I meteorologi saranno presto in grado di dare una valutazione istantanea dell’influenza del cambiamento climatico su eventi meteo estremi come prolungate siccità, ondate di calore e alluvioni. Gli studi condotti negli ultimi anni con sofisticate simulazioni al computer hanno infatti sviluppato una vera e propria “scienza dell’attribuzione” che collega meteo e clima
di Quirin Schiermeier/Nature
www.lescienze.it

L’emisfero nord sta affrontando un’altra estate insolitamente calda. Il Giappone ha dichiarato le sue temperature record un disastro naturale. L’Europa sta cuocendo a fuoco lento, con incendi distruttivi in Grecia e, come accade di rado, nell’Artico. E gli incendi alimentati dalla siccità si stanno diffondendo negli Stati Uniti occidentali.

Per Friederike Otto, esperta di modelli climatici dell’Università di Oxford, nel Regno Unito, la scorsa settimana è stata frenetica, poiché i giornalisti chiedevano a gran voce la sua opinione sul ruolo del cambiamento climatico nella calura estiva. “È stato folle”, dice.

La risposta scientifica abituale è che le forti ondate di calore diventeranno più frequenti a causa del riscaldamento globale. Ma Otto e i suoi colleghi volevano rispondere a una domanda più particolare: in che modo il cambiamento climatico ha influenzato questa specifica ondata di caldo? Dopo tre giorni di lavoro con modelli al computer, il 27 luglio 2018 hanno annunciato che le loro analisi preliminari per l’Europa settentrionale indicano che i cambiamenti climatici hanno più che raddoppiato la probabilità del verificarsi dell’ondata di calore in molti luoghi.

Presto i giornalisti potrebbero ricevere abitualmente questo genere di analisi rapide dalle agenzie meteorologiche, invece che da informazioni ad hoc degli accademici.

Con l’aiuto di Otto, l’agenzia meteorologica nazionale tedesca si prepara ad essere la prima al mondo a offrire rapide valutazioni del collegamento del riscaldamento globale a particolari eventi meteorologici. Entro il 2019 o il 2020, l’agenzia spera di pubblicare le sue scoperte sui social media quasi istantaneamente, con rapporti pubblici completi dopo una o due settimane

dopo un evento. “Vogliamo quantificare l’influenza del cambiamento climatico su qualsiasi condizione atmosferica in grado di portare condizioni meteorologiche estreme in Germania o nell’Europa centrale”, afferma Paul Becker, vicepresidente dell’agenzia meteorologica, che ha sede a Offenbach. “La scienza è matura per iniziare a farlo”.

Anche l’Unione Europea è interessata. Il Centro europeo per le previsioni meteorologiche a medio termine (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF) di Reading, nel Regno Unito, si prepara a condurre entro il 2020 un programma simile, che cercherà di attribuire eventi climatici estremi, come ondate di calore o alluvioni, ai cambiamenti climatici indotti dagli esseri umani.

Se avrà successo, un normale servizio di attribuzione dell’UE potrebbe essere attivo dopo un anno o due, afferma Richard Dee, capo del servizio europeo sui cambiamenti climatici Copernicus, presso l’ECMWF. “È ambizioso, ma fattibile”, afferma Otto, che sta contribuendo a creare anche il progetto dell’UE.

Un campo inaridito dalla siccità in Brasile (Credit: Mihich Aris / AGF)

Il fatto che le agenzie meteorologiche stiano contemplando servizi così regolari mostra fin dove è arrivata la “scienza dell’attribuzione”, da quando, più di dieci anni fa, i primi pioneristici progetti di ricerca hanno cercato di attribuire i singoli eventi meteorologici ai cambiamenti climatici.

Ora, dopo più di 170 studi su riviste specializzate, la scienza dell’attribuzione è pronta a uscire dal laboratorio e a entrare nel mondo quotidiano. Ha ancora difficoltà con alcuni tipi di fenomeni meteorologici estremi, ma ora che i servizi meteorologici iniziano a offrire routinariamente informazioni sull’attribuzione, la sfida più grande è capire come far sì che gli studi aiutino le persone che potrebbero usarli. “Un conto è fare dichiarazioni di attribuzione scientificamente valide, un altro come usare quelle informazioni”, afferma Peter Walton, scienziato sociale all’Università di Oxford.

Attribuzione “uno a uno”

L’idea alla base della scienza dell’attribuzione è abbastanza semplice. Disastri come ondate di caldo da record e piogge estreme potrebbero diventare più comuni perché l’accumulo di gas serra sta alterando l’atmosfera. L’aria più calda contiene più vapore acqueo e immagazzina più energia; le temperature crescenti possono anche cambiare gli schemi di circolazione atmosferica su larga scala. Ma il clima estremo può anche derivare da cicli naturali, come il fenomeno El Niño che riscalda periodicamente le temperature superficiali del mare nell’oceano Pacifico tropicale.

I ricercatori dicono che evidenziare il ruolo del riscaldamento globale indotto dall’uomo – in opposizione alle fluttuazioni naturali – nei singoli estremi meteorologici aiuterà gli urbanisti, gli ingegneri e i proprietari di casa a capire per quali tipi di inondazioni, siccità e altre calamità meteorologiche sta aumentando il rischio. E i sondaggi indicano che le persone sono più propense a sostenere politiche indirizzate all’adattamento agli impatti dei cambiamenti climatici quando hanno appena sperimentato condizioni climatiche estreme: così, una rapida verifica della connessione tra un evento regionale e il cambiamento climatico, o la sua esclusione, potrebbero essere particolarmente efficaci.

Otto, vicedirettrice dell’Environmental Change Institute dell’Università di Oxford, è una veterana della scienza dell’attribuzione, avendo condotto più di due dozzine di analisi. Il 4 giugno, per esempio, lei e i suoi colleghi hanno completato uno studio focalizzato sul confine meridionale dell’Africa, colpito da tre anni di siccità.

Una zona della provincia occidentale del Capo, in Sudafrica, colpita dalla siccità (Ian Lishman/AGF)

All’inizio di quest’anno, la situazione della provincia occidentale del Cape, in Sudafrica, era diventata così drammatica che i funzionari di Cape Town avevano avvertito che presto avrebbero raggiunto il “Day Zero”, cioè la situazione in cui la regione si sarebbe trovata senza acqua per soddisfare i bisogni primari: sarebbe stata la prima volta per una città di grandi dimensioni.

Mentre la storia di Day Zero faceva il giro della stampa internazionale, Otto e Mark New, climatologo dell’Università di Cape Town, hanno deciso che l’evento era un buon candidato per uno studio di attribuzione.

Lavorando nel loro tempo libero perché non avevano finanziamenti dedicati al progetto, i ricercatori di Paesi Bassi, Sud Africa, Stati Uniti e Regno Unito hanno iniziato definendo l’estensione regionale della siccità pluriennale. Hanno anche creato un indice della sua gravità, che combinava le misure di pioggia e calore. Poi, si sono rivolti alle bestie da soma degli studi di attribuzione: complessi modelli al computer che simulano il clima della Terra.

Hanno eseguito migliaia di simulazioni su ciascuno di cinque modelli indipendenti. Alcuni di essi tenevano conto dei livelli osservati di gas serra generati dalle attività umane; altri delle concentrazioni naturali dei gas, come se la rivoluzione industriale non fosse mai avvenuta. I ricercatori hanno confrontato il numero di volte in cui una siccità di gravità ed estensione simili si era manifestata nelle migliaia di test eseguiti. La maggior parte dei gruppi utilizzava i propri computer dedicati, ma la sezione di Oxford ha condotto le sue simulazioni con meteo@home, un framework di calcolo distribuito che utilizza il tempo di inattività di migliaia di personal computer di volontari.

Quando la squadra si è riunita a giugno, in Sudafrica sono tornate le piogge, allontanando lo spauracchio di Day Zero. Ma gli scienziati stavano ancora cercando le cause della megasiccità, che aiuterebbero a capire se la regione può ritrovarsi presto ad affrontare eventi simili entro breve tempo. Coordinando una chiamata Skype a quattro dal suo ufficio di Oxford, Otto ha respirato di sollievo quando i colleghi hanno concordato sul fatto che l’analisi aveva prodotto un risultato. “Il riscaldamento globale aveva triplicato le probabilità di tre anni siccitosi consecutivi nella regione”, dice.

Girasoli seccati dal caldo estremo in Bulgaria (Credit: Mihich Aris / AGF)

I risultati sono arrivati appena in tempo perché Roop Singh, consulente per il rischio climatico presso il Centro climatico della Croce Rossa e Mezzaluna Rossa dell’Aia, nei Paesi Bassi, potesse presentarli a una conferenza sull’adattamento ai cambiamenti climatici a CapeTown due settimane dopo.

I risultati non hanno suscitato grandi sorprese, afferma Singh, ma hanno innescato vivaci discussioni sull’eventualità che l’aumento del rischio di siccità possa aiutare a giustificare maggiori investimenti nella diversificazione delle risorse idriche a Cape Town. Lo studio di Otto è stato pubblicato il 13 luglio, prima della revisione tra pari, sul sito di World Weather Attribution, una partnership di sei istituti di ricerca (tra cui l’Università di Oxford) che si sono uniti nel 2014 per analizzare e comunicare i possibili effetti dei cambiamenti climatici sugli eventi meteorologici estremi.

Anche se quest’anno Cape Town ha evitato Day Zero, i politici della regione dicono che i risultati di Otto mandano un segnale di riflessione alle autorità che gestiscono la rete idrica, che potrebbero essere inclini a minimizzare il rischio di riscaldamento globale. “Questo è un messaggio incredibilmente forte che non possiamo permetterci di ignorare”, afferma Helen Davies, direttrice della green economy presso il Dipartimento per lo Sviluppo Economico e il Turismo della Western Cape. “Potremmo aver bisogno di lavorare su un approccio radicalmente nuovo alla gestione dell’acqua”, dice.

Il lavoro del gruppo di Otto si unisce a un corpo di studi in rapida crescita sull’attribuzione al clima. Dal 2004 alla metà del 2018, gli scienziati hanno pubblicato più di 170 rapporti su 190 eventi meteorologici estremi in tutto il mondo, secondo un’analisi di “Nature”, che si basa su un precedente lavoro della testata “CarbonBrief”. Finora, i risultati suggeriscono che circa i due terzi degli eventi meteorologici estremi studiati sono stati resi più probabili, o più gravi, dai cambiamenti climatici indotti dall’uomo (vedi l’infografica di “Nature”).

Le ondate di calore estremo hanno rappresentato oltre il 43 per cento di questo tipo di eventi, seguite da siccità (18 per cento) e piogge o inondazioni estreme (17 per cento). Nel 2017, per la prima volta, gli studi hanno anche affermato che senza cambiamenti climatici non si sarebbero verificati tre eventi estremi: le ondate di calore in Asia nel 2016, il calore record mondiale nello stesso anno e il riscaldamento del mare nel Golfo dell’Alaska e nel Mare di Bering dal 2014 al 2016. Ma nel 29 per cento dei casi considerati nell’analisi di “Nature”, le prove disponibili non mostravano alcuna chiara influenza umana o erano troppo inconcludenti perché gli scienziati potessero esprimere un giudizio.

A volte gli studi su un particolare evento sembrano arrivare a conclusioni opposte. Uno studio su un’ondata di caldo del 2010 in Russia ha rilevato che la sua gravità era ancora entro i limiti della variabilità naturale; un’altra analisi ha stabilito che i cambiamenti climatici hanno reso più probabile il verificarsi dell’evento.

I media hanno trovato i risultati confusi, ma i climatologi dicono che la discrepanza non è sorprendente, perché i due studi hanno preso in considerazione fattori diversi: gravità e frequenza . Secondo Otto, “L’esempio dimostra che inquadrare e comunicare le domande di attribuzione è una vera sfida”. Ma da allora i ricercatori sono diventati più raffinati su come impostare e presentare i propri studi, aggiunge.

Rapporti rapidi

Lo studio sul Sudafrica avrebbe potuto svolgersi più rapidamente se i ricercatori fossero stati in grado di dedicare tutto il loro tempo a questo compito.

Il lavoro di quest’anno durante l’ondata di caldo in Europa non è stato il primo studio rapido: nel 2015, per esempio, durante un’altra ondata di caldo soffocante in Europa, un gruppo internazionale di ricercatori (tra cui Otto) ha scoperto in poche settimane che i cambiamenti climatici hanno reso simili ondate di calore quattro volte più probabili in alcune città europee e almeno due volte più probabili in gran parte del continente.

Le agenzie meteorologiche prevedono di lavorare ancora più velocemente quando questi metodi sperimentali faranno parte della loro operatività regolare. Negli ultimi mesi, Otto ha parlato a lungo con il personale del servizio meteorologico tedesco, informandolo su come condurre gli studi di attribuzione utilizzando gli approcci migliori. Il 21 giugno, ha firmato un accordo con l’agenzia che fornisce l’uso gratuito del modello weather@home dell’Università di Oxford. Nel frattempo, il servizio sul cambiamento climatico Copernicus ha chiesto a Otto e a due suoi colleghi di scrivere un articolo che descriva i flussi di lavoro e i metodi per condurre studi di attribuzione rapidi, che sarà pubblicati entro settembre.

Otto afferma che un servizio rapido di attribuzione è necessario perché, di regola, le domande sul ruolo dei cambiamenti climatici vengono poste immediatamente dopo eventi meteorologici estremi. “Se noi scienziati non diciamo nulla, altri risponderanno a queste domande non sulla base di prove scientifiche, ma su qualunque cosa sia nel loro interesse. Quindi, se vogliamo che la scienza faccia parte della discussione in corso, dobbiamo dire qualcosa in fretta”, sottolinea.

Alcuni scienziati potrebbero sentirsi a disagio se i meteorologi annunciano risultati prima che il lavoro sia passato attraverso il processo di revisione tra pari. Ma in questi casi i metodi sono già stati ampiamente valutati, afferma Gabriele Hegerl, climatologo dell’Università di Edimburgo, nel Regno Unito.

Hegerl è anche coautore di un rapporto del 2016 delle National Academies degli Stati Uniti, che ha concluso che la scienza dell’attribuzione è progredita rapidamente e trarrebbe vantaggio dall’essere collegata alla previsione meteorologica operativa. “Può essere davvero utile avere risultati rapidamente disponibili per i tipi di eventi che capiamo ragionevolmente bene, come le ondate di caldo”, dice. “Non è necessario rivedere le previsioni del tempo”, aggiunge Otto.

Ma non tutta la scienza coinvolta negli studi di attribuzione è sistematizzata, dice Hegerl. Gli algoritmi informatici fanno ancora fatica a modellizzare le forti tempeste locali che derivano dalla rapida convezione dell’aria, come piccole grandinate e trombe d’aria, e quindi gli scienziati non possono dire se i cambiamenti climatici hanno reso questi eventi più probabili.

L’attribuzione affidabile è anche difficile o addirittura impossibile dove mancano ancora registrazioni climatiche a lungo termine, come in alcuni paesi africani. E potrebbe ancora esserci una variabilità climatica naturale che non è completamente visibile nella documentazione relativamente breve delle osservazioni climatiche dirette

Per tracciare le fluttuazioni climatiche a lungo termine, come quelle causate da cambiamenti negli schemi di pressione atmosferica o di temperatura della superficie del mare che hanno un ciclo pluridecennale, i ricercatori devono fare affidamento su dati proxy a bassa risoluzione, per esempio ricavati dagli anelli degli alberi. Il fatto che questa variabilità non si manifesti sempre nelle osservazioni dirette crea qualche incertezza negli studi, in particolare nella ricerca sull’attribuzione della siccità, dice Erich Fischer, climatologo dell’Istituto federale svizzero di tecnologia a Zurigo.

Alluvione nella città di Berna, in Svizzera (Credit: Castaneda Luis / AGF)

Durante un meeting a Oxford nel 2012, alcuni critici hanno messo in dubbio che gli scienziati del clima potessero essere sicuri delle conclusioni degli studi di attribuzione, considerata la mancanza di dati osservativi e dei limiti dei modelli climatici del tempo. Ma da allora i dubbi sono stati ampiamente fugati. I ricercatori ora eseguono gli studi utilizzando diversi modelli climatici indipendenti, il che riduce l’incertezza, perché possono cercare risultati concordi. E gli scienziati sono più attenti a come fanno affermazioni probabilistiche.

“L’attribuzione di eventi estremi ha fatto molti progressi da quando è iniziata con scarse risorse”, afferma Fischer. “Potrebbe non funzionare per piccole grandinate o tornado. Ma le dichiarazioni di attribuzione sono ora abbastanza affidabili per tutti i modelli meteorologici su larga scala che possono essere rappresentati da modelli climatici all’avanguardia”.

Un impatto non chiaro

In Sudafrica, Davies afferma che l’ultimo studio di Otto dovrebbe aiutare a insistere sulla necessità di nuovi approcci alla gestione delle risorse idriche regionali. “Dopo il secondo anno di siccità i meteorologi ci hanno assicurato dche era possibile averne un terzo di fila. Ma non possiamo più usare il passato per quello che potrebbe accadere in futuro. Dobbiamo imparare ad adattarci a un clima che cambia, e abbiamo assolutamente bisogno dell’attribuzione per farlo nel modo giusto.” Una delle lezioni della recente siccità e dell’analisi dell’attribuzione, sottolinea, è che la Western Cape Province non dovrebbe fare affidamento solo sulle piogge per ricostituire la propria riserva idrica, che andrebbe invece diversificata, sfruttando le falde acquifere e sviluppando le strutture per la desalinizzazione e per il trattamento delle acque reflue.

Ma, in generale, è difficile sapere quali effetti stiano avendo gli studi di attribuzione, dicono gli scienziati sociali, perché è difficile comprendere l’impatto di questi risultati da altri studi che prevedono un aumento dei rischi di condizioni meteorologiche estreme associate ai cambiamenti climatici, o dallo shock degli stessi eventi meteorologici.

Tuttavia, se gli studi di attribuzione iniziano ad apparire regolarmente nei bollettini meteorologici, e non solo nelle riviste scientifiche, il loro impatto potrebbe diventare molto più evidente, afferma Jörn Birkmann, esperto in pianificazione spaziale e regionale all’Università di Stoccarda, in Germania. “Chi pianifica città e infrastrutture e progetta e approva nuove aree residenziali, ospedali o stazioni ferroviarie, deve considerare in modo più preciso i rischi di eventi meteorologici estremi, se questi eventi sono chiaramente attribuiti ai cambiamenti climatici”, dice.

Le prove dei rapporti di attribuzione potrebbero anche entrare nel contenzioso sui cambiamenti climatici, suggeriscono Birkmann e James Thornton, amministratore delegato di ClientEarth, un gruppo internazionale di avvocati che segue cause legate all’ambiente. Casi giudiziari che accusano la mancata preparazione agli effetti dei cambiamenti climatici non hanno ancora citato studi di attribuzione, afferma Thornton. Ma pensa che i giudici si affideranno sempre più a essi per decidere se gli imputati – che potrebbero essere compagnie petrolifere, architetti o agenzie governative – possano essere ritenuti responsabili. “I tribunali tendono a dare credibilità ai dati del governo”, dice. “Se l’attribuzione si sposta dalla scienza al servizio pubblico, i giudici saranno molto più a loro agio nell’utilizzare i risultati”.

All’agenzia meteorologica tedesca, Becker afferma di essere convinto che gli studi di attribuzione diventeranno un valido servizio per molte parti della società. “Fa parte della nostra missione chiarire i collegamenti tra clima e meteo”, dice. “C’è una richiesta di informazioni, c’è la scienza che le fornisce e noi siamo felici di divulgarle”