Omogeneizzazione delle serie di misura climatiche – una premessa per il monitoraggio del clima

10 luglio 2019, 2 Commenti
Temi: Clima

Le serie di misura strumentali di MeteoSvizzera, iniziate più di 150 anni fa, costituiscono la base per il monitoraggio del clima in Svizzera. Nel corso dei decenni diverse stazioni di misura hanno dovuto essere spostate e la tecnica di misura è mutata. Questi cambiamenti possono compromettere la comparabilità tra le misure vecchie e quelle nuove. Per poter stimare in modo affidabile i cambiamenti climatici, i dati devono essere sottoposti a correzioni. MeteoSvizzera è talvolta accusata di manipolare le serie pluriennali di misura della temperatura. Questa critica è ingiustificata.

Quando attorno al 1857 il fisico e meteorologo svizzero Heinrich Wild, che più tardi acquisì fama mondiale, assunse la direzione dell’osservatorio astronomico di Berna, il termometro a mercurio per misurare la temperatura dell’aria era già utilizzato da oltre 100 anni. Ma mancavano norme uniformi per il posizionamento di questo strumento di misura e Heinrich Wild installò il suo termometro in una capannina meteorologica di legno, davanti a una finestra rivolta a nord. Qui il termometro era protetto dalla radiazione solare diretta ed era facilmente accessibile dalla finestra. Anche dopo la demolizione del vecchio osservatorio nel 1876, il termometro rimase in funzione in una posizione analoga presso il nuovo edificio. Heinrich Wild, che nel frattempo era stato nominato direttore del Physikalisches Zentralobservatorium di San Pietroburgo, continuò a occuparsi di quali fossero le modalità per  installare adeguatamente gli strumenti di misura meteorologici affinché fornissero delle misure rappresentative ed affidabili. A partire dal 1898 a Berna, nel giardino dell’osservatorio, si utilizzò una nuova capannina meteorologica in metallo, costruita in base alle sue istruzioni, che rimase in funzione per quasi 60 anni. Tuttavia, nel 1957 si decise di utilizzare anche a Berna la capannina meteorologica di tipo inglese, in legno, già diffusa nel resto della rete di misura del servizio meteorologico nazionale, chiamato allora Meteorologische Zentralanstalt. Fino alla fine del 1977 le misure furono effettuate nella capannina inglese anche se negli anni fu situata in ubicazioni leggermente diverse.

Nel 1978 MeteoSvizzera iniziò ad automatizzare le sue prime stazioni di misura. L’avanzamento della tecnologia permetteva di misurare i valori con strumenti automatici ogni 10 minuti anziché solo 3 volte al giorno, cosa che consentì nuove opportunità nell’analisi dei dati. Poiché presso la vecchia ubicazione presso la Grosse Schanze a Berna mancava lo spazio per installare una nuova stazione di misura automatica, dopo oltre 100 anni, la postazione per le misurazioni meteorologiche fu trasferita a Berna-Liebefeld, circa 3 km a nordovest presso la Landwirtschaftliche Versuchsanstalt, la stazione sperimentale per le ricerche agronomiche. Per quasi 30 anni la superficie utilizzata per ricerche sperimentali, sostanzialmente libera da influssi, offrì le condizioni ideali per i rilevamenti meteorologici in prossimità della città. Tuttavia, con la rinuncia alle ricerche sperimentali, negli anni 2000 venne autorizzata l’edificazione del fondo e nonostante una ricerca prolungata MeteoSvizzera non riuscì a trovare una nuova ubicazione in città che fosse garantita sul lungo termine. Perciò nel 2006 venne messa in funzione una nuova stazione di misura sostitutiva a Zollikofen, presso la Landwirtschaftliche Schule Rütti, l’istituto agrario.

Le conseguenze di una storia movimentata

La storia della stazione di misura di Berna/Zollikofen, “movimentata” nel vero senso della parola, è esemplare tra le molte storie delle stazioni di misura di MeteoSvizzera, anche se grandi spostamenti come quello da Berna-Liebefeld a Zollikofen costituiscono un’eccezione. Nessuna stazione di misura è tuttavia stata risparmiata da cambiamenti di ogni genere ed è chiaro che essi hanno conseguenze sulla comparabilità delle misure. Conseguenze, queste, che in alcuni casi potrebbero compromettere il significato di una serie di misura pluriennale in merito all’evoluzione del clima. Si pensi ad esempio a un cambiamento di altitudine di una stazione, che ovviamente ha ripercussioni sulla pressione atmosferica o sulla temperatura, anche con condizioni climatiche invariate; oppure allo sviluppo tecnologico come dimostrato dall’esempio della stazione di Berna, che difficilmente non ha lasciato tracce nella comparabilità di queste misure. Per potersi esprimere sull’andamento di una misura nel corso di tutto il periodo di misurazione, è perciò assolutamente necessario studiare attentamente le conseguenze sulle misure dei cambiamenti intervenuti durante la storia della stazione ed eventualmente procedere a correzioni. In climatologia questa procedura è denominato omogeneizzazione di una serie di misura; MeteoSvizzera applica questo metodo in modo sistematico da 20 anni (cfr. Begert et al, 2003). Senza omogeneizzazione non è possibile pronunciarsi con certezza sull’evoluzione del clima facendo riferimento alle serie di misura pluriennali.

Metodi di omogeneizzazione delle serie di misura

Esistono diversi metodi per omogeneizzare le serie di misura. Il problema del cambiamento delle condizioni di misura era naturalmente già noto nel passato e in caso di cambiamenti ci si sforzava, per quanto possibile, di effettuare contemporaneamente misurazioni con le vecchie e con le nuove condizioni (misurazioni parallele). Grazie a questo metodo è ad esempio stato possibile studiare attentamente le differenze tra la capannina meteorologica metallica (Wild'sche Hütte), quella inglese in legno (Englische Hütte) e le moderne misure automatiche (ad es. Müller, 1984). Ed è stato possibile quantificare anche le differenze tra le diverse ubicazioni, come ad es. a Berna tra la Grosse Schanze e Liebefeld.

Al di là delle misurazioni parallele, le serie di misura possono anche essere considerate per rapporto a quelle delle stazioni vicine. In Svizzera la rete di misura è molto fitta: nelle ubicazioni vicine le condizioni sono spesso molto simili, soprattutto se si considerano la media mensile o quella annuale. Se un mese è caldo a Berna, lo è anche a Neuchâtel; infatti durante l’inverno 1962/1963, quando si verificò la «Seegfrörni» il Lago di Zurigo non fu il solo a ghiacciare. Esistono metodi statistici per confrontare tra di loro i dati delle stazioni di misura vicine e per stabilire in quale serie di misura sussiste eventualmente un cambiamento non dovuto a influssi climatici. Questi metodi consentono inoltre di definire le correzioni per i cambiamenti riscontrati. Queste correzioni sono importanti per non interpretare le conseguenze di un cambiamento delle condizioni di misura come un cambiamento climatico. I metodi utilizzati sono descritti in dettaglio nel rapporto tecnico n. 67 di MeteoSvizzera (Begert et al., 2003).

Nessuna manipolazione dei dati, ma una necessità

Nel caso della temperatura, per molte serie di misura di MeteoSvizzera l’omogeneizzazione porta a un maggiore aumento della temperatura nel corso dei decenni rispetto ai dati originali. Non va inoltre trascurato il fatto che l’introduzione delle misure automatiche, che inevitabilmente hanno introdotto una disomogenità nei valori misurati, coincide temporalmente con un brusco aumento della temperatura in Svizzera alla fine degli anni 1980. Occorre quindi chiedersi se è effettivamente giustificato rafforzare il riscaldamento misurato tramite correzioni e se il brusco aumento non possa essere una conseguenza dell’omogeneizzazione. I timori sono però infondati.

Visione ingrandita: Temperature medie annuali originali (sopra) e omogeneizzate (sotto) della stazione di misura di Berna/Zollikofen nel periodo 1864-2018, inclusa la linea della tendenza lineare (in rosso). Nel grafico dei dati originali sono indicati inoltre i principali cambiamenti delle condizioni di misura.
Temperature medie annuali originali (sopra) e omogeneizzate (sotto) della stazione di misura di Berna/Zollikofen nel periodo 1864-2018, inclusa la linea della tendenza lineare (in rosso). Nel grafico dei dati originali sono indicati inoltre i principali cambiamenti delle condizioni di misura.

Motivi importanti per le correzioni per lo più negative dei valori storici della temperatura sono le conoscenze acquisite nel corso della storia delle misurazioni per migliorare le condizioni di misura, delle quali Heinrich Wild si è occupato per tutta la vita, come pure il progresso tecnologico con il passaggio dalla capannina meteorologica ai termometri ventilati. Entrambi hanno portato a una sempre migliore protezione delle misurazioni dall’influsso della radiazione solare. In questo contesto l’automazione ha contribuito ulteriormente, perché fu possibile, allontanare gli strumenti da infrastrutture che costituivano un elemento di disturbo, come ad esempio gli edifici. Inoltre, nel corso degli anni le stazioni della rete di misura di MeteoSvizzera situate in città sono spesso state spostate dai centri alla periferia per minimizzare l’influsso dell’urbanizzazione. Poiché con il passare del tempo sono cambiate le condizioni di misura, le misure odierne sono quindi spesso in media leggermente più basse di quelle storiche della stessa stazione. Per poter confrontare le misure storiche con i dati odierni e valutare l’effettivo andamento della temperatura durante tutto il periodo di misurazione, le misure storiche devono spesso essere sottoposte a correzioni negative.

Per dimostrare che il brusco aumento della temperatura alla fine degli anni 1980 non può essere ricondotto alle correzioni legate all’automazione, è sufficiente ricorrere alle serie di misura delle stazioni che non furono automatizzate alla fine degli anni ’70 del secolo scorso. Anche senza correzioni, queste serie mostrano lo stesso andamento della temperatura in Svizzera delle serie omogeneizzate, come dimostrato dagli esempi di Koppigen (senza correzioni) e Berna (con correzioni).

Conclusione

MeteoSvizzera omogeneizza le sue serie di misura in base a metodi oggettivi, controlla i suoi risultati con fonti indipendenti e analizza criticamente in continuazione e da molti anni i suoi risultati in modo scientifico. Gli studi più vecchi e quelli più recenti giungono sempre alla stessa conclusione in riferimento alla dimensione delle disomogeneità e alla necessità di correggerle. Inoltre, confrontando le serie di misura svizzere omogeneizzate con quelle dei paesi confinanti constatiamo che i dati dei paesi vicini mostrano il medesimo andamento di quelli rilevati in Svizzera.

 

Links

Begert et al. 2003: pubblicazione di MeteoSvizzera sull’omogeneizzazione (in tedesco)

Müller, 1984: rapporto tecnico sul confronto di diverse misurazioni della temperatura nella storia di MeteoSvizzera (in tedesco)

Dati omogeneizzati delle stazioni di MeteoSvizzera dal 1864

 

Commenti (2)

  1. BC, 10.07.2019, 20:25

    Buonasera,

    tematica molto interessante. Sorgeva un quesito discutendo con alcuni appassionati del settore:

    Si è capito che questo processo di omogeneizzazione delle serie concerne aspetti di livello tecnico (come spostamenti e misure).

    Ma cosa succede con il contesto di urbanizzazione attorno le stazioni? Mi spiego, attorno la stazione di Lugano sicuramente tra l'urbanizzazione del 1864 e del 2019 molto è cambiato, può esserci un microclima diverso rispetto il passato così come in altre città (tralasciando ovviamente le stazioni di alta montagna), nel modo in cui sono influenzati i regimi delle temperature (esempio più caldo mediamente ora soprattutto di notte)?

    Pertanto mi chiedo, il fenomeno delle cosidette "isole di calore urbane" viene considerato in questo processo di omogeneizzazione dei dati oppure una parte del riscaldamento notato nelle serie cittadine (es.Lugano) può essere ricondotto all'aumento della cappa di caldo urbano?

  2. Stefano Di Battista, 10.07.2019, 19:41

    Ottima ed esauriente dissertazione. Alcune delle vostre serie però sono state omogeneizzate per l'ultima volta una dozzina di anni fa (Lugano per esempio lo fu nel 2007). A quando l'omogeneizzazione dei dati più recenti?