Nuove simulazioni al supercomputer eseguite da scienziati del clima presso il Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'Energia hanno dimostrato che il cambiamento climatico ha intensificato la quantità di precipitazioni nei recenti uragani come Katrina, Irma, e Maria dal 5 al 10 percento. Hanno inoltre scoperto che se quegli uragani dovessero verificarsi in un mondo futuro più caldo del presente, quelle tempeste avrebbero ancora più pioggia e venti più forti.

Lo studio, "Influenze antropogeniche sui principali eventi di cicloni tropicali, " sarà pubblicato il 15 novembre sulla rivista Natura . Per raggiungere le loro conclusioni, i ricercatori del Berkeley Lab Christina Patricola e Michael Wehner hanno modellato 15 cicloni tropicali storici, o uragani, come vengono chiamati nell'Atlantico, e li ha simulati in vari scenari climatici passati e futuri. Lo scopo dello studio era esaminare come il riscaldamento causato dalle attività umane potrebbe aver avuto un impatto su queste tempeste e potrebbe influenzare tempeste simili in futuro.

"Stiamo già iniziando a vedere fattori antropici che influenzano le precipitazioni dei cicloni tropicali, " disse Patricola, uno scienziato nell'area di scienze della terra e dell'ambiente del Berkeley Lab e autore principale dello studio. "E le nostre simulazioni indicano fortemente che con il passare del tempo possiamo aspettarci di vedere aumenti ancora maggiori delle precipitazioni".

Patricola ha scelto 15 cicloni tropicali che si sono verificati nell'ultimo decennio in tutto il mondo, tra cui l'Atlantico, Pacifico, e dell'Oceano Indiano, e ha eseguito simulazioni climatiche ad alta risoluzione di quelle tempeste in diversi scenari, fattori variabili come la temperatura dell'aria e dell'oceano, umidità, e le concentrazioni di gas serra. "È difficile svelare come il cambiamento climatico possa influenzare i cicloni tropicali usando le sole osservazioni perché le registrazioni prima dell'era dei satelliti sono incomplete e la variabilità naturale nei cicloni tropicali è ampia, " lei disse.

Ha diviso lo studio in due parti, uno per analizzare gli effetti del cambiamento climatico finora, e il secondo per proiettarsi nel futuro, per capire come i vari livelli di riscaldamento globale potrebbero modificare l'intensità e le precipitazioni dei cicloni tropicali.

Ha scoperto che un clima caldo ha già reso le precipitazioni più intense, dal 5 al 10 per cento, ma finora non ha influenzato in modo apprezzabile la velocità del vento negli uragani considerati in questo studio. Tuttavia, se il clima continua a riscaldarsi, le velocità di picco del vento potrebbero aumentare fino a 25 nodi, o circa 29 mph.

Metodo di attribuzione "Hindcast"

I ricercatori hanno usato ciò che Wehner, un esperto di condizioni meteorologiche estreme nella divisione di ricerca computazionale del Berkeley Lab, chiama il metodo di attribuzione hindcast, che descrive come una previsione, tranne per il fatto che l'evento si è già verificato "quindi potenzialmente hai più informazioni da utilizzare".

Wehner e Patricola hanno utilizzato lo stesso metodo l'anno scorso in un'analisi di una grave tempesta del Colorado del 2013 che ha causato inondazioni record. "Puoi certamente usare il tuo giudizio esperto in un modo migliore dopo il fatto, " ha detto. "Così simula l'evento nel mondo che è stato, seguita dalla simulazione di una tempesta controfattuale in un mondo che avrebbe potuto essere se gli umani non avessero modificato il sistema climatico".

Per esempio, modellando l'uragano Katrina in un clima preindustriale e di nuovo nelle condizioni attuali, e prendendo la differenza tra i risultati, i ricercatori possono determinare cosa può essere attribuito al riscaldamento antropogenico. Però, la progettazione dello studio non ha permesso ai ricercatori di esaminare la questione se gli uragani diventeranno più frequenti, o se si muoveranno diversamente, come il modo in cui l'uragano Harvey si è fermato per diversi giorni su Houston.

Wehner avverte inoltre che è stato utilizzato un solo modello climatico (il modello Weather Research and Forecasting, sviluppato dal Centro Nazionale per la Ricerca Atmosferica), e tale fiducia aumenterà quando i risultati verranno replicati in altri modelli.

più pioggia, venti più forti

Oltre allo scenario preindustriale, Patricola e Wehner hanno anche simulato i cicloni tropicali che si verificano in tre scenari climatici futuri, noto come RCP4.5, RCP6.0, e RCP8.5, ciascuno dei quali rappresenta livelli crescenti di emissioni di gas serra e riscaldamento globale. Dall'inizio del XX secolo, le temperature medie della superficie globale sono aumentate di circa 1 grado Celsius; in RCP8.5, lo scenario più estremo, le temperature dovrebbero aumentare di altri 3-4 gradi.

Hanno scoperto che le precipitazioni potrebbero aumentare dal 15 al 35 percento negli scenari futuri. La velocità del vento è aumentata fino a 25 nodi, anche se la maggior parte degli uragani ha visto aumenti da 10 a 15 nodi. "Il fatto che quasi tutti i 15 cicloni tropicali abbiano risposto in modo simile dà fiducia nei risultati, " ha detto Patricola.

Un'altra scoperta interessante è stata che la struttura delle tempeste può cambiare dove le precipitazioni sono più intense nell'occhio dell'uragano ma meno intense sui bordi esterni. "In un mondo più caldo la parte interna della tempesta sottrae umidità alla parte esterna della tempesta, " ha detto Wehner.

Le attuali simulazioni climatiche a lungo termine all'avanguardia si stanno avvicinando a risoluzioni di 25 chilometri e oltre, che possono rappresentare in linea di massima i cicloni tropicali. Però, importanti funzionalità su scala più fine come i cluster cloud possono essere approssimate solo a quella scala, con implicazioni sconosciute per le proiezioni climatiche. Ciò ha motivato il team del Berkeley Lab a eseguire le proprie simulazioni con una risoluzione di 4,5 chilometri, che ha permesso una certa rappresentazione di cluster cloud. Hanno scoperto che la scala spaziale più fine non ha alterato gli aspetti qualitativi delle loro conclusioni.

"Abbiamo scoperto che le influenze del cambiamento climatico sul vento e le precipitazioni dell'uragano Katrina sono insensibili alla risoluzione del modello tra 3 km e 25 km, " ha detto Patricola. "Questa è una buona notizia perché suggerisce che possiamo riporre maggiore fiducia nelle proiezioni dei modelli climatici globali a risoluzioni di almeno 25 km, che stanno diventando più comuni."

Con 15 uragani simulati in cinque scenari climatici, ciascuno ripetuto 10 volte, lo studio ha utilizzato milioni di ore di calcolo sul supercomputer Cori presso il National Energy Research Scientific Computing Center del Berkeley Lab. "NERSC è stato assolutamente cruciale per poter portare a termine questa ricerca, "Ha detto Patricola. "Alcuni studi hanno esaminato come le singole tempeste possono essere cambiate a causa del cambiamento climatico. Una delle cose importanti di questo studio è che siamo stati in grado di utilizzare lo stesso modello climatico e la stessa metodologia per 15 tempeste, che ci permette di valutare quanto siano robusti i risultati, e non era mai stato fatto prima."

Patricola sottolinea l'importanza di utilizzare sia le osservazioni che i modelli climatici per comprendere il sistema climatico. Diversi studi, incluso uno del Berkeley Lab pubblicato l'anno scorso in Lettere di ricerca geofisica , scoperto che il cambiamento climatico ha aumentato le precipitazioni dell'uragano Harvey, sulla base dell'analisi statistica delle osservazioni. "Quando entrambi gli approcci concordano, possiamo avere più fiducia nei risultati, " ha detto. "Gli scienziati stanno arrivando a un consenso sul fatto che il riscaldamento globale porterà ad un aumento delle precipitazioni dai cicloni tropicali. Una delle restanti incertezze è quanto".