Quest'anno i record di alta temperatura sono stati infranti in gran parte dell'Europa, poiché i raccolti sono appassiti nei campi a causa della diffusa siccità. Questo è un presagio di cose a venire quando il clima della Terra si riscalda costantemente?

Elfatih Eltahir, professore di ingegneria civile e ambientale al MIT e professore di idrologia e clima H. ​​M. King Bhumibol, ed ex dottorando Alexandre Tuel Ph.D. '20 ha recentemente pubblicato un pezzo nel Bollettino degli scienziati atomici descrivendo come la loro ricerca aiuta a spiegare questo clima anomalo europeo. I risultati si basano in parte sulle analisi descritte nel loro libro "Il clima futuro del Mediterraneo e dell'Europa", pubblicato all'inizio di quest'anno. Il MIT News ha chiesto ai due autori di descrivere le dinamiche alla base di questi eventi meteorologici estremi.

D:L'ondata di caldo in Europa quest'estate è stata anticipata sulla base dei modelli climatici esistenti?

Eltahir:i modelli climatici proiettano estati sempre più secche in Europa. Ciò è particolarmente vero per la seconda metà del 21° secolo e per l'Europa meridionale. L'estrema secchezza è spesso associata a condizioni calde e ondate di calore, poiché qualsiasi riduzione dell'evaporazione riscalda il suolo e l'aria sopra di esso. In generale, i modelli concordano nel fare tali proiezioni sulle estati europee. Tuttavia, la comprensione dei meccanismi fisici responsabili di queste proiezioni è un'area di ricerca attiva.

Gli stessi modelli che proiettano estati secche sull'Europa meridionale proiettano anche inverni secchi sul vicino Mar Mediterraneo. In effetti, il Mar Mediterraneo si distingue come una delle regioni più colpite, letteralmente un "punto caldo", per la siccità invernale innescata dai cambiamenti climatici. Anche in questo caso, fino a poco tempo fa, l'associazione tra le proiezioni della siccità estiva sull'Europa e gli inverni secchi sul Mediterraneo non era compresa.

In una recente ricerca di dottorato del MIT, svolta presso il Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, è stata sviluppata un'ipotesi per spiegare perché il Mediterraneo si distingue come punto caldo per la siccità invernale dovuta ai cambiamenti climatici. Inoltre, la stessa teoria offre una comprensione meccanicistica che collega le proiezioni di estati secche sull'Europa meridionale e inverni secchi sul Mediterraneo.

Ciò che è eccitante del clima osservato in Europa la scorsa estate è il fatto che la siccità osservata è iniziata e si è sviluppata con modelli spaziali e temporali coerenti con la nostra teoria proposta, e in particolare il collegamento alle condizioni di siccità osservate nel Mediterraneo durante il precedente inverno.

D:Cosa c'è nell'area intorno al bacino del Mediterraneo che produce condizioni meteorologiche estreme così insolite?

Eltahir:Molteplici fattori si uniscono per causare ondate di caldo estremo come quella che l'Europa ha vissuto quest'estate, così come in precedenza, nel 2003, 2015, 2018, 2019 e 2020. Tra questi, tuttavia, le influenze reciproche tra le dinamiche atmosferiche e le condizioni di superficie, note come feedback atmosferica terra, sembrano svolgere un ruolo molto importante.

Nel clima attuale, l'Europa meridionale si trova nella zona di transizione tra i subtropicali aridi (il deserto del Sahara in Nord Africa) e le medie latitudini relativamente umide (con un clima simile a quello del Pacifico nord-occidentale). Le elevate temperature estive tendono a far evaporare rapidamente le precipitazioni che cadono a terra e, di conseguenza, l'umidità del suolo durante l'estate dipende molto dalle precipitazioni primaverili.

Una primavera secca in Europa (come quella del 2022) provoca terreni secchi in tarda primavera e all'inizio dell'estate. Questa mancanza di acqua superficiale a sua volta limita l'evaporazione superficiale durante l'estate. Seguono due importanti conseguenze:in primo luogo, l'energia radiativa in entrata dal sole va preferenzialmente all'aumento della temperatura dell'aria piuttosto che all'evaporazione dell'acqua; e in secondo luogo, l'afflusso di acqua negli strati d'aria vicino alla superficie diminuisce, il che rende l'aria più secca e le precipitazioni meno probabili. Combinate, queste due influenze aumentano la probabilità di ondate di calore e siccità.

Tuel:attraverso i feedback dell'atmosfera terrestre, le primavere secche forniscono un ambiente favorevole per estati calde e secche persistenti, ma ovviamente non sono sufficienti a causare direttamente ondate di calore. È necessaria una scintilla per accendere il carburante. In Europa e altrove, questa scintilla è fornita da dinamiche atmosferiche su larga scala. Se un anticiclone si deposita su un'area con suoli molto secchi, la temperatura superficiale può aumentare rapidamente quando entrano in gioco i feedback dell'atmosfera terrestre, trasformandosi in un'ondata di calore che può persistere per settimane.

La sensibilità alle precipitazioni primaverili rende l'Europa meridionale e il Mediterraneo particolarmente soggetti a persistenti ondate di caldo estivo. Ciò svolgerà un ruolo sempre più importante in futuro, poiché si prevede che le precipitazioni primaverili diminuiranno, rendendo ancora più probabili estati torride in questo angolo del mondo. Il calo delle precipitazioni primaverili, che ha origine come un inverno anormalmente secco intorno al Mediterraneo, è molto robusto rispetto alle proiezioni climatiche. L'Europa meridionale e il Mediterraneo si distinguono davvero dalla maggior parte delle altre aree terrestri, dove le precipitazioni aumenteranno in media con il riscaldamento globale.

Nel nostro lavoro, abbiamo dimostrato che questo declino invernale del Mediterraneo è stato determinato da due fattori indipendenti:da un lato, l'andamento della circolazione su larga scala, in particolare le onde atmosferiche stazionarie, e dall'altro, il ridotto riscaldamento del Mar Mediterraneo rispetto al i continenti circostanti, una caratteristica ben nota del riscaldamento globale. Entrambi i fattori portano a un aumento della pressione atmosferica superficiale e a una riduzione delle precipitazioni nel Mediterraneo e nell'Europa meridionale.

D:Cosa possiamo aspettarci nei prossimi decenni in termini di frequenza e gravità di questo tipo di siccità, inondazioni e altri eventi estremi del clima europeo?

Tuel:I modelli climatici hanno da tempo dimostrato che la frequenza e l'intensità delle ondate di calore erano destinate ad aumentare con il riscaldamento globale del clima e l'Europa non fa eccezione. Il motivo è semplice:all'aumentare della temperatura globale, la distribuzione della temperatura si sposta verso valori più elevati e le ondate di calore diventano più intense e frequenti. L'Europa meridionale e il Mediterraneo, tuttavia, saranno particolarmente colpiti. La ragione di ciò è legata ai feedback sull'atmosfera terrestre di cui abbiamo appena discusso. Le precipitazioni invernali nel Mediterraneo e primaverili nell'Europa meridionale diminuiranno in modo significativo, il che porterà a una diminuzione dell'umidità del suolo all'inizio dell'estate nell'Europa meridionale e spingerà le temperature medie estive ancora più in alto; la regione diventerà un vero punto caldo del cambiamento climatico.

In questo senso, il 2022 potrebbe davvero essere un assaggio del futuro. La successione delle recenti ondate di caldo in Europa, tuttavia, suggerisce che le cose potrebbero andare più velocemente di quanto suggeriscano le proiezioni dei modelli climatici. La variabilità decennale o le tendenze mal comprese nelle dinamiche atmosferiche su larga scala possono svolgere un ruolo qui, sebbene ciò sia ancora dibattuto. Un'altra possibilità è che i modelli climatici tendano a sottovalutare l'entità dei feedback terra-atmosfera e a minimizzare l'influenza delle anomalie dell'umidità del suolo secco sul clima estivo.

Le potenziali tendenze delle inondazioni sono più difficili da valutare perché le inondazioni derivano da una molteplicità di fattori, come precipitazioni estreme, livelli di umidità del suolo o copertura del suolo. Si prevede generalmente un aumento delle precipitazioni estreme nella maggior parte delle regioni, ma permangono incertezze molto elevate, in particolare perché le precipitazioni estreme dipendono fortemente dalla dinamica atmosferica su cui i modelli non sono sempre d'accordo.

Quello che è quasi certo è che con il riscaldamento, il contenuto d'acqua nell'atmosfera aumenta (secondo una legge della termodinamica nota come relazione di Clausius-Clapeyron). Pertanto, se la dinamica è favorevole alle precipitazioni, molte di esse potrebbero cadere in un clima più caldo. Le inondazioni dell'anno scorso in Germania, ad esempio, sono state provocate da forti piogge senza precedenti che i cambiamenti climatici hanno reso più probabili.