Le autrici che hanno partecipato alla preparazione del rapporto 2021 dell’IPCC ne descrivono le basi matematiche e fisiche e il metodo seguito. Un documento di sicuro valore scientifico.
Un noto scrittore di fantascienza americano, Robert A. Heinlein, ha coniato la seguente definizione: «Climate is what you expect, weather is what you get», che tradotta in italiano suona così: «Il clima è ciò che ti aspetti, il tempo è quello che trovi». Nel primo capitolo gli autori ci ricordano che di per sé il cambiamento climatico non è una novità per il nostro pianeta, ma il cambiamento a cui stiamo assistendo negli ultimi decenni e che ha come caratteristica un riscaldamento globale non ha precedenti negli ultimi 2000 anni, sia come intensità del riscaldamento raggiunto sia per la velocità con cui sta avvenendo. Per valutare lo stato del clima attuale la comunità scientifica utilizza dati e osservazioni. La climatologia storica consente la ricostruzione dei cambiamenti climatici nel passato. Molte di queste ricostruzioni possono coprire intervalli molto lontani nel tempo, ma hanno una copertura spaziale limitata ai siti e alle aree in cui i dati sono raccolti.
L’uso dei satelliti è stato rivoluzionario per le osservazioni del sistema Terra. Ci forniscono dati metereologici, terrestri, oceanografici e sulla criosfera a scala sia globale sia locale. Ma le sole osservazioni, per quanto fondamentali, non sono sufficienti a comprendere sistemi complessi come quello climatico. C’è bisogno della dinamica e della termodinamica per capire le interazioni tra le componenti del sistema Terra, che appunto generano il clima e i cambiamenti a esso associati. Nel secondo capitolo si discute la necessità di usare modelli che simulino tutti i processi che governano l’evoluzione del clima per fare proiezioni quantitative dei futuri cambiamenti climatici. Per eseguire le simulazioni è necessario che siano rappresentate non solo le principali componenti del sistema Terra (atmosfera, oceano, superficie terrestre, criosfera e biosfera) ma anche tutti i processi che avvengono all’interno e tra di esse. Nel terzo capitolo viene dato il dettaglio sulla matematica e sulla fisica necessarie per la comprensione del clima e che sono alla base dei modelli fondamentali per fare proiezioni sul clima futuro e sulle implicazioni a esso associate.
È stato il matematico britannico Lewis Fry Richardson che, durante la prima guerra mondiale, ha aperto la strada all’uso di modelli matematici. Aveva un grosso problema però. Per calcolare una previsione del tempo a sei ore doveva risolvere a mano equazioni differenziali alle derivate parziali, operazione che richiedeva sei settimane solo per il calcolo (peraltro estremamente inaccurato, poiché le condizioni iniziali erano imprecise). Una moderna previsione del tempo inizia con la matematica, ovvero con le equazioni che descrivono l’evoluzione dell’atmosfera. Il capitolo le elenca ma da ultimo va al problema dei problemi: perché non possiamo prevedere il tempo come prevediamo il moto di un pianeta o di una stella cometa? Le equazioni ottenute dalla fisica sono un sistema di equazioni differenziali alle derivate parziali non risolubili analiticamente. Edward Lorenz per studiare le caratteristiche della risalita dell’aria calda nell’atmosfera derivò un sistema di tre equazioni differenziali con tre variabili (x proporzionale alla velocità di convezione, y alla variazione orizzontale della temperatura e z alla variazione verticale della temperatura).
Per descrivere in modo semplificato la convezione atmosferica, Lorenz constatò che per piccole variazioni delle condizioni iniziali la traiettoria del sistema cambiava talmente che dopo un lasso di tempo finito le due traiettorie erano tanto diverse tra loro come se i punti di partenza fossero stati scelti a caso. Nel quarto capitolo si prendono in esame i cambiamenti climatici per alcune regioni per le quali le previsioni indicano dei cambiamenti caratteristici: l’area del Mediterraneo, le piogge monsoniche, la corrente del golfo, l’area artica e quella antartica. Nel quinto capitolo si descrivono le conseguenze previste dei cambiamenti climatici. Negli ultimi anni gli estremi climatici e metereologici sono aumentati in intensità e frequenza: ondate di calore, estremi di temperatura, eventi precipitativi e siccitosi. Con un grado centigrado in più della temperatura a livello globale gli stessi eventi che accadevano una volta ogni dieci anni ora accadono quasi tre volte ogni dieci anni. Se proiettiamo questi dati nel futuro con un riscaldamento globale di 1.5, 2, 4 gradi centigradi la frequenza di questi eventi sarà rispettivamente di 4.1, 5.6, 9.4 volte.
Nel sesto capitolo le autrici dichiarano che molti dei dati contenuti in questo testo derivano dall’ultimo report dell’Intergovernamental Panel on Climate Change (IPCC) del 2021. Con la descrizione dei partecipanti e del loro metodo di lavoro si afferma che, quanto proposto, non sono messaggi allarmistici ma innegabilmente allarmanti. Dopo l’enunciazione di tutte le fonti, il testo si conclude con due brevi sezioni dal titolo: Quattro miti da sfatare e Forse non sapevi che... Nella prima si contestano le affermazioni che sia ormai troppo tardi per agire contro i cambiamenti climatici, che non tutti gli scienziati siano d’accordo sulle cause del riscaldamento globale, che il riscaldamento globale non è pericoloso perché possiamo adattarci, che le conclusioni dell’IPCC non sono scientifiche. Nella seconda si danno dettagli sul premio Nobel per la Fisica del 2021 assegnato per metà a Syukuro Manabe e Klaus Hasselman, pionieri dei modelli climatici: il primo ha dimostrato che l’aumento di CO2 in atmosfera comporta un aumento della temperatura sulla superficie della Terra e gli studi del secondo sono stati usati per dimostrare che l’aumento della temperatura nell’atmosfera è dovuto alle emissioni umane di CO2. L’altra metà del Nobel fu assegnata a Giorgio Parisi per i suoi studi sui sistemi complessi, in particolare per la scoperta dell’interazione tra disordine e fluttuazioni nei sistemi fisici dalla scala atomica a quella planetaria.
Annalisa Cherchi, Susanna Corti
Clima 2050
La matematica e la fisica per il futuro del sistema Terra
Zanichelli, Bologna 2022
pagine 167 euro 13,00
Recensione di Renzo Gorla
© Pubblicato sul n° 85 di Emmeciquadro
