I ricercatori dell'Istituto Alfred Wegener ora, per la prima volta, inserire i risultati dei loro modelli globali direttamente nel database del Gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici. Il dato è particolarmente interessante perché il modello sottostante, sviluppato presso l'AWI, descrive il ghiaccio marino e gli oceani con una definizione molto maggiore rispetto ai metodi convenzionali. I risultati vengono utilizzati dagli scienziati del clima e dalle parti interessate in tutto il mondo per determinare gli effetti del cambiamento climatico sull'uomo e sull'ambiente.

Quanto diventerà più calda la Terra nei prossimi decenni a causa dei cambiamenti climatici? Come cambierà il nostro mondo? Queste sono alcune delle domande più urgenti del nostro tempo, e ricercatori di tutto il mondo stanno utilizzando modelli climatici nel tentativo di trovare le risposte. Ma il clima della Terra è estremamente complesso e modellarlo utilizzando i super computer è difficile. Ogni modello climatico ha i suoi punti di forza e di debolezza. Al fine di stimare meglio i futuri sviluppi climatici, vengono confrontati i risultati di vari modelli climatici in tutto il mondo, poiché i confronti rendono più chiaro quale andamento climatico è più probabile e quale grado di incertezza possiedono le previsioni. Un totale di circa 50 istituti di ricerca in tutto il mondo stanno prendendo parte a questo vasto progetto internazionale, noto come progetto di intercomparazione del modello accoppiato (CMIP). È estremamente importante perché i risultati vengono inseriti in un database internazionale e costituiscono la base per il prossimo IPPC (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC), che sarà pubblicato nel 2021:il sesto rapporto di valutazione, AR6.

Solo tre istituzioni dalla Germania

Ora, per la prima volta, L'Istituto Alfred Wegener, Centro Helmholtz per la ricerca polare e marina (AWI), con un proprio modello, fa parte di questo grande progetto di confronto internazionale. Solo pochi giorni fa, i ricercatori AWI hanno inserito i primi risultati dettagliati del modello climatico nel database internazionale CMIP. "È molto speciale appartenere a una delle istituzioni che danno un contributo significativo ai dati su cui si baserà il Rapporto di valutazione, " commenta il meteorologo Dr. Tido Semmler, che coordina il lavoro dell'AWI per il progetto di confronto internazionale CMIP. "Ci sono solo tre istituti di ricerca tedeschi coinvolti:il Max Planck Institute for Meteorology di Amburgo, il Centro aerospaziale tedesco e noi." Inoltre, il German Climate Computing Centre (DKRZ) di Amburgo svolge un ruolo chiave, in quanto offre alle tre istituzioni tempo informatico e spazio di archiviazione, nonché supporto nell'esecuzione delle simulazioni e nella fornitura di dati.

C'è un motivo particolare per cui ora l'AWI è stata coinvolta:gli esperti hanno assunto un nuovo e, ad oggi, metodo poco utilizzato per modellare il clima, una cosiddetta "griglia non strutturata", che in termini di ricerca sul clima equivale a una mini rivoluzione. Fino ad ora, quasi tutti i gruppi di ricerca di tutto il mondo hanno lavorato con le cosiddette "griglie strutturate". Il principio alla base di queste griglie è semplice:poiché la modellazione del clima globale è troppo complessa, i ricercatori dividono la Terra e l'atmosfera in scatole di griglia, cubi con spigoli solitamente lunghi 100 chilometri. In queste scatole, il biologico, i processi chimici e fisici che influenzano il clima possono essere modellati utilizzando i supercomputer. Ma il fatto che una lunghezza di 100 chilometri sia troppo grezza per prendere direttamente in considerazione processi importanti, come i piccoli vortici, solo pochi chilometri di estensione, nella Corrente del Golfo e altre correnti oceaniche che portano ad un aumento dello scambio di calore e umidità tra il mare e l'atmosfera. Molti modelli climatici non sono in grado di rappresentare con precisione il corso della Corrente del Golfo, che ha origine nel Golfo del Messico e viaggia verso nord lungo la costa della Florida prima di virare ad est verso l'Europa. In molti modelli la corrente si sposta troppo a nord a causa dei piccoli vortici non inclusi.

Una griglia regolabile

Idealmente avremmo una griglia globale a maglie più sottili con quadrati che non coprono più di dieci chilometri. Ma ciò aumenterebbe il numero di calcoli individuali. Anche per le simulazioni climatiche di pochi anni, un computer mainframe avrebbe bisogno di diverse settimane. Ma gli esperti dell'AWI hanno ora sviluppato una "rete non strutturata" alternativa. Ciò consente di ridimensionare i singoli elementi della griglia, fino a circa dieci chilometri, per determinate regioni selezionate. Mentre il clima per l'intero globo può essere modellato utilizzando una griglia con quadrati di dimensioni normali, la maglia regolabile in modo flessibile consente in una certa misura di ingrandire regioni specifiche, come la Corrente del Golfo. La griglia non strutturata ha aggiunto un'interessante nuova dimensione alla modellazione climatica, che è molto importante per il processo CMIP.

Un confronto diretto unico

"Di regola, nella modellazione climatica combiniamo vari modelli diversi che simulano cose diverse, ad esempio, un modello che descrive l'oceano in dettaglio e un secondo modello che mostra i processi nell'atmosfera, " spiega Tido Semmler. " Il modello oceanico FESOM, che abbiamo sviluppato, utilizza una griglia non strutturata. Per l'atmosfera, d'altra parte, usiamo un modello strutturato convenzionalmente sviluppato presso il Max Planck Institute for Meteorology." Ciò rende particolarmente interessanti i confronti nel contesto del CMIP:il Max Planck Institute for Meteorology accoppia il modello atmosferico con il suo modello oceanico, che si basa sulla griglia tradizionale. Ma i colleghi dell'AWI accoppiano il modello atmosferico con il proprio modello oceanico, che utilizza la griglia non strutturata. "Noi e i partner CMIP siamo ansiosi di vedere il confronto diretto di questi risultati, "dice Tido Semmler.

Dati importanti per la ricerca sull'impatto climatico

I risultati dei circa 50 modelli climatici, che l'AWI e gli altri partner del CMIP stanno attualmente inserendo nel database internazionale, sarà utilizzato da numerosi altri ricercatori nel corso dei prossimi due anni. Soprattutto da quegli esperti che stanno studiando l'impatto dei cambiamenti climatici sulle persone e sugli habitat del nostro pianeta. Questi risultati della ricerca saranno, a sua volta, essere la base per i rapporti IPCC; il 6° Rapporto di Valutazione e anche la sintesi del rapporto dell'IPCC, il Rapporto di Sintesi, che includeranno principalmente raccomandazioni politiche.

Risultati della modellazione di esempio (vedi grafico online):L'andamento della temperatura media globale dal 1850 al 2100 secondo il nuovo modello climatico AWI.

Il modello climatico AWI include i principali fattori naturali della temperatura terrestre, come la radiazione solare, gas serra naturali e concentrazioni di aerosol, nonché aerosol vulcanici. La linea grigia rappresenta la corsa di controllo con driver naturali e concentrazioni di gas serra di 284 ppm CO ₂ per l'anno 1850. La linea nera mostra l'andamento storico della temperatura globale media con concentrazioni crescenti di gas serra dal 1850 fino a 400 ppm di CO ₂ oggi, che hanno portato ad un riscaldamento globale netto di circa 1°C. Le linee colorate mostrano il possibile sviluppo futuro della temperatura media globale a seconda dello scenario di emissione.

Le fluttuazioni nelle linee mostrano le variazioni naturali della temperatura media globale senza emissioni di gas serra. Per il trend storico (linea nera) e gli scenari moderati (circa 4 °C di riscaldamento con 871 ppm di CO ₂ nel 2100) per il futuro (linea gialla), sono state effettuate diverse simulazioni per stimare il grado di incertezza dei risultati. I modelli AWI hanno un intervallo di fluttuazione di circa mezzo grado Celsius.

Per lo scenario a basse emissioni (445 ppm CO ₂ nel 2100), saranno necessari sforzi concertati per ridurre le emissioni di gas serra al fine di limitare l'aumento della temperatura media globale entro 2 °C; con lo scenario ad alta emissione (1142 ppm CO ₂ nel 2100) si presume che non vengano prese misure per ridurre le emissioni di gas serra, cosicché secondo il presente modello la temperatura globale media aumenterà di circa 5 °C.