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Aumento del trend di variazione del contenuto di calore degli oceani

Autore: Donato Barone
Data di pubblicazione: 29 Marzo 2019
Fonte originale:  http://www.climatemonitor.it/?p=50582

Mi sono occupato a più riprese del contenuto di calore degli oceani
in quanto è una grandezza fondamentale per conoscere come evolverà il
clima terrestre e che, allo stato delle conoscenze scientifiche odierne,
è un parametro ancora molto oscuro (lo sostiene un rapporto del NOAA nella post-fazione, pagg. 46-48).

In un articolo
pubblicato lo scorso mese di gennaio su CM, ho cercato di mettere in
evidenza le cause di queste incertezze. Il numero esiguo di misurazioni
(considerato il volume enorme degli oceani) non consente di conoscere
con precisione il contenuto di calore degli oceani. Non conosciamo,
inoltre, le dinamiche con cui il calore assorbito dalla superficie degli
oceani viene trasferito agli strati oceanici profondi e,
successivamente, all’atmosfera terrestre, né abbiamo certezze circa il
contributo geotermico all’aumento del contenuto di calore oceanico.
Diciamo che esistono grossi margini di miglioramento nelle procedure di
modellazione di questo importantissimo parametro che caratterizza
l’evoluzione del clima terrestre. Non stupisce, pertanto, che molti
ricercatori si dedichino a questa branca di ricerca, nel tentativo di
colmare le lacune che caratterizzano la nostra conoscenza del fenomeno.

Grazie ad una segnalazione degli amici L. Mariani e G. Alimonti  ho avuto modo di leggere un recente articolo pubblicato lo scorso mese di gennaio su Science:

How fast are the oceans warming? a firma di L. Cheng, J.Abraham, Z. Hausfather & K. E. Trenberth (da ora Cheng et. al., 2019).

Il breve articolo cerca di conciliare le misurazioni con i risultati
dei modelli di circolazione globale che, fino ad ora, divergevano in
modo significativo. L’articolo non è liberamente accessibile, per cui
cerco di riassumerlo brevemente. Gli autori partono da alcune
considerazioni di base: il contenuto di calore degli oceani è di
fondamentale importanza per capire quanto incida lo squilibrio radiativo
nel bilancio energetico del pianeta terrestre. E’ noto, infatti, che se
consideriamo la quantità di energia entrante nel sistema Terra sotto
forma di radiazione visibile ed ultravioletta e la confrontiamo con
quella infrarossa uscente, la prima risulta maggiore della seconda, per
cui il sistema Terra tende a scaldarsi. Esistono, però, dei meccanismi
regolatori che impediscono che questo processo proceda in modo tale da
giungere a valori di temperatura tali da impedire lo sviluppo della vita
così come la conosciamo. Si tratta di un delicatissimo equilibrio
radiativo, per cui la quantità di energia trattenuta dal sistema
climatico terrestre è tale da mantenere il nostro pianeta in condizioni
ideali di temperatura. L’aumento di concentrazione dei gas serra in
atmosfera, produce uno squilibrio radiativo, per cui il sistema dovrebbe
aumentare la sua temperatura.

Il problema è stabilire di quanto esso si scaldi e
questo “quanto” dipende dall’efficacia con cui il diossido di carbonio e
gli altri gas serra, trattengono la radiazione infrarossa. Non essendo
possibile effettuare misurazioni dirette a livello globale, i calcoli
vengono effettuati sulla base di modelli fisico-matematici che, sulla
base di equazioni di natura termodinamica e fluido dinamica, consentono
di calcolare i valori dei vari parametri che caratterizzano il clima
terrestre. Diversi sono i valori su cui si concentra l’attenzione degli
osservatori. Il primo di essi è la temperatura media globale, gli altri
due sono costituiti da due valori numerici che rappresentano
l’incremento della temperatura globale al raddoppio della concentrazione
di diossido di carbonio: la sensibilità climatica all’equilibrio e la
sensibilità climatica transitoria. IPCC nel suo ultimo report (AR5) ha
individuato per la sensibilità climatica all’equilibrio un intervallo
piuttosto ampio: 1,5°C-4,5°C.

Gli studiosi cercano di capire dove si colloca il vero valore della
sensibilità climatica in questo intervallo. Se la sensibilità climatica
all’equilibrio dovesse essere 4,5°C, i gas serra intrappolerebbero una
grande quantità di calore che dovremmo trovare nel principale serbatoio
di calore del sistema climatico terrestre, cioè negli oceani. Se la
sensibilità climatica all’equilibrio fosse, invece, prossima ad 1,5°C,
la quantità di calore immagazzinato negli oceani dovrebbe essere molto
più bassa. Tutto sta, quindi, a calcolare quanto calore viene
immagazzinato dagli oceani. E’ questa la battaglia del contenuto di
calore degli oceani (OHC, secondo l’acronimo in lingua inglese) che vede
gli scienziati su fronti opposti. Ad onor del vero la maggioranza di
essi è del parere che la sensibilità climatica all’equilibrio sia
piuttosto alta, ma ad essi si oppone un agguerrito gruppo di ricercatori
che non la vede allo stesso modo. L’unica cosa certa in tutte queste
discussioni è che il contenuto di calore degli oceani è affetto da un
notevole margine di incertezza e, ad aggravare ulteriormente la
situazione, non siamo in grado di stabilire quanto di questo calore sia
imputabile all’effetto serra e quanto ad altre cause.

Analizzando quattro lavori piuttosto recenti e per la precisione Cheng et. al. , 2017; Domingues et al., 2008; Levitus et al., 2012 e Resplandy et al., 2018 (cui dedicai un commento qualche mese fa), Cheng et al., 2019 ottiene dei valori del rateo di variazione del contenuto di calore degli oceani più alto di quelli contenuti nell’AR5 dell’IPCC ed in linea con quello previsto dai modelli della suite CMIP5. Per capire di cosa si sta parlando, mi è sembrato opportuno riportare una figura, in cui viene rappresentato quanto ho cercato di riassumere nelle righe precedenti.

fig. 1: tasso di riscaldamento dei primi duemila metri di oceano nel periodo 1971/2010 ( tratta da qui)

Questa figura non è, però quella dell’articolo originale, ma è stata estratta da una replica di uno degli autori ad un articolo
di Nic Lewis che ha contestato alcuni errori a Cheng et al., 2019. Nel
lavoro originario, infatti, i quattro valori contraddistinti con AR5 (in
grigio) sono sensibilmente più bassi per cui, chi legge l’articolo,
nota un forte aumento del tasso di riscaldamento degli oceani, rispetto a
quello contenuto in AR5 (in base ad una mia stima il valore centrale è
passato da circa 0,25 W/m2 a circa 0,38 W/m2) .

Il motivo di questa grossa differenza deve essere ricercato nel fatto che Cheng et al., 2019, ha considerato i valori di OHC riferiti ai primi 2000 metri di oceano, ma li ha confrontati con i valori di OHC che in AR5 sono riferiti ai primi settecento metri di profondità. Una svista non indifferente, considerato che nei materiali supplementari Cheng et al., 2019 riporta una figura quasi identica a questa, ma riferita ai primi settecento metri di profondità.

fig.2 tratta dalla fig. S1 dei materiali supplementari di Cheng et al., 2019 (liberamente accessibile). Si noti come la fig. 1 precedente, sia stata ottenuta da questa (pannello superiore) mediante semplice traslazione verticale.

Dopo la correzione la differenza si è ridotta notevolmente anche se
continua a notarsi un maggior accordo dei valori di Cheng et al., 2019
con i risultati dei modelli piuttosto che con quelli di AR5. In
proposito vorrei far notare che, dato l’elevato grado di incertezza, i
modelli danno risultati coerenti anche con alcuni dei dati AR5 (Levitus,
per esempio).

Nic Lewis nel suo commento all’articolo contesta alla radice le conclusioni di Cheng et al., 2019 per diversi ordini di motivi. In questa prima fase ci concentreremo sul calcolo del contenuto di calore oceanico tra 0 e 2000 metri di profondità. Esistono diverse stime di tale grandezza, desunte da studi di diversi autori. Ogni autore ha utilizzato un approccio diverso, per cui i risultati sono piuttosto discordanti. Nella figura seguente si possono vedere diverse stime del contenuto di calore oceanico.

fig. 3: secondo Lewis, Cheng et al., 2019, per calcolare il valore di OHC nello strato 0-2000 m, avrebbe utilizzato la curva magenta, invece di quella verde, sottostimando di circa 20 ZJ il contenuto di calore dello strato 0-2000 m tra il 1971 ed il 2010 (periodo preso in considerazione da IPCC- AR5).

Secondo Lewis,  Cheng et al., 2019 ha calcolato il contenuto di
calore degli oceani tra 0 e 2000 metri di profondità, per il periodo
1971-2010, sommando  a quello riportato in AR5 per lo strato 0-700 m, il
contenuto di calore indicato nella figura 3 con la curva di colore
magenta. Il valore così ottenuto, è fortemente sottostimato rispetto a
quanto si sarebbe ottenuto utilizzando, per esempio, la curva di Levitus
(curva vede/nera).

Ad un osservatore esterno la polemica potrebbe sembrare pretestuosa:
scegliere una curva o l’altra è una questione di opportunità. In realtà
scegliendo la curva magenta si ottiene un valore di molto inferiore e,
quindi, confrontando tale valore con quello odierno, si ottiene un
maggiore incremento del contenuto di calore degli oceani: peggio di
quanto pensassimo. Cheng e colleghi giurano che non è così, ma il dubbio
viene.

Le critiche di Lewis vanno, però, oltre questo aspetto che mi sento di condividere. Egli fa notare, infatti, che Cheng et al., 2019, sopravvaluta il contenuto di calore degli oceani nel periodo compreso tra il 2005 ed il 2017 (periodo in cui sono stati introdotti i dati delle boe ARGO). Gli autori avrebbero trascurato, infatti, una serie di misure (Ishii) che avrebbe ridotto il contenuto di calore oceanico. Se tale serie fosse stata presa in considerazione e fosse stata esclusa la serie altamente incerta di Resplandy et al., 2018 (su questo concordo senza alcuna riserva), i valori del contenuto di calore oceanico nei primi 2000 metri di profondità, sarebbero stati sensibilmente inferiori a quelli calcolati dai modelli e, quindi, non in accordo con essi.  Il ragionamento di Lewis è ben esemplificato  nella figura  seguente.

fig. 4:  nella parte sinistra della figura è rappresentato il rateo di variazione del contenuto di calore degli oceani nei primi 2000 metri di profondità calcolato in AR5 (banda grigia) e in tre diversi studi per il periodo 1971-2010. Nella parte destra è riportato  il trend di variazione del contenuto di calore oceanico secondo la suite di modelli CMIP5 (banda verde) e secondo gli stessi studi utilizzati per il calcolo di OHC nel “periodo AR5” (bande azzurre).

Devo constatare che, stando alle considerazioni degli autori
riportate nell’articolo di Lewis, essi non negano la fondatezza dei
rilievi di Lewis: si limitano a dire che i rilievi non minano la tesi
portante del loro studio, ovvero che il contenuto di calore degli oceani
è in aumento e che tale aumento è coerente con quello indicato dai
modelli della suite CMIP5. Personalmente non sono del tutto d’accordo
con loro e mi sento di condividere molte delle critiche di N. Lewis.
Questa convinzione è accresciuta anche da alcune affermazioni di Cheng
et al., 2019 circa le diverse imprecisioni che caratterizzano il loro
articolo: la colpa sarebbe degli editor di Science che, nel tentativo di
ridurre la lunghezza dell’articolo, avrebbero eliminato alcune parti
dello stesso, generando le imprecisioni rilevate da N. Lewis. Sarà anche
vero, ma alla fine ciò che resta è che abbassando il valore del
contenuto di calore degli oceani nel periodo 1971-2010 ed alzando quello
relativo al periodo 2005-2017, si ottiene un valore del rateo di
aumento del contenuto di calore degli oceani, molto diverso da quello
calcolabile utilizzando altri dati. E’ solo il caso di precisare che tutti
i dati utilizzati da Lewis e da Cheng et al., 2019, sono riportati
nella letteratura scientifica e, quindi, ugualmente degni di fede, ma
utilizzandone alcuni, invece che altri, si ottengono risultati piuttosto
diversi.

Per quel che mi riguarda tanto le argomentazioni di Lewis che quelle
di Cheng e collaboratori rientrano nel recinto del dibattito
scientifico, in quanto le incertezze dei dati danno pari dignità ad
entrambe le conclusioni, ma chi lo spiega al lettore del New York Times
che l’articolo 
che “divulgava” Cheng et al., 2019, per ammissione dello stesso Cheng,
non riflette lo stato effettivo del dibattito? Il povero lettore,
leggendo l’articolo ed i virgolettati delle dichiarazioni degli
scienziati, si è convinto che il contenuto di calore degli oceani stia
aumentando molto più di quanto potessimo immaginare, ma ciò non è
affatto vero. Ad essere sincero a tale conclusione si sarebbe giunti
anche leggendo l’originale di Cheng et al., 2019. E’ merito di Nicholas
Lewis se abbiamo potuto decifrare la realtà e mettere i puntini sulle
“i”.

Alla fine di questa lunga disamina della questione, pochissime considerazioni personali.

In primo luogo si persevera nell’utilizzo di dati provenienti da
fonti diverse (boe ARGO, nella fattispecie) per costruire delle serie
“omogenee” attaccando i nuovi dati a quelli vecchi, previa
omogeneizzazione degli stessi mediante algoritmi di calcolo che, come
abbiamo visto, sono altamente opinabili.

Si utilizzano dati altamente incerti (basta vedere le barre d’errore
nei grafici allegati) e li si confronta con dati caratterizzati da un
grado di incertezza molto più basso (quelli integrati con i dati delle
boe ARGO), giungendo a conclusioni a volte paradossali: il rateo di
variazione del contenuto di calore oceanico è aumentato. Nessuno lo
mette in dubbio, ma quanto di questo aumento è, però, frutto del cambio
del sistema di misurazione? Nessuno ce lo dice e, forse, nessuno lo sa.
Nonostante ciò si dichiara candidamente che il contenuto di calore degli
oceani sta aumentando con velocità maggiore che nel passato, con tutto
ciò che questo comporta, in primis il fatto che il “calore mancante” si
nasconde nel mare profondo, come sostiene da tempo uno dei co-firmatari
di Cheng et al., 2019.

Per finire, non possiamo passare sotto silenzio l’ennesimo tentativo
(fallito) di conciliare le osservazioni con i modelli. Su questo sarebbe
necessario scrivere, però, un altro post, per cui rimando i curiosi a
quanto dice in proposito N. Lewis nell’articolo citato.