Precipitazioni, convezione e cambiamento climatico Un aumento delle tempeste tropicali è da tempo previsto, e il dannoso effetto collaterale del riscaldamento globale causato dall'uomo. Gli uragani sono sempre più frequenti e più mortali Gli uragani sono diventati più frequenti e più letali. Tutto questo si basa sul concetto che più umidità nell'atmosfera comporterà un clima più caldo, e quindi più frequenti tempeste tropicali. Come si è scoperto, questo vale solo a metà. Ci possono essere maggiori precipitazioni nelle zone temperate, ma non è previsto un aumento delle tempeste tropicali, anche dai modelli IPCC. Secondo la base fisica dell'atmosfera, se il clima del pianeta si riscalda, la parte superiore dell'atmosfera dovrebbe riscaldare più dellla superficie. Questo è a causa del modo in cui calore è trasferito dalla superficie dell'oceano tropicale nell'atmosfera e, alla fine, torna nello spazio. Un'analisi della temperatura superficiale del mare e delle precipitazioni, apparsa in Nature Geoscience ,suggerisce che il riscaldamento amplificato nell'alta atmosfera si verifica in modo coerente con la teoria. Questo effetto è anche previsto da modelli climatici computerizzati. Segnalazione in "modifiche della soglia di temperatura superficiale del mare, per convezione tropicale", Nathaniel C. Johnson e Shang-Ping Xie attestano che le osservazioni del riscaldamento durante il ventesimo secolo, non sono conformi a questa previsione. Le tempeste tropicali possono essere considerate uno dei meccanismi della natura per il movimento dell'energia termica dalla superficie dell'oceano, attraverso l'aria calda della bassa atmosfera alla base della stratosfera. Un ciclone tropicale è una grande cella convettiva guidata dal calore latente trasportato da aria calda e umida. Il vapore acqueo nella nube si condensa in gocce d'acqua, rilasciando il calore latente che originariamente ha evaporato l'acqua. Questo calore latente fornisce l'energia per guidare la circolazione del ciclone tropicale, anche se molto poco del calore rilasciato è effettivamente utilizzato dalla tempesta per aumentare la velocità del vento e la pressione superficiale. Affinchè una cellula convettiva si formi, le condizioni nell'atmosfera e nella temperatura della superficie del mare devono essere ottimali. Per capire le circostanze necessarie, dobbiamo considerare la struttura dell'atmosfera più bassa. Nell'immagine, il cambiamento di temperatura negli strati atmosferici.
La stratosfera è il secondo livello principale dell'atmosfera terrestre, inizia a circa 8 km (5 miglia) di altezza, appena al di sopra della troposfera. La stratosfera è chiamata così perché ha livelli di temperatura diversa, che sono stratificati con caldi strati più in alto, e freddi più in basso. Al contrario, la troposfera, nei pressi della superficie terrestre, è fredda più in alto, e più calda vicina alla superficie. Il confine della troposfera e la stratosfera, la tropopausa, è dove il raffreddamento, con sempre maggiore altitudine, cambia al riscaldamento. La maggior parte delle formazioni nuvolose che determinano il tempo meteorologico, si ferma alla tropopausa, sbatte contro la tropopausa, è ciò determina la forma ad incudine delle nubi alte, nelle tempeste. La tropopausa agisce come una barriera tra la troposfera e stratosfera, perché la miscelazione e il trasporto di calore per convezione può verificarsi solo quando la temperatura diminuisce con l'altezza. In un articolo, Adam Sobel fornisce questa descrizione della convezione troposferica: "Per comprendere la struttura verticale di temperatura dell'atmosfera tropicale, uno dovrebbe iniziare a prendere in considerazione una bolla d'aria isolata satura, o "pacchetto", crescente, a partire dalla vicinanza della superficie dell'oceano tropicale, con una temperatura superficiale uniforme del mare (SST). L'aria appena sopra l'oceano è vicina all'equilibrio termodinamico con la superficie del mare: la temperatura è vicino alla SST, e l'umidità relativa è del 80–90%. Come il pacchetto sorge in un fenomeno nuvoloso, il vapore acqueo condensa, mentre la temperatura scende in funzione dell'altitudine seguendo una particolare curva, una umida adiabatica. La forma della adiabatica umida dipende dalla temperatura iniziale e umidità assoluta iniziale del pacchetto, ed è determinata dalla termodinamica di base. Poiché tali nubi convettive si verificano frequentemente negli oceani tropicali, il profilo verticale della temperatura atmosferica si regola su larga scala, affinché corrisponda a quello dei pacchetti in aumento, e così si trasforma in adiabatico umido." "Ora guardiamo al riscaldamento globale. Sia la temperatura che l'umidità assoluta aumentano
nel'aria di superficie, in modo da seguire una nube di particelle adiabatica umida più calda rispetto a prima. Queste particelle di aria non sono solo più calde, ma contengono anche una più latente energia sotto forma di vapore acqueo, che viene convertita in calore sensibile, come essa si condensa. Come salgono queste particelle più caldi e più umide, la condensazione converte l'energia latente aggiuntiva in una diminuzione di temperatura più piccola, con l'altitudine (fig. 1). Il nuovo adiabatico umido è più caldo a tutti i livelli, di quello vecchio, ma da una maggiore quantità ad alta quota, perché da quel punto gran parte del vapore d'acqua è condensato." Fig 1: a, In uno stato climatico prima del riscaldamento, convezione e pioggia tropicale sono limitate a una regione dove le SSTs superano un valore di soglia (linea tratteggiata), e le temperature diminuiscono con l'altitudine. b, Johnson e Xie mostrano che questa soglia di SST è aumentata in tandem con la media delle SSTs negli ultimi decenni, e che l'area della superficie oceanica, dove avviene la convezione, è rimasta costante. Adattato da Sobel.
In poche parole, più calda la superficie del mare, rispetto alla temperatura dell'atmosfera, e più umidità ottiene l'aria, e più umidità, più energia è disponibile per determinare la convezione . Ulteriormente, la convezione profonda negli oceani tropicali, il tipo di convezione che conduce a tempeste tropicali, si osserva generalmente al di sopra di una soglia di temperatura superficiale del mare, che rientra nelle vicinanze di 26 – 28 ° C (79-82 ° F). Come Johnson e Xie spiegano: "La spiegazione fisica per la soglia delle SST, riguarda la forte dipendenza dell'instabilità atmosferica locale delle SST negli oceani tropicali, che si deve a due importanti caratteristiche della troposfera tropicale: il forte legame tra energia statica umida di strato limite SST, e i gradienti orizzontali deboli nella temperatura della libera troposfera." Sopra la soglia di temperatura delle SST, la convezione profonda può verificarsi, ma di sotto di
questo valore, l'atmosfera è troppo stabile, e poca o nessuna attività temporalesca, avviene. Questo è legato anche al Convective Available Potential Energy ,energia potenziale convettiva (CAPE), una misura della quantità di energia disponibile per la convezione. Il CAPE è direttamente correlato alla velocità massima verticale potenziale, all'interno di un fenomeno, con valori più alti che indicano un maggiore potenziale per il maltempo. In termini pratici questo significa che se un pacchetto crescente di aria si raffredda, ad una temperatura inferiore a quella dell'aria soprastante, in esso viene arrestata la convezione. Tutto questo implica che il riscaldamento nella troposfera superiore metterebbe un freno alla formazione della tempesta. Nel recente passato, le rilevazioni di temperatura atmosferica-superiore, da entrambe le radiosonde ed i satelliti, sono stati messi in discussione (vedi “Reconciling observations of global temperature change” e “Temperature Trends in the Lower Atmosphere: Steps for Understanding and Reconciling Differences”). Johnson e Xie utilizzano un nuovo metodo basato solo su osservazioni delle precipitazioni e temperature superficiali marine, eliminando la confusione causata dalla incoerenza dei record storici, sia radiosondaggi che via satellite. Il
tasso
di
decadenza
umido-adiabatica
Un altro termine che deve essere spiegato prima di esaminare il lavoro di Johnson e del Xie, e il tasso di decadenza umido-adiabatica (MALR). Un gradiente termico verticale è definito come il tasso di diminuzione con l'altezza per una variabile atmosferica.Il gradiente termico verticale umido-adiabatico, o il gradiente termico verticale di saturazione-adiabatico, è il tasso di diminuzione della temperatura abbinata all'altezza lungo un'adiabatica umida. In termodinamica, un processo adiabatico è un processo termodinamico in cui nessun calore viene trasferito da o verso un fluido operante. Un'adiabatica umida è la curva che descrive la variazione di temperatura dell'aria all'interno di un pacchetto di innalzamento dell'umidità dell'aria satura, supponendo che nessun calore sia in trasferimento con l'aria circostante. Quando si alza il pacchetto, la pressione diminuisce causando al pacchetto adiabatico raffreddamento. Il tasso di decadenza adiabatico umida, è inferiore al tasso di decadenza adiabatico secca, perché come il vapore condensa in acqua (o acqua congela in ghiaccio) per una pacchetto saturo, il calore latente viene rilasciato nel pacchetto stesso, mitigando il raffreddamento adiabatico. Come definito dalla società meteorologica americana, il MALR è dato circa da Γm nella seguente equazione:
Dove g è l'accelerazione gravitazionale, cpd è il calore specifico a pressione costante di aria secca, rv è il rapporto di miscelazione di vapore acqueo, Lv è il calore latente di vaporizzazione, R è la costante dei gas per aria secca, ε è il rapporto tra le costanti di gas per aria secca e vapore acqueo, e t è la temperatura. Guardare qui per maggiori dettagli. Le ipotesi nel Johnson e del Xie, indicano che le variazioni del MALR può essere allacciato a cambi nella soglia delle SST e temperature di superficie di mare tropicali : "Questa ipotesi di rettifica del tasso di decadenza umido-adiabatica (MALR) prevede una stretta covariabilità tra la soglia di SST e la media SST tropicale. Se fosse vero, la variabilità e la tendenza a lungo termine della soglia SST può rivelare informazioni importanti sulla variabilità e tendenze nella troposfera tropicale. Dobbiamo verificare questa ipotesi con l'uso di osservazioni multiple decennali e con i modelli climatici globali " dello stato dell'arte". Per i dati osservativi, usiamo due
prodotti di precipitazioni globale ampiamente utilizzati, Il Global Precipitation Climatology Project16 (GPCP), e il Climate Prediction Center merged analysis of precipitation17 (CMAP), che prevedono precipitazioni stime basate su un mix di misurazioni satellitari e pluviometro dal 1979 fino al presente." Johnson e Xie hanno trovato che la soglia di SST per convezione è aumentata in sincronia con la media delle SST tropicali degli ultimi decenni. "Le stime indicano una notevole corrispondenza tra la media delle SST tropicali e la soglia convettiva", dichiarano. "Entrambe , la media tropicale della SST, e la soglia delle SST per convezione, hanno subito una tendenza al rialzo di circa 0,1 ° C ogni decennio". Poiché nella terra ha fatto caldo, nel corso degli ultimi cinquant'anni, questa constatazione è in coerenza con osservazione e teoria. Essa implica anche che la troposfera superiore è riscaldata oltre la superficie. Questo viene dedotto dal fatto che non aumentano i tassi complessivi di precipitazioni. Se la temperatura in alto non era aumentata più delle temperature superficiali, i pacchetti di aria superficiale avrebbero richiesto meno calore per crescere e infine condensare in pioggia. Cosa più interessante è quello che succede quando i ricercatori usano i modelli climatici per proiettare l'impatto di tale riscaldamento troposferico sulle attività future delle tempeste tropicale. "Successivamente, esaminiamo la soglia di variabilità delle SST in dieci modelli climatici globali della quarta relazione di valutazione del gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (IPCC AR4), attraverso l'uso dell'archivio dai database multimodello del World Climate Research Program Coupled Model Intercomparison Project 3 (WCRP CMIP3). Nonostante le differenze del clima tropicale simulato tra i modelli e coerenti con Ref. 10, tutte e dieci i modelli esibiscono un'analoga forte corrispondenza tra SST medie tropicali e la soglia di SST su tutte le scadenze. In tutti i casi, tranne uno, il coefficiente di correlazione tra le medie SSt tropicali e la soglia delle SST è uguale o superiore allo 0.90 per le simulazioni climatiche del ventesimo secolo (20C3M) e per le simulazioni dello scenario A1B del ventunesimo secolo, le emissioni di A1B." Come si può vedere dalla figura qui sotto, i 10 modelli risultavano con risposte diverse quantitativamente, ma la tendenza generale per tutti è uno stato di coerenza. "Nonostante le differenze nello stato medio tropicale simulato, come testimonia la dispersione tra i modelli, c'è una notevole corrispondenza tra la soglia delle SST e le temperature medie tropicali a 300 hPa per ogni singolo modello," relazionano gli autori. "Sulla base della regressione della soglia di SST sulla temperatura media tropicale a 300 hPa, la temperatura tropicale media a 300 hPa spiega, in senso statistico, oltre il 92% della varianza della soglia convettiva in tutti i modelli climatici". L'immagine descrive la dispersione della soglia di SST versus medie delle temperature tropicali a 300 hPa , con linee di regressione per ciascuno dei 10 modelli del CMIP3, nell'ambito dello scenario A1B delle emissioni nelle simulazioni del XXI secolo. Fonte Johnson e Xie.
Dopo aver constatato la "quasi perfetta" corrispondenza tra modifiche nella soglia delle SST per la convezione, e la media delle SST tropicali , gli autori analizzano due periodi di vent 'anni utilizzando i modelli e il riscaldamento nello scenario A1B dell'IPCC. Nonostante l'ipotesi di un clima sostanzialmente più caldo e l'umidità corrispondentemente aumentata, i risultati del modello suggeriscono che la parte degli oceani tropicali che è convettivamente attiva può cambiare di poco. La figura sotto rivela la notevole somiglianza nelle curve tra i due periodi, al quale Johnson e Xie suggeriscono questo significato: "relativo alle medie SST tropicali, il tasso di precipitazioni e le distribuzioni di frequenza delle SST vengono proiettate per cambiare poco, sotto il riscaldamento globale." Nell'immagine il Tasso di piovosità media ensemble con una funzione di SST (a) e distribuzione di frequenza di SST (b) per il 2001–2020 (blu, solido) e 2081–2100 (rosso, tratteggiato) per i 10 modelli di CMIP3.
La conclusione principale di questa indagine è che le precipitazioni, anche sotto un aggressivo e da provare scenario IPCC di global warming , non cambieranno in modo significativo. Inoltre, dato il
legame fra SST ed il riscaldamento troposferico superiore, non ci sarà un'aumento nell'attività tropicale delle tempeste. Anche facendo uso degli stessi modelli climatici difettosi del rapporto IPCC AR4, non c'è motivo di prevedere le siccità paralizzanti o gli allagamenti massicci a causa del riscaldamento globale. Sobel ha concluso: "Dai risultati riferiti da Johnson e da Xie dovremmo quindi non concludere che alcune regioni piovose non possono diventare più asciutte in futuro, con clima più caldo (o viceversa), o che le zone tropicale inclini ai cicloni non possono spostarsi. Ma i risultati indicano che, per il mutamento climatico che potrebbe accadere plausibilmente nell'immediato futuro, ci può essere una conservazione di area piovosa totale, tale che le perdite in pioggia di qualche zona, saranno compensate dai guadagni altrove. In caso affermativo, le ragioni per questa sono poco chiare. Ci potrebbe essere un principio fondamentale della dinamica del clima, in attesa di essere scoperto." Ciò è coerente con altri rapporti che raccontano i periodi storici di riscaldamento globale reale, che non hanno nociuto alle foreste tropicali. Le foreste tropicali della terra non sono minacciate dal clima in cambiamento, quello che minaccia le foreste tropicali sono gli sforzi disorientati per produrre i combustibili biologici e progettare la vecchia ingordigia umana. In linea di fondo, anche se non vi è significativo riscaldamento globale, non vi sarà alcun aumento significativo nelle tempeste tropicali o il cambiamento di precipitazioni tropicali. Si Paolo Lui.
ringrazia
Doug
L.
Hoffman.