Articolo di Enzo Ragusa – Venerdì 25 Aprile 2025 – Tempo di lettura 7 minuti
Divulgatore scientifico

L’eruzione del vulcano Hunga Tonga-Hunga Ha’apai (Hunga) avvenuta nel gennaio 2022 ha avuto un impatto significativo sulla stratosfera, iniettando una quantità rilevante di vapore acqueo e una moderata quantità di anidride solforosa (SO2). Un recente studio, basato su osservazioni satellitari e simulazioni con modelli chimico-climatici, ha analizzato le anomalie climatiche stratosferiche nell’emisfero australe (SH) seguite all’evento, evidenziando un raffreddamento su larga scala nella stratosfera tropicale e subtropicale. Questo articolo esplora i risultati dello studio, con particolare attenzione ai fattori che hanno guidato il raffreddamento stratosferico e al ruolo delle anomalie di vapore acqueo, ozono e aerosol solfatici.

Lo studio si basa su simulazioni climatiche condotte con il modello WACCM (Whole Atmosphere Community Climate Model) in configurazione di chimica specificata (Specified Chemistry, SC). Queste simulazioni hanno permesso di decomporre i contributi delle forzanti vulcaniche – ozono, vapore acqueo e aerosol solfatici – alle anomalie di temperatura e circolazione stratosferica nel 2022. I risultati delle simulazioni SC sono stati confrontati con precedenti simulazioni a chimica accoppiata (Free-Running, FR), mostrando una buona corrispondenza e confermando l’efficacia del metodo SC per studiare le risposte climatiche in modo computazionalmente efficiente.

Il principale risultato dello studio è l’identificazione di un raffreddamento stratosferico su larga scala nell’emisfero australe durante l’inverno e l’inizio della primavera australe (giugno-dicembre 2022). Questo raffreddamento non è stato principalmente causato da processi radiativi diretti, ma da cambiamenti nei processi dinamici, come le variazioni nella circolazione stratosferica. In particolare:

• Ruolo delle forzanti vulcaniche: Ciascuna forzante (ozono, vapore acqueo e aerosol solfatici) ha contribuito alle anomalie di temperatura e circolazione. Il vapore acqueo e gli aerosol solfatici hanno influenzato la dinamica stratosferica, mentre l’ozono ha avuto un ruolo significativo nel prolungare le anomalie di temperatura.
• Feedback radiativo dell’ozono: Da ottobre a dicembre 2022, le anomalie negative di ozono hanno generato un feedback radiativo che ha contribuito a mantenere temperature fredde nella bassa stratosfera (circa 70 hPa). Questo ha prolungato le condizioni di freddo del vortice polare, un fenomeno che influenza il clima stratosferico e potenzialmente troposferico.
• Efficienza delle simulazioni SC: Le simulazioni con chimica specificata si sono rivelate un’alternativa efficiente alle simulazioni a chimica accoppiata, permettendo di isolare l’effetto di singole componenti chimiche sulle risposte climatiche.

I risultati dello studio, integrati con precedenti ricerche (Wang et al., 2023; Zhang et al., 2024), sottolineano l’importanza di utilizzare configurazioni diverse di un singolo modello per comprendere le complesse interazioni tra chimica e clima in seguito a eventi vulcanici. L’eruzione di Hunga, pur non essendo tra le più potenti, ha avuto effetti rilevanti sulla stratosfera grazie all’iniezione di vapore acqueo, un fattore meno comune rispetto agli aerosol solfatici nelle eruzioni vulcaniche tradizionali.

Le simulazioni SC si sono dimostrate uno strumento valido per studiare le risposte climatiche, offrendo un approccio meno dispendioso rispetto alle simulazioni FR. Questo metodo può essere particolarmente utile per analizzare l’impatto di perturbazioni chimiche individuali, come quelle indotte da eruzioni vulcaniche o altri eventi estremi.

In conclusione, lo studio evidenzia che il raffreddamento stratosferico post-eruzione Hunga è stato guidato principalmente da processi dinamici, con un contributo significativo del feedback radiativo dell’ozono nella bassa stratosfera. Questi risultati migliorano la nostra comprensione degli impatti climatici delle eruzioni vulcaniche e forniscono strumenti per future indagini su eventi simili.

L’impatto dell’eruzione Hunga Tonga-Hunga Ha’apai (Hunga) del 2022 sulla circolazione stratosferica e sul clima

Simchan Yook, Susan Salomone, Xinyue Wang

Abstract

L’eruzione vulcanica Hunga Tonga-Hunga Ha’apai (Hunga) del gennaio 2022 ha iniettato una notevole quantità di vapore acqueo e una moderata quantità di SO₂ nella stratosfera. Sia le osservazioni satellitari del 2022 che le successive simulazioni del modello chimico-climatico forzate da realistiche perturbazioni di Hunga rivelano un raffreddamento su larga scala nell’emisfero australe (SH) da tropicale a subtropicale dopo l’eruzione di Hunga. Questo studio analizza i fattori che determinano questo raffreddamento, compreso il ruolo distintivo delle anomalie nella concentrazione di vapore acqueo, ozono e aerosol di solfato sulla risposta climatica simulata alla forzante vulcanica di Hunga, basata su simulazioni climatiche con chimica/aerosol prescritti. Le anomalie simulate di circolazione e temperatura basate su simulazioni di chimica specificata mostrano un buon accordo con le precedenti simulazioni di chimica accoppiata e indicano che ogni forzatura di ozono, vapore acqueo e aerosol di solfato dall’eruzione vulcanica di Hunga ha contribuito alla circolazione e alle anomalie di temperatura nella stratosfera SH. I nostri risultati suggeriscono anche che (a) il raffreddamento stratosferico su larga scala durante l’inverno australe è stato principalmente indotto da cambiamenti nei processi dinamici, non da processi radiativi, e che (b) il feedback radiativo da anomalie negative dell’ozono ha contribuito alle prolungate anomalie della temperatura fredda nella stratosfera inferiore (livello di ∼70 hPa) e quindi alle condizioni di freddo di lunga durata del vortice polare.

Riassunto e conclusioni

Recenti studi osservazionali e di modellazione hanno esplorato le anomalie climatiche stratosferiche a seguito dell’eruzione vulcanica dell’Hunga, comprese le influenze sulle temperature stratosferiche, la chimica, la circolazione su larga scala e la forzatura radiativa netta (Coy et al., 2022; Fleming et al., 2024; Lu et al., 2023; Schoeberl et al., 2022, 2023; Wang et al., 2023; Zhang et al., 2024). Due studi recenti hanno utilizzato lo stesso modello chimico-climatico (WACCM) ma con configurazioni diverse per affrontare vari aspetti delle risposte climatiche all’eruzione dell’Hunga. Wang et al. (2023) hanno esplorato l’evoluzione della composizione e della circolazione stratosferica utilizzando una versione libera di WACCM, mentre Zhang et al. (2024) si sono concentrati sui cambiamenti nella chimica stratosferica con una versione a dinamica specificata di WACCM.

Qui, estendiamo il loro metodo, ma concentrandoci sulla decomposizione dei contributi di ciascuna forzante – ozono, vapore acqueo e aerosol di solfato – dall’eruzione vulcanica dell’Hunga alla circolazione stratosferica simulata e alle anomalie di temperatura nel 2022. Per fare ciò, abbiamo esaminato le differenze nelle anomalie climatiche sulla base di una serie di esperimenti WACCM di chimica specifica con varie configurazioni di forzante di Hunga prescritta.

Le risposte climatiche simulate alla forzante di Hunga basate sulle nostre simulazioni di chimica specificata (SC-ALL) mostrano un buon accordo con le precedenti simulazioni di chimica accoppiata (FR-ALL). Scopriamo che il raffreddamento stratosferico su larga scala che si è verificato nell’inverno/inizio primavera australe del 2022 (giugno-dicembre) è stato principalmente guidato da cambiamenti nei processi dinamici e non da forzanti radiativi diretti. Tuttavia, un risultato chiave di questo articolo è che da ottobre a dicembre 2022, il feedback radiativo dell’ozono ha contribuito alle prolungate anomalie della temperatura fredda nella stratosfera inferiore (≈70 hPa) da ottobre a dicembre 2022 e quindi alle condizioni di freddo di lunga durata del vortice polare.

Insieme ai risultati di Wang et al. (2023) e Zhang et al. (2024), i nostri risultati evidenziano che esperimenti di modelli coerenti con diverse configurazioni di un singolo modello possono migliorare la nostra comprensione delle risposte climatiche associate all’evento di eruzione vulcanica osservato. I nostri risultati evidenziano anche alcune implicazioni pratiche dell’utilizzo dell’impostazione di chimica specificata di WACCM per lo studio delle interazioni tra clima e chimica. La somiglianza tra i risultati delle prove FR e SC suggerisce che le corse SC possono stimare efficacemente le risposte di temperatura e circolazione alle perturbazioni di Hunga, fornendo un’alternativa più efficiente dal punto di vista computazionale alle simulazioni chimiche completamente accoppiate (Smith et al., 2014). Questa efficienza rende le corse SC utili per isolare la risposta climatica alle perturbazioni nei singoli componenti chimici.

Riferimenti
Coy et al., 2022; Fleming et al., 2024; Lu et al., 2023; Schoeberl et al., 2022, 2023; Wang et al., 2023; Zhang et al., 2024; Smith et al., 2014.

Fonte: agupubs.onlinelibrary