Temporali estivi e forti precipitazioni nel futuro climatico

Le estati in Svizzera e in Europa sono destinate a diventare più secche in futuro. Allo stesso tempo, si prevede che gli eventi estremi di precipitazione diventeranno più frequenti e più intensi. Almeno questo è quanto suggeriscono i modelli climatici. Essi indicano che le precipitazioni intense aumenteranno nella regione alpina. Un dibattito in corso riguarda la misura in cui potrebbero aumentare le precipitazioni estive intense a breve termine, compresi i temporali di poche ore. Finora non esistevano quasi scenari quantitativi per questi fenomeni, poiché i modelli climatici convenzionali con griglie di 25-200 chilometri non sono in grado di rappresentare adeguatamente i temporali cruciali su piccola scala.

Un team di ricercatori dell'Istituto di scienze dell'atmosfera e del clima dell'ETH di Zurigo ha creato questi scenari quantitativi utilizzando simulazioni climatiche ad altissima risoluzione. Tuttavia, le simulazioni sui supercomputer del CSCS (Centro nazionale svizzero di supercalcolo) hanno richiesto un tempo di calcolo totale di circa un anno e mezzo. Tuttavia, poiché le precipitazioni intense e i temporali a breve termine hanno un potenziale di danno particolarmente elevato, tali scenari sono importanti per pianificare misure di protezione contro le inondazioni o le frane, ad esempio.

Modello di supporto alle osservazioni

? noto da studi precedenti che il cambiamento climatico porta a una variazione delle precipitazioni pesanti su periodi di 50-100 anni. Sebbene i processi responsabili siano molto complessi, questo cambiamento può essere espresso da una semplice equazione fisica. Questa descrive l'aumento dell'umidità in un'atmosfera che si riscalda. Gli scienziati del clima si aspettano quindi che le precipitazioni abbondanti seguano questa cosiddetta equazione di Clausius-Clapeyron e, di conseguenza, che l'intensità degli eventi estremi giornalieri aumenti del 6-7% per ogni grado Celsius di riscaldamento. Tuttavia, studi recenti hanno indicato che l'intensità delle precipitazioni intense a breve termine potrebbe addirittura raddoppiare.

I risultati delle simulazioni dell'attuale studio dell'ETH sono ora sorprendentemente in accordo con l'equazione di Clausius-Clapeyron. Per Nikolina Ban, prima autrice dello studio, il fatto che le simulazioni siano quasi congruenti con i dati di precipitazione misurati per il periodo simulato rafforza notevolmente la fiducia nel suo modello e nell'equazione di Clausius-Clapeyron.

Nella sua tesi di dottorato, Nikolina Ban si è occupata di simulazioni ad alta risoluzione che descrivono la formazione di nubi convettive (tuoni) sulla base delle leggi dei processi fisici sottostanti. Per garantire che i processi di formazione delle nubi non "cadano" attraverso la griglia che definisce i punti di calcolo della simulazione, la spaziatura della griglia deve essere di pochi chilometri. Scegliendo una griglia con una distanza ridotta di 2,2 chilometri, i ricercatori sono riusciti a rappresentare le nubi tonanti e le precipitazioni senza utilizzare ipotesi semplificative per i processi fisici di base. Poiché questo rappresenta l'effettiva convezione nell'atmosfera, le incertezze sono ridotte al minimo e la fiducia dei ricercatori nel modello è rafforzata. Allo stesso tempo, però, questo comporta calcoli lunghi e costosi, poiché le equazioni fisiche di base devono essere risolte in ogni punto della griglia.

Una simulazione unica nel suo genere

Con la simulazione ad alta risoluzione, gli scienziati hanno coperto la regione alpina estesa dall'Italia settentrionale alla Germania settentrionale per un periodo di dieci anni, un'area di 1100 per 1100 chilometri. "Si tratta della prima simulazione ad alta risoluzione di tale estensione geografica e durata", spiega con orgoglio Ban.

I ricercatori hanno calcolato un totale di tre simulazioni: Una per il passato, da convalidare con i dati raccolti attraverso le misurazioni delle precipitazioni, e altre due per il clima attuale e futuro. Per calcolare una simulazione sono stati necessari dai quattro agli otto mesi. Ma lo sforzo è valso la pena per i ricercatori e Christoph Sch?r è soddisfatto: "Con l'alta risoluzione, abbiamo raggiunto un salto nella modellazione che non ho mai visto prima nei miei molti anni di ricerca".

Precipitazioni abbondanti nonostante la siccità

Il modello consente ora di quantificare la frequenza e l'intensità degli eventi estremi. Allo stesso tempo, però, mostra anche che la quantità media di precipitazioni sta diminuendo. "Il clima sta diventando più estremo, con periodi di siccità più lunghi che possono portare a periodi di siccità. Allo stesso tempo, la frequenza e l'intensità di eventi estremi con precipitazioni abbondanti sta aumentando", afferma Ban.

Tuttavia, il modello fornisce agli scienziati ancora più indizi sul clima futuro. Dai risultati delle simulazioni si conclude che l'intensificazione prevista delle precipitazioni segue l'equazione fisica di Clausius-Clapeyron e che non ci si deve aspettare un'intensificazione ancora più forte (superadiabatica). Tuttavia, questi cosiddetti effetti superadiabatici possono essere osservati sia nelle osservazioni che nelle singole simulazioni. Secondo i ricercatori, tuttavia, questo ulteriore aumento non influisce sullo sviluppo climatico a lungo termine e quindi anche sulle strategie di adattamento a un clima che cambia, poiché l'effetto è compensato da una diminuzione del numero di giorni di pioggia nel corso del cambiamento climatico. Per i ricercatori, i risultati mostrano anche che le osservazioni e le condizioni di precipitazione attuali non possono essere semplicemente estrapolate nel futuro.

Simone Ulmer è redattrice scientifica presso il pagina esternaCSCS,dove questo articolo è stato pubblicato per la prima volta.