In questa pubblicazione della prestigiosa rivista Nature, i due autori Hansi A. Singh & Lorenzo M. Polvani, affermano che nessun riscaldamento in Antartide si è verificato negli ultimi 70 anni, nonostante un continuo aumento della concentrazione atmosferica di CO2. Interessante anche ciò che si afferma e tratto da numerosi studi con modelli realistici nel quale hanno dimostrato in modo convincente che la riduzione dell’ozono (che aumenta la quantità di radiazioni a onde corte che raggiungono la superficie) ha di fatto contribuito a SST più caldi e a una diminuzione dell’estensione del ghiaccio marino.

 

Bassa sensibilità al clima continentale antartico a causa dell’elevata orografia della calotta glaciale

Di Hansi A. Singh & Lorenzo M. Polvani – Ottobre 2020

Abstract: Il continente antartico non si è riscaldato negli ultimi settant’anni, nonostante un aumento monotono della concentrazione atmosferica dei gas serra. In questo articolo, indaghiamo se l’elevata orografia della calotta glaciale antartica (AIS) abbia contribuito a ritardare il riscaldamento del continente. A tal fine, contrapponiamo la risposta del clima antartico al raddoppio della CO2 con l’orografia odierna alla risposta con un AIS appiattito. Per corroborare i nostri risultati, eseguiamo questo esercizio con due diversi modelli climatici. Troviamo che, con un AIS appiattito, il raddoppio della CO2 induce un maggiore trasporto di calore latente verso il continente antartico, una maggiore convergenza di umidità sul continente e, di conseguenza, un riscaldamento di condensa più amplificato in superficie. Una maggiore convergenza dell’umidità sul continente è resa possibile dall’appiattimento delle superfici isoentropiche umide, che diminuisce i gradienti di umidità lungo le traiettorie su cui avviene prevalentemente il trasporto di umidità extratropicale verso i poli, consentendo così a più umidità di raggiungere il polo. Inoltre, la cella meridionale polare scompare quando l’AIS viene appiattito, consentendo una maggiore avvezione della temperatura calda forzata dalla CO2 verso il continente antartico. I nostri risultati suggeriscono che l’elevata elevazione dell’attuale AIS gioca un ruolo significativo nel diminuire la suscettibilità del continente antartico al riscaldamento forzato da CO2.


Risultati: Risposta antartica al raddoppio della CO2 con orografia appiattita.
La scoperta chiave di questo studio è che, in risposta al raddoppio della CO2 atmosferica, il riscaldamento sul continente antartico è significativamente maggiore con l’orografia appiattita rispetto all’orografia odierna sia nel CESM1.1 che nel CCSM4.0 (Fig. 2a; confrontare rosso e barre blu). Il riscaldamento è maggiore nella media annuale (0,9 K maggiore nel CCSM4.0 e 0,7 K maggiore nel CESM1.1) a causa del riscaldamento significativamente maggiore durante l’inverno (giugno-luglio-agosto (JJA); 1,5 K e 1,2 K maggiore del riscaldamento nel CCSM4 .0 e CESM1.1, rispettivamente) e le stagioni intermedie (marzo-aprile-maggio (MAM) e settembre-ottobre-novembre (SON); riscaldamento maggiore di 1,4 K e 1,1 K nel MAM in CCSM4.0 e CESM1.1, rispettivamente, e un riscaldamento maggiore di 0,8 K e 0,4 K in SON in CCSM4.0 e CESM1.1, rispettivamente). In entrambi i modelli, il riscaldamento indotto dalla CO2 nell’attuale e l’orografia appiattita è paragonabile in estate (DJF).


La media annuale e la stagionalità (dicembre-gennaio-febbraio, DJF; marzo-aprile-maggio, MAM; giugno-luglio-agosto, JJA; e settembre-ottobre-novembre, SON) hanno ponderato in base all’area il cambiamento della temperatura superficiale sul continente antartico con raddoppio della CO2 e b l’amplificazione antartica, il rapporto tra la variazione della temperatura continentale antartica e la variazione della temperatura superficiale globale con il raddoppio della CO2. Mostrato per CESM1.1 (a sinistra) e CCSM4.0 (a destra).

Discussione: In questo studio, abbiamo utilizzato due GCM all’avanguardia per dimostrare che l’orografia della calotta glaciale antartica diminuisce notevolmente la sensibilità climatica sul continente antartico e che una calotta glaciale antartica appiattita subirebbe un riscaldamento superficiale significativamente maggiore rispetto all’attuale. Calotta glaciale antartica. Quando la CO2 raddoppia, abbiamo dimostrato che sia i processi dinamici umidi che quelli secchi sono più efficienti nel riscaldare un continente antartico appiattito. Questi processi dinamici differiscono da quelli che si verificano quando l’Antartide è alla sua attuale elevazione perché la presenza dell’orografia antartica altera significativamente la circolazione atmosferica alle alte latitudini meridionali (vedi, ad esempio, 14,15,16); le differenze nella circolazione imperturbata dovute alle differenze nell’orografia determinano risposte diverse (trasporto umido e secco) al raddoppio della CO2.

Nel continente antartico, i nostri risultati generalmente concordano con quelli del rif. 23, che hanno anche riscontrato un maggiore riscaldamento superficiale amplificato sul continente antartico (e, quindi, un feedback più positivo sul lapse rate) con un raddoppio della CO2 quando l’orografia antartica è appiattita. Nel nostro studio, abbiamo identificato specificamente una serie di processi atmosferici che agiscono per aumentare il riscaldamento superficiale amplificato dalla CO2 (e, quindi, il feedback del lapse rate) sul continente antartico quando la sua orografia è appiattita. Suggeriamo che questi meccanismi siano robusti perché dipendono da cambiamenti nella circolazione atmosferica con appiattimento dell’orografia antartica che sono coerenti in un’ampia gamma di GCM di varia complessità (vedi, ad esempio, 14,17,19,21,22).

A differenza di 23, non troviamo che il riscaldamento medio annuo della superficie antartica con il raddoppio della CO2 superi quello sull’Artico quando l’orografia antartica era appiattita in nessuno dei modelli che abbiamo studiato (vedi Figura 3 supplementare). In effetti, i nostri due modelli non sono d’accordo sull’impatto dell’appiattimento dell’orografia antartica sul riscaldamento dell’Artico: CCSM4.0 mostra un maggiore riscaldamento dell’Artico con un raddoppio della CO2 quando l’orografia antartica è appiattita, mentre CESM1.1 ne mostra meno. Pertanto, la risposta dell’Artico ad un AIS appiattito non sembra essere solida. Inoltre, scopriamo che anche la risposta del trasporto energetico remoto (atmosferico e oceanico) al raddoppio della CO2 quando l’orografia antartica è appiattita, riportata da 23, non è robusta (vedere Figura 4 supplementare). Nello specifico, CCSM4.0 mostra un aumento maggiore del trasporto di calore oceanico nell’Artico con un raddoppio della CO2 quando l’orografia antartica è appiattita, mentre CESM1.1 mostra un aumento minore; queste risposte di trasporto sono coerenti con l’aumento del riscaldamento artico nel primo e con la diminuzione del riscaldamento artico nel secondo (l’aumento della convergenza del calore oceanico aumenta il riscaldamento polare; vedi, ad esempio, 35,36).

In questo studio, abbiamo identificato l’orografia antartica come uno dei (probabili) numerosi fattori che riducono l’entità del riscaldamento forzato da CO2 sul continente antartico. Ulteriori fattori potrebbero anche essere responsabili di un debole segnale di cambiamento climatico sul continente antartico, compreso l’assorbimento di calore da parte dell’Oceano Antartico37 e il magro declino del ghiaccio marino antartico (sia nelle osservazioni che nelle future proiezioni GCM; vedere rif. 12,38). Sono necessarie ulteriori ricerche per identificare la misura in cui il riscaldamento o il raffreddamento sull’Oceano Meridionale aperto e sulle zone di ghiaccio marino influiscono sulle temperature superficiali sulle regioni ad alta quota della calotta glaciale antartica, poiché la dinamica dell’atmosfera extratropicale suggerisce che queste regioni dovrebbero essere relativamente isolati da regioni adiacenti a bassa quota 28,39,40. I nostri esperimenti, ad esempio, mostrano che le differenze nella perdita di ghiaccio marino e nel riscaldamento nella zona glaciale marginale non sono le principali responsabili del maggiore riscaldamento nel continente antartico appiattito. Infatti, CESM1.1 simula un minore ritiro del ghiaccio marino antartico con un raddoppio della CO2 quando l’Antartide è appiattita, mentre CCSM4.0 simula un maggiore ritiro del ghiaccio marino antartico (vedi Figura 5 supplementare), anche se entrambi i modelli simulano un maggiore riscaldamento sul continente (ricordiamo Fig. 2 e 3).

Per completezza, ricordiamo anche al lettore che è stato suggerito che altri fattori abbiano contribuito all’assenza di riscaldamento nel continente antartico negli ultimi decenni, ma questi suggerimenti si sono rivelati fuori bersaglio. Ad esempio, sulla base di modelli idealizzati 41, è stato suggerito che la formazione del buco dell’ozono sopra il Polo Sud, che ha causato la maggior parte delle tendenze positive nella modalità annuale meridionale con i relativi cambiamenti dello stress del vento superficiale 42, avrebbe potuto contribuire alle SST più fredde e all’aumento dell’estensione del ghiaccio marino intorno all’Antartide 43. Tuttavia, numerosi studi con modelli realistici hanno dimostrato in modo convincente che la riduzione dell’ozono (che aumenta la quantità di radiazioni a onde corte che raggiungono la superficie) ha di fatto contribuito a SST più caldi e a una diminuzione dell’estensione del ghiaccio marino 44,45,46,47,48,49.

Altri studi hanno evidenziato l’esistenza di un effetto serra negativo sul continente antartico: la radiazione istantanea a onde lunghe in uscita nella parte superiore dell’atmosfera aumenta, anziché diminuire, con livelli più elevati di CO2 50,51,52 atmosferica. Questo effetto serra negativo, che si verifica solo in alcuni mesi dell’anno, deve la sua esistenza all’inversione della temperatura troposferica sulla superficie estremamente fredda dell’Antartide, ed è accentuato dalla relativa assenza di vapore acqueo troposferico in quella regione 53. Sebbene l’effetto serra negativo sia stato effettivamente osservato dai satelliti (come documentato da53), esso si dissipa rapidamente in seguito al brusco quadruplicamento della CO2 nei GCM completamente accoppiati a causa dei rapidi aggiustamenti stratosferici 54 e non provoca un raffreddamento della superficie antartica. Inoltre, Flanner et al. 55 mostrano che l’impatto radiativo netto dei gas serra a onde lunghe sulla superficie tenderà sempre a riscaldare la superficie alle alte latitudini a causa dell’inversione della temperatura locale, indipendentemente dal fatto che l’effetto serra sia positivo o negativo nella parte superiore dell’atmosfera. Nel presente studio, scopriamo che il flusso netto di onde lunghe superficiali (verso il basso) con il raddoppio della CO2 è maggiore quando l’orografia antartica è appiattita. Tuttavia, siamo restii ad attribuire il riscaldamento amplificato della superficie con orografia piatta a questo fattore: l’analisi dei nuclei radiativi superficiali indica che le anomalie nel flusso di onde lunghe discendenti in superficie derivano principalmente da anomalie della temperatura superficiale, piuttosto che essere la causa di quelle anomalie 56. Una valutazione approfondita della forzante radiativa istantanea, e dei rapidi aggiustamenti che la accompagnano, esula dallo scopo del presente studio, poiché qui siamo interessati alla risposta del clima superficiale dell’Antartide al raddoppio della CO2 al quasi-equilibrio, non ai dettagli della forzatura radiativa e aggiustamento immediatamente successivo al raddoppio della CO2.

Concludiamo riconoscendo alcune importanti avvertenze sui risultati qui presentati. Innanzitutto, abbiamo utilizzato solo due modelli nel nostro studio, e un confronto più ampio tra modelli potrebbe identificare ulteriori meccanismi che contribuiscono a una riduzione del riscaldamento continentale antartico sotto la forzante della CO2. Inoltre, ribadiamo che, sebbene i modelli generalmente concordino sugli impatti atmosferici dinamici locali dell’appiattimento dell’orografia antartica, c’è poco accordo tra modelli per quanto riguarda gli impatti remoti dell’appiattimento dell’orografia antartica. Ad esempio, alcuni GCM simulano un raffreddamento medio globale quando l’orografia antartica è appiattita 22, mentre altri GCM simulano un riscaldamento medio globale 57, suggerendo una grande diffusione inter-modello nella forzante radiativa globale che accompagna i cambiamenti dell’orografia antartica. Ci aspettiamo che le principali differenze tra i modelli nella forzante radiativa globale associata all’appiattimento dell’orografia antartica possano anche comportare differenze nella risposta globale al raddoppio della CO2 quando l’orografia antartica è appiattita, come abbiamo notato sopra. Nonostante questi avvertimenti, riteniamo che i meccanismi da noi proposti in questo studio siano probabilmente robusti, in quanto dipendono dai cambiamenti nelle dinamiche atmosferiche locali intorno al continente antartico, che sono noti per essere coerenti in una serie di modelli.

Fonte : Nature