Mentre gli scienziati lavorano per determinare perché alcuni degli ultimi modelli climatici suggeriscono che il futuro potrebbe essere più caldo di quanto si pensasse in precedenza, un nuovo studio indica che il motivo è probabilmente legato alle sfide che simulano la formazione e l'evoluzione delle nuvole.

La nuova ricerca, pubblicato in Progressi scientifici , offre una panoramica di 39 modelli aggiornati che fanno parte di un'importante impresa internazionale sul clima, la sesta fase del progetto di intercomparazione del modello accoppiato (CMIP6). I modelli saranno anche analizzati per il prossimo sesto rapporto di valutazione del Gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici (IPCC).

Rispetto ai modelli precedenti, un sottoinsieme di questi modelli aggiornati ha mostrato una maggiore sensibilità all'anidride carbonica, ovvero più riscaldamento per una data concentrazione di gas serra, anche se alcuni hanno mostrato anche una sensibilità inferiore. Il risultato finale è una gamma più ampia di risposte del modello rispetto a qualsiasi precedente generazione di modelli, risalenti ai primi anni '90. Se i modelli di fascia alta sono corretti e la Terra è davvero più sensibile all'anidride carbonica di quanto gli scienziati avessero pensato, il futuro potrebbe anche essere molto più caldo di quanto precedentemente previsto. Ma è anche possibile che gli aggiornamenti apportati ai modelli tra l'ultimo progetto di intercomparazione e questo causino o espongano errori nei loro risultati.

Nel nuovo giornale, gli autori hanno cercato di confrontare sistematicamente i modelli CMIP6 con le generazioni precedenti e di catalogare le probabili ragioni dell'ampia gamma di sensibilità.

"Molti gruppi di ricerca hanno già pubblicato articoli che analizzano i possibili motivi per cui la sensibilità climatica dei loro modelli è cambiata quando sono stati aggiornati, " ha detto Gerald Meehl, uno scienziato senior presso il Centro nazionale per la ricerca atmosferica (NCAR) e autore principale del nuovo studio. "Il nostro obiettivo era quello di cercare i temi che stavano emergendo, soprattutto con i modelli ad alta sensibilità. La cosa che è venuta fuori più e più volte è che i feedback cloud in generale, e l'interazione tra nuvole e minuscole particelle chiamate aerosol in particolare, sembrano contribuire a una maggiore sensibilità."

La ricerca è stata finanziata in parte dalla National Science Foundation, che è lo sponsor di NCAR. Altri sostenitori includono il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, la Società Helmholtz, e Deutsches Klima Rechen Zentrum (centro di calcolo climatico della Germania).

Valutazione della sensibilità del modello

I ricercatori hanno tradizionalmente valutato la sensibilità del modello climatico utilizzando due diverse metriche. Il primo, in uso dalla fine degli anni '70, si chiama sensibilità climatica all'equilibrio (ECS). Misura l'aumento della temperatura dopo che l'anidride carbonica atmosferica è istantaneamente raddoppiata rispetto ai livelli preindustriali e il modello può funzionare fino a quando il clima non si stabilizza.

Attraverso i decenni, l'intervallo di valori ECS è rimasto notevolmente coerente, da circa 1,5 a 4,5 gradi Celsius (da 2,7 a 8,1 gradi Fahrenheit), anche se i modelli sono diventati significativamente più complessi. Per esempio, i modelli inclusi nella precedente fase del CMIP nell'ultimo decennio, noto come CMIP5, aveva valori ECS compresi tra 2,1 e 4,7 C (3,6 e 8,5 F).

I modelli CMIP6, però, hanno un intervallo da 1,8 a 5,6 C (da 3,2 a 10 F), allargando lo spread da CMIP5 sia sui bassi che sugli alti. Il modello del sistema terrestre comunitario basato su NCAR, la versione 2 (CESM2) è uno dei modelli a maggiore sensibilità, con un valore ECS di 5,2 C.

Gli sviluppatori di modelli sono stati impegnati a selezionare i loro modelli durante l'ultimo anno per capire perché ECS è cambiato. Per molti gruppi, le risposte sembrano scendere a nuvole e aerosol. I processi cloud si svolgono su scale molto fini, che li ha resi difficili da simulare con precisione in modelli su scala globale in passato. Nel CMIP6, però, molti gruppi di modellazione hanno aggiunto rappresentazioni più complesse di questi processi.

Le nuove funzionalità cloud in alcuni modelli hanno prodotto simulazioni migliori in determinati modi. Le nuvole nel CESM2, Per esempio, sembrano più realistici rispetto alle osservazioni. Ma le nuvole hanno una relazione complicata con il riscaldamento climatico:alcuni tipi di nuvole in alcune località riflettono più luce solare, raffreddare la superficie, mentre altri possono avere l'effetto opposto, intrappolare il calore.

aerosol, che può essere emesso naturalmente dai vulcani e da altre fonti, nonché dall'attività umana, riflettono anche la luce del sole e hanno un effetto rinfrescante. Ma interagiscono anche con le nuvole, cambiando la loro formazione e luminosità e, perciò, la loro capacità di riscaldare o raffreddare la superficie.

Molti gruppi di modellisti hanno stabilito che l'aggiunta di questa nuova complessità all'ultima versione dei loro modelli sta avendo un impatto su ECS. Meehl ha detto che questo non è sorprendente.

"Quando metti più dettagli nei modelli, ci sono più gradi di libertà e più possibili esiti diversi, " ha detto. "I modelli del sistema di terra oggi sono piuttosto complessi, con molti componenti che interagiscono in modi a volte imprevisti. Quando esegui questi modelli, otterrai comportamenti che non vedresti in modelli più semplificati."

Una quantità non misurabile

L'ECS ha lo scopo di dire agli scienziati qualcosa su come la Terra risponderà all'aumento dell'anidride carbonica atmosferica. Il risultato, però, non può essere confrontato con il mondo reale.

"ECS è una quantità non misurabile, " Ha detto Meehl. "È una metrica rudimentale, creato quando i modelli erano molto più semplici. è ancora utile, ma non è l'unico modo per capire quanto l'aumento dei gas serra influenzerà il clima".

Uno dei motivi per cui gli scienziati continuano a utilizzare l'ECS è perché consente loro di confrontare i modelli attuali con i primi modelli climatici. Ma i ricercatori hanno escogitato altre metriche per esaminare la sensibilità climatica lungo la strada, compresa la risposta climatica transitoria (TCR) di un modello. Per misurarlo, i modellisti aumentano l'anidride carbonica dell'1% all'anno, composto, fino al raddoppio dell'anidride carbonica. Sebbene anche questa misura sia idealizzata, può fornire una visione più realistica della risposta alla temperatura, almeno nell'orizzonte a breve termine dei prossimi decenni.

Nel nuovo giornale, Meehl e i suoi colleghi hanno anche confrontato il modo in cui il TCR è cambiato nel tempo dal suo primo utilizzo negli anni '90. I modelli CMIP5 avevano una gamma TCR da 1,1 a 2,5 C, mentre la gamma dei modelli CMIP6 è aumentata solo leggermente, da 1,3 a 3,0 C. Complessivamente, il cambiamento nel riscaldamento medio del TCR era quasi impercettibile, da 1,8 a 2,0 C (da 3,2 a 3,6 F).

La variazione della gamma TCR è più modesta rispetto a ECS, il che potrebbe significare che i modelli CMIP6 potrebbero non funzionare diversamente dai modelli CMIP5 durante la simulazione della temperatura nei prossimi decenni.

Ma anche con la gamma più ampia di ECS, il valore medio di quella metrica "non è aumentato di una quantità enorme, "Meehl ha detto, solo passando da 3,2 a 3,7 C.

"La fascia alta è più alta ma la fascia bassa è più bassa, quindi i valori medi non si sono spostati troppo significativamente, " Egli ha detto.

Meehl ha anche osservato che l'aumento della gamma di ECS potrebbe avere un effetto positivo sulla scienza stimolando una maggiore ricerca sui processi cloud e sulle interazioni cloud-aerosol, comprese le campagne sul campo per raccogliere osservazioni migliori su come queste interazioni si svolgono nel mondo reale.

"Le interazioni nuvola-aerosol sono al limite della nostra comprensione di come funziona il sistema climatico, ed è una sfida modellare ciò che non capiamo, " Ha detto Meehl. "Questi modellisti stanno spingendo i confini della comprensione umana, e sono fiducioso che questa incertezza motiverà la nuova scienza".