Gli scienziati dell'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia e una dozzina di altre istituzioni di ricerca internazionali hanno prodotto la serie di proiezioni più elaborata fino ad oggi che illustra i possibili futuri per le principali regioni monsoniche.

Molteplici regioni del mondo pianificano la produzione di energia, pratiche agricole e altri sforzi economici essenziali basati sull'arrivo annuale dei monsoni, che comporta uno spostamento stagionale nella direzione dei venti che prevede periodi di precipitazioni costanti. Però, le emissioni incontrollate di gas serra potrebbero interrompere questi eventi tradizionalmente prevedibili.

Usando RegCM4, l'ultima versione di un popolare modello climatico regionale sviluppato dal Centro Internazionale di Fisica Teorica in Italia, il team ha eseguito una serie di simulazioni per proiettare e valutare i cambiamenti in nove regioni monsoniche in cinque continenti. I ricercatori hanno progettato le simulazioni con una griglia stretta di ciascuna regione contenente una distanza inferiore a 16 miglia, che forniva un notevole livello di dettaglio.

Il gruppo, parte di uno sforzo globale chiamato il Coordinated Regional Downscaling Experiment, o CORDICE, ha pubblicato i suoi risultati in Dinamiche climatiche .

"Questa è la prima volta che un modello climatico regionale è stato utilizzato per fornire una visione globale dei cambiamenti dei monsoni, ", ha affermato l'autore principale Moetasim Ashfaq, uno scienziato computazionale climatico presso l'ORNL. "Ci sono voluti molto tempo e sforzi per compilare e analizzare un profilo così alto, dati ad alta risoluzione, e queste simulazioni dettagliate non sarebbero state possibili senza una significativa collaborazione internazionale".

I ricercatori dell'ORNL hanno simulato la regione dei monsoni dell'Asia meridionale utilizzando le risorse del Compute and Data Environment for Science del laboratorio e il cluster di calcolo Eos, e il resto delle simulazioni è stato condotto in vari altri centri di calcolo. Il team ha scoperto i punti in comune nelle risposte dei monsoni regionali all'aumento delle emissioni di gas serra. Queste risposte includevano ritardi nell'insorgenza dei monsoni, stagioni dei monsoni più brevi e fluttuazioni stagionali più intense.

Le simulazioni hanno previsto e confrontato i cambiamenti che si sarebbero verificati in diversi scenari forniti dal Gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici, o IPCC, noto come Rappresentazione Concentrazione Pathway, o RCP8.5 e RCP2.6.

RCP8.5 presuppone che le emissioni di carbonio seguano uno scenario "business as usual" senza interventi politici, considerando che  RCP2.6 si basa su aumenti molto più bassi delle emissioni con politiche di mitigazione aggressive. Sebbene i modelli dei monsoni cambieranno probabilmente per entrambi gli RCP, le simulazioni hanno rivelato che la quantità di cambiamento sarebbe probabilmente minima sotto RCP2.6 ma potrebbe essere significativa sotto RCP8.5.

"Se le emissioni vengono ridotte in base a RCP2.6 fino all'anno 2100, le simulazioni mostrano che il lungo, i cambiamenti dannosi nei comportamenti dei monsoni possono essere per lo più evitati, " ha detto Ashfaq. "Se si guarda allo scenario migliore, vediamo ancora dei cambiamenti, ma sono insignificanti rispetto alla tipica variazione di anno in anno dei monsoni regionali a cui le comunità sono già abituate".

Stagioni di cambiamento

Sette delle nove regioni monsoniche hanno mostrato un graduale ritardo nell'insorgenza dei monsoni con un continuo aumento delle emissioni globali, che potrebbe creare conseguenze di vasta portata che colpiranno direttamente circa i due terzi della popolazione mondiale entro la fine di questo secolo. A differenza delle aree che ricevono quantità relativamente uniformi di precipitazioni in tutte le stagioni, le regioni monsoniche densamente popolate ricevono dal 60% al 70% delle loro precipitazioni durante la stagione dei monsoni estivi.

"Le simulazioni RCP8.5 rivelano forti ritardi nell'inizio delle stagioni delle piogge che attraversano molti aspetti della vita quotidiana in queste regioni, " ha detto Ashfaq. "Per esempio, un monsone che di solito inizia nella prima settimana di giugno nell'Asia meridionale e nell'Africa occidentale può essere ritardato da 15 (giorni) a 20 giorni o addirittura un mese intero su parti di queste regioni entro la fine del 21° secolo".

Sebbene le simulazioni abbiano mostrato anche un ritardo nella fine della stagione delle piogge, altrimenti noto come morte dei monsoni, questo cambiamento non è stato così drammatico come il ritardo nell'insorgenza dei monsoni, accorciando la durata dell'intera stagione dei monsoni. I ricercatori hanno anche scoperto che le regioni monsoniche colpite potrebbero vedere più precipitazioni durante quel periodo, portando a piogge più intense. Al contrario, il resto dell'anno vedrebbe periodi di siccità più lunghi.

Questa maggiore stagionalità potrebbe esacerbare la prevalenza di inondazioni, siccità, incendi e altri eventi climatici estremi che già pongono sfide a queste regioni. Cambiamenti significativi nel comportamento dei monsoni potrebbero contribuire a epidemie di malattie trasmesse da vettori, come il colera, dengue e malaria.

Poiché le attività agricole nelle regioni monsoniche sono in genere programmate per coincidere con l'inizio e la fine periodici della stagione delle piogge, questi fattori potrebbero alterare la produzione di raccolti dipendenti dalla pioggia.

"Più della metà della fornitura mondiale di caffè arabica è prodotta in Brasile, e più del 70% del cacao utilizzato per fare il cioccolato proviene dall'Africa occidentale, considerando che più di un terzo delle esportazioni di riso proviene dall'India e dal Pakistan, " Ashfaq ha detto. "Se l'agricoltura regionale è soggetta a ritardi nell'insorgenza dei monsoni e stagioni delle piogge più brevi, la produzione di questi tipi di materie prime sarà ridotta e avrà un impatto significativo sull'economia globale".

Molti paesi situati in queste regioni si affidano all'energia idroelettrica per generare elettricità, compreso il Brasile, che produce il 75% della sua energia con questo metodo. Le stagioni dei monsoni più brevi non fornirebbero abbastanza precipitazioni al momento giusto per fornire energia adeguata senza rivedere le operazioni attuali.

Un delicato equilibrio

Oltre a identificare i potenziali cambiamenti dei monsoni e le loro implicazioni, il team ha anche studiato le cause profonde responsabili di questi cambiamenti.

In assenza di sistemi meteorologici organizzati e di un apporto di umidità sostenuto, la stagione pre-monsonica relativamente secca riceve solo piogge intermittenti e convettive, che è azionato termicamente. Le terre in queste regioni si riscaldano ogni anno durante il periodo pre-monsonico, raggiungendo comunemente temperature superficiali di 120 gradi Fahrenheit. La combinazione di precipitazioni convettive che riscaldano l'atmosfera superiore e condizioni di superficie calde che riscaldano la bassa atmosfera provoca disparità tra l'aria calda sulla terra e l'oceano che costringono la stagione secca a lasciare il posto alle piogge monsoniche.

Però, le simulazioni hanno rivelato che un continuo aumento delle emissioni globali renderà l'ambiente pre-monsonico meno favorevole alle precipitazioni convettive, che ritarderà il riscaldamento dell'alta atmosfera e il passaggio dalla stagione secca a quella delle piogge. Un fattore chiave che i ricercatori hanno determinato ridurrà le precipitazioni convettive durante il periodo pre-monsonico è la formazione di uno strato limite più profondo e meno saturo, una parte della bassa atmosfera in cui l'umidità e l'energia vengono scambiate tra la terra e l'atmosfera.

"La forza verso l'alto necessaria per sollevare le particelle d'aria al loro livello di convezione libera aumenta con la profondità dello strato limite, " ha detto Ashfaq. "E più calda è l'atmosfera, maggiore è l'umidità necessaria per l'instabilità convettiva, essenziale per lo sviluppo dei temporali. Soddisfare il requisito durante il periodo pre-monsonico è difficile a causa del limitato apporto di umidità poiché i venti soffiano via dalla terra".

Il team contribuirà con le proprie simulazioni CORDEX al capitolo sul cambiamento climatico regionale della prossima valutazione IPCC.