CLIMA/ Eventi estremi: li spiega l’aumento della temperatura media

Gli ultimi decenni hanno visto un brusco riscaldamento del nostro pianeta, accompagnato da marcati cambiamenti nella frequenza di eventi di caldo e freddo intenso. L’evoluzione temporale dell’occorrenza di questo tipo di eventi viene solitamente studiata valutando il numero di giorni in cui l’anomalia di temperatura, rispettivamente, supera o non supera determinati valori di  soglia. La comunità scientifica adotta indicatori con soglie definite su base percentile TX90/TX10, ovvero il numero annuo di giorni in cui l’anomalia di temperatura massima eccede/non eccede il novantesimo/decimo percentile relativo a un periodo di riferimento, e in modo simile per le temperature minime (TN90/TN10).

Da una recente analisi per l’Italia e l’Europa è chiaramente emerso un netto aumento del numero di eventi sopra-soglia e un più moderato calo del numero di eventi sotto-soglia durante gli ultimi 60 anni circa, maggiormente pronunciato per le temperature massime TX che per le minime TN e particolarmente evidente negli ultimi 30 anni. Per quanto riguarda le temperature massime, il ritmo di crescita di TX90, valutato sull’intero periodo, è quasi il doppio del ritmo di diminuzione di TX10, discrepanza ancora più marcata se ci si limita agli ultimi 30 anni. Una simile analisi è stata condotta anche sugli indici ottenuti fissando le soglie di eccedenza a percentili più lontani dalla mediana, ovvero nella parte più estrema delle code della distribuzione, per evidenziare il contributo delle anomalie più forti. Qui si nota che l’asimmetria tra i ritmi di variazione degli eventi sopra- e sotto-soglia viene ulteriormente enfatizzata, anche se la maggior ristrettezza del campione statistico indebolisce la significatività dei trend.

L’evidente incremento non-lineare nel tempo degli eventi sopra-soglia e la discrepanza tra il ritmo di variazione degli eventi sotto-soglia e quello degli eventi sopra-soglia sono spesso attribuiti a simultanei cambiamenti della media e della variabilità delle distribuzioni in frequenza della anomalie termiche. Tale ipotesi non risulta tuttavia compatibile con le osservazioni che mostrano come l’unico chiaro segnale climatico riguardi l’incremento del valor medio, mentre la variabilità e la forma della distribuzione sono rimaste immutate, ovvero la distribuzione si è spostata rigidamente verso valori più elevati.

D’altra parte, la necessità di ipotizzare un’estremizzazione del clima per spiegare l’evoluzione degli estremi termometrici si supera se si comprende che, quando un cambiamento climatico è in atto, il ritmo di variazione nella frequenza degli eventi estremi non è costante, ma cambia secondo modalità che dipendono sia dalla forma della distribuzione sia dalle sue trasformazioni nel tempo. L’esatta natura delle relazioni che intercorrono tra una simile trasformazione, ad esempio un incremento della temperatura, e la frequenza degli eventi estremi si può comprendere in termini quantitativi attraverso una modellizzazione della distribuzione delle anomalie di temperatura con un’adeguata densità di probabilità teorica. Si può mostrare che in questo contesto le probabilità di eccedenza, cioè le frequenze di eventi estremamente caldi e freddi, si possono esprimere in modo semplice attraverso la densità di probabilità, e la loro legge di evoluzione è univocamente determinata dalla forma della densità sottostante e dai cambiamenti dei suoi parametri nel tempo. In tale formalismo appare chiaro come le probabilità di eccedenza siano quantità intrinsecamente non lineari rispetto al tempo qualora vi sia una trasformazione della distribuzione; in altri termini il loro ritmo di variazione non è costante, come spesso si assume in prima approssimazione, neppure nel caso più semplice in cui l’unico cambiamento sia un incremento lineare della media delle temperature nel tempo.

L’evoluzione delle probabilità di eccedenza si può quindi determinare teoricamente assumendo un’adeguata funzione densità per le anomalie di temperatura giornaliera e valori dei parametri ricavati dalle osservazioni. L’evoluzione teorica per le temperature massime così calcolata è mostrata in figura, assieme all’evoluzione osservata, considerando eventi gradualmente più estremi. Il calcolo si riferisce alla temperatura massima, assumendo come ipotesi l’incremento del solo valor medio ricavato dai dati e mantenendo costanti gli altri parametri. In particolare, le probabilità teoriche sono state determinate utilizzando per il parametro di posizione sia un’interpolazione parabolica del valor medio di TX in funzione del tempo (l’incremento della temperatura non è infatti lineare, ma presenta un’accelerazione negli ultimi decenni), sia i singoli valori medi annui (rispettivamente curve rosse e gialle) per un più dettagliato confronto con le osservazioni (curve nere).

L’ottimo accordo tra l’evoluzione temporale degli eventi sopra e sotto soglia determinata dal modello e quella osservata indica che il solo incremento della temperatura media spiega in larga misura i cambiamenti osservati nella frequenza degli eventi di caldo e di freddo estremo e le relazioni tra questi, senza alcuna necessità di introdurre ipotesi su possibili variazioni nella forma delle distribuzioni delle anomalie di temperatura.

Evoluzione temporale degli eventi sopra e sotto soglia osservati e determinati dal modello (linee nere e gialle rispettivamente) relative alle anomalie di temperatura massima giornaliera per l’Italia. L’evoluzione è illustrata per eventi freddi (sinistra) e caldi (destra) sempre più intensi, ovvero con probabilità di occorrenza sempre più piccola (10, 5 e 1%). La linea rossa mostra i risultati che si ottengono con il modello utilizzando, in luogo delle temperature osservate, i valori ottenuti da un’interpolazione parabolica delle temperature rispetto al tempo.

Hanno collaborato alla stesura di questo articolo la dottoressa Claudia Simolo (ricercatrice presso ISAC-Cnr) e il Prof. Maurizio Maugeri (professore associato presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Milano).

Per approfondimenti:

Simolo C., M. Brunetti, M. Maugeri, T. Nanni, A. Speranza; 2010, Understanding climate change-induced variations in daily temperature distributions over Italy, Journal of Geophysical Research – Atmosphere, 115, D22110, doi:10.1029/2010JD014088.

Simolo C., M. Brunetti, M. Maugeri, T. Nanni; 2011, Evolution of extreme temperatures in a warming climate,Geophysical Research Letters, 38, L16701, doi:10.1029/2011GL048437.