C'è un famoso detto che dice "Il clima è quello che ti aspetti; il tempo è quello che ottieni". Come nativo texano trasferitosi a New York, Avevo un'idea di cosa aspettarmi, ma non era completamente preparato per quello che avrei ottenuto. Perché il clima di New York è drasticamente diverso da quello a cui sono abituato, ogni mattina prima di lasciare il mio appartamento controllo religiosamente le previsioni del tempo. Molto rapidamente so se pioverà, se c'è una tempesta in arrivo al largo della costa, o se avrò bisogno di strati extra.

Considerando che il tempo può cambiare drasticamente di giorno in giorno, il clima indica le condizioni medie su circa 30 anni:quanto è calda la regione, in media, e quante precipitazioni ha in un anno? Il clima del Texas, Per esempio, tende ad essere più caldo per la maggior parte dell'anno, mentre New York è mediamente più fresca con stagioni ben definite.

Tempo e clima sono talvolta usati in modo intercambiabile, ma scienziati, meteorologi e ricercatori li studiano e li modellano in modo diverso.

Che cos'è un modello meteorologico?

"Le previsioni del tempo di oggi sono parzialmente nuvolose con possibilità di rovesci nel tardo pomeriggio..." Questo è un riassunto del tempo familiare che probabilmente hai sentito prima da un meteorologo. Per fare queste previsioni, i meteorologi utilizzano dati meteorologici e modelli di previsione per determinare le condizioni atmosferiche attuali e future.

Perché il tempo passa ora per ora, i modelli di previsione utilizzano le condizioni atmosferiche e oceaniche attuali per prevedere il tempo futuro. La previsione tiene conto dell'umidità, temperatura, pressione dell'aria, velocità e direzione del vento, così come la copertura nuvolosa. Posizione geografica, vicinanza all'acqua, strutture urbane, latitudine ed elevazione possono anche influenzare il tempo che si verifica.

I modelli meteorologici funzionano a risoluzioni sufficientemente elevate da generare previsioni diverse per le città vicine, in alcuni casi, ma solo in tempi brevi di circa due settimane al massimo.

Che cos'è un modello climatico?

Essenzialmente, i modelli climatici sono un'estensione delle previsioni meteorologiche. Ma mentre i modelli meteorologici fanno previsioni su aree specifiche e su brevi periodi di tempo, i modelli climatici sono più ampi e analizzano tempi lunghi. Prevedono come cambieranno le condizioni medie in una regione nei prossimi decenni.

I modelli climatici includono più atmosfera, processi oceanici e terrestri rispetto ai modelli meteorologici, come la circolazione oceanica e lo scioglimento dei ghiacciai. Questi modelli sono generalmente generati da equazioni matematiche che utilizzano migliaia di punti dati per simulare il trasferimento di energia e acqua che avviene nei sistemi climatici.

Gli scienziati utilizzano i modelli climatici per comprendere i complessi sistemi terrestri. Questi modelli consentono loro di testare ipotesi e trarre conclusioni sui sistemi climatici passati e futuri. Questo può aiutarli a determinare se eventi meteorologici anomali o tempeste sono il risultato di cambiamenti climatici o solo una parte della variazione climatica di routine. Per esempio, nel prevedere i cicloni tropicali durante la stagione degli uragani, gli scienziati possono utilizzare i modelli climatici per prevedere il numero di tempeste tropicali che potrebbero formarsi al largo della costa e in quali regioni è probabile che approdino.

Quando si creano modelli climatici, gli scienziati utilizzano uno dei tre tipi comuni di modelli climatici semplici:modelli di bilancio energetico, modelli di complessità intermedia, e modelli di circolazione generale. Questi modelli utilizzano i numeri per semplificare le complessità che esistono quando si prendono in considerazione tutti i fattori che influenzano il clima, come la miscelazione atmosferica e la corrente oceanica.

I modelli di bilancio energetico aiutano a prevedere i cambiamenti climatici come risultato del bilancio energetico della Terra. Questo modello tiene conto delle temperature superficiali dell'energia solare, albedo o riflettività, e il raffreddamento naturale della terra emettendo calore nello spazio. Per prevedere il clima, gli scienziati usano un'equazione che rappresenta la quantità di energia che entra rispetto a quella che esce, per comprendere i cambiamenti nell'accumulo di calore, ad esempio, poiché più CO2 che assorbe il calore riempie l'atmosfera. Gli scienziati quindi prendono questa equazione e la inseriscono in modelli a scatola che rappresentano un quadrato di terra all'interno di una griglia tridimensionale, per esprimere il clima di una regione o addirittura di un continente.

I modelli a complessità intermedia sono simili ai modelli di bilancio energetico, ma includono e combinano diverse strutture geografiche della Terra:terra, oceani, e caratteristiche del ghiaccio, ad esempio. Queste caratteristiche geografiche consentono modelli di complessità intermedia per simulare scenari climatici su larga scala come le fluttuazioni glaciali, spostamenti della corrente oceanica, e la composizione atmosferica cambia in tempi lunghi. I modelli a complessità intermedia descrivono il clima con meno dettagli spaziali e temporali, quindi sono utilizzati al meglio per variazioni su larga scala ea bassa frequenza nel sistema climatico terrestre.

I modelli di circolazione generale sono i modelli più complessi e precisi per comprendere i sistemi climatici e prevedere i cambiamenti climatici. Questi modelli includono informazioni riguardanti la chimica atmosferica, tipo di terreno, ciclo del carbonio, circolazione oceanica e composizione glaciale dell'area isolata. Questo tipo di modello utilizza anche una griglia tridimensionale, con ogni scatola che rappresenta circa 100 chilometri quadrati di terreno, aria, o mare, che è una risoluzione migliore rispetto ai tipici 200-600 chilometri per scatola. Questo modello è più sofisticato dei modelli di bilancio energetico e complessità intermedia, ma richiede una maggiore quantità di tempo di calcolo:ogni simulazione potrebbe richiedere diverse settimane per essere eseguita.

Cosa possono dirci i modelli climatici sul futuro e sul passato?

Per molti decenni, gli scienziati hanno raccolto dati sul clima utilizzando carote di ghiaccio, alberi, e corallo, così come la datazione al carbonio. Da questa ricerca hanno scoperto dettagli sull'attività umana passata, sbalzi di temperatura nei nostri oceani, periodi di estrema siccità, e altro ancora.

Man mano che vengono raccolti più punti dati, aumentano l'accuratezza dei modelli climatici esistenti. Ciò migliora le previsioni climatiche, perché i dati climatici passati aiutano a stabilire una linea di base per i sistemi climatici tipici. Da li, i ricercatori stabiliscono le variabili climatiche che vogliono mantenere invariate, come una nuvola, e le variabili che vogliono testare, come aumento di anidride carbonica, per valutare ipotesi sui cambiamenti futuri. Questi potrebbero stimare qualsiasi cosa, dall'innalzamento del livello del mare all'aumento delle temperature e al rischio di siccità e incendi boschivi.

Quanto sono accurati i modelli climatici?

Dal momento che il mondo non può permettersi di aspettare decenni per misurare l'accuratezza delle previsioni dei modelli climatici, gli scienziati testano l'accuratezza di un modello utilizzando eventi passati. Se il modello prevede accuratamente gli eventi passati che sappiamo essere accaduti, allora dovrebbe essere abbastanza bravo a predire il futuro, pure. E più impariamo sulle condizioni passate e presenti, più questi modelli diventano precisi.

I modelli climatici sono complessi a causa di tutti gli elementi che fluiscono all'interno dei sistemi terrestri. Se la nostra atmosfera fosse come quella della luna, la modellazione del clima sarebbe abbastanza facile perché la luna ha a malapena un'atmosfera. Sulla terra, gli scienziati del clima devono tenere conto delle fluttuazioni di temperatura, modelli di vento, Correnti oceaniche, caratteristiche della superficie terrestre e molto altro ancora. A causa di ciò, i modelli considerano sempre un certo livello di incertezza, ma i modelli che misurano aree più piccole con risoluzioni più elevate producono modelli più accurati. Nonostante una piccola quantità di incertezza, gli scienziati ritengono che i modelli climatici del 21° secolo siano piuttosto accurati perché si basano su principi fisici ben fondati dei processi del sistema terrestre. Questa base consolida la fiducia della comunità scientifica che le emissioni umane stanno cambiando il clima, che avrà un impatto sull'intero pianeta.

Perché i modelli climatici sono importanti?

Capire il passato, il clima presente e futuro ci aiuta a capire come funzionano naturalmente i sistemi della Terra. Questa informazione, combinato con modelli climatici, ci consente di determinare in che modo le influenze sia naturali che artificiali hanno e influenzeranno i cambiamenti nel nostro clima. Queste previsioni e risultati possono anche suggerire come mitigare i peggiori effetti del cambiamento climatico, e aiutano i decisori a dare priorità alle questioni ambientali sulla base di prove scientifiche.

Numerosi modelli hanno dimostrato che il clima sta cambiando. L'aumento delle emissioni di gas a effetto serra delle attività umane si traduce in feedback positivi nei nostri sistemi climatici. Questi feedback positivi possono comportare cambiamenti non così positivi nei sistemi terrestri, come lo scioglimento del ghiaccio glaciale, temperature oceaniche in aumento, aumento delle probabilità di gravi inondazioni e siccità, e le temperature della superficie in arrampicata.

È fondamentale continuare a raccogliere dati e migliorare i modelli, aumentando la loro accuratezza per affinare la nostra conoscenza del clima e del tempo. È inoltre imperativo riconoscere l'importanza dei risultati basati sui dati e dei fatti supportati dalla scienza poiché influenzano il modo in cui le comunità e i responsabili politici pianificano il futuro. I modelli climatici e meteorologici hanno entrambi la capacità di far progredire il modo in cui pianifichiamo le nostre città, influenzare le opportunità di business, e anche come pianifichiamo la nostra giornata. Questi modelli sono la nostra migliore possibilità di trovare modi per mitigare gli effetti pericolosi del cambiamento climatico.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione dell'Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.