvero, affascinante. Un intreccio strettissimo tra Fisica solare, Fisica dell’atmosfera, Fisiologia, Ecologia degli ecosistemi. È uno degli argomenti in cui più facilmente vediamo al lavoro le connessioni nascoste in piena vista del sistema-Terra. E gli strumenti ci permettono di coglierle meglio. Nel modo più diretto. Chiudo qui, accennando solo al fatto che colleghi e colleghe attivi nel campo della micro-meteorologia le termografi le usano in modo sistematico, e che molte di loro finiscono in paper accademici e altre pubblicazioni (cercate, e troverete 😊). Grazie per l’attenzione, e, intanto, grazie alla Tecnica che ci permette di vedere più lontano!

Articolo tratto dalla Newsletter n° 021 di marzo 2025 In Europa occidentale il clima si sta riscaldando con particolare rapidità. In Francia, ad esempio, le temperature medie giornaliere dal 1950 al 2022 mostrano un aumento di oltre 1,5°C a causa del cambiamento climatico. Le temperature massime giornaliere invece sono aumentate da due a tre volte in più rispetto alla media globale e le heatwaves sono in aumento (Ribes et al 2022, Vautard et al 2023). Le proiezioni climatiche indicano un aumento delle temperature estreme in Europa occidentale, ma solo pochi degli attuali modelli catturano l’ampiezza di questo fenomeno. Ovviamente, il semplice aumento della temperatura media, a causa del cambio climatico antropico, rende gli estremi più frequenti. Ma ci sono sempre più indizi che fanno pensare che questo riscaldamento in eccesso sia legato in qualche misura anche a cambiamenti nella circolazione atmosferica. Vautard et al (2023) ha suggerito che pattern di pressione che favoriscono flussi di vento da sud e condizioni anticicloniche sull’Europa siano in aumento, portando a temperature elevate. Per esprimere il concetto in termini semplici, la questione principale che si pone è la seguente: perché le heatwaves stanno aumentando? È dovuto all’innalzamento della temperatura media, il che fa sì che una certa soglia di temperatura venga superata più frequentemente? Oppure è il risultato di un aumento delle condizioni meteorologiche che portano ad heatwaves, come anomalie anticicloniche tipo blocking atmosferici o persistenti configurazioni di vento da sud? Con un leggero abuso di linguaggio, queste due spiegazioni sonocomunemente denominate effetto termodinamico e effetto dinamico. È chiaro che questi due elementi non sono indipendenti, ma rappresentano piuttosto paradigmi opposti, e la verità sarà probabilmente una combinazione di entrambi. In questo studio, si è utilizzato un algoritmo per identificare e caratterizzare le depressioni profonde nell’Atlantico e in Europa durante l’estate, analizzando la loro evoluzione nei dati storici e nei modelli climatici. L’obiettivo è comprendere meglio il loro legame con le heatwaves, un aspetto finora poco studiato. Si sono usati dati della Rianalisi ERA5, e dati prodotti dai modelli partecipanti al progetto CMIP6. L’algoritmo è molto semplice: percorre la regione euro atlantica con quadrati di 15°×15° in latitudine e longitudine. All’interno di ogni quadrato, individua il minimo di altezza geopotenziale a 500 hPa, e poi applica un criterio di scala spaziale e un criterio di profondità di almeno 110 m rispetto ai margini circostanti (vedere l’articolo originale per tutti i dettagli). Se un minimo di questo tipo viene trovato nel quadrato per un certo giorno, allora si attribuisce una depressione profonda (deep depression, DD) al centro del quadrato per quel giorno. Risultati principali dello studio L’analisi delle depressioni profonde nella regione euro-atlantica è riassunta nella Figura 1. Come si vede, il numero medio di giorni con DD (DD-day) per la stagione estiva è massimo lungo una banda che va approssimativamente dall’est del Canada alle isole britanniche. In effetti l’algoritmo di conteggio delle depressioni ritrova la classica stormtrack estiva media. Si vede anche un trend positivo e statisticamente significativo a est-sudest del massimo di stormtrack, mentre un trend negativo si registra lungo la costa orientale del Nord America. L’aumento di DD-day nei 73 anni analizzati è considerevole: porta quasi a un raddoppio del loro numero nelle aree di massimo trend. Nella Figura.2 si analizza un po’ più in dettaglio l’area di forte trend positivo, indicata con il rettangolo verde in Figura1. Nel panello a si ritrova il forte aumento di DD-day visto in Figura1 e la sua variabilità interannuale. Il numero medio di DD‐days per estate è passato da 7.6 nel periodo 1950–1974 a 12 nel 1998–2022. Le mappe composite delle anomalie di temperatura (pannello b) mostrano che le depressioni nell’atlantico orientale sono accompagnate da temperature elevate in Europa centrale e occidentale, con un pattern simile a quello tipicamente osservato durante le ondate de calore (vedi Stefanon et al 2012). Un aspetto cruciale dello studio riguarda l’incapacità degli attuali modelli climatici globali (CMIP6) di riprodurre le tendenze osservate nelle depressioni profonde. Nessuno dei 20 modelli analizzati è stato in grado di simulare l’aumento nell’Atlantico orientale, e molti sottostimano il numero totale di DD-day. I trend lineari dei modelli, calcolati con lo stesso metodo utilizzato per ERA5, sono riportati in rosso sul pannello a. Discussione Questi risultati, tutto sommato semplici, ci portano ad una serie di considerazioni. In primo luogo, perché i DD-days portano alte temperature in Europa? Molto rimane da investigare sul legame tra heatwave e depressioni. Le recenti heatwaves (come quelle di luglio 2022 e giugno 2019) sono state associate a cicloni persistenti nella regione atlantica orientale, suggerendo una spiegazione semplice che coinvolge l’avvezione di temperature provenienti da sud sul lato orientale del ciclone. Tuttavia, non bisogna dimenticare che le depressioni, o le cut-off lows, non sono le uniche responsabili delle ondate di calore: anche i sistemi di alta pressione persistenti, come il blocking atmosferico, sono molto comuni in Europa occidentale, e questi sistemi interagiscono con le cut-off lows: le depressioni nella media troposfera riscaldando la colonna atmosferica, potenzialmente favoriscono o rinforzano un blocco sul loro lato est. Un’alta pressione sull’Europa continentale ha un effetto di riscaldamento locale per subsidenza, ma potrebbe a sua volta anche rallentare i sistemi di bassa pressione nell’Atlantico orientale, rendendoli più persistenti. Inoltre, gli effetti diabatici nella zona frontale a est di un ciclone (il warm conveyor belt) possono fornire aria calda al blocco, amplificandolo. Un altro punto che resta da capire è la ragione fisica dell’aumento di queste depressioni. Si tratta di variabilità naturale della circolazione delle medie latitudini o di un segnale causato da una forzante su larga scala? Ed è di origine naturale o antropica? Nell’articolo originale si trova une descrizione dinamica del fenomeno, ma che resta parziale. In breve, mentre il riscaldamento della superfice continentale americana potrebbe spiegare una diminuzione del jet-stream e della stormtrack nell’Atlantico occidentale, l’aumento dell’attività nell’Atlantico orientale è meno chiaro. L’incremento della baroclinicità in questa zona è dovuto a un aumento del wind-shear associato a uno spostamento del jet verso sud-est, ma il legame causale con l’aumento dei cicloni nella

Articolo tratto dalla Newsletter n° 021 di marzo 2025 La conoscenza e comprensione dei fenomeni che avvengono nel mare è sempre limitata da un fattore determinante: il mare è in continua evoluzione e quindi cambia il suo stato nel tempo e nello spazio. Questo è da sempre un cruccio per gli oceanografi che, dagli albori di questa scienza, cercano di inventarsi metodi e strumenti che possano ovviare ai limiti imposti dalla vastità dell’oceano. La sfida è ardua e l’oceano rimane ancora inesplorato e con fenomeni poco chiari e non descritti a sufficienza. L’avvento dei satelliti ha permesso di ottenere una conoscenza approfondita dei processi che interessano gli strati più superficiali ma, ahinoi, il satellite non vede in profondità. E a volte è proprio lì, negli abissi, che sono custoditi molti dei segreti che l’oceano conserva. La tecnologia sta facendo balzi da gigante nel campo delle misure oceanografiche e siamo giunti ad utilizzare dei veri e proprio droni marini che, in completa autonomia, solcano gli oceani misurando i parametri fondamentali che caratterizzano l’ambiente marino. Tra i precursori di questa nuova era della esplorazione marina, ci sono sicuramente gli strumenti denominati Argo Float. Argo è il progetto internazionale (https://argo.ucsd.edu/) che ha come scopo finale l’osservazione su scala globale delle principali caratteristiche fisiche dell’oceano dalla superficie fino a 2000 m di profondità. Il nome Argo è stato scelto per la collaborazione con il programma satellitare di osservazione terrestre Jason, cha ha lo scopo di studiare la forma della superficie oceanica (nella mitologia greca, Giasone – Jason – navigò sulla sua nave Argo alla ricerca del vello d’oro). Iniziato alla fine degli anni ‘90, il programma prevede la copertura di tutti gli oceani con almeno 4000 strumenti che funzionano in modo quasi sincrono e tale da fornire una visione quasi sinottica della struttura verticale del campo di temperatura e salinità. Nella figura 1 è rappresentata la mappa in cui sono riportate le posizioni di tutti gli Argo float attivi e che hanno trasmesso una posizione e i profili misurati alla data della mappa. Come funzionano gli Argo float La natura molto spesso fornisce delle soluzioni a problemi che possono sembrare complessi. Gli Argo float, autonomamente, affondano e risalgono e, una volta in superficie, grazie alla trasmissione satellitare, inviano i dati ai centri di raccolta sulla terra. Ma come è gestito in autonomia lo spostamento verticale? Si riproduce in sostanza il comportamento dei pesci che variano il volume della vescica natatoria per spostarsi da una profondità ad una superiore/inferiore. L’Argo float ha una sua vescica che può essere gonfiata o sgonfiata facendo variare di conseguenza il volume dello strumento. Il volume è legato alla densità attraverso la relazione: densità=massa/volume. Pertanto, se la vescica del float aumenta di volume (si pompa dell’olio presente in un circuito interno) la densità diminuisce e viceversa. Se la densità dello strumento è minore di quella dell’oceano, il float ha un moto ascensionale, se invece avviene il contrario (densità dello strumento maggiore di quella dell’oceano) lo strumento affonda. Un sensore di pressione regola la profondità massima che il float può raggiungere (definita come parking depth posta di solito pari a circa 1000 m). Quindi, arrivati sul punto di rilascio, il float è pronto per immergersi e, lanciato in acqua (passo 1 in figura 2a), affonda fino alla profondità di 1000 (passo 2 in figura 2a) e rimane a questa profondità per 10 giorni trasportato dalla corrente (passo 3 in figura 2a). Scaduti i 10 giorni, lo strumento fa un ulteriore tuffo fino a 2000 m (passo 4) da dove comincia la risalita fino in superficie (passo 5), misurando temperatura e salinità dell’oceano. Raggiunta la superfice, attende il passaggio di un satellite della costellazione Iridium (passo 6), trasmette i dati raccolti e si immerge nuovamente (passo 7). Lo schema del ciclo di lavoro è rappresentato in figura 2 ed è ripetuto dallo strumento fino a quando le batterie lo consentono. Tra i risultati più significativi ottenuti da questi strumenti c’è sicuramente la misura del contenuto di calore dell’oceano da 0 a 2000 m che ha messo in evidenza come l’oceano abbia assorbito più del 90% del calore in eccesso prodotto dal riscaldamento globale del pianeta (figura 2b). Applicazione degli Argo float nell’oceano polare Nonostante un potenziale davvero straordinario e quindi le possibilità di osservare l’oceano come mai successo in passato, un notevole gap conoscitivo persiste nell’esplorazione marina specialmente degli ambienti polari. I poli rappresentano un laboratorio straordinario per conoscere la storia climatica del nostro pianeta e per cercare quindi di intuire il futuro; rispondono molto più rapidamente ai cambiamenti climatici e hanno il potenziale di creare cambi repentini dello stato climatico del nostro pianeta (Schmidt e Hertzberg, 2011). Da ormai un trentennio, il Programma Nazionale di Ricerche in Antartide (PNRA), è impegnato anche nello studio dell’oceanografia del Mare di Ross. L’importanza di questo bacino costiero del continente antartico è legata alla produzione di una massa d’acqua relativamente salata e fredda (Orsi e Wiedrwhol, 2008) che costituisce una frazione significativa del volume totale delle acque più dense del pianeta che, a loro volta, alimentano la grande circolazione termoalina del pianeta (Rahmstorf, 2003). Nel corso degli anni, le campagne estive condotte nell’ambito del PNRA hanno permesso di descrivere nel dettaglio i processi di formazione di queste acque salate e attraverso ancoraggi fissi di strumentazione, è stato possibile misurare la variabilità nel corso dell’anno ma solo in pochi punti del mare di Ross e a quote prestabilite (Castagno et al., 2019). Poco o nulla è noto riguardo la variabilità dei principali parametri fisici lungo la colonna d’acqua durante il periodo invernale, quando il mare di Ross è ricoperto dal ghiaccio marino. In questo periodo, nessuna nave da ricerca può raggiungere queste aree e i satelliti ovviamente non vedono la superficie del mare ma misurano solo la copertura del ghiaccio marino. Nel 2020, i ricercatori presenti a bordo della nave italiana Laura Bassi, in collaborazione con i colleghi dell’Istituto di Oceanografia e Geofisica Sperimentale di Trieste (OGS) che gestiscono sul fronte italiano il programma Argo,