It's the sun, stupid!/ 3

...e i GCMs non ne tengono conto! E se ne tengono conto, lo trattano come una costante e non come una forzante variabile! Già. Questo mito ramificato dei negazionisti, recentemente tornato alla ribalta (se ne parla nei commenti di un recente post su climalteranti e oca chiede cerini per illuminarci un articolo in uscita il prossimo giorno del pesce d'aprile ;-), ha una certa allure, ammettiamolo! Ma è proprio vero quel che si asserisce?

Allora: la prima parte della question è mal posta. Quali GCMs non ne tengono conto, sarebbe meglio dire. Perché, ovviamente, molti trattano l'irradianza solare (detta costante solare) esattamente per quel che è, cioè la principale forzante esterna naturale del sistema climatico. Che, come si sa, è tutt'altro che costante, ma vedremo dopo in che modo.
Intanto ricorderei, en passant, che i modelli *non* lavorano di fantasia (una delle tante fantasie a cui giunge un noto commentatore su climalteranti, evidentemente innamorato del latte di mamma Watts :D. Semplicemente lavorano a partire da quel che la basic atmospheric physics ci dice a proposito del comportamento dell'atmosfera nel mondo reale. E nel mondo reale, ovviamente, il sole e la sua energia radiante sono parte integrante della variabilità climatica forzata e agiscono, in quanto tale, sul bilancio energetico globale del pianeta e quindi sullo stato termico.
Come si può vedere ad es. qui (tratto da questo lavoro dell'U.S.CCSP) ce ne sono parecchi che tengono conto dell'irradianza solare. In che modo? In maniera fissa e costante?
La seconda parte della question è già velocemente liquidata guardando alle fonti: naturalmente, essendo l'esempio riportato risalente al periodo dell' AR4 (ultimo rapporto IPCC 2007, stato della letteratura scientifica vagliata risalente a fine 2005), le fonti delle ricostruzioni solari (es. Hoyt e Schatten 1993, Lean 1995 e 2000) sono un po' vecchiotte e oggi superate dalle più recenti ricostruzioni (ad es. quelle di Wang 2005, di Preminger 2006, di Krivova 2007, di Tapping 2007, di Svalgaard 2007, della stessa Lean 2008 o di Steinhilber 2009).
Vediamo qui anche i 22 modelli dell'archivio dell'AR4. 11, come si vede, tengono conto della forzatura variabile solare indotta dal ciclo undecennale della TSI (sopra), mentre gli altri 11 usano un'irradianza solare costante (sotto).

Ora: a questo punto nulla ci vieta di tornare back to basics e alla letteratura scientifica about it:

> Manabe e Wetherald, già 35 anni fa, costruivano un modellino che teneva conto della forzante solare variabile, basta andare a rileggerselo!

> Hansen et al., nel loro "famoso" paper del 1988, a pag. 9358 (quando parlano della sensitività climatica), esplicitano chiaramente il ruolo della forzante solare variabile assumendo una leggera forzante negativa indotta dalla decrescita della TSI dello 0.1% fra il massimo del 1979 e il minimo del 1986 (e ne esemplificano la cosa matematicamente nell'appendice B dedicata ai RF);

> Hansen e Lacis, giusto 20 anni fa, riprendono e chiariscono ulteriormente la cosa, giungendo anche a illustrare graficamente come il ciclo variabile del sole possa influenzare l'andamento termico globale, sovrimponendosi, insieme alla variabilità interna libera e stocastica delle condizioni atmosferiche e climatiche, al trend generale di fondo;

> Hansen et al. nel 1997 estendono la cosa nel famoso paper sulla risposta climatica a differenti RF (fra cui anche, come detto, la forzante solare variabile);

> Warren White dello Scripps (che ritroveremo anche in un post successivo), in due lavori pubblicati nel 1997 e nel 1998, spiega in che modo la variazione dell'irradianza solare incide sulle temperature oceaniche semi-superficiali (al di sopra del picnoclino);

> Hansen et al. nel 2007 rendono ancora più completo l'andamento dei RF; e la forzante solare variabile c'è ancora, ovviamente.

Ecco qui un grafico con gli scenari tratti dal lavoro del 1988 a cui sono aggiunti 3 andamenti dei forcing osservati: quello giallo rappresenta tutte le forzanti variabili non caotiche (quindi, ad es., sono esclusi i vulcani, mentre sono inclusi WM-GHG, aerosol di vario tipo con associati effetti, O3, H2O stratosferica, variazione dell'albedo data da BC su neve, land use, e irradianza solare), notare come si veda molto bene la variabilità ciclica della forzatura solare. La cosa può essere vista anche in estensione temporale nel seguente grafico tratto dal lavoro del 2007.

Un buon paper riassuntivo (datato 2006) sulla risposta del sistema climatico al forcing solare (= inteso come forzatura variabile nel tempo) è questo di Lennart Bengtsson del Max-Planck.

In questo draft e qui, invece, Tung e Camp analizzano la risposta termica superficiale della variabilità ciclica solare e cercano di determinarne la sensitività climatica. La loro conclusione è, da un lato, incoraggiante ma anche un po' disincantante: 0.2 gradi C per un normale ciclo fra minimo e massimo (con l'apice del segnale termico che viene raggiunto 2 anni dopo il max/min solare causa inerzia termica). D'altro canto, non eliminando il segnale vulcanico che alla frequenza di 11 anni è in fase nel periodo di rianalisi con il ciclo solare, questo lavoro viene un po' "debunkizzato" (e infatti il valore che viene comunemente riportato da molti altri studi è di circa la metà rispetto a quello di Camp e Tung e dunque con una fluttuazione di circa +/- 0.05 gradi C rispetto ad un valore medio della TSI).
Comunque, come viene detto nel blog di RC, una stima abbastanza naive direbbe che per avere un segnale termico di 0.15K (facciamo la metà fra quel che viene riportato da molti studi e quello di Camp e Tung) dato dal ciclo della TSI servirebbe un fattore di sensibilità climatica paragonabile ad un riscaldamento all'equilibrio di circa 3.7K per raddoppio di CO2; e questa è una sottostima, vista l'inerzia termica che smussa la risposta al ciclo undecennale (l'inerzia termica nell'atmosfera e nell'oceano media in un certo qual modo i periodi di maggior e minor luminosità del sole).
In soldoni: una sensibilità climatica decisamente maggiore rispetto alla media dei valori proposti dall'IPCC.

Tuttavia, già semplicemente assumendo nel modello quel che la basic physics ci dice (e quindi senza bisogno di invocare fenomeni ancora un po' "esotici" come la modulazione delle nuvole indotta dai raggi cosmici o altri aspetti) e senza neppure tener conto dei feedback chimici associati alla produzione di ozono stratosferico, la risposta termica con associate amplificazioni (di cui si tiene già conto, ad es. l'influenza di temperatura e circolazione sulle nuvole, l'aumento di vapore con la temperatura, l'estensione dei ghiacci marini) data dalle fluttuazioni dell'energia solare è più che sufficiente a dirimere la question. La cosa è spiegata essenzialmente in questo post di RC nel quale Pierrehumbert commenta questo interessante lavoro di analisi del solar-cycle warming nei modelli usati dall'IPCC da parte di Tung et al. Gli autori analizzano i 22 modelli dell'archivio dell'AR4 (quelli citati ad inizio post), tutti con condizioni iniziali al contorno caratterizzate da uno stato dell'oceano completamente dinamico, e la metà dei quali (come già detto) includono una forzatura solare variabile data dalla variazione undecennale della TSI (mentre gli altri usano una TSI costante). Solo i primi, ovviamente, mostrano un ciclo undecennale significativo nelle T superficiali (di circa 0.1K) ma lo fanno tutti e 11 e, cosa ancora più importante, il pattern spaziale della risposta è simile fra i modelli e le osservazioni empiriche.

Varrebbe ancora la pena di soffermarsi un ultimo istante su questo recentissimo lavoro della Lean, dal quale posto le ultime due immagini. Qui, senza se e senza ma, si afferma che la variazione dell'attività solare (come forzante variabile nel tempo) ha certamente un effetto sulle T globali e quindi anche sul GW. Ma rimane un fattore di secondaria importanza e percentualmente abbastanza irrilevante. Come dice Cacciamani su un post di climalteranti, nulla di scandaloso, quindi, se su un arco temporale breve (5-10 decenni) molti modelli (ma non tutti) mantengono *costante* la costante solare. E non certo perché il sole non conti (come vedremo nell'ultima parte della serie di post dedicata e come spesso erroneamente si sente dire e si legge su qualche bigoilblog) ma, come giustamente si chiedeva anche oca sul suo di blog, perché questa variazione, dal punto di vista energetico (che è quel che conta, no?), è molto piccola. Ed è ancora più piccola se prendiamo per buone le recentissime ricostruzioni solari di Svalgaard o di Steinhilber. Talmente piccola che, in paragone, la variazione decennale della radiazione solare superficiale misurata a terra dai piranometri è di almeno un ordine di grandezza superiore. E il forcing annuo dato dall'eccentricità dell'orbita terrestre 100 volte maggiore (nonostante Scafetta...).


Commenti

  1. Grazie dell'interessante post, anche se temo che nulla servirà a convincere i negazionisti.

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  2. Grazie dell'interesse! Sono d'accordo con te, ma essere negazionista, oggi, è un po' come giocare a golf: l'ignoranza colpevole (o la stupidità di cipolliana memoria?) non serve ma di certo aiuta!

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