Del Dr. Rudolph Kalveks – Sabato 8 Giugno 2024

In una recente conferenza, il premio Nobel per la fisica John Clauser ha denunciato come i modelli e le analisi dell’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), su cui si basano politici e attivisti per sostenere le affermazioni di una “crisi climatica”, non soddisfino gli standard di base dell’indagine scientifica. Clauser ha ricevuto il premio Nobel nel 2022 per la misura osservativa dell’entanglement quantistico e comprende bene il problema di distinguere un segnale fisico dal rumore di fondo.

Clauser mostra che, se corretti per l’aritmetica e le statistiche inclini all’errore dell’IPCC, i dati osservativi non supportano lo squilibrio di potere ritenuto responsabile del riscaldamento globale. Inoltre, i risultati dei modelli climatici sono in contrasto con i dati osservativi. Clauser discute i ruoli della convezione, delle nuvole e della loro variabilità nel fornire un meccanismo di retroazione negativa, e propone che questo agisca come un termostato che stabilizza le temperature superficiali. La conclusione di Clauser è che le affermazioni di una “crisi climatica” mancano di sostanza scientifica e che le politiche Net Zero sono un ostacolo inutile.

Figura 1. Rappresentazione schematica del bilancio energetico medio globale della Terra. I numeri indicano le migliori stime per le grandezze delle componenti del bilancio energetico medio globale, insieme ai loro intervalli di incertezza (confidenza dal 5% al 95%), che rappresentano le condizioni climatiche all’inizio del 21° secolo. Si noti che le quantità sono espresse in termini di flusso di potenza (Watt per metro quadrato o W/m2), che equivale all’energia al secondo per unità di superficie (Joule/s/m2). (Fonte: rapporto IPCC AR6 WG 1 p.934)

L’intervento di Clauser è disponibile su YouTube. Tuttavia, c’è merito nel rivedere le argomentazioni fisiche che attingono ai dati osservativi sui flussi di energia atmosferica per confutare la nozione di una crisi climatica indotta dal riscaldamento globale antropogenico (AGW).

Flussi di energia nel sistema climatico

È utile iniziare con una rappresentazione semplificata del flusso di energia solare che raggiunge la Terra, la sua trasformazione da parte del sistema climatico terrestre e il conseguente flusso di energia (per lo più termica) che lascia l’atmosfera terrestre. Questo è mostrato nella Figura 1, tratta da un recente rapporto dell’IPCC.

Il diagramma IPCC mostra uno squilibrio energetico, essendo la differenza tra la radiazione solare visibile e UV in entrata 340 W/m2, meno la quantità riflessa (100 W/m2), meno la radiazione termica infrarossa (IR) in uscita (239 W/m2). Lo squilibrio dichiarato nella parte superiore dell’atmosfera è di 0,7 W/m2 (più o meno 0,2) e l’IPCC afferma che questo sta guidando il continuo riscaldamento del sistema climatico.

Tabella 1. Flussi di energia nella parte superiore dell’atmosfera. L’energia fluisce nella parte superiore dell’atmosfera terrestre, con i loro errori come da Figura 1. Il saldo è calcolato dai suoi componenti.

Le misure di radiazione necessarie per questo calcolo vengono effettuate a diverse lunghezze d’onda da strumenti trasportati dai satelliti e gli errori di osservazione sono inevitabili. Combinando gli intervalli di incertezza nei flussi in entrata, riflessi e in uscita mostrati nella Tabella 1, utilizzando la regola statistica standard del quadrato medio, si ottiene che il margine di errore nello squilibrio calcolato è in realtà di 3 W/m2, circa 15 volte maggiore di 0,2 W/m2 margine di errore richiesto dall’IPCC. In breve, non si osserva alcuno squilibrio energetico. Lo squilibrio dichiarato di 0,7 W/m2 è sommersa da errori osservativi e, da un punto di vista scientifico, è descritta da Clauser come un “pasticcio”.

Variabilità naturale

È importante sottolineare che il trattamento dell’IPCC sottovaluta la variabilità naturale del flusso di energia solare che penetra nel sistema climatico. Un elemento chiave che guida questa variazione è l’albedo, la proporzione di luce solare che viene riflessa dalle nuvole o dalla superficie. L’estensione della copertura nuvolosa, che in genere copre circa due terzi della superficie terrestre, è in realtà piuttosto dinamica e, di conseguenza, l’albedo varia di mese in mese in un intervallo compreso tra 0,275 e 0,305. Clauser stima che la variazione mensile risultante dell’energia riflessa si estenda nell’intervallo (95-105 W/m2). Clauser osserva che questo andamento mensile fluttuante non è ben replicato dai modelli computerizzati del Coupled Model Intercomparison Project (CMIP) utilizzati dall’IPCC, che devono quindi mancare di aspetti chiave della fisica delle nuvole.

Ciò è significativo perché la variabilità naturale introdotta nel sistema climatico dalle variazioni delle nuvole e dell’albedo fa impallidire l’effetto dei gas serra secondari come il CO2. Inoltre, la relativa stabilità del sistema climatico terrestre di fronte a queste oscillazioni nell’apporto di energia solare indica che ci sono meccanismi di feedback negativo all’opera.

Flussi di calore superficiali e natura dell’equilibrio atmosferico

Prima di tornare al tema delle nuvole, è d’obbligo qualche commento in più sui flussi di energia illustrati nella Figura 1. In termodinamica è fondamentale distinguere tra energia e calore. La Prima Legge della Termodinamica afferma che l’energia si conserva. La seconda legge della termodinamica afferma che l’entropia non diminuisce mai, e questo a sua volta implica che il calore fluisce solo dagli oggetti più caldi a quelli più freddi e mai il contrario. Per comprendere la fisica dei processi atmosferici è necessario tenere conto di questa direzionalità dei flussi di calore. Pertanto, il flusso di energia dei “gas a effetto serra in superficie” (339-347 W/m2) mostrato nel diagramma IPCC non rappresenta effettivamente un flusso di calore; piuttosto agisce semplicemente per contrastare una parte del flusso di energia “in superficie” (395-400 W/m2), con il risultato che la velocità di raffreddamento superficiale per irraggiamento è determinata dalla differenza (56 +/-5 W/m2). Possiamo usare questa intuizione per mettere in prospettiva l’equilibrio dei flussi di calore in superficie, come mostrato nella Tabella 2.

Tabella 2. Flussi di calore superficiali. I flussi di calore verso il basso (verso l’alto) sulla superficie terrestre sono mostrati insieme ai loro errori. Il calore radiante è la rete dei flussi di energia superficiali verso l’alto e verso il basso della superficie nella Figura 1.

I modelli climatici di circolazione generale in uso oggi sono stati ispirati dal lavoro del fisico premio Nobel Syukuro Manabe, che nel 1967 introdusse il paradigma del sistema atmosferico come in equilibrio convettivo radiativo1. Si può vedere dalla Tabella 2, che il flusso convettivo del calore latente e sensibile è due volte più importante della radiazione nel raffreddamento della superficie terrestre. L’incorporazione della convezione da parte di Manabe ha segnato un netto miglioramento rispetto alla precedente generazione di modelli radiativi. Ci si può chiedere, tuttavia, se una predilezione per il tentativo di comprendere le dinamiche atmosferiche puramente in termini di radiazione, piuttosto che di flussi di calore convettivi, persista ancora all’interno della comunità dei modellisti climatici, e se questo sia alla radice della continua incapacità dei modelli climatici di corrispondere all’osservazione.

Forzante radiativo e retroazioni negative

Il primo lavoro di Manabe, recentemente confermato nei raffinati calcoli effettuati da Happer e van Wjngaarden2, descrive l’impatto dei gas a effetto serra in termini di “forzante radiativo”, vale a dire il loro impatto transitorio sul bilancio energetico della parte superiore dell’atmosfera (ToA). Entrambi calcolano che il forzante radiativo dovuto ad un raddoppio di CO2 porta a circa 3 W/m2 riduzione dell’irraggiamento termico in uscita in cieli sereni. Applicando la legge di Stefan-Boltzmann, secondo la quale la radiazione di corpo nero aumenta come quarta potenza della temperatura (misurata in gradi Kelvin), ci dice che le sorgenti radianti nell’atmosfera dovrebbero aumentare di temperatura di circa 0,75°C per produrre ulteriore radiazione compensativa. La domanda chiave per la fisica del clima è: qual è la risposta di compensazione della temperatura superficiale del suolo necessaria per ripristinare la radiazione termica al ToA?

I 27 modelli climatici CMIP utilizzati dall’IPCC incorporano una sensibilità climatica di equilibrio (ECS) con un intervallo di aumento da 1,8 °C a 5,6 °C della temperatura superficiale del suolo per raddoppio di CO23. Questo è tra le 2,5 e le 7,5 volte superiore alla risposta alla temperatura di 0,75°C nell’atmosfera, il che implica la presenza di alcuni meccanismi di feedback positivo molto sostanziali incorporati nei modelli CMIP che moltiplicano la forzante iniziale.

Clauser fa l’osservazione generale, basata sul principio di Le Chatelier, che un sistema fisico complesso in equilibrio contiene tipicamente molteplici meccanismi di feedback negativo che agiscono per opporsi piuttosto che amplificare la forzatura e mette in discussione la base dei presunti feedback positivi dell’IPCC.

In effetti, è molto più facile identificare i meccanismi di feedback negativo che identificare i feedback positivi. La Tabella 3 illustra le ovvie retroazioni negative in risposta ad un aumento della temperatura superficiale di 1°C, a cui segue l’applicazione della fisica di base ai flussi di calore nella Figura 1.

Tabella 3. Risposte di feedback all’aumento della temperatura superficiale. Riflessione solare da parte delle nuvole stimata in aumento del 7% in 75 W/m2. Evaporazione stimata in aumento del 7% in 82 W/m2. Aumento termico superficiale basato sulla legge di Stefan-Boltzmann applicata all’aumento della temperatura superficiale da 15°C a 16°C.

La relazione di Clausius-Clapeyron implica che il contenuto di vapore acqueo saturo dell’aria aumenta del 7% per un aumento della temperatura di 1°C rispetto all’attuale media globale di circa 15°C. Sulla base di ciò, l’IPCC stima un feedback positivo di 1,3 W/m2 a causa dell’aumento del contenuto di vapore acqueo nell’atmosfera e del conseguente assorbimento della radiazione superficiale. Tuttavia, come sottolinea Clauser, la relazione di Clausius-Clapeyron deve anche portare a un aumento comparabile dell’evaporazione, della formazione di nubi e delle precipitazioni, insieme al conseguente trasferimento di calore latente (di evaporazione dell’acqua) lontano dalla superficie del suolo. Le retroazioni negative che ne derivano agiscono per compensare il forzante radiativo. In particolare, (a) l’effetto dell’aumento della riflessione solare da parte delle nuvole ha un impatto diretto sul bilancio energetico del ToA, e (b) la fisica della convezione implica che l’aria riscaldata si espanda, acquisisca galleggiabilità e salga fino alla Tropopausa (a circa 11 km di altitudine), mentre rilascia il suo calore extra come radiazione termica nello spazio. Mentre parte della radiazione termica superficiale sarà assorbita nell’atmosfera, è evidente dalla Tabella 3 che i feedback negativi identificati fanno impallidire il feedback positivo calcolato dall’IPCC.

Clauser sottolinea che la quantità di feedback negativo delle nuvole dipende non solo dalla loro estensione, ma anche dalla loro distribuzione sulla superficie terrestre e dalla loro riflettività. La maggior parte delle nuvole sono formate dal forte assorbimento della luce solare da parte degli oceani, dove l’impatto di raffreddamento della riflessione delle nuvole è maggiore rispetto alla terraferma. Presi insieme, i feedback termici, convettivi e negativi delle nubi si combinano per fornire un meccanismo termostatico che stabilizza la temperatura della superficie terrestre contro il forzante, indipendentemente dal fatto che questo abbia origine dalla variabilità dell’insolazione solare (ad esempio, a causa di cambiamenti nella copertura nuvolosa) o dall’effetto dei gas serra. Clauser stima una forza di retroazione netta negativa combinata nell’intervallo 7-14 W/m2 per 1°C, coerentemente con le magnitudo di cui alla tabella 3.

Se assumiamo un feedback netto negativo complessivo di (10) W/m2 per 1°C in superficie, nel mezzo dell’intervallo di Clauser, questo sarebbe tre volte maggiore della forzatura radiativa da un raddoppio di CO2 in cielo sereno di 3 W/m2, quindi l’aumento della temperatura superficiale necessario per compensare il forzante radiativo implicherebbe un ECS di soli 0,3°C. Con questo livello di feedback negativo, l’intervallo ECS da 1,8 °C a 5,6 °C utilizzato dall’IPCC sovrastima l’effetto delle emissioni di CO2 di un fattore compreso tra 6 e 19 volte.

Equivalentemente, in questo intervallo di retroazioni negative, l’intervallo ECS da 1,8 °C a 5,6 °C implicherebbe un aumento del flusso di calore dalla superficie compreso tra 18 e 56 W/m2 è necessario compensare un solo 3 W/m2 forzante radiativo nell’atmosfera. Dove va a finire il resto del flusso di calore? La Prima Legge della Termodinamica implica che questa energia non può scomparire, e la Seconda Legge della Termodinamica implica che il calore nell’atmosfera può trasferirsi solo su una superficie più fredda (cioè irradiarsi nello spazio). I modelli climatici dell’IPCC sembrano violare la Prima o la Seconda Legge della Termodinamica, forse entrambe.

Conclusioni

In conclusione, Clauser sostiene che i meccanismi di feedback negativo nel sistema climatico terrestre stabilizzano le temperature contro il riscaldamento a causa dell’aumento del forzante radiativo. Come corollario, non vi è una crisi climatica del riscaldamento globale antropogenico indotto dal CO2. Allo stesso modo, i feedback negativi servono a stabilizzare le temperature superficiali contro il raffreddamento. Un tale meccanismo termostatico che attinge alle proprietà termodinamiche dell’acqua può spiegare come un pianeta ricco d’acqua come la Terra sia stato ospitale per la vita nel corso della storia.

La narrativa sul clima promulgata dall’IPCC e dai suoi sostenitori si basa su statistiche scadenti, su una selezione errata dei dati e su un trattamento incompleto dei meccanismi fisici, che include l’ignorare importanti feedback negativi.

Un’analisi delle retroazioni negative implica che l’aumento del 50% delle emissioni di CO2 dall’epoca preindustriale (280 ppm) al livello attuale (420 ppm) è plausibilmente la causa di soli 0,15°C circa di riscaldamento globale.

Una spiegazione fisica dei cicli storici di riscaldamento e raffreddamento osservati dalla Terra e del riscaldamento osservato a partire dagli anni ’70 deve guardare alla variabilità indotta dai molti altri meccanismi naturali discussi nella letteratura climatica, come i cicli solari, i cicli orbitali/lunari, la variabilità delle nuvole, i cicli oceanici, i vulcani, la variabilità dell’ozono, le isole di calore urbane e così via. Questi esulano dallo scopo di questa nota.

Il Dr. Rudolph Kalveks è un dirigente in pensione. Ha conseguito il dottorato di ricerca in fisica teorica.

  1. S. Manabe e R. T. Wetherald, Equilibrio termico dell’atmosfera con una data distribuzione dell’umidità relativa, J. Atmos. 24, 241 (1967). ↩︎
  2. van Wijngaarden, W.A. e Happer, W., 2020. Dipendenza della radiazione termica terrestre dai cinque gas serra più abbondanti. arXiv preprint arXiv:2006.03098↩︎
  3. Zelinka, M.D., Myers, T.A., McCoy, D.T., Po‐Chedley, S., Caldwell, P.M., Ceppi, P., Klein, SA e Taylor, K.E., 2020. Cause di maggiore sensibilità climatica nei modelli CMIP6. Lettere di ricerca geofisica47(1), p.e2019GL085782. ↩︎

 Fonte : The Daily Sceptic