L'11 dicembre 2014, un treno merci in tempesta attraversò gran parte della California, inondando la San Francisco Bay Area con tre pollici di pioggia in appena un'ora. La tempesta è stata alimentata da quello che i meteorologi chiamano "Pineapple Express", un fiume atmosferico di umidità che viene sollevato sulle acque tropicali del Pacifico e spazzato a nord con la corrente a getto.

di sera, precipitazioni record avevano provocato frane di fango, inondazioni, e interruzioni di corrente in tutto lo stato. La tempesta, che è stata definita la "tempesta del decennio" della California, " è tra gli eventi di precipitazioni più estremi dello stato nella storia recente.

Ora gli scienziati del MIT hanno scoperto che tali eventi di precipitazioni estreme in California dovrebbero diventare più frequenti man mano che il clima della Terra si riscalda nel corso di questo secolo. I ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnica che prevede la frequenza di locali, eventi di precipitazioni estreme identificando modelli rivelatori su larga scala nei dati atmosferici. Per la California, hanno calcolato che, se le temperature medie del mondo aumentano di 4 gradi Celsius entro l'anno 2100, lo stato sperimenterà tre eventi di precipitazioni più estremi rispetto alla media attuale, per anno.

I ricercatori, che hanno pubblicato i loro risultati nel Giornale del clima , affermano che la loro tecnica riduce significativamente l'incertezza delle previsioni di tempeste estreme fatte da modelli climatici standard.

"Una delle lotte è, modelli climatici grossolani producono un'ampia gamma di risultati. [Le precipitazioni] possono aumentare o diminuire, "dice Adam Schlosser, ricercatore senior nel Joint Program del MIT sulla scienza e la politica del cambiamento globale. "Ciò che il nostro metodo ti dice è, per la California, siamo molto fiduciosi che [forti precipitazioni] aumenteranno entro la fine del secolo".

La ricerca è stata guidata da Xiang Gao, ricercatore nel Joint Program on the Science and Policy of Global Change. I coautori del documento includono Paul O'Gorman, professore associato di terra, atmosferico, e scienze planetarie; Erwan Monier, principale ricercatore nel Joint Program; e Dara Entekhabi, il Bacardi Stockholm Water Foundations Professore di Ingegneria Civile e Ambientale.

Connessione su larga scala

Attualmente, i ricercatori stimano la frequenza degli eventi di precipitazioni intense locali principalmente utilizzando le informazioni sulle precipitazioni simulate dai modelli climatici globali. Ma tali modelli in genere eseguono calcoli complessi per simulare i processi climatici su centinaia e persino migliaia di chilometri. Con una risoluzione così grossolana, è estremamente difficile per tali modelli rappresentare adeguatamente caratteristiche su piccola scala come la convezione dell'umidità e la topografia, che sono essenziali per fare previsioni accurate delle precipitazioni.

Per avere un quadro migliore di come i futuri eventi di precipitazione potrebbero cambiare regione per regione, Gao ha deciso di concentrarsi su precipitazioni non simulate ma su modelli atmosferici su larga scala, quali modelli climatici sono in grado di simulare in modo molto più affidabile.

"In realtà abbiamo scoperto che c'è una connessione tra ciò che i modelli climatici fanno davvero bene, che è quello di simulare i movimenti su larga scala dell'atmosfera, e locale, eventi di precipitazioni intense, " dice Schlosser. "Possiamo usare questa associazione per dire con quale frequenza questi eventi si verificano ora, e come cambieranno a livello locale, come nel New England, o la costa occidentale."

Istantanee del tempo

Mentre le definizioni variano per quello che è considerato un evento di precipitazione estrema, in questo caso i ricercatori hanno definito tale evento come rientrante nel 5 percento superiore delle quantità di precipitazioni di una regione in una particolare stagione, per periodi di quasi tre decenni. Hanno concentrato la loro analisi su due aree:California e Midwest, regioni che generalmente sperimentano quantità relativamente elevate di precipitazioni in inverno e in estate, rispettivamente.

Per entrambe le regioni, il team ha analizzato le caratteristiche atmosferiche su larga scala come le correnti di vento e il contenuto di umidità, dal 1979 al 2005, e annotava i loro schemi ogni giorno che si verificavano precipitazioni estreme. Utilizzando l'analisi statistica, i ricercatori hanno identificato modelli rivelatori nei dati atmosferici associati a forti tempeste.

"Sostanzialmente prendiamo istantanee di tutte le informazioni meteorologiche rilevanti, e troviamo un'immagine comune, che è usato come nostra bandiera rossa, " Spiega Schlosser. "Quando esaminiamo simulazioni storiche da una suite di modelli climatici all'avanguardia, fissiamo ogni volta che vediamo quel modello."

Utilizzando il nuovo schema, il team è stato in grado di riprodurre collettivamente la frequenza degli eventi estremi osservati nel periodo di 27 anni. Ma ancora più importante, i risultati sono molto più accurati di quelli basati su precipitazioni simulate dagli stessi modelli climatici.

"Nessuno dei modelli è nemmeno vicino alle osservazioni, " dice Gao. "E indipendentemente dalla combinazione di variabili atmosferiche che abbiamo usato, i nuovi schemi erano molto più vicini alle osservazioni."

"Informazioni fruibili"

Forti dei loro risultati, il team ha applicato la propria tecnica a modelli atmosferici su larga scala ricavati da modelli climatici per prevedere come la frequenza di forti tempeste potrebbe cambiare in un clima in fase di riscaldamento in California e nel Midwest nel prossimo secolo. Hanno analizzato ogni regione in base a due scenari climatici:un caso "business as usual", in cui si prevede che il mondo si riscalderà di 4 gradi Celsius entro il 2100, e un caso guidato dalla politica, in cui le politiche ambientali globali che regolano i gas serra dovrebbero mantenere l'aumento della temperatura a 2 gradi Celsius.

Per ogni scenario, il team ha contrassegnato quei modelli atmosferici su larga scala modellati che avevano determinato essere associati a forti tempeste. Nel Midwest, i casi annuali di precipitazioni estreme estive sono leggermente diminuiti in entrambi gli scenari di riscaldamento, anche se i ricercatori dicono che i risultati non sono privi di incertezza.

Per la California, il quadro è molto più chiaro:nello scenario più intenso del riscaldamento globale, lo stato sperimenterà altri tre eventi di precipitazioni estreme all'anno, sull'ordine della tempesta di dicembre 2014. Nello scenario guidato dalla politica, Schlosser afferma che "questa tendenza è dimezzata".

Il team sta ora applicando la sua tecnica per prevedere i cambiamenti nelle ondate di calore da un clima che si sta riscaldando globalmente. I ricercatori stanno cercando modelli nei dati atmosferici che siano correlati con le ondate di calore passate. Se possono prevedere in modo più affidabile la frequenza delle ondate di calore in futuro, Schlosser afferma che può essere estremamente utile per la manutenzione a lungo termine di reti elettriche e trasformatori.

"Quelle sono informazioni fruibili, " dice Schlosser.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.