Huge spread in CMIP6 diffuse radiation impairs carbon budget estimates

La luce solare che raggiunge la superficie terrestre non è un singolo raggio uniforme. Essa arriva in due forme distinte: raggi diretti che viaggiano dritti dal sole e luce diffusa che è rimbalzata su nuvole, polvere e molecole di gas nell'atmosfera. Questa luce diffusa, nota come radiazione diffusa, si comporta diversamente dalla luce solare diretta. Mentre i raggi diretti tendono a brillare intensamente sugli strati superiori di una chioma forestale, lasciando spesso le foglie sottostanti in una profonda ombra, la luce diffusa si propaga in tutte le direzioni. Essa penetra più in profondità nella vegetazione, illuminando le foglie ombreggiate che altrimenti rimarrebbero buie. Questa illuminazione extra permette alle piante di fotosintetizzare in modo più efficiente, trasformando efficacemente l'intera foresta in un motore più produttivo per l'assorbimento di anidride carbonica dall'aria. Poiché questo processo collega direttamente le nuvole e le particelle dell'atmosfera alla salute delle foreste mondiali, comprendere quanta di questa luce diffusa raggiunga il suolo è essenziale per calcolare quanto carbonio la terraferma del mondo possa immagazzinare.

Un ricercatore del Pacific Northwest National Laboratory ha recentemente indagato su quanto bene i moderni modelli climatici catturino questo specifico tipo di luce solare. Ha esaminato i dati di sedici diversi modelli climatici globali, che sono complesse simulazioni informatiche utilizzate dagli scienziati per proiettare futuri cambiamenti climatici e comprendere passati mutamenti ambientali. Questi modelli sono gli strumenti primari per stimare il bilancio globale del carbonio — l'equilibrio tra il carbonio rilasciato nell'atmosfera e il carbonio assorbito da piante e oceani. Il ricercatore si è concentrato sul periodo storico dal 2000 al 2014, confrontando ciò che i modelli prevedevano rispetto alle misurazioni effettive prese dalle stazioni meteorologiche in tutto il mondo. Il suo obiettivo era vedere se i modelli concordassero tra loro e con la realtà riguardo alla quantità di radiazione diffusa che raggiunge la superficie.

I risultati hanno rivelato una sorprendente mancanza di accordo tra i modelli. Quando il ricercatore ha osservato la media globale, le stime per la radiazione diffusa variavano di quasi tre volte. Alcuni modelli prevedevano quantità molto basse di luce diffusa, mentre altri prevedevano quantità quasi tre volte superiori. Questa divergenza era ancora più pronunciata sulla terraferma, dove la differenza tra le stime più alte e quelle più basse raggiungeva un fattore di tre. Il problema non era solo che i modelli non concordavano tra loro; essi discordavano anche con le osservazioni del mondo reale. Quando il team ha confrontato la media di tutti i modelli con migliaia di misurazioni al suolo, ha scoperto che i modelli sottostimavano costantemente la quantità di luce diffusa, in particolare durante la stagione di crescita, quando le piante sono più attive. Nell'Emisfero Settentrionale, ad esempio, i modelli hanno mancato l'importante picco di luce diffusa durante i mesi estivi, suggerendo un errore sistematico nel modo in cui queste simulazioni gestiscono l'interazione tra l'atmosfera e la superficie.

Questa discrepanza è importante perché la quantità di luce diffusa influenza direttamente quanto carbonio le piante possono assorbire. Il ricercatore ha calcolato che l'ampia variazione nelle stime della radiazione diffusa dei modelli potrebbe tradursi in enormi incertezze nelle previsioni della crescita delle piante. Se i modelli sbagliano sulla quantità di luce diffusa che raggiunge le foreste, è probabile che sbaglino anche su quanto carbonio tali foreste stiano immagazzinando. Lo studio suggerisce che questa incertezza potrebbe ammontare a diversi miliardi di tonnellate di carbonio all'anno, una cifra abbastanza grande da rivaleggiare con la quantità totale di carbonio attualmente assorbito dagli ecosistemi terrestri mondiali. Nelle regioni tropicali, dove la dispersione delle stime dei modelli è particolarmente ampia, l'incertezza sull'assorbimento di carbonio potrebbe superare il tredici per cento dell'assorbimento totale. Ciò significa che le attuali proiezioni dei futuri pozzi di assorbimento del carbonio, che sono critiche per le politiche climatiche, potrebbero essere costruite su una base fragile riguardo a come le piante rispondono alla luce solare.

La radice del problema sembra risiedere nel modo in cui questi modelli sono costruiti. Il modo in cui calcolano la divisione tra luce solare diretta e diffusa si basa su formule complesse per le nuvole e le particelle atmosferiche, che non sono ancora pienamente comprese o rappresentate accuratamente. Inoltre, molti dei modelli terrestri utilizzati all'interno di questi sistemi semplificano il modo in cui la luce si muove attraverso una foresta, trattando spesso la chioma come uno strato singolo piuttosto che come una struttura complessa con foglie illuminate e ombreggiate. Questa semplificazione non riesce a catturare l' "effetto fertilizzazione" della luce diffusa, dove l'illuminazione extra aumenta la produttività dell'intera comunità vegetale. Il ricercatore ha notato che anche i modelli costruiti dalle stesse istituzioni, utilizzando componenti atmosferiche simili, producevano risultati vastamente differenti per la stessa regione, evidenziando che il problema non è solo una questione di dati diversi, ma di differenze fondamentali nel modo in cui la fisica viene simulata.

Lo studio conclude che, per migliorare la nostra comprensione del ciclo del carbonio terrestre, gli scienziati devono dare priorità alla corretta rappresentazione della radiazione diffusa. Ciò comporta una migliore osservazione della luce diffusa, specialmente nelle remote foreste tropicali dove i dati sono attualmente scarsi, e modi più sofisticati per modellare l'interazione della luce con la vegetazione. Mentre la comunità scientifica si prepara per la prossima generazione di modelli climatici, l'autore sostiene che standardizzare il modo in cui questi modelli registrano ed valutano la radiazione diffusa non è più opzionale. Senza correggere questo punto cieco, l'incertezza nei bilanci globali del carbonio rimarrà troppo grande per fornire la guida affidabile necessaria per l'azione climatica. La strada da seguire richiede uno sforio coordinato per garantire che la prossima generazione di simulazioni possa riflettere accuratamente il ruolo sottile ma potente della luce solare diffusa nel sostenere la vita del pianeta.