Eva De Vecchis

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,

Articolo tratto dalla Newsletter n° 021 di marzo 2025 Il 19 febbraio si è svolto a Bologna, presso la Terza Torre della Regione Emilia-Romagna, il primo incontro in presenza dedicato al coordinamento della modellistica meteorologica italiana, organizzato da Agenzia ItaliaMeteo. Questo incontro rappresenta un passo importante con il quale l’Agenzia mira a realizzare il suo compito di coordinamento e armonizzazione delle diverse realtà operanti nel settore. In particolare, l’evento ha coinvolto coloro che si occupano dello sviluppo e del mantenimento operativo di modelli numerici previsionali da Agenzie ed Enti da tutta Italia. La risposta della comunità scientifica è stata particolarmente positiva, con la partecipazione di 63 persone in presenza e 20 da remoto. L’evento, tenutosi in modalità ibrida, ha permesso di coinvolgere anche colleghi geograficamente distanti, favorendo un confronto inclusivo e aperto.  L’incontro ha fatto seguito a una prima riunione online in cui è stata effettuata una ricognizione dei principali sistemi modellistici utilizzati in Italia: ICON, WRF e MOLOCH. Da questa ricognizione è emersa la volontà da parte dell’Agenzia ItaliaMeteo di promuovere un coordinamento strutturato delle attività modellistiche nazionali.  L’organizzazione dell’incontro dedicato alla modellistica meteorologica italiana La giornata dedicata alla modellistica meteorologica italiana si è aperta con un intervento introduttivo del Direttore di ItaliaMeteo, Carlo Cacciamani, che ha sottolineato l’importanza della collaborazione tra coloro che si occupano di modellistica previsionale per ottimizzare e valorizzare le capacità distribuite in tutta Italia. Cacciamani ha anche espresso la volontà di costituire il Tavolo di Coordinamento Permanente della Modellistica Numerica.  È stata poi la volta di una breve introduzione sull’attività operativa, di ricerca e di sviluppo dell’Agenzia ItaliaMeteo. Il sistema modellistico di riferimento per l’Agenzia, basato sul modello ICON (www.icon-model.org, www.cosmo-model.org), si distingue per la sua consolidata collaborazione internazionale e per l’elevato livello di portabilità su sistemi HPC (High-Performance Computing), sia su processori standard che grafici. Una caratteristica fondamentale di ICON è la sua capacità di simulazione dei fenomeni atmosferici su diverse scale spaziali (dal globale al LES – Large Eddy Simulation) e temporali (dalle previsioni a breve termine a simulazioni climatologiche), garantendo prestazioni ottimali nelle verifiche comparative.  La situazione del sistema previsionale ad alta risoluzione Il sistema previsionale ad alta risoluzione italiano, ICON-2I, è attualmente operativo sui cluster HPC del Cineca grazie a risorse messe a disposizione dall’Agenzia. Lo sviluppo della catena modellistica, basata sul sistema modellistico sviluppato negli anni da Arpae Emilia-Romagna, è frutto della collaborazione tra ItaliaMeteo, Arpae Emilia-Romagna e Cineca, con il supporto degli enti del Consorzio COSMO. La catena previsionale è costituita da due corse giornaliere con previsioni fino a 3 giorni, da una corsa di ensemble di 20 membri, che permette di stimare l’incertezza dei fenomeni che si prevedono, e da corse con frequenza trioraria con previsioni fino a 24 ore, importanti in fase di monitoraggio. Le condizioni iniziali di tutte le catene previsionali sono fornite dal sistema di assimilazione dati KENDA (Kilometer-scale Ensemble Data Assimilation), basato su un metodo di ensemble Kalman filter mediante il quale vengono assimilate osservazioni da stazioni al suolo, radiosondaggi, aerei e radar.  Nel corso del 2025, inoltre, è prevista l’attivazione del nuovo sistema HPC dedicato ad ItaliaMeteo, che l’Agenzia ha fortemente voluto e finanziato, che consentirà di incrementare decisamente le capacità di calcolo e, di conseguenza, di migliorare le tempistiche e l’affidabilità della produzione, nonché la qualità del modello grazie al potenziamento dello sviluppo.  Le forme di collaborazione favorite da ItaliaMeteo ItaliaMeteo intende promuovere forme di collaborazione aperte con tutti i soggetti interessati, favorendo la partecipazione su temi comuni attraverso diverse modalità:  Per perseguire questo obiettivo, sono stati istituiti gruppi di lavoro su tematiche di rilievo, tra cui:  La conclusione dell’incontro I presenti all’incontro dedicato alla modellistica meteorologica italiana si sono quindi suddivisi nei diversi gruppi, utilizzando anche il momento del pranzo come occasione di confronto e di scambio di idee. All’interno dei singoli gruppi sono scaturite idee per progetti quali la rianalisi, all’interno del gruppo di assimilazione, e la visualizzazione dei prodotti previsionali nel gruppo dell’implementazione operativa. Per altri gruppi, come quello di verifica, nowcasting e utilizzo dei dati osservativi, la prima fase è stata una ricognizione dei sistemi presenti operativamente per cercare di definire come ottimizzare le risorse già presenti sul territorio. Il gruppo di sviluppo del modello ha lavorato attivamente focalizzandosi su alcuni temi che verranno studiati in attività in collaborazione quali la previsione in ambito urbano, lo studio della microfisica e la definizione di un insieme di casi studio comuni per il confronto dei risultati. L’incontro dedicato alla modellistica meteorologica italiana si è concluso con una sessione plenaria di sintesi delle discussioni e delle azioni che saranno intraprese dai singoli gruppi. Il filo conduttore degli interventi, sia nell’assemblea plenaria che nei diversi gruppi, è stato la ricerca di sinergie progettuali su temi di interesse comune, con particolare attenzione alla complementarità tra le diverse tecnologie modellistiche.  Questo incontro rappresenta una prima tappa fondamentale nel percorso di collaborazione tra le diverse Agenzie ed Enti operanti nel settore. Questa giornata, che si prevede diventi un appuntamento annuale, sarà affiancata dall’attività continuativa dei gruppi di lavoro che si incontreranno con modalità e frequenza definite autonomamente per discutere dei temi proposti.  Virginia Poli(Agenzia ItaliaMeteo e Arpae Emilia-Romagna) Thomas Gastaldo (Agenzia ItaliaMeteo e Arpae Emilia-Romagna)  Chiara Marsigli (Arpae Emilia-Romagna) 

Articolo tratto dalla Newsletter n° 020 di dicembre 2024 Le tecnologie per la transizione energetica esistono già, ma il tempo stringe. Abbandonare i combustibili fossili è necessario: la crisi climatica non aspetta. Il libro di Nicola Armaroli e Vincenzo Balzani ci spiega perché e come possiamo riuscirci. Nuova edizione del bestseller – scritto da Nicola Armaroli (Dirigente di ricerca del CNR) e Vincenzo Balzani (Professore emerito dell’Università di Bologna) – che racconta al grande pubblico la realtà della maggiore transizione energetica della Storia. Le tecnologie che ci servono a completarla sono già a nostra disposizione. Ma il tempo stringe. La 28a conferenza delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici ha riconosciuto la necessità di “abbandonare i combustibili fossili”. Fin dalla prima edizione nel 2008, questo libro spiega perché e come dobbiamo raggiungere questo obiettivo. Bisogna capire che cos’è l’energia: come la produciamo, come la consumiamo e quali sono i suoi impatti sulla salute e sull’ambiente. Il passo successivo è scegliere non se, ma come agire. La decarbonizzazione è già in corso, ma procede troppo lentamente.Non è un problema tecnologico: le rinnovabili sono un settore maturo, così come l’efficientamento energetico. La transizione energetica richiede decisioni e investimenti che non tutti, e non tutti i paesi, sono disposti a fare o hanno la possibilità di fare. Gli interessi in gioco sono molti. Spesso si dà fiducia a “innovazioni green” discutibili, che fanno il gioco dei maggiori inquinatori del pianeta. La crisi climatica, però, non aspetta. Il libro è stato vincitore del premio letterario Galileo per la divulgazione scientifica e fa parte della collana Chiavi di lettura di Zanichelli. Sono libri autorevoli scritti da personalità di spicco del mondo della scienza. Affrontano temi di rilievo per la realtà contemporanea con un linguaggio chiaro e rigoroso. Mettono in risalto il collegamento tra la storia delle idee e i confini della ricerca, e aiutano a capire come la scienza e la tecnologia influenzano il nostro modo di vivere e di pensare. Inoltre, sono ricchi di spunti in ottica orientativa per i più giovani”.