The climate meltdown II - Surfing the heatwaves

Le ondate di calore stanno aumentando un po’ ovunque. Aumentano di frequenza, ma anche di intensità, di durata e di ampiezza geografica. Quelle più impattanti per la salute – come visto nella prima parte – sono quelle che si verificano nelle zone e nei periodi più caldi: basse latitudini risp. stagioni estive delle latitudini medie e medio-alte. In questo post di qualche anno fa, avevo già introdotto la questione. In questo post un aggiornamento sulla scorta di alcuni studi degli ultimi anni.

Una piccola introduzione per cominciare. 

Lo stato dell’atmosfera e degli oceani è mutato, a causa degli squilibri nel bilancio dei flussi di energia. Gli eventi meteorologici - anche quelli estremi, intensi e rari per definizione - sono influenzati da un clima mutato perché le condizioni ambientali al contorno nei quali si manifestano sono diverse rispetto a prima, più calde (atmosfera, oceani), più umide (atmosfera), con meno massa glaciale (zone polari). Un singolo evento ovviamente non è una conseguenza del cambiamento climatico; tuttavia, condizioni climatiche mutate sono in grado di influenzare il modo in cui gli eventi estremi si manifestano.

L’aumento delle heatwaves è una sovrapposizione fra forzanti esterne e dinamiche interne al sistema climatico – giacché entrambi sono invariabilmente in gioco nel produrre / esacerbare tale fenomeno estremo – con il ruolo chiave aggiuntivo dei feedback positivi (per es. in relazione agli effetti amplificanti di natura idro-dinamica).

Nessun singolo evento meteorologico deriva esclusivamente dall'influenza antropica in senso deterministico, ma nasce da complesse interazioni tra la dinamica atmosferica, lo strato limite locale e l'interazione terra-superficie e condizioni potenzialmente anomale del ghiaccio marino e dell'oceano. Le temperature più calde possono influenzare alcuni di questi fattori e favorire il verificarsi di eventi estremi. e quindi la probabilità di tali eventi aumenta a causa del riscaldamento.

Fonte: Barriopedro et al 2023

Supponiamo di considerare i giorni che superano una temperatura fissa T che si trova sulla coda della distribuzione delle temperature giornaliere (medie, minime o massime, poco importa qui) di una zona di riferimento. Se la temperatura media si riscalda di δT, mantenendo fissa la distribuzione attorno alla media, questo numero potrebbe aumentare drasticamente (vedi immagine qui sotto), a seconda della forma della distribuzione. E questo anche se il valore δT è molto più piccolo della larghezza della distribuzione. In questo caso, il contributo del riscaldamento medio costituisce una piccola frazione dell'anomalia di temperatura in questi eventi estremi caldi sebbene la loro probabilità sia aumentata molto. Aumentano però anche i nuovi record di T sulla coda calda, perché questi giorni ora sono in media δT più caldi.

In genere possiamo avere 

1) casi in cui il numero di giorni molto caldi (al di sopra di una certa soglia limite, per es. il 95esimo percentile) aumenta drammaticamente la propria frequenza e questo aumento è più importante dell’aumento delle code, cioè di nuovi record. Oppure

 2) casi in cui il numero di giorni molto caldi cambia ma in modo inferiore rispetto ai nuovi valori che emergono nella coda calda. 

In realtà, nella maggior parte dei casi, le due condizioni di sovrappongono (vedi immagine sotto).

Quello che possiamo dire è che nelle zone climatiche nelle quali le temperature sono già molto calde e la deviazione standard non è molto grande (per es. nelle zone tropicali o le aree a più bassa latitudine nelle medie latitudini, come le zone mediterranee), tende a prevalere il primo caso, ovvero lo shift verso il caldo della pdf si accompagna in modo meno marcato ad una sua ampiezza: in questo caso, un segnale robusto del cambiamento climatico in atto – oltre allo spostamento verso il caldo della distribuzione – sarebbe da ricercare nell’emergenza di nuovi record termici nelle code calde.

Invece nelle aree climatiche nelle quali le temperature sono meno calde e la deviazione standard è più grande (per es. alle latitudini medie e medio-alte, come l’Europa centro-settentrionale, Alpi comprese) tende a prevalere il secondo caso, ovvero lo shift verso il caldo della pdf si accompagna in modo marcato anche ad una sua maggior ampiezza e pure asimmetria verso il caldo: in questo caso, un segnale robusto del cambiamento climatico in atto è da ricercarsi nella maggior frequenza di giorni molto caldi (> T) piuttosto che nell’emergenza di nuovi record nella coda calda, che pure apparirebbero comunque.

Pare sia un po’ quello che sta succedendo (vedi per es. questo studio già discusso nel post linkato e c^vedi immagine qui sotto). 

Passerò brevemente in rassegna 4 recenti studi interessanti in questo senso, usciti fra il 2015 e il 2022, riassumendone i punti salienti. Coprono periodi più o meno lunghi di indagine globale sulle heatwaves.

● Cominciamo con lo studio uscito nel 2015 di Fischer e Knutti dello IACETH. Ne avevamo in parte già parlato nel post citato. Prendo in considerazione, per questo post, solo la relazione fra riscaldamento globale antropico e estremi termici.

La relazione è tutt’altro che lineare. Quegli eventi di caldo estremo (> 99° percentile) che una volta (in epoca pre-industriale) si verificavano globalmente sulla terraferma in media una volta ogni 3 anni, oggi si stanno verificando circa 5 volte più spesso (una volta ogni 7 mesi), vale a dire che circa 3 estremi di caldo su 4 sono già oggi (nel 2015) attribuibili al riscaldamento globale antropico.

L'aumento della probabilità varia da regione a regione ed è più pronunciato ai tropici a causa del debole ciclo stagionale e della bassa variabilità inter-annuale della temperatura. 

Con l'ulteriore riscaldamento, la probabilità degli estremi caldi aumenta fino a raggiungere livelli molto elevati. La probabilità di un estremo caldo con un riscaldamento globale di 2 °C è più di 5 volte superiore a quella attuale (vale a dire che avremo eventi di caldo estremo a livello globale una volta al mese); con 3 °C in più aumenta di 13 volte (cioè avremo eventi di questo tipo ogni 15 giorni!). 

Fonte: Fischer e Knutti 2015

Nel comparto dell’Europa meridionale (fino alla regione alpina), siamo a 2,5 volte più spesso oggi rispetto all’epoca pre-industriale (quasi una volta ogni anno) , ma aumenta a quasi 8 volte più spesso (una volta ogni 4-5 mesi) con un riscaldamento globale di 2 °C e fino a quasi 20 volte più spesso (quasi uno ogni mese e mezzo!) con un riscaldamento globale di 3 °C.

Erich Fischer evidenzia come in Europa centrale oggi (2015) dobbiamo fare i conti con un'estate estrema che in media si verifica ogni 5 anni, mentre in passato questo tipo di stagione estiva si verificava solo una volta ogni 40-50 anni .

Questo risultato ha forti implicazioni per la discussione dei diversi obiettivi di mitigazione nei negoziati sul clima, in cui le differenze tra gli obiettivi sono piccole in termini di temperature globali, ma grandi in termini di probabilità di eventi estremi.

● Vediamo ora la sintesi di un loro più recente lavoro: quello di Fischer et al uscito nel 2021. 

L'estrema sintesi di questo lavoro può essere riassunta in questa frase: prepariamoci all'impensabile!

I prossimi decenni porteranno più eventi record di riscaldamento che infrangeranno letteralmente i record di temperatura esistenti come per esempio quelli che si sono verificati negli ultimi anni in varie parti del globo (Siberia, Canada, Australia, Mediterraneo, Cina...). 

Esempio illustrativo di un evento record simulato nella parte centrale del continente nordamericano. Fonte: Fischer et al 2021

Come nel salto in alto, dove i record mondiali sono vecchi e battuti solo di centimetri, man mano che passa il tempo e si misura il record dovrebbe diventare più raro e i margini più piccoli. Ma a causa del cambiamento climatico, in realtà si osserva l'opposto: il clima si sta attualmente comportando come un atleta sotto steroidi. 

Fonte: Fischer et al 2021

In scenari ad alta emissione, la probabilità che eventi con margini record come nel 2003 in Europa o nel 2010 in Russia si verifichino ovunque alle medie latitudini dell'emisfero nord aumenterebbe dal 4,5% all'anno nel recente passato al 22% nei prossimi decenni. 

Fonte: Fischer et al 2021

La probabilità di avere un estremo di caldo da record è determinata dal tasso di riscaldamento, a differenza delle anomalie delle ondate di calore che si riferiscono alla quantità totale di riscaldamento. La probabilità di record di calore dipende dal percorso e diminuirebbe nuovamente se le temperature si stabilizzassero. 

Dunque tener conto delle condizioni meteo osservate negli ultimi decenni non è più sufficiente per prepararsi al futuro. Troppo spesso siamo sorpresi dall'entità degli estremi e il danno è maggiore quando tutto ciò si verifica per la prima volta. Dobbiamo tenere conto di un clima in rapido riscaldamento e prepararci a record che potrebbero sembrare eventi da "cigno nero" se ci si basa sulle osservazioni degli ultimi decenni.

● Passiamo al terzo lavoro: quello di Sippel et al 2020, già ampiamente spiegato nella seconda parte di in questo post. 

 

Fin qui abbiamo parlato degli eventi termici di tipo estremo. Ma sui singoli eventi giornalieri? Sul modo in cui il tempo meteorologico giornaliero si manifesta? 

Per generazioni, gli scienziati del clima hanno educato il pubblico che "il tempo non è il clima" e il cambiamento climatico è stato inquadrato come il cambiamento nella distribuzione del tempo meteorologico che emerge lentamente da una grande variabilità nel corso dei decenni. Tuttavia, il tempo, se considerato a livello globale, è ora in un territorio nuovo e inesplorato e questo paradigma di vecchia data sta quindi rapidamente mutando perché i cambiamenti climatici ora possono essere rilevati persino nel tempo quotidiano su scala globale. 

Si tratta di una specie di impronta digitale del cambiamento climatico che può essere rilevata da ogni singolo giorno nel record globale osservato da una decina di anni. In questo ultimo decennio non c'è più stato un singolo giorno, a livello globale, in cui il tempo non sia stato influenzato dai cambiamenti climatici che - come sappiamo - sono oggi essenzialmente guidati (forzati) dalle attività antropiche. Anche e soprattutto per quanto riguarda le heatwaves.

Apre anche prospettive più ampie per la comunicazione di eventi meteorologici regionali, modificando la narrativa del cambiamento climatico: mentre i cambiamenti meteorologici locali stanno emergendo nel corso di decenni, il cambiamento climatico globale viene ora rilevato istantaneamente. 

Scoprire il segnale del cambiamento climatico nelle condizioni meteorologiche quotidiane richiede però una prospettiva globale, non regionale.

Distribuzione dei valori medi giornalieri a livello locale (a sinistra) e globale (a destra): i valori medi giornalieri globali mostrano la tendenza al riscaldamento. Fonte: Sippel et al 2020

Se si confronta la distribuzione dei valori medi giornalieri globali dal 1951 al 1980 con quelli dal 2009 al 2018, le due distribuzioni (curve a campana, vedi immagine sopra) si sovrappongono a malapena. Il segnale climatico è quindi prominente nei valori globali ma oscurato nei valori locali, poiché la distribuzione dei valori medi giornalieri si sovrappone abbastanza considerevolmente nei due periodi.

● E veniamo infine all'ultimo lavoro, quello di Robinson et al pubblicato nel 2021. Anche in questo caso, mi occupo solo della parte sugli estremi termici.

L'abstract mi pare molto esplicito e completo, in questo senso. Mi limito ad una sua traduzione. 

Nell'ultimo decennio, il mondo si è riscaldato di 0,25 °C, in linea con la tendenza approssimativamente lineare dagli anni '70. Questo lavoro presenta analisi aggiornate che dimostrano che questo cambiamento apparentemente piccolo ha portato all'emergere di estremi di calore che sarebbero praticamente impossibili senza il riscaldamento globale antropogenico. 

Le regioni tropicali, costituite da paesi vulnerabili che in genere hanno contribuito meno al cambiamento climatico antropogenico, continuano a registrare il più forte aumento degli eventi estremi.

A sx: % delle aree di terraferma globali con temperature mensili al di sopra di diverse soglie σ in qualsiasi mese di calendario (in media sull'anno). A dx: serie media annuale globale (1880-2020) del rapporto tra i record di temperatura mensile locale osservati sulla terraferma rispetto a quelli attesi in un clima stazionario. La linea nera spessa mostra la tendenza con una finestra di lisciatura di 10 anni, mentre la linea magenta e l'ombreggiatura mostrano la mediana e l'intervallo di confidenza del 90% per il modello statistico guidato dalla tendenza al riscaldamento globale a lungo termine sulla terraferma e dal rumore gaussiano. Fonte: Robinson et al 2021.