Il riscaldamento globale causato dall’aumento delle concentrazioni di gas serra sta già influenzando le nostre vite. Estati torride, ondate di caldo più intense, periodi di siccità più lunghi, inondazioni più estese e incendi più violenti sono le conseguenze legate a questo riscaldamento.
Anche una conseguenza meno ovvia del riscaldamento globale sta attirando crescente attenzione da parte degli scienziati:un potenziale aumento dell'intensità e della frequenza delle ondate di freddo invernale nell'emisfero settentrionale.
Fenomeni meteorologici come la Bestia dell’Est nell’inverno 2018, l’ondata di freddo dell’aria artica che ha raggiunto il sud del Texas nel febbraio 2021 o la tempesta che ha lasciato Madrid e Atene insolitamente coperte di neve per giorni all’inizio del 2021 stanno diventando sempre più comuni .
Alcuni dei meccanismi che portano al loro verificarsi sono rafforzati dal riscaldamento globale. I principali meccanismi climatici, come gli scambi di energia e di masse d’aria tra diversi intervalli di altitudine nell’atmosfera, si stanno evolvendo in modi che dovrebbero causare un aumento sia dell’intensità che della durata delle ondate di freddo. Questi si collegano al comportamento di una regione nell'alta atmosfera chiamata stratosfera.
Le ondate di freddo invernale hanno importanti impatti sociali, dagli effetti diretti sulla salute e sulla perdita di vite umane, agli effetti sui trasporti e sulle infrastrutture, all'impennata della domanda di energia e ai danni alle risorse agricole.
Quest’inverno abbiamo visto questi effetti in gran parte dell’Europa e degli Stati Uniti, con cancellazioni di voli, chiusure di aeroporti, code stradali e conducenti intrappolati in temperature estremamente fredde. Si sono verificati anche forti aumenti della domanda di energia per far fronte al riscaldamento interno, un aumento dei ricoveri ospedalieri legati al freddo e l'attivazione di servizi necessari per assistere i più vulnerabili.
Dobbiamo sviluppare strumenti di previsione in grado di prevedere questi eventi con maggiore anticipo.
Alcune di queste ondate di freddo sono collegate a interruzioni in un fenomeno atmosferico stagionale chiamato vortice polare stratosferico (SPV).
Nell’emisfero settentrionale, questo vortice è costituito da masse di aria fredda centrate sul polo nord, circondate da un getto di venti occidentali molto forti tra 15 e 50 km dal suolo. Questi venti rotanti agiscono come un muro e mantengono l'aria fredda confinata nella regione artica, impedendole di viaggiare verso latitudini più basse.
Qualcosa che può interrompere il vortice è un improvviso riscaldamento stratosferico (SSW), quando la stratosfera subisce un improvviso aumento della temperatura a causa del trasferimento di energia e quantità di moto dalle altitudini più basse a quelle più elevate.
Quando si verifica un forte SSW, il muro di forti venti attorno alla stratosfera polare può rompersi, consentendo all’aria fredda di sfuggire al vortice polare e viaggiare verso il basso ad altitudini atmosferiche e latitudini più basse. Quando l'aria si avvicina alla superficie terrestre, possono verificarsi significative ondate di freddo.
Anche quando le SSW non sono abbastanza forti da rompere il vortice, possono indebolirlo. Ciò può far sì che i modelli di circolazione dell’aria polare serpeggiano più a sud fino a latitudini più basse, raggiungendo le aree popolate del Nord America e dell’Eurasia, invece di rimanere più vicino al polo nord. Tali aree possono quindi sperimentare temperature di decine di gradi inferiori rispetto alla media invernale.
A causa del cambiamento climatico, il trasferimento di energia dagli strati più bassi dell’atmosfera terrestre allo strato stratosferico più alto sta cambiando e sembra perturbare il vortice polare in misura maggiore. Uno studio ha dimostrato che la forza e la durata delle SSW nella stratosfera sono aumentate negli ultimi 40 anni. Si prevede che questo aumento si tradurrà anche in ondate di freddo invernale più forti a livello della superficie.
Prevedere con precisione queste ondate di freddo è fondamentale per aiutare la società a prepararsi adeguatamente ad affrontarle. Lo sviluppo di strumenti di previsione computerizzati che riproducano interazioni realistiche tra i livelli inferiori della troposfera e la regione stratosferica è un passo essenziale verso questo obiettivo.
Per simulare correttamente il comportamento della stratosfera e il modo in cui interagisce con la troposfera, gli strumenti di previsione devono includere descrizioni realistiche dell’abbondanza e della distribuzione dell’ozono stratosferico. L'ozono influenza l'interazione delle masse d'aria all'esterno e all'interno del vortice, e quindi anche il trasporto dell'aria più fredda dalle altitudini più elevate a quelle più basse.
Tuttavia, includere tutti i processi chimici in cui è coinvolto l’ozono, alla risoluzione necessaria per prevedere questi eventi meteorologici, è proibitivo in termini di potenza di calcolo necessaria. Ciò è ancora più vero se vogliamo prevedere gli eventi con una stagione in anticipo.
La mia ricerca esamina i modi per migliorare i modelli di previsione per catturare meglio il tipo di comportamento stratosferico che porta a queste ondate di freddo. Per fare ciò ho sviluppato alternative in grado di simulare realisticamente i processi nella stratosfera, compresi gli aspetti della chimica dell'ozono, utilizzando meno potenza di calcolo.
In uno studio da me condotto, abbiamo utilizzato queste alternative per simulare le interazioni tra lo strato di ozono, la temperatura e la radiazione solare nel modello computerizzato globale utilizzato per produrre alcune delle migliori previsioni meteorologiche al mondo.
Gli esperimenti che abbiamo fatto con questo modello hanno dimostrato che l’inclusione di questa rappresentazione alternativa realistica dell’ozono stratosferico ha portato a miglioramenti nelle simulazioni della distribuzione della temperatura nella stratosfera. Ciò significa che può aiutare a fornire informazioni utili sui fattori scatenanti di ondate di freddo come le SSW.
Lo sviluppo e l’utilizzo di queste alternative nella modellistica climatica rappresenta una pietra miliare significativa verso ciò che chiamiamo previsione continua:utilizzare gli stessi strumenti di modellazione computerizzata per prevedere sia il tempo che il clima. Ciò consente di stabilire in modo più accurato i nessi causali tra il cambiamento climatico e gli eventi meteorologici estremi.
Una domanda che molti potrebbero chiedersi è se questo freddo estremo possa contrastare il riscaldamento globale. Sfortunatamente no. Mentre quest'inverno ha portato giornate con temperature estremamente fredde e abbondanti nevicate nell'emisfero settentrionale, l'attuale estate nell'emisfero meridionale ha visto alcuni dei giorni più caldi mai registrati nelle aree popolate dell'Australia, con temperature di circa 50ºC.
Il riscaldamento globale rende le condizioni meteorologiche estreme ancora più estreme e gli studi scientifici stanno iniziando a dimostrare che ciò vale anche per le ondate di freddo invernale estreme. Sviluppare i migliori strumenti di modellazione possibili è essenziale per prevedere l'evoluzione degli eventi meteorologici estremi nei prossimi anni in modo da poter essere meglio preparati ad affrontarli.
Fornito da The Conversation
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