Human impacts on the 2015 equatorial Asia drought: the role of air-sea coupling in the event attribution study

Quando gli scienziati cercano di capire perché si sia verificato un determinato evento meteorologico estremo, pongono spesso una domanda semplice ma profonda: quanto ha reso più probabile questo evento il cambiamento climatico causato dall'uomo? Questo campo, noto come attribuzione degli eventi, si basa sull'esecuzione di complessi modelli informatici del clima terrestre. Per ottenere una risposta, i ricercatori eseguono tipicamente due serie di simulazioni. Una serie imita il mondo così come è oggi, con tutti i gas serra che gli esseri umani hanno emesso. L'altra immagina un mondo "controfattuale" in cui tali emissioni non sono mai avvenute, rappresentando una linea di base della variabilità climatica naturale. Confrontando la frequenza con cui un particolare disastro, come una grave siccità, si verifica in questi due mondi differenti, gli scienziati possono calcolare il contributo umano al rischio dell'evento.

Tuttavia, la Terra è un sistema in cui l'atmosfera e l'oceano sono legati in una conversazione costante e dinamica. La temperatura della superficie del mare influenza l'aria sovrastante, e il vento e la pioggia, a loro volta, raffreddano o riscaldano l'oceano. Per molti anni, i ricercatori hanno spesso utilizzato un tipo semplificato di modello per questi studi di attribuzione. Questi modelli trattano l'oceano come uno sfondo statico, fornendo all'atmosfera una mappa di temperatura fissa senza permettere all'atmosfera di modificare l'oceano in cambio. Sebbene questo approccio faccia risparmiare tempo e potenza di calcolo, ignora il feedback bidirezionale che guida gran parte del nostro meteo. La domanda rimane: conta davvero questa conversazione mancante quando cerchiamo di individuare le cause di un disastro specifico?

Un team di ricercatori guidato da Akira Hasegawa dell'Università di Tokyo si è posto l'obiettivo di testare proprio questa idea utilizzando la grave siccità che ha colpito l'Asia equatoriale durante la stagione secca del 2015. In quell'anno, un massiccio evento El Niño, caratterizzato da acque oceaniche insolitamente calde nel Pacifico centrale, ha indebolito i modelli di vento globali che solitamente portano pioggia nella regione. Il risultato è stata una devastante mancanza di precipitazioni. I ricercatori volevano sapere se i modelli standard e semplificati stessero fornendo un quadro accurato di quanto il riscaldamento antropico avesse contribuito a questo periodo di siccità, o se il feedback mancante dell'oceano stesse distorcendo i risultati.

Per trovare la risposta, il team ha eseguito due distinti tipi di esperimenti su larga scala tramite modelli informatici. Il primo tipo utilizzava un modello completamente accoppiato, in cui l'atmosfera e l'oceano potevano interagire liberamente, scambiando calore e umidità proprio come avviene nella realtà. Il secondo tipo utilizzava un modello esclusivamente atmosferico, in cui l'oceano era costretto a rimanere esattamente come nel primo esperimento, incapace di reagire ai cambiamenti dei venti e delle nuvole sovrastanti. Entrambe le serie di simulazioni sono state eseguite sotto due scenari: uno che rifletteva le condizioni storiche reali del 2015, e un altro che rappresentava un mondo senza il riscaldamento indotto dall'uomo. Confrontando i risultati di questi quattro diversi gruppi di simulazione, i ricercatori potevano isolare l'impatto specifico dell'interazione aria-mare sulle loro conclusioni.

I risultati hanno rivelato una significativa falla nell'approccio semplificato. Nelle simulazioni puramente atmosferiche, il modello sviluppava un bias persistente: sovrastimava il movimento ascendente dell'aria sopra il Mar delle Filippine, una regione a nord dell'area colpita dalla siccità. Nel mondo reale e nel modello completamente accoppiato, l'oceano risponde a questa aria ascendente raffreddando la superficie, il che limita naturalmente quanto forte possa diventare tale movimento ascensionale. Ma poiché il modello semplificato non poteva lasciare che l'oceano si raffreddasse, l'aria continuava a salire senza controllo. Questo eccessivo movimento ascendente a nord forzava un movimento discendente compensativo sopra l'Asia equatoriale, facendo apparire la regione molto più secca nel modello del clima di base rispetto a quanto non sia in realtà.

Questa aridità artificiale ha avuto un effetto diretto e fuorviante sui risultati dell'attribuzione. Poiché il modello semplificato partiva da un clima già troppo secco, la siccità del 2015 non appariva così estrema per confronto. In termini statistici, il modello calcolava che la probabilità che un evento simile si verificasse in un mondo senza il riscaldamento globale fosse molto bassa. Quando la probabilità di un evento in un mondo "senza riscaldamento" è bassa, e l'evento si verifica comunque nel mondo reale, la matematica suggerisce che l'influenza umana debba essere molto alta. Di conseguenza, il modello puramente atmosferico stimava che l'attività umana fosse responsabile di circa il 44 percento del rischio della siccità del 2015.

Al contrario, il modello completamente accoppiato, che permetteva all'oceano di respirare e reagire, dipingeva un quadro diverso. Simulando correttamente il feedback di raffreddamento sopra il Mar delle Filippine, produceva un clima di base più accurato e non artificialmente secco. In questa simulazione più realistica, la siccità del 2015 era ancora un evento raro, ma non era così raro come suggerito dal modello semplificato. Il contributo umano al rischio calcolato scendeva significativamente, a circa il 20 percento. Lo studio suggerisce che, ignorando la capacità dell'oceano di rispondere all'atmosfera, i modelli semplificati stavano sovrastimando il ruolo del riscaldamento antropico in questo specifico disastro di oltre il doppio.

I ricercatori hanno scoperto che, sebbene entrambi i modelli identificassero correttamente l'evento El Niño come il driver primario della siccità, il modello semplificato non riusciva a catturare la variabilità naturale del clima della regione. Le simulazioni puramente atmosferiche non potevano riprodurre la complessa relazione tra le temperature superficiali del mare e le precipitazioni che esiste nel mondo reale, particolarmente in aree circondate dall'oceano come l'Asia equatoriale. Ciò portava a un errore sistematico in cui il modello sottostimava la probabilità che si verificassero siccità gravi naturalmente, il che a sua volta gonfiava il calcolato impatto del cambiamento climatico.

Questo lavoro non scarta il valore dei modelli semplificati, che rimangono utili per molti tipi di ricerca climatica. Tuttavia, evidenzia un limite critico quando si studiano eventi estremi in regioni dove l'oceano e l'atmosfera sono strettamente legati. Lo studio suggerisce che, per eventi come la siccità dell'Asia equatoriale del 2015, affidarsi esclusivamente a modelli che trattano l'oceano come un palcoscenico passivo può portare a una sovrastima dell'influenza umana. Le scoperte indicano che, per comprendere veramente le impronte del cambiamento climatico su disastri specifici, gli scienziati devono tenere conto della piena conversazione bidirezionale tra il mare e il cielo.