Lassù...laddove il cielo è più blu...

...succedono cose strane, in parte apparentemente finora impreviste e in parte invece apparentemente in linea con quanto ci si aspetta.


Come diceva una famosa canzone, il cielo (lassù) è sempre più blu: in effetti - in generale e più di quanto non lo sia già - si sta raffreddando su tutta la profonda colonna al di sopra di una specifica quota di riferimento e, almeno nella parte più bassa di questa colonna, si sta anche essiccando.


Lo strato color blu della magnifica foto sopra, scattata dall'equipaggio dello Space Shuttle Endeavor nel 1992, corrisponde alla stratosfera, l'"involucro" gassoso rarefatto che sovrasta la troposfera al di sopra della tropopausa.
Ebbene: il trend termico ricavato dalle misurazioni effettuate dai satelliti mediante il canale 4 della strumentazione MSU a bordo (come i NOAA-10 e NOAA-12, la più sofisticata strumentazione AMSU è a bordo dei NOAA15-18 solamente dal 1998), canale che effettua misurazioni con focus sulla bassa stratosfera, mostra un trend al ribasso in forma non lineare ma a scalini, i più forti dei quali sono susseguenti alle 2 eruzioni vulcaniche esplosive più importanti degli ultimi 30 anni (El Chicon 1982 e Pinatubo 1991). Ci sono robuste ragioni fisiche che spiegano questo andamento step-like a balzi, la più significativa delle quali va ricercata negli effetti competitivi di tipo radiativo e chimico indotti sull'ozono stratosferico dalla maggior presenza di gas clorati di origine antropica (come i CFC) che - a differenza di quanto succede(va) in loro assenza - favoriscono la distruzione chimica dell'ozono dopo grandi eruzioni vulcaniche e un conseguente forte raffreddamento della bassa stratosfera (a causa sia del minor assorbimento di radiazione UV e sia della modifica degli effetti del riscaldamento radiativo provocato dagli aerosol vulcanici). Si tratta, a tutti gli effetti, di un'ulteriore e indiretta impronta antropica.

Comunque il trend al raffreddamento nella bassa stratosfera è attribuibile principalmente all'ozone depletion (favorito, come detto sopra, in presenza di forti eruzioni vulcaniche), con qualche incerto contributo dato dall'andamento del vapore acqueo stratosferico: già dagli anni 90 si sa che il leggero aumento di vapore acqueo nella bassa stratosfera contribuisce al suo raffreddamento e quindi, in ultima analisi, esercita un forcing radiativo positivo in troposfera (vedi anche dopo). Ovviamente, a questo, si sovrappone il contributo radiativo negativo dato dall'accumulo dei WM-GHG in troposfera, CO2 in primis, anche se a quella quota dove rileva il canale 4 delle MSU questo contributo è modesto e in realtà l'impronta raffreddante della CO2 si manifesta maggiormente alle quote più alte (in alta stratosfera e nella mesosfera e termosfera, con il peso massimo alla stratopausa, anche perché è lì che avviene il il massimo dell'assorbimento medio annuo di radiazione nel visibile e nell'UV da parte dell'ozono).
Rimuovendo il contributo dell'ozono, vediamo qui (tratto da questo lavoro) come sussiste ancora un leggero trend al ribasso e che prosegue anche dopo la metà degli anni 90.
[UPDATE 29/3: interessante questo commento di gp sul recente post di climalteranti dedicato alla CO2 : sembrerebbe in effetti che il leggero trend di risalita dell'ozono dopo il 1993 sia sufficiente a controbilanciare, in bassa stratosfera, il forcing negativo dato dall'accumulo di CO2 e quindi a cancellare quasi del tutto il cooling dovuto alla sola CO2. L'assenza di un raffreddamento significativo - visto il recupero dell'O3 con un ritmo tale da riportarlo ai livelli pre-anni 80 fra circa 3 decenni - potrebbe protrarsi ancora a lungo a queste quote della stratosfera, senza che questo possa in alcun modo smentire l'influenza della CO2. Che comunque si scorge molto meglio più in alto].

Più in alto il trend è ricavato dalle misurazioni effettuate dai satelliti meteorologici mediante i canali sintetici - che "scandagliano" la stratosfera fino a 50 km di quota - 15X, 26X, 36X e 47X (i canali 25, 26 e 27 hanno una risoluzione verticale termica inferiore, a causa dell'aumento della concentrazione di CO2 atmosferica che ha richiesto una correzione alla funzione peso verticale) della strumentazione SSU a bordo (es. TIROS-N e i NOAA6-14, vedi anche qui). Come si vede qui, il raffreddamento più spiccato si ha fra i 40 e i 50 km e, come detto, questo trend è sostanzialmente attribuibile all'aumento dei WM-GHG, esattamente come da teoria: l'assorbimento di radiazione IR proveniente dalla superficie terrestre da parte di questi gas a struttura molecolare tri- o pluriatomica produce un accumulo di calore nella bassa troposfera e più è forte l'assorbimento maggiore sarà la radiazione infrarossa sfuggente verso l'esterno (la OLR) "filtrata" al di sotto del TOA, ciò significa ad es. che solo un minimo quantitativo di OLR è in grado di raggiungere la CO2 nell'alta troposfera e nella bassa stratosfera; d'altra parte la CO2, emettendo a sua volta radiazione IR, contribuisce a disperderla dalla stratosfera verso lo spazio esterno e a questa quota l'emissione di radiazione IR diventa più forte dell'energia ricevuta da sotto per assorbimento, perciò c'è una perdita netta di energia dalla stratosfera e un conseguente raffreddamento radiativo.
 Si notano meno gli andamenti a scatti dopo le eruzioni vulcaniche e in generale - come anche e soprattutto più in basso - si può notare una specie di stasi da metà anni 90 in avanti. Va però detto che, sul breve periodo, potrebbero agire, sul trend di fondo, anche altre cause solo parzialmente note (recente diminuzione del vapore in bassa stratosfera, vedi dopo) o ancora ampiamente sconosciute (ruolo degli aerosol asiatici in aumento? impatto dell'attività solare sull'ozono della bassa stratosfera? ruolo dell'ENSO? ruolo dell'ossidazione del metano nell'alta stratosfera?). Comunque i rilevamenti dei canali che scrutano l'atmosfera ai limiti della stratopausa (il 36X e il 47X, che hanno le funzioni peso verticale più forte nell'alta stratosfera), dopo i rebound della seconda metà dei 90, sembrerebbero mostrare una ripresa leggera del raffreddamento.

Importante, in questo senso, il lavoro di Susan Solomon et al. uscito lo scorso inverno su Science e incentrato sul contributo che l'andamento "a campana" della concentrazione di vapore acqueo nella bassa stratosfera (fra i 10 e i 15 km, flussi probabilmente dalla fredda tropopausa tropicale) avrebbe fornito nei cambiamenti decennali del rateo di crescita del GW troposferico negli ultimi 30 anni. Si tratta di un indagine che mostra un lato della variabilità interna del sistema climatico al lavoro, e che - secondo la stessa autrice - potrebbe aver contribuito dapprima al forte incremento termico troposferico del primo periodo (gli anni 80 e 90, caratterizzati da aumento del vapore nella bassa stratosfera - pur se con dati molto sparsi e quindi da prendere con cautela - con conseguente forte raffreddamento in loco) e successivamente al più debole aumento termico troposferico degli ultimi 10 anni (periodo caratterizzato da decremento fino al 10% della concentrazione di vapore nella bassa stratosfera e conseguente arresto del raffreddamento).


Ancora più in alto, l'atteso raffreddamento della mesosfera e termosfera (sempre in conseguenza dell'aumentato forcing radiativo dei GHG) sembrerebbe avere dei primi importanti riscontri empirici: riscontri sul cambiamento della densità degli strati superiori dell'atmosfera (effettuati, ad es., dai modelli MSIS e dai sistemi radar ISR) sono in grado di fornici preziose informazioni indirette anche sugli andamenti termici. As es. da questi lavori recenti (qui sui trend nella mesosfera, qui sui trend nella termosfera e qui un riassunto dello stato dell'arte in materia) emerge una conferma del raffreddamento radiativo anche della parte più alta dell'atmosfera (immagine esplicativa tratta dal terzo lavoro).

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