A Global Assessment of Bimodality Underlying Normalized Drought Indices (SPI and SPEI)
Questa valutazione globale conferma che l'assunzione di distribuzione unimodale alla base degli indici di siccità normalizzati come SPI e SPEI è valida per la maggior parte delle località e delle applicazioni, con la bimodalità che rappresenta un fenomeno raro limitato principalmente a brevi periodi di accumulo in regioni aride e altamente stagionali dove spesso deriva da artefatti dei dati piuttosto che da veri processi climatici.
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Per decenni, i meteorologi e i gestori delle risorse idriche si sono affidati a un modo specifico di misurare la siccità per decidere quando una regione è in difficoltà. Non guardano solo a quanta pioggia sia caduta ieri; guardano a quanta pioggia sia caduta in un periodo di tempo, come tre mesi o un anno, e confrontano quel totale con ciò che è normale per quel periodo specifico dell'anno. Questo confronto crea un punteggio che ci dice se un luogo è più umido o più secco del solito. Per trasformare questi numeri grezzi in un punteggio, gli scienziati utilizzano uno strumento matematico che assume che i modelli di pioggia in qualsiasi luogo seguano una singola curva fluida. Immaginate una collina con un picco centrale; questa forma suggerisce che la maggior parte degli anni sia media, con meno anni molto umidi o molto secchi, e che la transizione tra questi stati sia graduale. Questa assunzione è stata la base del monitoraggio globale della siccità, ma finora nessuno aveva controllato approfonditamente se il mondo reale si adatti davvero a questa forma a singola collina ovunque.
Un team di ricercatori si è messo in viaggio per testare questa assunzione di lunga data in tutto il pianeta. Volevano sapere se i dati sulle precipitazioni utilizzati per calcolare i punteggi di siccità formassero mai due picchi distinti invece di uno. Nel mondo reale, un modello a due picchi significherebbe che un luogo ha due tipi di anni meteorologici molto diversi: forse un gruppo di anni molto secchi e un gruppo separato di anni molto umidi, con pochissimi anni nel mezzo. Se questo modello a "doppia collina" esiste, gli strumenti matematici standard utilizzati per misurare la siccità potrebbero essere fuorvianti, potenzialmente nascondendo la reale gravità dei periodi secchi o identificando erroneamente quelli umidi. I ricercatori hanno esaminato i registri climatici globali, analizzando i dati sulle precipitazioni dal 1901 al 2021, per vedere se questo comportamento a doppio picco fosse una caratteristica comune del nostro clima o un'eccezione rara.
Lo studio, che ha analizzato i dati di due importanti dataset climatici globali, ha scoperto che la preoccupazione per un modello a doppio picco è in gran parte infondata per la maggior parte del mondo. I ricercatori hanno scoperto che l'assunzione della singola collina è vera nella stragrande maggioranza dei luoghi e per quasi tutte le stagioni. La bimodalità, il termine scientifico per indicare la presenza di due picchi, è stata trovata essere un evento raro. Quando appariva, era quasi esclusivamente in regioni calde e aride come i margini del Sahara, la Penisola Arabica e parti dell'Australia e del Sud America. Anche in questi luoghi secchi, il modello a doppio picco era visibile solo osservando finestre temporali molto brevi, come l'accumulo di pioggia di tre mesi. Quando i ricercatori guardavano a periodi più lunghi, come sei mesi o un anno intero, i doppi picchi scomparivano, fondendosi nuovamente in una curva singola e fluida. Ciò suggerisce che, sebbene un mese specifico in un deserto arido possa avere due modalità meteorologiche distinte, il clima su un periodo più lungo livella queste differenze.
I ricercatori hanno anche indagato sul perché alcuni dati sembrassero mostrare due picchi quando non dovrebbero. Hanno scoperto che molti casi di apparente modello a doppio picco non erano causati dalla natura, ma da errori nei dati stessi. In alcune località, i record contenevano lunghi tratti di numeri identici, probabilmente perché i dati mancanti erano stati riempiti con valori medi senza le dovute segnalazioni. In altri luoghi, i dati erano stati arrotondati in pochi numeri specifici, creando picchi artificiali che sembravano un secondo picco. Una volta rimossi questi errori nei dati, il numero di località che mostravano un vero modello a doppio picco è diminuito significamente. Lo studio ha anche esaminato come l'inclusione di giorni con zero pioggia abbia influenzato i risultati. Sebbene l'inclusione di giorni con zero pioggia abbia aumentato l'apparenza di doppi picchi nelle zone aride, i ricercatori hanno osservato che i calcoli standard della siccità gestiscono solitamente questi zeri separatamente, quindi questo non rappresenta un problema pratico rilevante per la maggior parte degli utenti.
Quando i ricercatori hanno confrontato l'indice di precipitazione standard con una versione più complessa che tiene conto anche dell'evaporazione e dell'uso dell'acqua da parte delle piante, i risultati sono rimasti coerenti. La versione complessa mostrava ancora meno casi di doppi picchi, suggerendo che l'aggiunta di ulteriori dettagli fisici al calcolo renda i dati ancora più simili a una curva singola e fluida. Lo studio ha concluso che la paura che la bimodalità violi le regole del monitoraggio della siccità è esagerata. Per la stragrande maggioranza del globo, e per le scale temporali più comunemente utilizzate dai monitor della siccità, il modello a singola collina è accurato. I pochi luoghi in cui il modello potrebbe avere difficoltà sono limitati a climi specifici, fortemente stagionali e aridi, tra i 30 gradi nord e i 30 gradi sud, e solo quando si osservano intervalli temporali molto brevi.
Per gli scienziati e i funzionari che tracciano la siccità, questa scoperta è un sollievo. Significa che possono continuare a utilizzare i metodi stabiliti e affidabili per calcolare i punteggi di siccità senza dover ristrutturare i loro sistemi per la maggior parte del mondo. Tuttavia, lo studio offre anche un avvertimento specifico per coloro che operano in regioni aride con stagioni secche e umide molto marcate. In queste zone specifiche, in particolare quando si utilizzano finestre temporali brevi di tre mesi, è saggio dare un'occhiata veloce ai dati per assicurarsi che non presentino due picchi distinti. Se viene trovato un doppio picco, esistono strumenti matematici più avanzati per gestirlo, ma questi sono necessari solo in una minuscola frazione di casi. La ricerca conferma che l'approccio semplice a singola curva è robusto, gestendo la complessità del clima globale con una precisione sorprendente, e che le rare eccezioni sono solitamente solo anomalie dei dati piuttosto che un difetto fondamentale della scienza.
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