Questo articolo non parla di eco-ansia, ma dell'influenza del cambiamento climatico sulle depressioni extratropicali. Come evolveranno questi sistemi, che dettano gran parte del tempo alle nostre latitudini?
Le depressoini extratropicali, note anche come cicloni extratropicali (da non confondere con i cicloni tropicali o gli uragani/tifoni), sono centri di bassa pressione che popolano regioni del globo al di fuori dei tropici e sono associati a condizioni meteorologiche perturbate (precipitazioni, vento, nuvolosità).
Questi sistemi di bassa pressione determinano in larga misura il tempo alle nostre latitudini. Sono anche responsabili della maggior parte delle precipitazioni alle medie latitudini e di molti episodi di venti violenti (ad esempio Lothar era una depressione extratropicale). Dato che il cambiamento climatico può essere visto attraverso la sua influenza sui fenomeni meteorologici che hanno un impatto su di noi, è fondamentale chiedersi quale sia la sua influenza sui cicloni extratropicali. Ma come evolveranno questi potenti sistemi di bassa pressione in un clima più caldo? Come cambieranno il vento e le precipitazioni associate a questi sistemi da qui alla fine del secolo? Queste domande sono tutt'altro che banali e sono state oggetto di numerose ricerche negli ultimi anni. Ecco perché offriamo una sintesi in due parti dello stato delle conoscenze scientifiche su questo argomento. Nel primo capitolo presentiamo una sintesi delle proprietà dei cambiamenti climatici che hanno un'influenza diretta sulla dinamica delle depressoni extratropicali. Nel secondo capitolo, vedremo come queste proprietà influenzano l'intensità e la frequenza dei cicloni extratropicali, nonché i loro impatti (vento, precipitazioni, onde, mareggiate).
Forse avrete già sentito dire che il riscaldamento globale è più intenso nelle regioni polari (in particolare nell'Artico) rispetto ai tropici: si tratta della cosiddetta amplificazione polare. Ciò è dovuto in gran parte al meccanismo di retroazione ghiaccio-albedo: il riscaldamento globale porta allo scioglimento dei ghiacci. Questo innesca un circolo vizioso: meno ghiaccio significa più radiazione solare assorbita e quindi una temperatura più alta vicino alla superficie, che fa sciogliere ancora più ghiaccio e così via. Questo meccanismo è all'opera non solo nelle regioni polari, ma anche nelle montagne, dove lo scioglimento dei ghiacciai porta alla stessa accelerazione del riscaldamento. La conseguenza diretta dell'amplificazione polare è che la differenza di temperatura media tra i tropici e i poli tende a diminuire con il riscaldamento globale: man mano che i poli si riscaldano di più, il contrasto con i tropici, dove il riscaldamento è meno intenso, diminuisce. La figura 1 illustra questo fenomeno in modo schematico per l'emisfero settentrionale. È possibile confrontare il clima preindustriale con i climi attuali e futuri, utilizzando le frecce per spostarsi da uno all'altro.
Qual è la relazione tra la differenza di temperatura polo-equatore, nota come gradiente di temperatura meridiano, e le depressioni extratropicali? L'energia sfruttata dalle depressioni extratropicali proviene da questo gradiente di temperatura meridionale, che è massimo lungo il fronte polare. Il contrasto di temperatura tra le masse d'aria polari e tropicali rappresenta anche un contrasto di densità che è fonte di instabilità. È per questo che una piccola perturbazione lungo il fronte polare tende ad amplificarsi, dando vita alle depressioni.
Una prima conseguenza della diminuzione del gradiente di temperatura meridionale (in altre parole, un fronte polare più debole) è che dovrebbe esserci meno energia disponibile per le depressioni. Questo significa che dovrebbero essere meno intense? Non è così semplice. Innanzitutto, come si definisce l'intensità di una depressione? Dalla pressione al centro, dalla forza dei venti, dalla quantità di precipitazioni? In secondo luogo, ci sono altri processi che influenzano l'intensità di un sistema di bassa pressione, e anch'essi sono influenzati dal cambiamento climatico. La maggior parte di essi è legata ai cambiamenti di fase dell'acqua (ad esempio, evaporazione, condensazione) e quindi all'umidità dell'atmosfera, che è direttamente influenzata dai cambiamenti climatici. Questo ci porta a una seconda importante proprietà del riscaldamento globale, descritta nella prossima sezione.
Una seconda conseguenza dell'amplificazione polare è lo spostamento delle depressioni verso i poli (si veda questo articolo del 2020, in inglese). Infatti, con il riscaldamento globale, l'aria tropicale tende a guadagnare terreno verso i poli: la regione in cui incontra l'aria polare tende quindi a spostarsi verso i poli. Poiché le depressioni tendono a crescere lungo il fronte polare, anch'esse vengono spostate verso le regioni polari. Ciò è illustrato anche nella Figura 1, dove si può notare lo spostamento delle isoterme verso i poli.
Probabilmente avete già sentito dire che più l'aria è calda, più vapore acqueo può contenere. Si tratta dell'equazione di Clausius-Clapeyron, secondo la quale per ogni grado (Celsius) di riscaldamento, l'atmosfera può contenere il 7% in più di umidità. Ciò significa non solo che il potenziale di precipitazioni intense aumenta con il riscaldamento globale, ma anche che il calore latente giocherà un ruolo maggiore. Forse ricorderete dalle lezioni di fisica che la quantità di energia consumata per far evaporare l'acqua (o rilasciata durante la condensazione) è molto elevata (2.257 kJ/kg a una pressione atmosferica di 1013 hPa e a 100°C, cioè 5 volte di più che per riscaldare l'acqua da 0 a 100°C). All'interno di una depressione extratropicale, c'è molta condensazione nei movimenti ascensionali legati ai fronti: è questa che forma le nubi ed eventualmente le precipitazioni. Questa condensazione rilascia molto calore, che è anche una fonte di energia per le depressioni. Un'atmosfera più calda significa quindi più umidità e più energia rilasciata sotto forma di calore latente quando si formano le nuvole e le precipitazioni. Questo potrebbe quindi controbilanciare la riduzione dell'energia disponibile in un gradiente di temperatura meridionale più debole.
Il ruolo del calore latente in una depressione va ben oltre l'aspetto puramente energetico. Ad esempio, l'evaporazione delle precipitazioni nella corrente secca che scorre dietro il fronte freddo ha un effetto di raffreddamento che produce aria densa che cade al suolo, la quale può produrre raffiche di oltre 180 km/h (il cosiddetto "sting jet", pagina in inglese). È chiaro che la questione dell'impatto del riscaldamento globale sulle depressioni è molto complessa, poiché coinvolge fenomeni che interagiscono su scale diverse. Inoltre, è necessario tenere conto della struttura verticale dell'atmosfera, poiché le depressioni sono effettivamente sistemi tridimensionali. Questo aspetto è trattato nella prossima e ultima sezione.
La terza proprietà del riscaldamento globale, con un alto grado di affidabilità e che sta influenzando le depressioni, è quella legata ai cambiamenti nella troposfera superiore e nella stratosfera. Secondo il 5° rapporto IPCC, il riscaldamento globale porterà a un riscaldamento della troposfera superiore nelle regioni tropicali e a un raffreddamento della stratosfera nelle regioni polari. Ciò avrà un effetto opposto a quello osservato nella bassa troposfera, ovvero un aumento del gradiente di temperatura meridiano verso la tropopausa.
Un secondo effetto da considerare nella struttura verticale dell'atmosfera è la localizzazione del riscaldamento dovuto al rilascio di calore latente: il massimo si verifica nella media e alta troposfera, con l'effetto di aumentare la stabilità verticale, secondo questo articolo del Journal of the Atmospheric Sciences. Ancora una volta, vediamo che lo stesso meccanismo (in questo caso il rilascio di calore latente) può portare sia a un'intensificazione delle depressioni (contributo all'energia della depressione) sia a un indebolimento (aumento della stabilità verticale). Questo articolo di Nature cerca di quantificare questi diversi effetti, che a volte possono compensarsi a vicenda.
Per riassumere le tre proprietà del cambiamento climatico che influenzano le depressioni, possiamo dire che:
Anche se abbiamo una buona fiducia in queste proprietà, il modo in cui interagiscono e influenzano i cicloni extratropicali è meno certo (si veda questa rassegna del 2019). Tuttavia, è possibile trarre alcuni insegnamenti sull'influenza dei cambiamenti climatici sulle depressioni extratropicali. Ora che avete le basi teoriche, nella seconda parte di questo articolo esamineremo quali cambiamenti possiamo aspettarci e quanto siamo sicuri di queste tendenze. Non perdetevi quindi il secondo capitolo, che sarà pubblicato a breve!
Troverete più dettagli e riferimenti nell'articolo di Catto et al. 2019 qui sotto, che è la fonte principale di questo blog. La retroazione ghiaccio-albedo non è l'unico meccanismo di retroazione responsabile dell'amplificazione polare: l'articolo di Goosse et al. 2018 qui sotto propone una quantificazione delle diverse retroazioni in atto nelle regioni polari. Gli altri articoli sono stati linkati o utilizzati nel secondo capitolo di questo blog. L'influenza del cambiamento climatico sui cicloni tropicali è riassunta in questo altro articolo del blog di MétéoSuisse.