Nell’appuntamento precedente abbiamo visto che le sonde russe ed americane , poste presso lo stretto di Bering, hanno rilevato, nell’arco delle ultime stagioni estive, un anomalo incremento dei flussi d’acqua calda di provenienza pacifica entranti nel polo. Ci siamo quindi lasciati con un importante interrogativo:

• quale fenomeno può aver indotto uno stravolgimento così importante ed improvviso della circolazione oceanica interna e limitrofa al bacino artico?

Ebbene la risposta a tale quesito è molto semplice: negli ultimi dieci anni si è verificato un mutamento radicale della circolazione atmosferica nell’ambito del circolo polare artico (e non solo). Nello specifico, a partire proprio dal 2001, ha iniziato a prendere piede e a divenire sempre più frequente un particolare pattern atmosferico, fino ad allora molto raro: si tratta del pattern DA+ (“positive arctic dipole”). Tale fenomeno, come vedremo, è strettamente correlato (attraverso un preciso rapporto di causa-effetto), con l’anomalo incremento dei flussi d’acqua calda entranti nel polo attraverso Bering.
Per prima cosa cerchiamo di capire le caratteristiche essenziali di questo particolare schema circolatorio.
Il pattern DA+ è lo schema circolatorio in assoluto più efficace nel favorire lo sviluppo di intensi scambi termici meridiani tra polo e medie latitudini. La sua principale caratteristica, da cui deriva anche il nome, è la sua forma dipolare. A tal proposito, mentre l’AO pattern è contraddistinto da un unico centro anulare che copre l’intero artico , il DA pattern è formato da due centri d’azione, di cui uno ciclonico ed uno anticiclonico:

Figura 1: la figura schematizza i due pattern circolatori: AO pattern (colonna di sinistra) e DA pattern (colonna di destra. Per entrambi sono riportate le variazioni infrastagionali (molto più evidenti per il DA pattern).

Come si denota dalla presente immagine, in contrasto con l’anomalia del vento indotta dall’AO pattern (che è ciclonica o anticiclonica rispettivamente durante la sua fase positiva o negativa), l’anomalia del vento risultante dalla DA (freccia nera) è meridionale. Un’altra differenza tra i due pattern risiede nel fatto che il DA+ , a differenza dell’AO, tende a mutare nel corso dell’anno, per via della diversa inclinazione del dipolo.
Concentriamoci ora sul pattern DA+ estivo:

Figura 2

Come si vede, il Pattern DA+ estivo è caratterizzato dalla presenza di SLP positive (alta pressione) sull’Islanda, Groenlandia ed arcipelago Canadese, ed SLP negative (bassa pressione) sulle zone del Mar di Kara. Ora, come ben sappiamo, attorno ad un’ area di alta pressione i venti spirano in senso orario, mentre attorno ad un’area di bassa pressione spirano in senso antiorario: tra le due aree si sviluppano anomali venti meridionali la cui direttrice è quasi parallela allo stretto di Bering.
Nelle immagini che seguono viene schematicamente illustrata l’anomala ventilazione indotta dal pattern DA+ :

Figura 3

Figura 4

Le conseguenze dirette di questo tipo di circolazione sono facilmente prevedibili:

1) gli intensi venti meridionali di provenienza pacifica tendono ad erodere la banchisa artica a partire dai settori più occidentali (Mar di Chukchi), favorendo un incremento della velocità di assottigliamento dei ghiacci (tale aumento è addirittura pari a 0.5 m/mese). In generale dunque, i venti meridionali tendono ad eliminare il ghiaccio marino dal bacino artico, mentre una maggiore quantità di ghiaccio è spinta verso i settori atlantici (attraverso lo stretto di Fram);

2) i venti anomali, la cui direttrice è quasi parallela allo stretto dei Bering, spirando da sud verso nord, trasportano maggiori flussi di acqua calda pacifica attraverso lo stretto stesso. Ciò spiga l’anomalo incremento dei flussi di acqua calda entranti nel polo rilevato dalle sonde americane e russe. Tale fattore accelera ulteriormente il drastico assottigliamento dei ghiacci marini.

Volendo usare una similitudine non troppo elegante, il pattern DA+ si comporta come una centrifuga in grado di aspirare flussi di aria e di acqua calda dal Pacifico.

Tra gli effetti nocivi del pattern DA+ ce ne sono anche altri di tipo indiretto non di minor rilievo . A tal proposito, l’azione degli intensi flussi meridiani di calore, accelerando vistosamente la fusione della banchisa, favorisce, già al termine della primavera, un aumento consistente di area occupata da acqua libera e ghiaccio sottile. Tale circostanza consente, nel corso dell’intera stagione estiva, il riscaldamento solare su una superficie molto più ampia, innescando fenomeni di retroazione positiva associati alla riduzione dell’effetto albedo. L’aumento termico nel bacino artico dovuto a questo fenomeno di feedback ghiaccio-oceano da albedo, è stato stimato essere pari a ben 5 °C.
Per quanto detto sin ora, l’entità della fusione estiva dei ghiacci marini artici, non dipende solo dall’intensità del dipolo artico, ma anche dal suo orientamento. Per capire questo, facciamo riferimento alla seguente figura in cui vengono messi a confronto i pattern DA+ registrati negli ultimi anni (dal 2007 al 2010):

Figura 5

Sebbene tutte le estati prese in considerazione siano state caratterizzate da un pattern DA+ molto forte, si possono notare delle differenze:

• anche se le anomalie del vento nel 2007 erano in magnitudo più grandi rispetto al 2008 (freccia nera più spessa) , l’orientamento per entrambi gli anni è stato più favorevole al trasporto calore dalla porta pacifica. Al termine di queste due estati si sono registrati i valori più bassi di estensione della banchisa artica (in riferimento al campione analizzato);

• le anomalie del vento nel 2007 e nel 2010 hanno grandezza simile e risultano entrambi più grandi di quelle registrate nel 2008. Tuttavia, l’orientamento delle anomalie eoliche nel 2010 è meno favorevole al “trasporto” di ghiaccio al di fuori dalla regione artica. Ed infatti al termine dell’estate 2010 è stata misurata un estensione della banchisa maggiore rispetto al 2007 ed al 2008;

• il pattern DA+ avuto nell’estate 2009 è il meno favorevole alla fusione dei ghiacci marini, in quanto le anomalie dei venti meridionali ad esso associate risultano più deboli e mal orientate (quasi trasversali allo stretto di Bering). Nell’estate 2009 si è registrata l’estensione massima del post 2007.

A questo punto, capito il funzionamento di questo particolare schema barico, risulta interessante capire come esso si sia evoluto nel tempo. In altre parole servirebbe uno studio finalizzato a valutare la “variazione media” del pattern DA nel corso degli anni. Per far questo abbiamo pensato di utilizzare il programma “Telemappa”, ideato e sviluppato da Andrea e presentato su NIA qualche mese addietro:

http://daltonsminima.altervista.org/?p=21833

Con l’ausilio di Telemappa e sfruttando gli archivi storici NCEP, siamo riusciti a ricostruire l’andamento medio dei geopotenziali sul bacino artico, in riferimento alle due aree di interesse (cerchio rosso e cerchio blu in Fig. 3). Facendo una semplice differenza tra i geopotenziali relativi alle due aree è stato possibile ricavare, per ogni anno (estate), il valore assunto dall’indice DA. Dopodichè, utilizzando i metodi di interpolazione polinomiale, è stato tracciato il trend assunto dal DA pattern nell’ultimo trentennio (nello specifico è stata utilizzata, come funzione interpolante, una polinomiale del IV ordine):

Figura 6

Dall’ “andamento medio” dell’indice DA (linea rossa), emerge chiaramente il cambiamento significativo di pattern atmosferico che ha interessato il polo negli ultimi 30 anni (addirittura si passa da un valore medio di -5 ad un valore di +5). Questi numeri, tradotti in termini pratici, stanno a significare un totale stravolgimento della circolazione atmosferica in sede artica (e di conseguenza anche di quella oceanica).
Per “testare” poi l’importanza del pattern DA sulla fusione dei ghiacci artici, basta confrontare la figura precedente con il trend di estensione della banchisa artica estiva nello stesso periodo di riferimento:

Figura 7: “evoluzione media nel tempo” dell’estensione minima estiva della banchisa artica. Il diagramma è rovesciato per consentire un diretto raffronto diretto con l’andamento del DA pattern (tale necessità deriva dal fatto che le due grandezze sono inversamente proporzionali: all’aumentare dell’indice DA tende a diminuire l’estensione di ghiaccio marino).

Il grafico è ovviamente capovolto per consentire una migliore percezione visiva della somiglianza tra i due andamenti. Notate come la curva relativa all’estensione tenda a cambiare curvatura proprio quando inizia a riscontrarsi un cambiamento del pattern dominante sul polo (e precisamente quando il valore di DA inizia a crescere). Negli anni 2000 poi, esattamente come il pattern DA+, la velocità di fusione tende a crescere rapidamente .
Sempre a questo proposito, uno studio più raffinato è stato condotto di recente (2010) da un gruppo di ricercatori appartenenti a diversi centri di ricerca, tra cui ricordiamo le università di Washington e di Tokyo . Questi hanno creato un modello (PIOMAS) in grado di simulare l’estensione della banchisa artica, nonché l’andamento della circolazione oceanica, sulla base della sola azione forzante indotta dal pattern DA (anche in questo caso i valori giornalieri del DA sono ricavati dagli archivi NCEP).
Ebbene, come si desume dalla seguente figura, i risultati di questa simulazione sono stati a dir poco sbalorditivi:

Figura 8

In essa infatti le linee continue rappresentano i valori di estensione dedotti dalle simulazione, mentre le linee tratteggiate si riferiscono all’estensione reale rilevata dai satelliti. Inoltre le linee rosse riguardano l’estensione minima inerente al mese di settembre, mentre le linee verdi sono relative all’estensione media tra i mesi di gennaio e settembre. Il fatto che i valori simulati, aventi come solo dato di input il parametro DA, approssimino benissimo quelli reali, dimostra inequivocabilmente che l’orientamento e l’entità del pattern DA+ sono la chiave per capire e prevedere la diminuzione di ghiaccio marino nel bacino artico.
Al termine della presente parte emerge in maniera chiara ed inequivocabile come, l’evoluzione della banchisa polare artica, dipenda in modo preponderante dall’andamento di una particolare forma di circolazione atmosferica. Nel prossimo appuntamento cercheremo di fare l’ultimo e decisivo passo verso la comprensione del processo di fusione dei ghiacci marini artici, tentando di scoprire il fenomeno che regola l’evoluzione storica del DA pattern.

Riccardo e Zambo

É un dato di fatto, il nostro amato polo nord sta soffrendo molto in questi ultimi anni. I ghiacciai Groenlandesi stanno perdendo pezzi, la banchisa artica estiva è ridotta ad un colabrodo, e la colpa di tutto questo è solo nostra. Ce l’hanno detto in tutte le salse, ce l’hanno ripetuto in moltissime occasioni: il polo nord si scioglie ad una velocità impressionante e la colpa è solo ed esclusivamente del riscaldamento globale di origine antropica . Negli ultimi anni, dopo i proclami degli scienziati e dei giornalisti, sono addirittura intervenute le massime autorità per spiegarci questo facile concetto e per metterci al corrente della delicata situazione. Quindi ad oggi, chi non avesse ancora afferrato la questione, non può che essere una persona “stupida”. E proprio a voi “stupidi” voglio dare un ultima possibilità di “redenzione”, offrendovi, in via del tutto gratuita, un corso accelerato online organizzato e condotto da persone molto preparate in materia:

Allarme scioglimento ghiacci dell’artico

Se neanche ora vi siete convinti, bè allora siete un caso patologico, un po’ come lo sono io. E già perché il sottoscritto, oltre ad essere “stupido” come una cozza, è anche diffidente di natura.
Nel caso in esame, ci sono un paio di cose che non mi ha mai convinto fino in fondo, ed in particolare:
dando per assodato che lo scioglimento dell’artico sia da imputare solo all’azione umana, come è possibile che i ghiacci marini abbiano subito un calo significativo solo negli ultimi 10-15 anni, considerando che il problema dell’effetto serra di origine antropica esiste ormai da svariati decenni? E soprattutto, dando per scontata la stessa ipotesi iniziale, come è stato possibile registrare il vero tracollo della banchisa artica proprio in concomitanza degli anni in cui il global warming subiva una brusca frenata (inserendo anche una leggera retromarcia)?
Ebbene queste perplessità mi hanno spinto ad indagare e ad intraprendere una lunga ricerca che fortunatamente ho avuto la possibilità di condurre insieme all’articolista NIA, nonché mio grande amico, Andrea Zamboni.
Preannuncio che il tema è abbastanza complesso. pertanto, per non dilungarmi troppo e per ottenere la massima comprensione anche da parte dei meno “esperti” , cercherò di sintetizzare e semplificare al massimo i concetti (anche se questo mi porterà a tralasciare aspetti anche importanti).
Procediamo con ordine. Conosciamo un po’ tutti l’andamento storico della banchisa artica. In particolare sappiamo che fino ai primi anni 90 non si era registrato alcun calo “significativo” in termini di minima estiva estiva, in quanto il trend vedeva un andamento “leggermente” e progressivamente decrescente. Un primo calo importante si è registrato solo nel 1995 ed in generale nella seconda metà degli anni 90′. Tuttavia, all’inizio degli anni 2000 la situazione era ancora relativamente buona. In particolare nel 2001 ancora si registrava una discreta estensione estiva dei ghiacci (intorno ai 7 milioni di Kilometri quadrati). Negli anni successivi invece è successo qualcosa che ha interrotto bruscamente l’andamento sino ad allora registrato, portando la banchisa artica estiva a subire gravi perdite. L’altra cosa che sappiamo è che questo “qualcosa” si è manifestato con estrema ferocia a partire dalla seconda metà del primo decennio 2000, quando la banchisa estiva ha subito un tracollo apocalittico, fino ad arrivare a toccare, nell’anno in corso, il valore minimo di 3,4 milioni di Km^2. Detta in soldoni, la banchisa artica estiva si è dimezzata in un tempo record di 10 anni.

Figura 1. Serie temporale dei valori di estensione minima annuale della banchisa artica misurati dai satelliti.

A questo punto ci chiediamo: che tipo di fenomeno può aver indotto istantaneamente un incremento della velocità di fusione pari al 350%, portando la banchisa estiva quasi a scomparire in pochissimo tempo e proprio negli anni in cui il riscaldamento globale ha smesso di salire? É possibile che si tratti dello stesso fenomeno (effetto serra di origine antropica), che presumibilmente ha causato uno scioglimento lento e graduale per svariati decenni?
Io che sono una persona estremamente “stupida” dico di no: è evidente che si tratta di un fenomeno a se stante, subentrato nell’ultimo decennio (anche se ha fatto un prima timida apparizione qualche anno prima), e che è stato in grado di accelerare in maniera mostruosa il processo di fusione che era già in atto. Ma di cosa si tratta?
Nel corso delle nostre ricerche ci siamo da subito imbattuti in qualcosa di molto interessante: abbiamo scoperto che Stati Uniti e Russia stanno collaborando da diversi anni in una campagna di monitoraggio dello Stretto di Bering. In queste spedizioni, attraverso l’ausilio di particolari sonde, vengono costantemente monitorati i flussi d’acqua entranti ed uscenti dal bacino artico attraverso lo stretto di Bering nel corso dell’intera stagione estiva.

Fig.2. La foto ritrae una delle navi russe utilizzate nella campagna di monitoraggio. Nello specifico si tratta della nave di ricerca guidata dal Professor Khromov.

Ebbene da queste ricerche sperimentali è emerso un dato molto particolare: a partire dal 2001 si è cominciato a registrare un anomalo e progressivo aumento dei flussi di acqua calda pacifica entranti nel bacino artico attraverso la porta di Bering. Tale situazione è ben rappresentata dal seguente diagramma:

Fig.3. Andamento della portata media annua di acqua calda pacifica entrante nel bacino artico attraverso lo stretto di Bering (nel corso della stagione estiva). L’unità di misura adottata è lo Svedrup (1Sv=10^6*m^3/s)

Come ben si vede dal grafico, a partire dal 2001, i flussi d’acqua calda pacifica entranti nel polo sono aumentati vertiginosamente ed in maniera abbastanza continua. Un primo record si è registrato nel 2004, ma al 2007 spetta il record di sempre (da quando ovviamente si effettuano le misure) . Potrete poi notare come, proprio a partire dal 2007, i flussi entranti si sono mantenuti sempre su livelli molto elevati senza subire alcuna deflessione, fino ad arrivare all’estate 2011, quando si è sfiorato il record segnato quattro anni prima. Manca ancora il dato ufficiale del 2012, ma non è difficile pensare che si sia registrato un nuovo record storico. In conclusione, in soli 10 anni, la quantità d’acqua calda di provenienza pacifica entrante nel polo attraverso lo stretto di Bering è praticamente raddoppiata. Ciò vuol dire che, al dimezzamento della banchisa artica è corrisposto, nello stesso periodo, un raddoppiamento dei flussi di calore entranti nel bacino artico. Ed inoltre, proprio negli anni in cui si sono registrati i picchi assoluti dei flussi di calore entranti, l’estensione estiva della banchisa artica ha fatto registrare i minimi storici (2007, 2011 e molto probabilmente 2012).
A questo punto è doveroso porsi due fondamentali domande:

• quale fenomeno può aver indotto uno stravolgimento così importante ed improvviso della circolazione oceanica interna e limitrofa al bacino artico?

• detto stravolgimento della circolazione oceanica può da solo spiegare il rapido scioglimento dei ghiacci artici? Oppure l’incremento dei flussi d’acqua calda entranti nel bacino artico contribuisce, insieme ad altri fattori, al processo di riduzione della banchisa artica?

Nella parte che segue cercheremo di dare risposta a questi due interrogativi.

Riccardo e Zambo