Climatologia

scienza che si occupa dello studio del clima

La climatologia (dal greco κλίμα klima, ovvero "regione, zona", e λογία logìa) è la branca delle scienze della Terra e delle scienze dell'atmosfera che si occupa dello studio del clima, ovvero, scientificamente parlando, delle "condizioni medie del tempo meteorologico in un periodo di tempo di almeno 20-30 anni"[1]: una volta analizzato il clima terrestre attraverso metodi statistici, a partire dalla conoscenza avanzata dei fattori e dei meccanismi fisico-chimici che regolano il clima, attraverso opportuni modelli fisico-matematici (modelli climatici), si possono studiare le dinamiche del clima presente e passato operando anche delle previsioni o prognosi future evidenziando dunque eventuali mutamenti climatici con i relativi impatti su ecosistemi e biomi terrestri.

Distribuzione della temperatura sulla superficie terrestre. In rosso le aree a temperatura più elevata, in blu le aree a temperatura meno elevata.

DescrizioneModifica

 Lo stesso argomento in dettaglio: Clima.

OriginiModifica

I primi passi dello studio del clima si possono fare risalire addirittura a Edmund Halley, che nel 1686 pubblicò una carta dei venti alisei dopo un viaggio nell'emisfero australe. Benjamin Franklin nel XVIII secolo per primo mappò il percorso della corrente del Golfo. Francis Galton inventò il termine anticiclone.[2] Helmut Landsberg cominciò a usare l'analisi statistica nella climatologia, assegnandole lo status di scienza vera e propria.

InterdisciplinaritàModifica

 
Carta delle temperature medie del pianeta rilevate nell'arco di 30 anni, dal 1961 al 1990. Simili dati, raccolti per un lungo periodo di tempo, hanno una notevole importanza per lo studio climatologico.

Ambiti di interesse climatologico sono poi la stratificazione atmosferica, la circolazione delle masse e del calore (per irraggiamento, per moti convettivi o per calore latente), le interazioni tra l'atmosfera e gli oceani e i continenti (in questo caso soprattutto la vegetazione, l'uso antropico di un territorio e la sua topografia) e la composizione chimico-fisica dell'atmosfera. La climatologia è dunque una scienza estremamente multidisciplinare in stretto legame con molte altre branche delle Scienze della Terra e non solo: in essa convergono infatti discipline come l'astrofisica, la chimica, l'ecologia, la geologia, la geofisica, la glaciologia, l'idrologia, l'oceanografia e la vulcanologia.

Differenze con la meteorologiaModifica

A differenza della meteorologia, che studia in maniera osservativa e predittiva il tempo atmosferico considerando brevi periodi (al massimo 2-3 settimane), la climatologia studia, anch'essa in maniera osservativa e predittiva, i differenti sistemi climatici che si sono succeduti dal passato più remoto fino al presente, occupandosi cioè delle periodicità con cui i differenti climi si sono manifestati nel corso dei millenni, in relazione alle condizioni atmosferiche, evidenziando dunque le diversità in termini temporali e statistici. I climatologi - gli studiosi della climatologia - si interessano sia delle caratteristiche climatiche locali, regionali o globali sia dei fattori (naturali o umani) che possono portare ad un cambiamento climatico: studiando il clima passato, i climatologi tentano infatti di predire cambiamenti climatici futuri, anche e soprattutto con rigorosi metodi fisico-matematici. Rispetto alla climatologia cambiano dunque i metodi di analisi non più meramente osservativi, ma attraverso l'uso di raffinate elaborazioni statistiche, oltre che all'uso congiunto di modelli climatici con approcci e finalità diverse rispetto al consueti modelli numerici di previsione meteorologica.

BrancheModifica

All'interno della climatologia vi sono differenti approcci allo studio del clima che mirano a obiettivi diversi dando vita a differenti branche:

  • la climatologia statistica o statistica climatologica è la disciplina che fa ampio uso della statistica per analizzare i dati climatici sul medio-lungo periodo (serie storiche) e sancire l'avvenuto mutamento climatico o meno in un certo periodo temporale e in un certo luogo, evidenziando trend e oscillazioni (detection). A partire da queste analisi è possibile ricercare le cause di detti cambiamenti (attribution) analizzando le forzanti climatiche e le retroazioni in genere con l'uso di modelli climatici.
 
Andamento della temperatura negli ultimi 2000 anni secondo diversi studi: l'andamento degli ultimi 1000 anni è noto come hockey stick per via della somiglianza con la forma di un bastone da hockey.
  • la modellistica climatologica è un'altra branca fondamentale della climatologia che tenta di riassumere in complessi modelli matematici tutte le conoscenze, i processi e i meccanismi di interazione dei sistemi che definiscono il sistema climatico (vedi paragrafo successivo); questi modelli vengono utilizzati per conoscere meglio le condizioni climatiche del passato, per comprendere quelle del presente e infine prevedere quelle future. Ogni ricerca sul clima è però resa difficoltosa dalla grandezza della scala a cui si lavora, dall'ampiezza dei periodi di tempo che si considerano e dall'intrinseca complessità dei processi che governano l'atmosfera; oggi è generalmente accettato che esso è governato da equazioni differenziali che trovano fondamento nelle leggi della fisica, in particolare nella dinamica dei fluidi e nel trasferimento radiativo. Il clima è a volte rappresentato come un processo stocastico, anche se ciò è ritenuto un'approssimazione di processi altrimenti complicati da analizzare. Inserendo o togliendo dal modello determinate forzanti climatiche e facendo girare il modello, una volta validato, sui dati passati si possono fare studi di attribution ovvero attribuzione di cause (naturali o antropiche) sui cambiamenti climatici passati in base al confronto tra i risultati ottenuti dal modello e quelli storicamente rilevati.
  • la paleoclimatologia tenta di descrivere i climi delle ere passate esaminando sedimenti glaciali (le cosiddette carote di ghiaccio) o gli anelli degli alberi (in quest'ultimo caso si parla di dendroclimatologia).
  • la paleotempestologia utilizza le medesime tecniche per determinare la frequenza dei cicloni e delle tempeste nell'arco dei secoli. Lo studio dei climi più recenti si avvale invece dei dati meteorologici accumulati nel corso degli anni, come la quantità di pioggia caduta, la temperatura e la composizione atmosferica.
  • la climatologia storica, infine, si occupa del clima in relazione alle vicende storiche dell'uomo e per questo motivo si concentra specialmente negli ultimi millenni di storia del nostro pianeta.

Ambiti di studioModifica

Modellistica climatologicaModifica

 Lo stesso argomento in dettaglio: Teoria della complessità e Modello del clima.
 
Schema del grigliato di un modello globale del Clima

Per lo studio del clima futuro, anche in relazione al problema dei cambiamenti climatici, sono stati messi a punto svariati modelli climatici, sia globali (Global Climate Models, GCMs) sia regionali (Regional Climate Models, RCMs) ottenuti con operazioni di downscaling dai modelli globali.

Le equazioni di base dei modelli climatici sono sostanzialmente le stesse dei modelli meteorologici, ma in ambito climatico oltre ai modelli di trasferimento radiativo-convettivo e a quelli fluidodinamici, già presenti in quelli meteorologici, vengono aggiunte equazioni relative a processi fisici che hanno scarsa influenza a scala meteorologica (breve periodo), ma peso molto maggiore a scala climatica (medio-lungo periodo) come ad esempio l'effetto della copertura nevosa sull'albedo terrestre, l'interazione tra atmosfera e biosfera attraverso il ciclo del carbonio per la valutazione dell'impatto del forcing antropico, le variazioni delle correnti oceaniche (modelli oceanici), ovvero tutte le possibili retroazioni alle forzanti energetiche del sistema.

Cambia inoltre radicalmente il tipo di "risoluzione matematica" del modello: mentre nei modelli meteorologici hanno estrema importanza le condizioni iniziali da cui parte la previsione meteo (inizializzazione) e in virtù delle quali questa perde significato oltre i 15 giorni, i modelli climatici (pur inizializzati) mirano al calcolo dell'equilibrio medio generale del sistema climatico ovvero dei suoi parametri caratteristici medi visualizzabili tramite un semplice attrattore, il cui risultato a regime è indipendente dunque dalle condizioni iniziali, ma dipende unicamente dal bilancio delle forzanti energetiche del sistema unite in maniera non-lineare ai processi di retroazione. Il livello di dettaglio dei modelli climatici è quindi tale da escludere la riproduzione della comune variabilità meteorologica interannuale e intrastagionale ovvero il caos intrinseco dell'atmosfera evidenziando invece i trend sul lungo periodo dei vari parametri atmosferici in funzione delle sole forzanti significative; in altri termini i risultati (output) dei modelli climatici sono puramente indicativi dello stato futuro 'medio' dell'atmosfera, cioè forniscono delle tendenze a medio-lungo termine del tutto in linea quindi con la definizione statistica di "clima" e l'analisi o prognosi richiesta, lasciando a quelli meteorologici ad alta definizione spazio-temporale i dettagli di breve periodo propri della comune variabilità meteorologica.

Prevedere il clima, ovvero i trend, è quindi sulla carta più semplice che prevedere il tempo meteorologico, a patto di conoscere tutte le forzanti; secondo alcuni l'unica difficoltà starebbe nella modellizzazione accurata di tutti i processi compresi i feedback per rendere il modello il più possibile realistico ovvero fedele alla realtà. In realtà anche modelli semplici possono avere una loro concreta validità nel lungo periodo grazie all'esclusione di determinati processi rilevanti solo nel più breve periodo. Come per i modelli meteorologici anche i modelli climatici si differenziano tra loro per le diverse parametrizzazioni usate di alcuni processi fisici. In base alla complessità del modello si distinguono inoltre modelli a bilancio energetico a singolo punto, modelli a complessità intermedia (EMICs), modelli full complexity (ma dall'alta onerosità computazionale) dinamici come gli AOGCMs, ovvero modelli con accoppiamento del sistema oceano-atmosfera-biosfera-criosfera che operano su un grigliato atmosferico ed infine modelli a rete neurale.

Nell'ambito della teoria ufficiale del riscaldamento globale che vuole le cause di natura prevalentemente antropica (effetto serra), data l'incertezza sui quantitativi di gas serra futuri rilasciati dalle attività umane, le previsioni sui cambiamenti climatici futuri sono espresse in termini di "scenari" ovvero previsioni in base a diverse ipotesi di emissioni di gas serra ottenute a loro volta sulla base di modelli economici di sviluppo mondiale. Come per i modelli meteorologici, un recente sviluppo delle previsioni climatiche è rappresentato dalle previsioni di Ensemble Multimodels le quali, attraverso i fondamenti della fisica stocastica, cercano di ridurre l'incertezza derivante dalla presenza dei numerosi modelli climatici, ovvero delle molte diverse parametrizzazioni, mediando opportunamente gli output tra i vari modelli.

Cambiamenti climaticiModifica

Dinamica annuale della Co2 sulla Terra in un anno (NASA)
 Lo stesso argomento in dettaglio: Cambiamento climatico e Riscaldamento globale.

Con il termine cambiamenti climatici si indicano le variazioni del clima della Terra, ovvero variazioni a diverse scale spaziali (regionale, continentale, emisferica e globale) e storico-temporali (decennale, secolare, millenaria e ultramillenaria) di uno o più parametri ambientali e climatici nei loro valori medi: temperature (media, massima e minima), precipitazioni, nuvolosità, temperature degli oceani, distribuzione e sviluppo di piante e animali.

PaleoclimaModifica

Lo studio del clima passato è oggetto della paleoclimatologia. Secondo le conoscenze attuali il clima terrestre avrebbe subito nelle varie ere geologiche passate importanti cambiamenti climatici di origine naturale dovuti principalmente a variazioni orbitali terrestri (cicli di Milanković), variazioni dell'attività solare e modificazioni della composizione chimica dell'atmosfera terrestre in particolare nella concentrazione di gas serra evidenziando fasi alterne di raffreddamento e riscaldamento globale come ad esempio glaciazioni e periodi interglaciali. Tali risultati emergono da vari studi di carotaggi sui ghiacci polari e sui sedimenti geologici nonché, per quanto riguarda gli ultimi due millenni, dai risultati della dendroclimatologia, cioè dalle analisi sull'accrescimento degli anelli degli alberi.

MicroclimaModifica

 Lo stesso argomento in dettaglio: Microclima.
 
Schema del meccanismo della brezza di mare.

In ambito locale si parla spesso di microclima per indicare le caratteristiche climatiche di un dato luogo che si differenziano da quelle di un luogo attiguo per caratteristiche geo-morfologiche proprie (es. esposizione a nord o sud, vegetazione ecc...).

Clima e vegetazioneModifica

Lo studio degli aspetti del clima che condizionano la distribuzione dei vegetali costituisce la fitoclimatologia. Per definire il tipo di fitoclima di una regione si deve tenere conto dell'interazione fra temperatura e precipitazioni: la quantità di acqua necessaria alla vegetazione aumenta con l'aumento della temperatura a causa dell'incremento dell'evaporazione e della traspirazione. Tuttavia fattore più importante della quantità totale di pioggia è la sua distribuzione nel corso dell'anno e l'umidità dell'aria. Sono state riconosciute forme di vegetazione molto diverse in relazione al clima, che possono rappresentare categorie di base per individuare significati adattativi in relazione al clima. Risultano spesso caratteristiche dei diversi biomi presenti alla differenti latitudini e altitudini.

Climatologi famosiModifica

NoteModifica

  1. ^ Climate Prediction Center. Climate Glossary. Archiviato il 6 ottobre 2006 in Internet Archive. Retrieved on 2006-11-23.
  2. ^ Life Stories

Voci correlateModifica

Altri progettiModifica

Collegamenti esterniModifica

Climatologia, in Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.

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