It's the sun, stupid!/ 4 | tropismi...galattici

Definisco, metaforicamente, tropismi (in questo specifico tema) alcune affascinanti teorie con radici abbastanza lontane nel tempo ma solo recentemente emerse con nuova linfa e salite sulla ribalta, teorie con sostanza fisica di fondo che cercano di aggiungere nuove sfaccettature alla tanto discussa relazione fra il sole e il GW. Queste, così come alcune di quelle che segnalerò nelle prossime parti, definiscono un pattern che vede il sole come indirect driver del GW.
In una delle prossime puntate [post previsti nel corso dell'estate], userò invece un altro termine per alcune delle teorie più "bizzarre" con poca sostanza fisica di fondo (vuoi perché troppo "inquinate" da biases, vuoi perché troppo deboli, vuoi perché....davvero dissonanti ;-) affiorate di recente e che spesso si leggono in giro.
E da ultimo, poi, vedremo le modalità attraverso le quali il sole effettivamente influisce sul sistema oceano-atmosfera, e vedremo se ciò possa - anche solo parzialmente - contribuire a spiegare con una certa significatività il GW. Questa la linea tracciata che chiuderà il topic sul sole.

Questa prima categoria di teorie la suddivido in 2 sostanziali sottogruppi: (#1) quello che comprende l'influenza dei raggi cosmici galattici (GCR) e (#2) quello che fa capo all'attività geomagnetica del sole (GMA). Ad ognuno dei gruppi dedico un post.

Cominciamo con ...... i "tropismi galattici".



(#1) GCR: uno degli aspetti più discussi e su cui, fra l'altro, il CERN sta effettuando un ben noto esperimento (CLOUD). Riassumiamo velocemente quel che già si sa e poi vediamo i punti più discussi e cosa ci dicono i più recenti studi a riguardo:

la teoria dice che:

(a) la nuvolosità bassa (cumuli, stratocumuli e soprattutto strati), uno dei parametri più importanti nella determinazione dell'andamento termico globale - via albedo e associato mutamento del bilancio radiativo -, è influenzata dalla concentrazione di nuclei di condensazione (CCN), aerosol prodotti da varie sorgenti (polvere e sabbia, sale e materiale organico marino, black e organic carbon...) che dunque possono agire da forzante radiativa;
(b) la loro produzione è a sua volta influenzata dal processo di ionizzazione;
(c) processo a sua volta influenzato dall'intensità dei GCR che penetrano in atmosfera;
(d) intensità a sua volta modulata dalla forza del vento solare (nella forma di particelle energetiche che ne possono mascherare il flusso in arrivo sulla Terra), la fanno variare - nel corso di un ciclo - fino al 15%;
(e) vento a sua volta "controllato" dall'attività radiante e dalla forza magnetica del sole emanata dalle sue cicliche macchie e dalle facole (fenomeni indotti dalle caratteristiche magnetiche del sole).

Questa, a grandi linee, la base della teoria. Ecco qui un breve video che ne spiega i punti essenziali:



Che i GCR avessero qualche influenza sui processi atmosferici soprattutto associati alla condensazione e formazione di nuvole, è qualcosa che si sospettava già da molto tempo (sin dalla fine del XIX secolo con gli esperimenti d i C. T. R. Wilson, e poi ancora verso la metà del XX secolo, quando fu suggerita per la prima volta la connessione fra GCR e clima attraverso modulazioni solari: si veda ad es. qui). Fu però solamente a partire dagli anni 70 che il fenomeno fu studiato più a fondo. Finché negli anni 90 il danese Henrik Svensmark divenne famoso per aver elaborato una teoria abbastanza sostanziosa e che riconciliava alcuni elementi del puzzle fino ad allora ancora difficilmente incastrabili (si veda il primo paper con Friis-Christensen, o anche qui). Ancora oggi, più di un decennio dopo quel famoso lavoro di Svensmark, ci si rifà a lui e ai suoi scritti, alle sue belle correlazioni statistiche e ai suoi esperimenti di laboratorio (pur con tutte le enormi incertezze a riguardo: il laboratorio *non* è l'atmosfera reale!) come base di partenza e campo di expertise sul tema.
Questo lavoro di Carslaw et al. pubblicato nel 2002 (e aggiornato un paio di anni fa) ne riassume i punti basilari. Da notare che recentemente lo stesso Svensmark ha proposto un'altra modalità con la quale l'ipotesi GCR-nubi basse sembrerebbe manifestarsi: quella associata alle improvvise ed effimere diminuzioni dei GCR (eventi Forbush, dal nome dell'astrofisico che li scoprì) in occasione di forti, improvvise e fiammanti emissioni di massa dalla corona del sole.
Ciò che sostanzia le connessioni causali fra le 5 parti elencate sopra sono relazioni fisiche conosciute: ad es. la (a) e il suo importante ruolo nel bilancio radiativo globale e quindi nel cambiamento climatico, la (b), la (d) e la (e). Le lacune più grandi si trovano, ad oggi, nel legame (c). Ma anche alcune altre associazioni non sono evidentissime. Vediamo.

l'esame dei fatti e dei processi fisici coinvolti dice che ci sono alcuni punti ancora poco conosciuti e molto discussi e/o discutibili

. prima connessione (a): formazione/durata/proprietà delle nuvole basse dipendono da molti fattori, non basta tener conto solo della produzione di aerosol CCN ma per es. anche del contenuto di vapore, del mutamento nell'evaporazione e nella localizzazione delle sue principali sorgenti, dei cambiamenti nella temperatura dell'aria con relativa riconfigurazione del ciclo idrologico associato allo stesso GW, dei vari feedbacks ecc.
E poi andrebbe anche tenuto conto del fatto che non è soltanto la copertura nuvolosa a determinare un effetto apprezzabile sulle temperature globali attraverso un mutamento nel bilancio radiativo, ma pure lo spessore ottico delle nubi (COT). E qui entrano in gioco anche possibili contro-feedback (rispetto alla copertura): ad es. la variazione di temperatura, a specifiche condizioni spaziali e stagionali, può portare ad un sostanziale cambiamento dello spessore ottico, con associato albedo mutato (per es. nelle fredde nubi continentali invernali, così come in quelle subtropicali marittime di fine estate, un aumento della T porta ad avere un aumento logaritmico del COT e quindi un feedback radiativo negativo inizialmente forte; ma nelle calde nubi continentali estive e in quasi tutte quelle marittime, un aumento della T induce un feedback radiativo positivo perché riduce la COT). Infine, in alcune aree e a certe condizioni, le nuvole basse fungono sempre da feedback positivo. ⇒ in sostanza, quindi, anche l'associazione diretta e molto semplificata + nuvole basse → + albedo → - radiazione solare incidente/+ radiazione diffusa → - caldo, andrebbe considerata con una certa cautela. Anche perché, fino a prova del contrario, non mi pare che l'albedo mostri un andamento ciclico simil-solare (leggere per es. qui o qui).

.poi la seconda (b): la produzione di CCN dipende da parecchi elementi in sé indipendenti dai processi di ionizazzione (residui solidi organici e inorganici presenti in atmosfera cioè aerosol derivati da fenomeni vari come eruzioni vulcaniche, scarti industriali inquinanti, spray marini, avvezioni di polvere e sabbia desertica...).

. la quarta (d) è, insieme all'ultima (e), la più robusta. Tuttavia, anche in questo caso, ci si potrebbe chiedere il motivo per il quale le ricostruzioni con proxy isotopici (C14 e Be10, ma anche Ti44 misurato sui meteoriti caduti a terra) del flusso di GCR incidenti mostrino una presenza persistente e ciclica dei GCR anche durante il minimo solare di Maunder, in quasi totale assenza di macchie solari.


. ma le più grandi discordanze si hanno con la connessione (c). Questo risulta essere l'anello più debole della catena causale. Già nel paper segnalato prima, si ricorda come dei 2 processi fisici che legano la formazione di aerosol e la ionizzazione, quello più compreso sia il meccanismo "clear-air" (vedi qui, immagine a dx), mentre l'altro meccanismo (chiamato "near cloud", vedi qui, immagine a sx, tratta da questo lavoro citato in figura), con un livello di comprensione ancora molto molto basso, sia proprio il processo presumibilmente influenzato dai GCR (e dalla loro modulazione da parte del sole).
Interessante notare, come mostrato in questa tabella riassuntiva tratta dallo stesso paper di prima, il paragone fra effetti climatici indiretti indotti dagli aerosol in generale (facenti capo ad influenza sulle nubi, effetto molto meno compreso rispetto a quello diretto associato al fenomeno del dimming) e effetti climatici della relazione GCR-nuvole.
Parecchi altri autori mettono in dubbio:
- la significatività statistica ➙ l'effetto dei GCR sulla copertura nuvolosa sembra non manifestarsi in modo lineare e soprattutto non essere statisticamente significativo e robusto, nemmeno su scale temporali più corte;
- la forza ➙ i cambiamenti dei CCN indotti dalla variabilità dei GCR sono di 2 ordini di grandezza troppo piccoli per poter render conto dell'andamento osservato nella proprietà delle nubi basse;
- la stessa connessione causale ➙ la variazione mensile della copertura nuvolosa sembra precedere quella dei GCR di alcuni mesi!;
- la natura stessa della connessione ➙ esaminando gli eventi Forbush e l'associazione suggerita da Svensmark, due studi indipendenti (qui e qui) giungono alla conclusione che non ci sia nessuna relazione effettiva, indebolendo ancora di più la presunta connessione in esame (o ridimensionandone ulteriormente la forza?).



Insomma: se si vuole dimostrare che il recente GW è imputabile alla diminuzione delle nuvole basse, causate dall'altrettanta diminuzione dei GCR a loro volta mascherate da un vento solare più intenso associato ad una più forte irradianza solare, occorre iniziare proprio da qui e provare a mostrare/smentire il fatto che la TSI abbia/non abbia un trend. Ci ha provato Scafetta ma per ora invano, mentre per es. le più recenti ricostruzioni solari (ad es. quelle di Muscheler 2007, Svalgaard 2007 o Steinhilber 2009) ci indicano che non è variata di molto (il range, nell'olocene, sembrerebbe oscillare fra +/- 1 Wm^-2).
Poi occorrerebbe passare a dimostrare/smontare il fatto che la periodicità ciclica dei GCR sia sovrimposta da un trend decrescente/non sia accompagnata da nessun trend particolare.
Infine si tornerebbe alle nuvole.....e qui forse in effetti qualcosa si può vedere, in termini di leggera diminuzione di quelle basse.
Ma - al di là della difficoltà di lettura e di ottenimento di dati robusti e non spurii (anche qui) - mi pare evidente come l'andamento dei GCR non sembra influenzare quello della copertura delle nubi basse, anche perché la correlazione è probabilmente spuria: non la si nota ad alta frequenza, l'andamento generale dei GCR è ciclico ma senza nessun trend specifico a differenza di quello termico (vedi figura sotto), la variazione mensile della copertura nuvolosa sembra precedere quella dei GCR di alcuni mesi, le improvvise diminuzioni dei GCR per l'effetto Forbush non sembrano influenzare effettivamente la copertura nuvolosa bassa, la variazione della nuvolosità dipende da talmente tanti fattori che l'influenza dei GCR (modulati dal sole) può essere considerata, ad ora, un fenomeno ancora troppo poco compreso/sperimentato e forse, soprattutto ed in ultima analisi, anche troppo debole (vedi anche qui).


Commenti

  1. Bell'intervento.

    In effetti l'esperimento del CERN serve anche per chiarire qualche dubbio e per comprendere un po' meglio il fenomeno.

    Non faccio altri commenti tecnici (non avrei le necessarie competenze) ma mi permetto di dire che stavolta hai usato molto il condizionale.
    Ne deduco (interpretando) che gli studi che si stanno svolgendo in questo campo sono comunque cosa seria e che tu stesso sei interessato a seguirli.

    Continua a tenerci informati sull'argomento.

    by Telegraph Cove

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  2. Grazie!
    Sì, in effetti (al di là delle solite speculazioni da parte dei soliti), mi paiono studi con una certa sostanza fisica di fondo, come detto.

    RispondiElimina
  3. @ Steph
    Siccome che sono cecato e sono anche incompetente ti cito solo le peer review che dicono altro, mi sorprende però il fatto che tu pur conoscendole, perché ne abbiamo già parlato, non le abbia citate
    Le macchie solari non sono attendibili nel misurare l’attività magnetica solare
    http://www.iop.org/EJ/article/1755-1315/6/9/092016/ees9_6_092016.pdf?request-id=8e517d78-d0ca-42ea-8628-27ee1c1f3eca
    Katya Georgieva “The role of the sun in climate change” Earth and Environmental Science 6 (2009) 092016 doi:10.1088/1755-1307/6/9/092016

    Alle critiche Svensmark ha risposto in pratica per trovare le correlazioni le temperature vanno filtrate
    http://serials.cib.unibo.it/cgi-ser/start/it/spogli/df-s.tcl?prog_art=2541574&language=ITALIANO&view=articoli

    Svensmark, H; Friis-Christensen, E
    Reply to comments on "Variation of cosmic ray flux and global cloud coverage - a missing link in solar-climate relationships"
    JOURNAL OF ATMOSPHERIC AND SOLAR-TERRESTRIAL PHYSICS, 62(1), 2000, pp. 79 – 80

    http://www.spacecenter.dk/publications/scientific-report-series/Scient_No._3.pdf/view
    Svensmark, H. and Friis-Christensen, E. Danish National Reply to Lockwood and Fröhlich –“The persistent role of the Sun in climate Forcing” Danish National Space Center Scientific Report 3/2007.

    Del resto non sono gli svedesi non sono gli unici a trovare le correlazioni

    http://www.amath.washington.edu/research/articles/Tung/journals/GRL-solar-07.pdf
    Charles D. Camp and Ka Kit Tung “Surface warming by the solar cycle as revealed by the composite mean difference projection” Geophysical Research Letters (GRL) paper 10.1029/2007GL030207, 2007

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  4. Questo è un post. Siamo su un blog. Il mio blog. Ergo: non è un trattato onnicomprensivo sul tema in questione. Ergo 2: ho deliberatamente *scelto* una linea ben specifica, quella che di solito cerco di seguire in molti post a tema: e cioè una panoramica che cerchi di essere la più rappresentativa e aggiornata possibile sullo stato dell'arte. TC mi pare abbia capito lo spirito del post, non così tu.
    In più: è il quarto post sull'argomento. Inutile riprendere temi (con papers) già evasi, inutile pretendere di aggiornare con lavori vecchi di 10 anni, inutile utilizzare petizioni di principio per avvalorare discorsi a tesi.
    Sulla relazione fra sunspots e attività magnetica del sole: ti consiglio di attendere la quinta puntata, altrimenti passa in rassegna la letteratura a tema, non solo quello (altro) che scrive la Georgieva.
    Le macchie solari non sono attendibili nel misurare l’attività magnetica solare? Sarà, ma la TSI ha evidenti relazioni fisiche con il campo magnetico solare, dal momento che sono proprio le sue caratteristiche magnetiche ad essere responsabili di fenomeni come le facole e le macchie!

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  5. Non machhie solari, ma aap!

    Non tanto i CCN ma i CN perchè con i GCR molte cose cambiano in atmosfera

    http://www.springerlink.com/content/n57121r735134233/ Frank Arnold “Atmospheric Ions and Aerosol Formation” Space Science Reviews Volume 137, Numbers 1-4 / June, 2008 10.1007/s11214-008-9390-8
    http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/31/75/93/PDF/angeo-23-675-2005.pdf A. Kasatkina and O. I. Shumilov:” Cosmic ray-induced stratospheric aerosols “30 March 2005 Annales Geophysicae, 23, 675–679, 2005: 1432-0576/ag/2005-23-675
    27. http://www.agu.org/pubs/crossref/2000/2000GL012164.shtml
    J. P. Abram; et al, “Hydroxyl Radical and Ozone Measurements in England During the Solar Eclipse of 11 August 1999” GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 27, NO. 21, PAGES 3437–3440, 2000
    In questa peer review Svensmark e altri dicono che dopo pochi giorni da un forbush intenso, cambia l’atmosfera, non è solo un correlazione possono prevederlo.
    http://wattsupwiththat.files.wordpress.com/2009/08/svensmark-forebush.pdf
    Henrik Svensmark, Torsten Bondo, and Jacob Svensmark Cosmic ray decreases affect atmospheric aerosols and clouds GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, june 2009 DOI:10.1029/
    http://wattsupwiththat.com/2009/08/04/a-link-between-the-sun-cosmic-rays-aerosols-and-liquid-water-clouds-appears-to-exist-on-a-global-scale/

    questa ipotesi ancora non è stata smentita.

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  6. Qui http://www.sciencebits.com/files/pictures/climate/crcFig1.jpg

    c’è un confronto tra il dato del carbonio C14 che indica l’attività dei raggi cosmici, e il rapporto tra gli isotopi dell’ossigeno O 18 /O16 che invece indica la temperatura. La correlazione è buona.
    Tratto dal lavoro di U. Neff del 2001.

    http://www.nature.com/nature/journal/v411/n6835/abs/411290a0.html
    U. Neff "Strong coherence between solar variability and the monsoon in Oman between 9 and 6 kyr ago", Nature 411, 290 (2001).

    Un altro lavoro enorme che trova correlazioni tra sole e clima è questo
    http://www.space.dtu.dk/upload/institutter/space/research/reports/scientific%20reports/isac_final_report.pdf
    Freddy Christiensen, Danish National Space Center Joanna D. Haigh, Imperial College Henrik Lundstedt, Swedish Institute of Space Physics
    “Influence of Solar Activity Cycles on Earth’s Climate Final Report Task 700 Summary Report” ESTEC Contract no. 18453/04/NL/AR Issue 1, September 4, 2007 Danish National Space Center Scientific Report 2/2007
    Infine I GCR potrebbero fluttuare anche durante I periodi prolungati di inattività magnetica solare perchè comunque sarebbero in essere I cicli orbitali di cui parla Scafetta nel suo ultimo lavoro cioè l’allineamento planetario
    http://arxiv.org/abs/1005.4639

    Nicola Scafetta Empirical evidence for a celestial origin of the climate oscillations and its implications Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 2010 doi:10.1016/j.jastp.2010.04.015
    Se ti interessa ho il full test

    RispondiElimina
  7. Eventi Forbush: come già scritto, in almeno 2 recentissimi papers (Laken et al. 2009, Calogovic et al. 2010) viene mostrato come l'effetto dell'improvvisa diminuzione dei GCR non abbia alcuna ripercussione sulla nuvolosità bassa.
    Su Scafetta e i suoi studi: oltre alla parte 2, ne riparlerò nei prossimi appuntamenti.

    RispondiElimina
  8. Forbush: ho come l'impressione che mentre Svensmark spieghi bene che la correlazione si vede solo se l'evento forbush è intenso, a certe latitudini, gli altri non vedano correlazioni perchè prendono in considerazione tutti gli eventi forbush, anche quelli tenui che però, probabilmente, sono troppo deboli di intensità per evidenziare alcunchè...ma fanno media
    Scrivi: la stessa connessione causale ➙ la variazione mensile della copertura nuvolosa sembra precedere quella dei GCR di alcuni mesi!;

    qui faccio fatica a seguirti il grafico dice
    The observed modulation of the LCC (upper panel) as
    measured from the fit to solar cycle 22 only (see figure 1). The
    ‘modulations’ are expressed by the dip amplitude at the time of the
    solar maximum (1991) divided by the mean LCC. The smooth curve
    labelled NM shows a fit to the fractional modulation, dN/N,
    measured from neutron monitors around the World (see text). The
    lower panel shows the fitted delay between the onset of the dip and
    thThe LCC anomaly as a function of time for various ranges
    of vertical cut off rigidity (VRCO). The smooth curve shows a fit of
    the monthly mean of the daily sun spot number (SSN) with an
    assumed linearly falling systematic change. The SSN is
    anti-correlated with the CR count rate with a lead time of some
    monthsat of the SS number in months. The dashed line shows the expected
    delay if a correlation existed between the changes in CR and CC. The
    measured delay between the CR decrease and increase in SSN is 3
    months in cycle 22. NB positive delay means CC precedes the
    increase in SSN.
    Innanzitutto parlano di sun spot che non sono indicative
    The LCC anomaly as a function of time for various ranges
    of vertical cut off rigidity (VRCO). The smooth curve shows a fit of
    the monthly mean of the daily sun spot number (SSN) with an
    assumed linearly falling systematic change. The SSN is
    anti-correlated with the CR count rate with a lead time of some months

    Se non ho capito male siccome I Cr sono in ritardo di tre mesi rispetto alle macchie solari
    Mentre la copertura nuvolosa ha un ritardo inferiore …allora le nuvole compaiono prima di raggi cosmici.
    E’ questo il concetto? Se fosse, sarebbe la dimostrazione che i raggi CR non hanno alcun effetto sulla bassa nuvolosità LCC
    Eppure in fig 2 http://iopscience.iop.org/1748-9326/3/2/024001/pdf/1748-9326_3_2_024001.pdf

    Il neutron monitor fitta bene con la bassa nuvolosità…non sarà che le sun spot non sono indicative?

    Su Scafetta parte 2: anche Scafetta come Svensmark ha rispsto alle critiche

    http://pielkeclimatesci.wordpress.com/2009/08/03/nicola-scafetta-comments-on-solar-trends-and-global-warming-by-benestad-and-schmidt/

    Nicola Scafetta Comments on “Solar Trends And Global Warming” by Benestad and Schmidt

    Gavin Schmidt di real climate non fa una bella figura, in pratica Scafetta lo manda a fare i compiti.
    Invece per quanto riguarda la critica di Krikova Scafetta si era già espresso con peer review dove spiegava perchè le ricostruzioni con le sun spot e la PMOD siano errate.

    RispondiElimina
  9. "E’ questo il concetto? Se fosse, sarebbe la dimostrazione che i raggi CR non hanno alcun effetto sulla bassa nuvolosità LCC. Eppure in fig 2 (...) "
    Ma è la fig. 3 che devi guardare!

    Scafetta:qui qualcuno che invece manda lo stesso Scafetta a fare i compiti, e sono di maths...
    http://www.complexityandplasmas.net/Preprints_files/sun-climate%20complexity%20link.pdf

    RispondiElimina
  10. Su CR della fig 3 ho riportato la didascalia la fig 2 dice un altra cosa non capisco se le differenze siano nelle latitudini o nel tipo di dati ( neutron monitor contro sun spot) non capisco

    Su Rypdal and Rypdal: non ho capito molto tra voli e camminate di Levi mi mancano le basi, penso che dipenda dall’uso di scale diverse, (giornaliera del sole, mensile delle T) ti segnalo però questa discussione sul tema con Svalgaard grande mattatore
    http://wattsupwiththat.com/2010/04/12/levy-walks-solar-flares-and-warming/
    Svalgaard dice che c’è il minimo di Ort in mezzo al periodo caldo medioevale,…….però il grafico delle T da lui postato http://www.leif.org/research/Loehle-Temps-and-TSI.png
    (loehle) presenta due picchi con un avvallamento che avvalerebbe la tesi del sole come driver. Dice anche che ci sono dati di T giornalieri che quindi potrebbero esser confrontati con i dati giornalieri del sole, senza incorrere negli errori descritti dai fratelli Rypdal a cui però non sono risparmiate critiche dai vari blogger

    RispondiElimina
  11. Grazie della segnalazione! Non seguo molto mamma Watts, ma gli interventi sul sole di solito sì proprio per i commenti di Leif.
    Tieni conto che *quella* ricostruzione di Loehle è già stata ampiamente debunkizzata,
    http://forum.meteonetwork.it/2726923-post367.html
    non so perché Svalgaard si ostini ad usarla (magari perché gli fa comodo allo stesso modo in cui a molti climatologi fa comodo usare le vecchie ricostruzioni solari per giustificare l'aumento termico dei primi 4 decenni del XX secolo? :-D

    RispondiElimina

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