Il terrificante luglio 2012 di Meltlandia

Ho pensato di mettere in post l'ultimo aggiornamento su Meltlandia e poi di agganciarci un update.

Tre immagini che parlano da sole.

Credo che se lo ricorderanno a lungo, lassù, un mese estivo così. 

Quanto a lungo?

NASA

Summitcamp

Aggiornamenti sul blog di Neven.

E già che ci siamo, risentiamo quel che ci raccontavano un paio di annetti fa Koni Steffen e Jay Zwally sul NGC: video qui (cliccare in basso a sx).

Update 26/7: Jason Box, dal suo blog, tenta di dare una spiegazione plausibile a quel che sta succedendo, a partire da un interessantissimo paper a cui ha contribuito (con Stroeve, Steffen, Tedesco et alii), già segnalato qui, in procinto di essere pubblicato e che funge da spunto per questo update. Vi metto velocemente i due principali estratti  (il primo dall'abstract, il secondo dalle conclusioni) e poi vediamo altre cose:

❝Abnormally strong anticyclonic circulation, associated with a persistent summer North Atlantic Oscillation extreme since 2007 enabled three amplifying mechanisms to maximize the albedo feedback: (1) increased warm (south) air advection along the western ice sheet increased surface sensible heating that in turn enhanced snow grain metamorphic rates, further reducing albedo; (2) increased surface downward shortwave flux, leading to more surface heating and further albedo reduction; and (3) reduced snowfall rates sustained low albedo, maximizing surface solar heating, progressively lowering albedo over multiple years. The summer net infrared and solar radiation for the high elevation accumulation area approached positive values during this period. Thus, it is reasonable to expect 100% melt area over the ice sheet within another similar decade of warming.

❝In the 12 years beginning in 2000, the reduced albedo combined with a significant increase in downward solar irradiance yielded an accumulation area net radiation increase from -0.9 to -0.2Wm^2. Another similar decade may be sufficient to shift the average summer accumulation area radiation budget from negative to positive, resulting in an abrupt ice sheet melt area increase. The ice sheet mass budget deficit is therefore expected to become more sensitive to increasing temperatures via the ice albedo feedback, especially in negative summer NAO index conditions [which did persist in 2012]. Future work should therefore be concerned with understanding potential tipping points in ice sheet melt regime as the average radiation budget shifts from negative (cooling) to positive (heating), as it seems the threshold of this has just been reached. It will take some time, perhaps years for the cold content of the firn to be sufficiently eroded to allow continuous summer melting and an ice sheet surface characterized by 100% melt extent. Further warming would only hasten the amplification of melting that the albedo feedback permits.

Ci sono diverse ipotesi circa il breakdown subito dalla calotta groenlandese in questo terribile mese. Arrivare a coprire ben il 97% della sua superficie soggetta a fusione superficiale in corso è qualcosa di eccezionale e molto raro che non si verificava da più di un secolo (al Summit dal 1889, con un segnale di frequenza ricorrente di 153 anni nel contesto degli ultimi millenni), sempre che le informazioni ricavate dai cores glaciali siano significativamente attendibili per quel che riguarda l'intera calotta, come lo sono oggi i rilevamenti satellitari. Ci sarebbe infatti da chiedesi se allora la fusione fosse diffusa praticamente sull'intera calotta, come adesso.

Durante la prima metà del mese - in situazione sinottica ancora prettamente da NAO- estiva (SNAO-), con robusta e persistente alta pressione barotropica al di sopra della parte sudoccidentale dell'isola, pattern deleterio (vedi fig. a sx) - quasi l'intera calotta ha avuto fusione, incluse le quote più alte: Summitcamp, stazione posta in vetta alla calotta a 72.5 gradi N e a più di 3200 mslm, ha registrato alcuni giorni con T al di sopra dei 0 gradi C, fino a oltre + 3 gradi C, come si vede sopra.
Come si legge nel lavoro citato, la SNAO- (un po' diversa dalla sorella invernale, con i centri di azione shiftati più a nord rispetto a quelli della tipica NAO invernale, vedi ad es. qui e la fig. a dx sotto, a sx SNAO+ e a dx SNAO-: dall'estate 2007 è iniziato un ciclo anomalo di persistente SNAO-, vedi fig. a dx sopra) - mentre porta estati più piovose sul Regno Unito e spesso ondate africane sull'Europa meridionale e orientale - lassù porta a situazioni deleterie, perché favorisce maggiore soleggiamento e ridotto albedo sul sud dell'isola (vedi schema sotto).

Di molto significativo c'è la forte riduzione dell'albedo in corso da diverse settimane, soprattutto nella fascia soggetta ad accumulo fra i 2000 e i 2500 m. Perché è importante l'albedo e l'associato feedback? Velocemente qualche dettaglio del background fisico di fondo relativo al bilancio energetico in gioco nel caso di fusione glaciale. Unità di misura per il flussi: W m^-2

QSH+QLH+QG =RN =Lnet+Snet

laddove
QSH = flusso di calore sensibile turbolento, fonte di energia sulle calotte glaciali a causa della persistente inversione termica
QLH = flusso di calore latente, pozzo di energia ogniqualvolta evaporazione o sublimazione assorbono LH, ma anche sorgente di energia di fusione nelle aree di ablazione più basse.
QG = flusso di calore sensibile conduttivo sub-superficiale
RN = flusso di energia verticale netto, tende all'equilibrio nel tempo con i flussi non radiativi
Lnet = differenza fra la radiazione infrarossa discendente (L↓)  quella ascendente (L↑)
Snet = energia solare assorbita alla superficie, dipendente dalla radiazione solare discendente (S↓) e dall'albedo:  Snet = S↓ (1 − α), con S↓ che ovviamente raggiunge l'apice fra giugno e luglio ed è modulata sia dalla geometria orbitale definente il quantitativo di illuminazione solare che raggiunge l'emisfero nord in estate e sia dallo spessore ottico delle nubi.

Ora vediamo il volume di acque fuse M (in unità di mm di acqua equivalente) calcolato a partire dalla chiusura del bilancio energetico superficiale:

 M = (RN − (QSH + QLH + QG ))∆t(Lf ρ)^−1

laddove

∆t = intervallo di tempo

Lf = calore latente di fusione (3.335*10^5 J kg^-1)

ρ = densità dell'acqua (1000 kg m^-3)

Un mutamento del parametro Snet risulta perciò assai importante in funzione di M. La durata della fusione superficiale ∆tmelting è un buon indicatore dell'importanza di questo parametro.

 Mnetshortwaveflux = Snet∆tmelting(Lf ρ)−1 

laddove

Mnetshortwaveflux = volume di acque fuse attribuibile solo a Snet

Ed eccoci infine, quindi, al feedback giocato dall'albedo. Un mutamento nel tempo del rapporto   Mnetshortwaveflux / M ci fornisce una stima indiretta dell'importanza del feedback che l'albedo produce su M. Senza tener conto dei lag temporali (è per es. possibile che il già ridotto albedo residuale delle precarie ultime estati groenlandesi del 2010 e 2011 possa aver influito su questa situazione), ecco come può essere definito questo feedback (unità di misura in W m^-2 K^-1):

αfeedback,a =∆′S↓(1−∆′α)/∆′Tair =∆′Snet/∆′Tair

laddove

αfeedback,a = albedo feedback  

∆′S↓ = anomalia media estiva (JJA) della S↓ 

∆′α = anomalia media estiva dell'albedo α 
∆′Tair = anomalia media estiva della temperatura dell'aria
∆′Snet = anomalia media estiva della Snet 

La neve fresca appena caduta sotto cieli sereni produce un albedo di circa 0.84, valore che si riduce progressivamente durante la stagione calda in conseguenza della crescita e del metamorfismo strutturale dei granuli di ghiaccio, auto-rafforzando in questo modo la caduta di α. La fusione completa della neve accumulata durante l'inverno sulla calotta alle quote più basse espone il ghiaccio sottostante nelle aree di ablazione e qui l'albedo del ghiacciaio libero da neve si riduce già ad un valore compreso fra 0.3 e 0.6. L'accumulo di impurità di origine microbiologica o eolica (es. fuliggine, polveri,...) nei pressi della superficie glaciale (ma pure la presenza di acqua libera e laghi glaciali) può ridurre ulteriormente l'albedo fino a valori prossimi a 0.2. 

La variabilità intra-stagionale dell'albedo estivo, dunque, può superare anche valori d 0.5 su parti della calotta laddove lo strato di neve fonde entro metà estate, esponendo così superfici di ghiaccio ricche di impurità. Perciò la Snet diventa la più grande fonte di energia spesa per la fusione durante l'estate e spiega la maggior parte della variabilità inter-annuale nei totali di acqua fusa . La zona di accumulo è, come già detto, a sua volta suscettibile di albedo feedback da metamorfismo dovuto alla crescita dei granuli di ghiaccio in condizioni di sub-congelamento. In queste aree di accumulazione sul più freddo plateau, il ghiaccio groenlandese soggetto ad accumulazione viene riscaldato fino a 14 cm in profondità  in conseguenza del maggior assorbimento di energia extra (nonostante un albedo in loco normalmente maggiore rispetto alle aree soggette ad ablazione).
Da notare come, fra le aree con la più ampia riduzione dell'albedo negli ultimi anni, ci siano anche zone già da tempo sotto stretta osservazione, come il "mitico" Swiss Camp dell'ETH (anche qui) situato nell'ovest dell'isola nei pressi della linea di equilibrio (ELA), la quota dove la fusione estiva (ablazione) e le precipitazioni nevose invernali (accumulazione) sono storicamente in equilibrio.

Riassumendo: condizioni meteo particolari, in un contesto di forte riscaldamento, hanno favorito un forte albedo feedback producendo quel che si vede.
Ci sono anche altre interessanti ipotesi, fanno capo a particolari condizioni ambientali di contorno che potrebbero anche aver dato una mano alla caduta dell'albedo. Ripeto: le complesse implicazioni energetiche in gioco spiegano da sole abbondantemente quel che succede (qui, per es., Jason Box dà un'idea precisa di quanto enorme sia l'energia accumulata in loco negli anni 2000 nei mesi di giugno e luglio, paragonandola ai consumi nordamericani annui!).
Tuttavia i vasti incendi forestali siberiani (anche qui), così come i crescenti consumi di carbone in Cina e la conseguente fuliggine emessa, potrebbero anche aver dato una mano. Non penso però siano i fattori scatenanti: come spiegare, altrimenti, il fatto che la riduzione della riflettività sia più forte solo a specifiche quote (non le più basse e neppure le più alte), come spiegare l'eventuale discriminazione di quota o di zone adiacenti per quel che concerne il colore dei laghi glaciali e la eventuale presenza o meno di residui, come giustificare la lontananza geografica dall'Asia, come il fatto che storicamente è il Nordamerica ad aver originato la maggior parte della fuliggine che ha raggiunto l'isola e i cui depositi possono essere trovati nelle cores groenlandesi e il fatto che il picco di concentrazione si raggiunse circa un secolo fa (vedi immagine sotto)?

Update 27/7: ecco un'interessante spiegazione del fenomeno da parte di Tom Wagner della NASA (h/t Neven via Peter Sinclair)

Update 30/7: equivoci glaciali associati.