L`effetto serra - Arpae Emilia

Sta cambiando il clima?
Il pianeta e il cambiamento, Museo Civico di Reggio Emilia, 19 Luglio 2006
Schema della presentazione
• Che cosa determina la temperatura di un pianeta?
• Che cos’è l’effetto serra? E l’origine antropica?
• I cambiamenti osservati: CO2, temperatura,
precipitazione, mare, ghiacci, eventi estremi: dalla scala
globale alla scala locale
• Quale clima futuro? I modelli climatici
• I modelli sono attendibili? I problemi della modellistica
• Rimedi e adattamento. Stiamo facendo qualcosa?
Che cosa è il clima di un pianeta?




L’insieme dei valori medi di tutte le variabili che, nella
loro quotidiana variabilità, determinano il tempo
atmosferico
Non solo valori medi delle variabili ma anche
comportamento medio della variabilità (che cos’è la
media?)
Che cosa lo determina? Distanza dal sole, struttura
fisica e composizione chimica del pianeta e della sua
atmosfera (e degli oceani, se ci sono)
Quali di questi fattori sono influenzabili dall’uomo sulla
terra?
Notare la differenza!
(corte)
(un po’ più lunghe)
E allora,
che cos’è l’effetto serra?
L’atmosfera si comporta diversamente
a seconda del tipo di onde
elettromagnetiche che la attraversano
(lunghe o corte):
è trasparente alla luce visibile del sole
che la può attraversare facilmente
ma non è completamente trasparente
ai raggi infrarossi emessi dalla terra,
come il vetro di una serra.
Per poter emettere tutta l’energia che
riceve dal sole (poiché deve rimanere
in equilibrio termico), la terra è quindi
costretta a scaldarsi per poter emettere
più energia (ricordiamo che un corpo
più è caldo più energia emette),
cosicché l’energia che riesce ad uscire
sia uguale a quella che entra:
questo è l’effetto serra “naturale”
L’effetto serra “naturale”
permette quindi alla terra di
avere una temperatura alla
superficie di circa 15°C, invece
di quella che avrebbe senza
l’atmosfera, cioè
circa -20°C (per esempio come
quella della luna).
Perché l’atmosfera non è trasparente
alla radiazione infrarossa come lo è a
quella visibile (cioè, perché si
comporta come il vetro di una serra)?
Perché contiene dei gas che assorbono
e riemettono la radiazione infrarossa.
Questi gas vengono chiamati gas
“otticamente attivi” o gas “serra”
La composizione della nostra atmosfera
GWP
(20Y)
-1
56
0,00003 (N2O)
280 (N2O)
Fin qui tutto normale e naturale, anzi molto utile!
In effetti non ci sarebbe vita umana senza l’effetto
serra naturale, dovuto soprattutto al vapor d’acqua.
Allora dove sta il problema??
Il problema è che le attività dell’uomo (per esempio
la produzione di energia ottenuta bruciando
materiali fossili come carbone e petrolio) fanno
aumentare i gas serra nell’atmosfera, e in
particolare l’anidride carbonica (CO2), il che fa
aumentare la temperatura della superficie della terra
e dell’atmosfera vicina al suolo: ecco quindi l’effetto
serra di origine antropica. Sarebbe più corretto
parlare di “aumento antropico dell’effetto serra
naturale”
L’aumento della CO2 (ma non solo)
Dal 1750 ad oggi la concentrazione di CO2 nell’atmosfera
è cresciuta di un terzo. La concentrazione attuale è a un
livello che non ha precedenti negli ultimi 420.000 anni e
forse negli ultimi 20 milioni di anni;
I due terzi dell’incremento negli ultimi 20 anni è dovuto al
consumo di combustibili fossili (perché non tutto? Da dove
viene il resto della CO2?);
Con la concentrazione in crescita e la diminuzione
dell’assorbimento naturale di CO2, i modelli prevedono per
il 2100 una concentrazione che va dalle 540 alle 970 parti
per milione (ppm), da confrontare con le 280 ppm dell’era
pre-industriale alle circa 367 ppm di oggi.
Concentrazione CO2 (ppmv)
L’AUMENTO DELL’ANIDRIDE CARBONICA
390
380
370
360
350
340
330
320
1979
1982
1985
1988
1991
1994
Anno
(Cortesia del SMAM, Sestola)
1997
2000
2003
2006
CO2
CH4
N2O
Il clima del passato
GLI ULTIMI 150 ANNI
GLI ULTIMI 1000 ANNI
La CO2 OGGI
GLI ULTIMI 420.000 ANNI (ASSE X INVERTITO!)
I cambiamenti del clima si vedono già?
La temperatura
Le precipitazioni
Il livello del mare
I ghiacci di calotte polari e ghiacciai
Gli eventi estremi?
IPCC Reports: FAR-1990, SAR-1996 e TAR-2001
In arrivo l’AR4-2006 (bozza ancora riservatissima!!)
Climate Change 2001: The Scientific Basis
Climate Change 2001: Impacts, Adaptation
and Vulnerability
Climate Change 2001: Mitigation
Climate Change 2001: Synthesis Report
I dati globali
I DATI sino ad oggi (dal 3° Rapporto IPCC: TAR)
Temperatura
La temperatura media dell’aria è cresciuta di circa 1 grado dal 1860 ad oggi, e il
riscaldamento del 20° secolo è probabilmente il più alto degli ultimi 10 secoli. Gli
anni 90’ e il 1998 sono stati rispettivamente il decennio e l’anno più caldi.
L’incremento medio globale della temperatura dell’aria dal 1990 al 2100 è stimato
da circa 1.5 a 6 gradi, questo sarebbe un evento che non ha precedenti negli
ultimi diecimila anni.
Livello del mare
Il livello medio dei mari è cresciuto fra 10 e 20 centimetri nel corso del 20°
secolo, probabilmente a causa dell’espansione termica delle acque dei mari e
dello scioglimento dei ghiacci. Il livello di innalzamento dei mari durante il 20°
secolo non ha precedenti negli ultimi tremila anni. (Il Mediterraneo è aumentato
di livello molto meno, malgrado si sia riscaldato più della media: come
mai?)
E i ghiacci delle calotte polari e
quelli dei ghiacciai montani
(per esempio alpini)?
2003
1979
Ghiacciaio andino di Upsala, Argentina
Sono molti più i ghiacciai che stanno
scomparendo di quelli che aumentano:







Stanno scomparendo quasi tutti i ghiacciai alpini
Stanno scomparendo quasi tutti i ghiacciai andini
Aumentano i ghiacciai dell’emisfero sud (Nuova
Zelanda)
Stazionarietà o variabilità in Asia
Ghiacci artici? Diminuiscono enormemente. Tempi
durissimi per gli Inuit e per gli orsi polari
Ghiacci antartici? Pareri discordi, peccato per
CryoSat….
Perché l’Antartide non perde volume di ghiaccio come
l’Artide?
Che legame c’è tra aumento di temperatura,
fusione dei ghiacci e aumento del livello dei
mari?



L’aumento di temperatura fa fondere i ghiacci e
quindi fa aumentare il livello dei mari: ma solo il
ghiaccio che non galleggia fa aumentare il livello,
controllare per credere con un cubetto di ghiaccio
(la banchisa artica galleggia, ma i ghiacci antartici e
groenlandesi no)
L’aumento della temperatura dell’aria riscalda
l’acqua dei mari che si espande, cioè aumenta di
volume, come quasi tutti i corpi che si riscaldano, e
quindi aumenta il livello
L’effetto “espansione da riscaldamento” è ritenuto
maggiore di quello da “fusione” (di quanto dipende
dalla profondità raggiunta dal riscaldamento marino,
questione di tempi di risposta)
Il Nord Italia
T Max
T Min
ANNO
I
P
E
A
Ististuto ISAO CNR via Gobetti, 10
Osservatorio Astronomico di Brera
Istituto di Fisica Generale Applicat
*
**
***
Trend della precipitazione nel nord Italia: la tropicalizzazione?
Brunetti, Buffoni, Maugeri e Nanni, 2000, Int Jour of Clim
20
20
20
trends in Northern Italy
10
Percentage
2000, 20, 1017-1031)
0
**, Maurizio
MAUGERI***, Teresa NANNI*
betti, 101 – I40129 Bologna
di Brera via
-10 Brera, 28 – I20121 Milan
Applicata via Brera, 28 – I20121 Milan
-20
1880
10
10
0
0
-10
-10
-20
1900
1920
1940
1960
1980
-20
1880
0-2.5 mm/day
1900
1920
1940
1960
1980
1880
2.5-12.5 mm/day
20
20
10
10
10
1940
1960
1980
Five year moving average anomalies of yearly mean
the six class. The straight lines indica
-10
-20
1880
1920
12.5-25 mm/day
20
0
1900
0
0
-10
-10
-20
1900
1920
1940
1960
1980
25-50 mm/day
1880
-20
1900
1920
1940
1960
>50 mm/day
1980
1880
1900
1920
1940
1960
>25 mm/day
1980
PRECIPITAZIONI
TROPICALIZZAZIONE: significativo aumento degli eventi intensi ed estremi. Tale
tendenza è stata spesso riscontrata non solo dove le pioggie aumentano ma anche dove le piogge
mostrano un trend negativo o assente.
Nel corso degli ultimi anni si è sempre più consolidata l’ipotesi che il riscaldamento globale possa essere accompagnato da
un incremento nella frequenza dei fenomeni meteorologici estremi. Questi fenomeni possono causare effetti disastrosi, come
nel caso delle alluvioni che hanno colpito il Nord-Ovest dell’Italia nel 1993, 1994 e 2000. La figura mostra la Dora Baltea al
Ponte Vecchio di Ivrea in condizioni “normali” (a sinistra) e come essa appariva durante la piena del 24 settembre 1993 (a
destra). Fonte: Nimbus, 2, pag. 44.
Emilia-Romagna
T(°C)
Temperatura minima annuale
media sulla regione Emilia-Romagna
10
9
8
7
1960
1964
1968
1972
1976
1980
1984
1988
1992
1996
2000
2004
Anni
Media annuale
Valore climatico (media 1961-1990)
Lineare (Media annuale)
TEMPERATURE ANNUE MONTE
CIMONE
Precipitazioni annuali sulla regione Emilia-Romagna
1300
(mm/anno)
1200
1100
1000
900
800
700
600
1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004
Precipitazione annuale
Valore climatico (media 1961-1990)
Anni
Alcuni punti fermi sulle tendenze in
atto per il Nord Italia
• Temperature medie, minime e massime tutte in
deciso aumento, di più in primavera e estate (19912000).
• Precipitazione totale in lieve diminuzione, ma
“tropicalizzazione” dei regimi di pioggia
• Ghiacciai alpini in decisa diminuzione, sia per
l’aumento della temperatura che per la diminuzione
della precipitazione, ma più per la prima causa che
per la seconda
• Qualche aumentato rischio di periodi siccitosi
estivi, soprattutto se si tiene conto dei fabbisogni
irrigui, sempre in aumento
Quale potrebbe essere allora il clima
che ci attende nel futuro prossimo?
Lo si può prevedere e come?
Ovvero, siamo in grado di fare
una previsione quantitativa dei
futuri cambiamenti climatici a
scala globale, regionale e locale ?
Gli strumenti:
I modelli (numerici e statistici) del
clima globali e regionali
I modelli matematici numerici: si
chiamano “modelli di circolazione
generale dell’atmosfera e dell’oceano”
o “modelli climatici regionali”: usano i
grandi supercalcolatori
Sono essenzialmente gli stessi modelli
usati per le previsioni meteorologiche
I modelli Globali di
Circolazione della
Atmosfera e dell’Oceano
(GCM/AGCM/OGCM)
La modellistica del clima:
Modelli Globali (GCM) e Modelli Regionali (RCM)
Ma i modelli hanno bisogno di
scenari di sviluppo economico
sui quali basarsi…
Dal 3o report IPCC del 2001...
Gli scenari possibili
Le conseguenze su
temperatura e livello del mare
(e le correnti oceaniche, p.es.
quella del golfo? collasso?)
L’aumento previsto della temperatura (IPCC 2001)
L’aumento previsto del livello del mare (IPCC 2001)
LA CREDIBILITA’ DELLE PREVISIONI
CLIMATICHE GLOBALI???


Fin qui niente di terribilmente nuovo e/o originale rispetto
a ciò che ci avevano detto i rapporti IPCC del 1995 o del
1990 (o che ci dirà il rapporto del 2006).
Perché dobbiamo essere più preoccupati oggi di allora?
E’ forse migliorata la credibilità delle previsioni
climatiche basate sui modelli globali?
Quali sono le aree problematiche, o addirittura
critiche, della modellistica climatica? I feed-back:




Più gas serra fanno aumentare la temperatura della
superficie terrestre e della bassa atmosfera e
raffreddare quella della alta atmosfera (stratosfera)
senza necessariamente cambiare la temperatura
complessiva del sistema (ecco perché il sistema
tropicalizza…>>più convezione umida)
Se la temperatura della superficie terrestre si riscalda,
si riscalda anche il mare e quindi a) evapora più acqua
e b) si rilascia parte della CO2 disciolta nell’acqua
marina (effetto acqua frizzante, feed-back positivo)
Se evapora più acqua, si potrebbero formare più nubi
Se si formano più nubi, si innesca un processo
contrastante: le nubi sono riflettenti e quindi il sistema
terra più atmosfera si raffredda: feed-back negativo
Quali sono le aree problematiche, o addirittura
critiche, della modellistica climatica? I feed-back:



I modelli hanno difficoltà a rappresentare bene i
processi fisici connessi alla convezione umida, alla
formazione delle nubi e alla loro interazione con la
radiazione, quindi anche i feed-back connessi
E l’effetto degli aerosol? Gli aerosol agiscono come le
nubi: sono riflettenti, mentre invece le polveri
carboniose (black carbon) riscaldano. I primi modelli
del clima non contenevano l’effetto degli aerosol,
mentre oggi tutti i modelli climatici ne tengono conto
(e infatti le stime del riscaldamento sono
progressivamente calate)
E il ciclo del carbonio (p.es. siamo in grado di
modellare i flussi della CO2 disciolta nel mare)?
quindi:
Il riscaldamento globale finale si ottiene
come il risultato finale (piccolo) che esce
dalla somma di molti numeri grandi,
incerti e di segno opposto: l’errore è
sicuramente alto
ma…
La prova del pudding sta nel mangiarlo,
dicono gli anglosassoni, e allora:
Cause delle variazioni del clima
Antropiche
Naturali



Variabilità naturale
Variazioni della
radiazione solare
Eruzioni vulcaniche



Gas serra
Aerosol
Sfruttamento del
terreno (albedo)
La modellazione degli ultimi
150 anni della nostra storia
(sole + vulcani)
(gas serra+ aerosol)
Gli ultimi 150 anni della nostra storia: i due effetti insieme
IPCC-TAR
Effetti del riscaldamento,
modelli e decisioni…
• Gli effetti importanti sono troppi e troppo interagenti
tra loro per essere modellati singolarmente.
• E’ ormai accettato che l’unico strumento adeguato
per fare previsioni e/o dare stime quantitative sono i
modelli matematici globali del clima.
• Non possiamo aspettare che i modelli siano perfetti
(non lo saranno mai) per considerarne i risultati.
• Le decisioni vanno prese sulla base della miglior
modellistica disponibile: la politica che non decide se
non di fronte a dati assolutamente certi, non deciderà
mai.
• Non decidere (attendere sempre il modello migliore,
che verrà) equivale a decidere di non fare niente.
Che cosa stiamo facendo per
risolvere il problema, o almeno
per limitare i danni (poco…)?
Cambiare i metodi di produzione
dell’energia?
Cambiare i comportamenti?
Adattarsi al cambiamento?
Gli impatti del Protocollo di KYOTO
6,5
Proiezioni di
impatto del
Protocollo di
Kyoto sulle
emissioni di Gas
Serra dei Paesi
dell’Allegato I
alla Convenzione.
(gigaton. di
carbone)
+33%
6,0
+24%
Senza il Protocollo
5,5
+19%
5,0
+4.8%
Con il Protocollo
4,5
-5.2%
-4.8%
4,0
1990
1995
2000
2005
2010
2015
La parola d’ordine sembra quindi
essere:
Adattarsi!
Conclusioni




Sicuramente ci sono evidenze che lo stato del clima stia
cambiando sulla Terra, in Europa ma anche nella nostra
regione, sia nelle temperature che nelle precipitazioni,
valori medi ed estremi
Nel futuro i trend osservati sembrano permanere, poiché
le pressioni globali sul sistema clima aumentano
incessantemente mentre le incertezze sulle previsioni
stanno calando, anche per merito dei nuovi sistemi di
monitoraggio e previsione
Azioni (globali): Kyoto non è ancora morto del tutto, la
sua anima si agita ancora da qualche parte…ma la parola
d’ordine sembra essere: Adattamento (per chi se lo può
permettere)
Il problema appare complessivamente sottostimato dalla
politica in generale, quindi ritengo ci sia in un certo
modo da preoccuparsi, anche se le nazioni “non ricche”
e più esposte dovrebbero preoccuparsi di più… (ma il
collasso della Corrente del Golfo??)
Grazie per l’attenzione
I contributi locali: l’inventario
regionale delle emissioni di gas serra
Realizzato un inventario regionale delle emissioni di CO2,
CH4 ed N2O, quali principali sostanze responsabili
dell’effetto serra (anno di riferimento 2000)
Obbiettivi:
Individuare, a livello di singola provincia, i settori di
maggiore criticità, sia in termini di emissioni che di
consumi di energia
Disporre di uno strumento utile a valutare gli effetti delle
politiche di riduzione
Metodologia utilizzata:
“Linee guida dell’ Intergovernamental Panel on Climate
Change (IPCC)
Confronto emissioni regionali CO2
fonte dati Apat (1999)
16,0%
14,0%
Media
nazionale
12,0%
10,0%
8,0%
6,0%
4,0%
2,0%
La
zi
o
A
br
uz
zi
M
ol
is
C
am e
pa
ni
a
P
ug
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B
as a
ili
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R
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ag
na
To
sc
an
a
U
m
br
ia
M
ar
ch
e
0,0%
Il contributo dell’Emilia-Romagna è superiore alla media nazionale: il dato deve
essere accompagnato da altri indicatori economici quali il tasso di
disoccupazione e altri quali il PIL che collocano la nostra regione nella
classifica delle regioni più ricche e produttive
Mappa emissioni provinciali
CO2eq (t/anno) - anno 2000
Quali azioni (locali?, globali?)
per migliorare ?
Il Piano Triennale RER di Azione
Ambientale per uno sviluppo
sostenibile 2004 - 2006



assunzione
degli
obiettivi
di
sostenibilità in tutti i settori
(trasporti, industria, agricoltura, ..);
responsabilità estesa dei produttori e
dei consumatori;
co-decisione e co-partecipazione alle
scelte e alle cose da fare;
I principali settori d’intervento per la
riduzione dei gas ad effetto serra
Le strategie:

Trasporti

Energia

Edilizia
- Contrastare il cambiamento
climatico conseguendo, per quanto
di competenza della Regione, gli
obiettivi del Protocollo di Kyoto;
- Sviluppare accordi volontari,
settoriali
e
territoriali
per
assicurare la condivisione degli
obiettivi strategici per contrastare
il cambiamento climatico;
- Integrare gli obiettivi relativi al
cambiamento
climatico
nelle
politiche settoriali della Regione e
degli Enti pubblici .
Cosa serve ancora ?




Migliorare la conoscenza dei cambiamenti futuri
a scala locale
Valutare e quantificare a scala locale, con
maggior dettaglio, gli “impatti” sui vari sistemi
fisici, sociali ed economici del cambiamento
climatico
Continuare a progettare “politiche” per la
mitigazione degli eventuali impatti negativi, nei
vari sistemi fisici, sociali ed economici
E Kyoto?
INFO BY EU COMMISSION: Nella riunione del Consiglio dei Ministri
europei per l'ambiente che si terrà a Bruxelles il 17 ottobre prossimo è all'ordine
del giorno la discussione e la decisione su quale posizione la UE debba
assumere e quale strategia la UE deve adottare per il seguito del Protocollo
di Kyoto (post-Kyoto) ai fini dei negoziati ONU che si terranno a Montreal alla
fine del mese di novembre (COP-11 della Convenzione quadro sui cambiamenti
climatici). La Commisssione UE ha già preparato una bozza; alcuni dei punti
essenziali:
- obiettivo generale del post-Kyoto è quello di contenere il riscaldamento
climatico gobale entro 2°C rispetto all'epoca preindustrriale: ciò implicherà una
riduzione delle emissioni di almento il 50% rispetto al 1990 da attuarsi entro al
massimo entro l'anno 2050;
- il raggiungimento di questo obiettivo deve essere conseguito attraverso una
azione multilaterale e con la partecipazione di tutti i Paesi (sviluppati ed in via
di sviluppo) che si assumeranno i rispettivi impegni di riduzione, tenendo conto
del principio della responsabilità comune ma differenziata;
- negli impegni di riduzione devono essere inclusi altri settori delle attività
umane che erano stati esclusi dal Protocollo di Kyoto, come il trasporto aereo e
marittimo, e le atttività di deforestazione, ecc.;
- negli impegni di riduzione si dovrà dare un forte impulso all'innovazione
tecnologica in Europa, affinchè tali impegni non abbiano ripercussioni
negative sulla competitività delle imprese e sullo sviluppo socio
economico europeo;
- si dovrà altresì favorire la convenienza economica degli impegni di
riduzione promuovendo il mercato dei meccanismi flessibili già previsto
dall'attuale protocollo di Kyoto;
-si dovranno aumentare gli sforzi per l'adattamento ai cambiamenti
del clima sia in ambito europeo che extra europeo, attraverso azioni
che riducano la vulnerabilità ambientale e dei sistemi socio-economici
e ne aumentino la resilienza.
Il principio di realtà suggerisce che l’ultimo punto sarà il
favorito…
Maggiori informazioni su:
http://www.europa.eu.int/comm/environment/climat/future_action.htm
Il sole, a circa 5700°C, emette circa 4x1026 Watt
La terra, a circa 15°C, emette circa 2x1017 Watt
(questi sono flussi radianti, energia/tempo; per il sole,
l’irradianza cioè il flusso radiante per unità di area alla sua
superficie vale 6.3x107 W/m2, con r=7x108 m), che è
esattamente l’energia che riceve dal sole: la terra è quindi in
EQUILIBRIO TERMICO
cioè emette tanta energia quanta ne riceve
(altrimenti si scalderebbe disastrosamente) ma mentre la riceve
come luce visibile dal sole, la riemette come raggi infrarossi
(invisibili) in tutte le direzioni.
Anche la luna fa lo stesso ma è molto diversa dalla terra:
perché?
Perché non ha un’atmosfera!!
(1) Flusso radiante dal sole: 3.9x1026W
Irradianza (o flusso incidente, cioè potenza per unità
di area) del sole alla distanza dell’orbita terrestre
(8 min-luce=1.5x1011m) è Fs=1370W/m2
Se la terra (di raggio a=6200km) fosse un corpo
nero in equilibrio termico: Fsπa2=4πa2σT4
con σ=5.67x10-8Wm-2K-4 (costante di StefanBoltzmann) da cui T≈279K (Tvera≈288K).
(2) Se (notevole miglioramento) consideriamo la
terra un corpo nero soltanto per l’emissione
infrarossa, mentre nel visibile ricordiamo che ha
un’albedo A di circa 0.3, allora:
(1-A)Fsπa2= 4πa2σT4 , da cui T≈255K molto peggio!
(3) Terzo modello:
W&H prob 6.8 pag 293 oppure Andrews1.3.2, pag 6-7:
come nel modello (2), cioè suolo corpo nero
nell’infrarosso, ma con un’atmosfera sottile con
trasmittanza τs=0.9 nel visibile e τt=0.2 nell’infrarosso
all’equilibrio radiativo:
al top
al suolo
F0=Fa+τtFg
Fg=Fa+ τsF0
con
e
Fa=(1- τt)σTa4
F0=1/4(1-A)Fs
eliminando Fa, si ha
Fg=σTg4=F0(1+ τs)/(1+ τt) (se τs= τt=1 caso precedente)
con i valori giusti, Tg=286K (finalmente simile a 288K!)
e Ta=245K
L’aumento della CO2 fa aumentare la
temperatura dell’aria, della superficie
della terra e degli oceani. Ma se gli
oceani si scaldano, rilasciano CO2
disciolta nell’acqua di mare, se si
raffreddano ne “sequestrano” di più
(effetto acqua minerale frizzante).
Allora c’è da chiedersi: è la CO2 che
fa aumentare la temperatura o è la
temperatura (che aumenta per altre
ragioni) che fa aumentare la CO2?
GLOBAL COOLING OVER THE PAST 60 MILLION YEARS.
The
MILANKOVITCH CYCLES AMPLIFY ENORMOUSLY over the PAST 1 Ma
Evolution of African Hominids
Recurrent Ice Ages
NOTE: Time Scale changes at 3 Million Years
Stima delle emissioni Emilia-Romagna
(t/anno. Anno 2000)
ENERGIA (Industrie
energetiche, manifatturiere,
edilizie, trasporti, civile, ecc.)
PROCESSI PRODUTTIVI
(cementifici)
CO2
(t/anno)
CH4
(t/anno)
N2O
(t/anno)
CO2eq
t/anno
34.837.734
11.815
1.651
35.600.714
1.495.500
1.495.500
AGRICOLTURA
(Fermentazione intestinale,
102.503
composti organici, concime
chimico)
9.427
CAMBIAMENTI USO DEL
SUOLO E FORESTE
(Cambiamenti nelle foreste e
negli accumuli di biomassa,
emissione/assorbimenti suoli,
ecc)
RIFIUTI (Discariche,
incenerimento, compostaggio
TOTALE
PROCESSI
INDUSTRIALI
3%
5.074.902
-1.727.484
- 1.727.484
CAMBIAMENTI
USO SUOLO E
RIFIUTI
FORESTE
2%
4%
AGRICOLTURA
11%
237.195
20.188
62
680.435
34.842.945
134.506
11.140
41.124.067
GWP: coefficienti di trasformazione
CO2 = 1; CH4 = 21; N2O = 310
PESO %
MACROSETTORI
Emilia-Romagna
CAMBIAMENTI USO
SUOLO E FORESTE
3%
AGRICOLTURA
8%
ENERGIA
80%
RIFIUTI
3%
PROCESSI
INDUSTRIALI
6%
PESO %
MACROSETTORI
Dati Nazionali (APAT)
ENERGIA
80%
CTRL
SCENARIO
C. Schar et. Al. Nature 2004
Temperature estive
EC Environment Programme 1990-1994
Impatti sull’area costiera
CENAS Project
Study on the Coastline Evolution of the eastern Po plain due to sea level change
caused by climate variation and to Natural and Anthropic Subsidence"
"
Progetto CENAS
Aree che possono
essere
episodicamente
inondate a causa
di subsidenza ed
intensi eventi
meteomarini
Scenario al 2100
con eventi
meteomarini
aventi 1 anno di
periodo di ritorno
Trasporti
3%
22%
18%
21%
36%
Industrie Energetiche
Industrie Manifatturiere/Edilizie
Trasporti
Civile
Agricoltura
Alcune iniziative messe in campo:
• Obiettivi:
Accordi
di
Programma
per
il
miglioramento della QA tra Regione,
Province, Comuni capoluogo e quelli
con popolazione superiore a 50.000
abitanti nel 2002-2004;
• Riduzione delle emissioni,
Nelle giornate di interdizione della
circolazione veicolare nelle aree
urbane,
ARPA
ha
stimato
una
riduzione della CO2 pari a 3450
tonnellate/giorno.
• Abbattimento dei consumi
energetici nel settore dei
trasporti (Sostituzione degli
autobus a gasolio con autobus
alimentati a metano o
elettrici)
• Sviluppo di forme
ambientalmente e socialmente
sostenibili di mobilità (zone a
traffico limitato, rotatorie
ecc.)
3%
22%
18%
Energia
21%
36%
Industrie Energetiche
Industrie Manifatturiere/Edilizie
Trasporti
Civile
Agricoltura
Tra le iniziative da segnalare:
La legge regionale 23 dicembre 2004, n. 26 "Disciplina della
programmazione energetica territoriale ed altre disposizioni in
materia di energia"
La conversione di tutte le centrali ad olio combustibile
(altamente inquinanti e poco efficienti) in impianti a metano
e a ciclo combinato, realizzate con le migliori tecnologie
secondo quanto indicato dalle direttive europee
3%
22%
18%
Edilizia/Energia
21%
36%
Industrie Energetiche
Industrie Manifatturiere/Edilizie
Trasporti
Civile
Agricoltura
Tra le iniziative da segnalare:
Il programma (gennaio 2004) per la produzione di
energia fotovoltaica, orientato a raggiungere l'obiettivo
fissato dal Piano Energetico Regionale che delinea uno
sviluppo del fotovoltaico nell'arco di dieci anni pari a
8.000 chilowatt di potenza installata.
RER - Trend emissioni annuali CO2 (1988-2002)
40000
35000
kt CO2
30000
Trasporti
Civile
Industria
Agricoltura e pesca
Settore Energia
obiettivo Kyoto
25000
20000
15000
10000
5000
19
88
19
89
19
90
19
91
19
92
19
93
19
94
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
0
anno
Fonte: elaborazioni Arpa Emilia-Romagna su dati Enea
S.I.E.R. - Sistema Informativo Energetico Regionale
Dato nazionale per il 1990: 431000 ktCO2
Cambiamenti di Temperatura e Precipitazione, Scenario A2 (10 anni)
Temperature Change
Precipitation Change
HOT
Winter
Winter
HOT
Summer
WET
DRY
Summer
Cortesia di Filippo Giorgi: ICTP - Progetto EU PRUDENCE
ris. 50Km
IL SISTEMA CLIMA
Dal punto di vista climatico la Terra può essere suddivisa in 5 componenti
ATMOSFERA
(componente gassosa del sistema climatico, è
quella più rapidamente variabile nel tempo)
LITOSFERA
CRIOSFERA
(comprende ghiacciai,
nevai e ghiacci oceanici)
(struttura orografica della Terra, ha una
variazione nel tempo estremamente lenta)
IDROSFERA
BIOSFERA
(oceani, mari, fiumi e laghi)
(flora, fauna, attività umane)
Bisogna poi considerare la sorgente esterna di energia costituita dal Sole
Filmato NASA sull’Artico
I ghiacci artici dal 1979 al 2003
INFO: Bollettino NOAA del 13-10-2005:
Il settembre 2005 il più caldo dal 1880 (cioè
da quando abbiamo misure dirette).
Riduzione record dei ghiacci artici.
L'anno 2005 è finora il secondo anno più
caldo dal 1880.
Continua ad essere elevata la temperatura
dei mari artici.
Per la serie: un altro record battuto!
4.5 MILIARDI
(L’INTERA STORIA DEL PIANETA)
L’ATMOSFERA TERRESTRE
VARIAZIONI DEL TREND
Tasso di crescita (ppmv/anno)
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
1978
1982
1986
1990
1994
Anno
1998
2002
2006
Indeed, we know that doubling carbon
dioxide should lead to a heating of about 3.7 watts per
square meter, and that man made
greenhouse heating is already about 2.7 watts per square
meter. Thus, we have seen less
warming than would be predicted by any model showing
more than about 0.8 degrees C
warming for a doubling of carbon dioxide. This is
consistent with independent identifications
of negative feedbacks.
RICHARD S. LINDZEN
Alfred P. Sloan Professor of Atmospheric Sciences
Massachusetts Institute of Technology
LA CONVENZIONE
Dicembre 1990 L’assemblea generale dell’ONU passa una
risoluzione per iniziare le negoziazioni su una
Convenzione sui cambiamenti climatici
9 Maggio 1992 La Convenzione quadro delle Nazioni Unite
sui Cambiamenti Climatici (UNFCCC) viene
adottata
20 Giugno 1992 La UNFCCC viene aperta per la firma alla
Conferenza delle Nazioni Unite su ambiente e
sviluppo (UNCED), a Rio de Janeiro
21 Marzo 1994 La UNFCCC entra in vigore.
L’Italia ratifica la UNFCCC
185 Paesi l’hanno ad oggi ratificata
La nascita del
Protocollo di Kyoto
Aprile 95
Prima Conferenza delle Parti (COP 1) della
UNFCCC si tiene a Berlino
Vengono lanciate le negoziazioni per un
protocollo legale per la UNFCCC
Luglio 1996 COP 2 si tiene a Ginevra
Dicembre 1997 COP 3 si tiene a Kyoto
Viene adottato il Protocollo di Kyoto per la UNFCCC,
strumento legalmente vincolante e che prevede una
riduzione globale di gas serra del 5,2% sotto i livelli del
1990,nel periodo 2008-2012, per i Paesi industrializzati.
Per avere la piena validità del protocollo, esso deve
essere ratificato da almeno 55 Paesi che rappresentino
il 55% delle emissioni globali di CO2 nel 1990.
RICOSTRUZIONE DEL CLIMA DEL PASSATO
Adatti per studiare le variazioni climatiche a lungo
periodo (fino a scale geologiche)
•Permettono di ricostruire il clima per epoche molto remote
•Hanno un’incertezza maggiore dei dati strumentali
PROXY DATA
DATI STRUMENTALI
•Ricostruzione più precisa delle variazioni a breve termine
(dopo omogeneizzazione!)
•Limitati nel tempo (le serie sono disponibili da quando
esistono gli strumenti)
Adatti per studiare le variazioni climatiche a breve e
medio termine
Tmax at Milano-Linate 16080: solid purple/2003, dash/climate (1961-1990)
40
35
C
30
25
6-8°C costantemente al di sopra della media
20
15
THU TUE SUN
17
22
27
APR
FRI WED MON SAT THU TUE SUN FRI WED MON SAT THU TUE SUN FRI WED MON SAT THU TUE SUN FRI WED MON SAT THU TUE SUN
2
7
12
17
22
27
1
6
11
16
21
26
1
6
11
16
21
26
31
5
10
15
20
25
30
4
9
14
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
2003
LE PREVISIONI: (dal 3° Rapporto IPCC)
Temperatura
L’incremento medio globale della temperatura dell’aria dal 2000 al 2100 è
stimato da circa 1.5 a 6 gradi; questo sarebbe un evento che non ha
precedenti negli ultimi diecimila anni. Non è ancora possibile fare una stima
accurata dei cambiamenti climatici a scala regionale, però sulla base dei più
recenti modelli di simulazione si può ipotizzare che tutte le regioni della Terra si
riscalderanno, in particolare quelle alle alte latitudini nelle stagioni fredde.
Livello del mare
Gli scenari futuri prevedono un ulteriore innalzamento del livello del mare da
15 a 80 centimetri per il periodo 1990-2100, con un valore ‘centrale’ più
probabile di circa 50 centimetri, che è circa da 2 a 4 volte quanto verificatosi
nel corso del 20° secolo.
1.000 ANNI
oggi
GLI ULTIMI 10.000 ANNI
Cambiamenti di Temperature e Precipitazioni, A2 (10 anni)
Temperature Change
Precipitation Change
Winter
Winter
Summer
Summer
Cortesia di Filippo Giorgi: ICTP - Progetto MIUR Italia-USA ris. 20Km
Eventi estremi:
es:
L’estate del 2003
Katrina et al. 2005
Anomalia climatica stagionale delle medie mensili delle temperature massime giornaliere (°C)
Stazione di Bologna - Borgo Panigale. Dalla primavera 1991 all'estate 2005
6,0
Primavera
Estate
Autunno
Inverno
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
1991
-1,0
-2,0
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
I GHIACCIAI ALPINI
Ghiacciai delle Alpi italiane in avanzata e in ritiro dal 1925 al 2000. Valori espressi
come percentuale dei ghiacciai con variazioni misurate.
Emilia-Romagna
T(°C)
Temperatura massima annuale
media sulla regione Emilia-Romagna
20
19
18
17
16
15
1960
1964
1968
1972
1976
1980
1984
1988
1992
1996
2000
2004
Anni
Media annuale
Valore climatico (media 1961-1990)
Lineare (Media annuale)
Ha senso chiedersi se un evento estremo
(un’onda di calore, un uragano, una
inondazione) è “colpa dell’effetto serra”?
Se l’evento è un evento singolo, la domanda in questi
termini è malposta. All’aumentato effetto serra
possono essere attribuite soltanto “colpe” esprimibili
in senso statistico.
Bisogna quindi più correttamente chiedersi se la
probabilità di accadimento di una data tipologia di
eventi estremi è aumentata o diminuita da un
aumentato effetto serra o se ne è indifferente.
1958-2000 trend in hot summer (JJA) 90p
E i cicloni tropicali,
(o uragani o tifoni)?
Aumentano in numero e/o potenza?
La modellistica “propone”
un no alla prima e un sì alla seconda…
Torniamo ai dati globali a lungo
termine:
Fonte:
IPCC: International Panel on
Climate Change
(più alcuni dati più locali Arpa e Cnr-Isac)
4.000
Portate medie mensili del Po a Pontelagoscuro
3.500
2003
1993-2003
1921-1970
Portata [m³/s]
3.000
2.500
2.000
1.500
1.000
500
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Un esempio di Co2>>T o
T>>CO2?

Sui tempi brevi i feed back atmosfera oceano
non hanno modo di svilupparsi aol completo
(turnover time dell’oceano globale alcune
migliaian di anni): iol<modelo a risposta lineare
tend e a dominare
Siamo in grado di fare previsioni
a scala regionale, oltre che
previsioni globali?
Sono attendibili?
Anticipo la risposta: meno,
ma migliorano rapidamente.
Indice di disponibilità di precipitazione in E-R
VARIAZIONE DELLA RADIAZIONE SOLARE
CAUSE
PROCESSI ASTRONOMICI
PROCESSI ASTROFISICI
TEORIA DI MILANKOVITCH
ATTIVITA’ SOLARE
MACCHIE SOLARI
VENTO SOLARE
GETTI DI MASSA CORONALE
FLARES
VARIAZIONE DELL’ASSE
TERRESTRE
VARIAZIONI DELL’ORBITA
TERRESTRE
COPERTURA NEVOSA ED
ESTENSIONE DEI GHIACCI PERENNI
-La diminuzione della copertura nevosa e dell’estensione dei ghiacci perenni è positivamente
correlata alla crescita della temperatura media della superficie terrestre.
- Dalle osservazioni satellitari si è stimata una diminuzione della copertura nevosa del 10% a
partire dagli anni ’60.
- I ghiacci marini dell’emisfero nord sono diminuiti: l’estensione dei ghiacci Artici in primavera
ed estate è diminuita del 10-15% a partire dagli anni ’50.
Ghiacciaio Dana, Sierra Nevada, California (3660 m, 37º 54' N, 119º 13' W) nel 1883 (sinistra) e 1985 (destra).
Il ciclo del Carbonio - I pozzi e le sorgenti
Ulteriore obiezione (più sciocca) sollevata da Michael
Crichton in “Stato di paura”: Gli scienziati/modellisti
del clima del mondo intero hanno ordito un complotto,
insieme all’ambientalismo fondamentalista, per ricavarne
notorietà e fondi di ricerca (e per soddisfare una oscura
pulsione pseudo-religiosa…?).
Possibile risposta:
Si possono ricavare molti fondi di ricerca anche
dall’industria della produzione dell’energia (petrolio e
carbone) e, se riaggiustare modelli e risultati fosse così
semplice, almeno un modellista che (alla stregua di
Lomborg) persegue la ricerca della notorietà a tutti i costi
si sarebbe già dovuto trovare.
L’ULTIMO MILIONE DI ANNI
VARIAZIONI CLIMATICHE
CAUSE
NATURALI
VARIAZIONE DELLA RADIAZIONE SOLARE
Diretta
ANTROPICHE
IMMISSIONE DI GAS SERRA IN ATMOSFERA
Attività Solare
Indiretta
SO2 CO2 O3
Param. Orb. (Milankovitch)
Combustibili fossili
CO2 CH4
Incendi
CH4
Allevamenti
INTERAZIONI TRA LE DIVERSE
COMPONENTI DEL SISTEMA CLIMA
IMMISSIONE DI AEROSOLS IN ATMOSFERA
Interazione atmosfera-oceano
El Niño
Black Carbon, Organic Carbon
Combustibili fossili
Black Carbon
Incendi
ERUZIONI VULCANICHE
Immissione di aerosols in atmosfera
SO2 CO2
SFRUTTAMENTO DEL TERRENO
Variazioni di albedo
DERIVA DEI CONTINENTI
Riduzione delle foreste
Che cosa determina la temperatura
media di un pianeta (o delle sue parti)?




Che cosa intendiamo per temperatura di un pianeta? In
genere quella complessiva del sistema terra
solida/liquida/ghiaccio più atmosfera (se c’è).
Rispondendo alla domanda, per prima cosa la sua distanza
dal sole (forse, prima ancora, la potenza della stella stessa,
escludendo la presenza di sorgenti interne di calore).
Poi la sua composizione: come e di che cosa è fatto il
pianeta, se ha una atmosfera o no, da che cosa è
composta la sua atmosfera (c’è, è trasparente?).
Quali di questi fattori sono influenzabili dall’uomo sulla
terra?
Perché la terra emette energia radiante, cioè
radiazione (infrarossa) in tutte le direzioni?
Perché TUTTI i corpi lo fanno.
I corpi emettono più radiazione
se la loro temperatura è maggiore:
E=kT? No! Invece: E=T4
Esempi? Caminetto, ferro da stiro,
sole, terra, lampadine, noi, …
McIntyre & McKytrick,
oggi
Le (vecchie) obiezioni di uno scettico famoso
(Prof. Lindzen, MIT):
Sappiamo che un raddoppio della CO2 porta ad un aumento del
forcing radiativo di circa 3.7 W/m2. L’aumento della CO2
dall’inizio dell’era industriale è di circa il 30%, il che porta ad
un aumento del forcing di circa 2 W/m2 il che, in assenza di
feed-back, dovrebbe produrre un riscaldamento globale di circa
4 °C.
Il riscaldamento osservato dal 1700 a oggi è di circa 1,2 °C
quindi:
• o ci devono essere degli importanti feed-back negativi (ma
magari anche dei positivi)
• o ci sono altre cause naturali (sole, vulcani)
• o i dati sono sbagliati
• o i modelli sono sbagliati
Principali obiezioni, e risposte, agli (apparentemente
ottimi) risultati della modellistica globale del clima
recente (di nuovo da Lindzen, Erice, 2005)
• Quando si conoscono i risultati in anticipo, si riesce sempre a farli
tornare (R: come mai nessuno riesce a far tornare risultati opposti, e
molti ci hanno provato?).
• Nel caso dei GCM, l’esistenza di molti fattori incogniti lascia molto
spazio a operazioni di “aggiustamento”, anche e soprattutto
attraverso i feed-back e la relativa sensitività dei modelli globali (R:
nei modelli globali le operazioni di aggiustamento sono
difficilissime e non riescono quasi mai, altrimenti se riuscissero la
modellistica sarebbe quasi perfetta).
• Il fatto che i fattori incogniti siano veramente incogniti rende
difficile falsificare i risultati della modellistica (R: l’obiezione non
si applica al risultato finale, ma solo, parzialmente, ad alcuni
processi intermedi; il risultato finale è il clima attuale, noto e quindi
falsificabile).