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Il clima e gli strumenti per il suo studio G.L.Liberti Ricercatore  Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima  Consiglio Nazionale delle Ricerche [email_address]
Premessa: Chi sono e perche’ vi parlo di clima (anzi di strumenti per il suo studio) G.L.Liberti Ricercatore  Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima  Consiglio Nazionale delle Ricerche [email_address]
Ieri   gli  scienziati  hanno  previsto  che  le   temperature  [ di chi di che cosa? ] cresceranno di  anche  7°C per la fine del prossimo secolo,  portando a  inondazioni, mancanza di cibo, siccità e malattie. I MEDIA
www.scholar.google.com climate OR clima OR atmosphere OR atmosfera author:" F Battaglia“   1 risultato climate OR clima OR atmosphere OR atmosfera author :"G Visconti“   189 risultati climate OR clima OR atmosphere OR atmosfera author :“A Pasini“   60 risultati climate OR clima OR atmosphere OR atmosfera author :"G L Liberti“   23 risultati
 
SITI WEB :  per es: www.meteoclima.net
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],LA SCIENZA NON PROGREDISCE PER CONSENSO!!!! HA I SUOI METODI
Il clima: che cos’e’ (alcune definizioni utili), da cosa dipende e perché e’ utile conoscerlo
[object Object],[object Object]
CLIMA: Stato, in senso statistico del sistema climatico  (Atmosfera, Idrosfera, Criosfera, Biosfera, Superfice terrestre) .
CAMBIAMENTO CLIMATICO?   COS’E’   ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],COSA NON E’? ,[object Object]
Alcune osservazioni ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Ingredienti  del clima
Temperatura   ->  Calore  -> Energia   Pioggia -> Nubi ->Evaporazione-> Energia   Vento  ->  Movimento -> Energia   Correnti Marine ->   Movimento -> Energia
Temperatura  ->  Calore  -> Energia   Pioggia -> Nubi ->Evaporazione-> Energia   Vento  ->  Movimento -> Energia   Correnti Marine ->   Movimento -> Energia ,[object Object]
Fonti di energia Flusso di calore  dall’interno della Terra:  0.084  W/m 2 Stelle:  0.0000037  W/m 2 Istantaneo:  1368 W/m 2   Media globale:  342  W/m 2 Dissipazione maree:  0.007  W/m 2
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Da cosa dipende l’energia proveniente dal Sole ? ,[object Object],[object Object],171 Å 195 Å 304 Å 286 Å
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ATTIVITA’ SOLARE Confronto tra vari metodi di stima -10000
Miglia di anni fa Oggi Variazione dei parametri orbitali L’attrazione gravitazionale da altri corpi celesti (principalmente Giove e Saturno) causa la variazione (periodica) delle caratteristiche dell’orbita.
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METEOSAT 2° Generation 18/4/2008 06:00 UTC INFRAROSSO www.eumetsat.int VISIBILE
www.osdpd.noaa.gov/PSB/EPS/RB/RB.html GENNAIO 2009 L’energia non esce da dove e’ entrata OUT  (INFRAROSSO) IN  (SOLARE) ~ 410 W/m 2 ~ 170 W/m 2
Bilancio energetico medio/globale ENTRA 342 ESCE 107 ESCE 235 RESTA 342-107=235 W/m2 Assorbita  dall’atmosfera
Ingredienti  del clima ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
 
 
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Ingredienti  del clima ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
CICLO DELL’ACQUA ATMOSFERA IDROSFERA BIOSFERA CRIOSFERA LITOSFERA ANTROPOSFERA
Ingredienti  del clima ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
CH 4 : Metano  effetto serra 21 volte quello del CO 2
CO 2 Evidenze: -Aumenta - E’ di origine antropica Densità Sorgenti CO2 stazionarie
Altri gas serra di lunga durata Protocollo di Montreal
GLI SCENARI
Che discipline scientifiche sono coinvolte nello studio del clima ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Scale dei tempi per scambi d’energia, d’acqua e di CO 2
Strumenti per lo studio del clima.
CLIMA 2009 1970 1830 Strumentali
SAIGON / TAN-SON-NHUT  00UTC  200hPa temperatura  (Background – Observation) Osservazioni convenzionali: omogeneita’ SAIGON / TAN-SON-NHUT  00UTC  200hPa temperature  (Background – Observation) Corrected Russian sonde Vaisala French sonde Corrected Sonda Russa  Vaisala Sonda Francese
http://cdiac.ornl.gov/trends/co2/sio-keel.html Osservazioni convenzionali:  rappresentatività del sito
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CLIMA 2009 1970 1830 ~ 1600 Strumentali Satel.
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CLIMA PALEOCLIMA 2009 1970 1830 ~ 1600 -700000 -400000000 700 Strumentali Satel. Proxy 100000 eccentricita’ 41000 inclinazione 23000 precessione Campagne
Un esempio di campagna TROCCINOX 3 vettori adibiti a piattaforme scientifiche FALCON Germania M55 – GEOPHYSICA Russia BAINDERANTE Brasile ,[object Object],[object Object],www.pa.op.dlr.de/troccinox/ Obiettivi:
LE ISTITUZIONI PARTECIPANTI ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],15 istituzioni, 6 Paesi,  ~ 100 unita’ di personale
COSTI TEMPI T 0  – 2 y : Sottomissione  del progetto T 0  – 1 y : Preparazione della campagna di misure T 0  :  CAMPAGNA DI MISURE (generalmente 1 - 2 mesi) T 0  + 1 y : Analisi dati T 0  + 2 y : Risultati e pubblicazioni Logistica aereo:  affitto vettore, personale di supporto  ~50, carburante, permessi  Logistica aeroporto: affitto hangar, laboratori, uffici Sviluppo e manutenzione strumenti Scienziati coinvolti  ~ 100: Viaggio, diaria, noleggi vari Spese varie pre e post campagna 3-5 Milioni di euro > 5 anni SITO  
PROIEZIONI CLIMA PALEOCLIMA 2009 1970 1830 2020 2100 ~ 1600 -700000 -400000000 700 Strumentali Satel . Proxy 100000 eccentricita’ 41000 inclinazione 23000 precessione 2300 3000 Modelli accoppiati atmosfera-oceano-supeficie Modelli di complessità intermedia Altri modelli Supersiti Campagne
SUPERSITI: ISAC-CNR Tor Vergata
PROIEZIONI CLIMA PALEOCLIMA 2009 1970 1830 2020 2100 ~ 1600 -700000 -400000000 700 Strumentali Satel . Proxy 100000 eccentricita’ 41000 inclinazione 23000 precessione 2300 3000 Modelli accoppiati atmosfera-oceano-supeficie Modelli di complessità intermedia Altri modelli Supersiti Campagne
Perchè ho bisogno di un modello?
Cos’e’ un modello numerico di previsione ( simulazione ) ,[object Object],Stato iniziale Evoluzione Pressione(12:00,Roma)=   Pressione(9:00,Roma) +F(pressione,vento,temperatura,umidita’.., prima delle 12:00, in Europa)
 
Esempio di equazioni prognostiche (ECMWF) Acqua condensata  q l Copertura nuvolosa C A:  Large Scale Advection S: Source/Sink due to: S CV :  Source/Sink due due to shallow convection (not post-29r1) S BL :  Source/Sink Boundary Layer Processes (not post-29r1) c:  Source due to Condensation e:  Sink due to Evaporation G p :  Precipitation sink D: Detrainment from deep convection Last term in liquid/ice : Cloud top entrainment (not post-29r1) + - -
MODELLO DI PREVISIONE METEO MODELLO OUTPUT OSSERVAZIONI INPUT ASSIMILAZIONE + MODELLO OUTPUT OSSERVAZIONI INPUT ASSIMILAZIONE + t t+ Δ t ,[object Object],[object Object],[object Object]
METEO MODELLO OUTPUT OSSERVAZIONI INPUT ASSIMILAZIONE + MODELLO OUTPUT OSSERVAZIONI INPUT ASSIMILAZIONE + t t+ Δ t CLIMA MODELLO OUTPUT OSSERVAZIONI MODELLO OUTPUT FORZANTE t t+N Δ t MODELLO OUTPUT t+ Δ t ………
Perchè dovremmo credere ai modelli? L’esempio delle previsioni meteorologiche OTTIMO SUFFICIENTE
Esempio di verifica dei modelli OSSERVAZIONE ERRORE TIPICO TEMPERATURA ALLA SUPERFICIE Media Deviazione standard Ampiezza del ciclo diurno
A cosa e’ dovuto il miglioramento dei modelli: ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
 
Aumento della risoluzione e delle capacità di calcolo 1990 1996 2001 2007
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LIMITI ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Jason Salavon 100 Babbi Natale e la loro media
Non linearita’ delle leggi  ,[object Object],2 3 5 6 <X> (2+3+6+5)/4 4 4 6 10 12 8 X Y <Y> (4+6+12+10)/4 8 8=8
Non linearita’ delle leggi  ,[object Object],[object Object],2 3 5 6 <X> (2+3+6+5)/4 4 4 9 25 36 16 X Y <Y> (4+9+36+25)/4 18.5 18.5≠16
[object Object],[object Object],[object Object],Non linearita’ delle leggi  2 3 5 6 <X> (2+3+6+5)/4 4 F F F V F X Y
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PROIEZIONI CLIMA PALEOCLIMA 2009 1970 1830 2020 2100 ~ 1600 -700000 -400000000 700 Strumentali Satel . Proxy 100000 eccentricita’ 41000 inclinazione 23000 precessione 2300 3000 Modelli accoppiati atmosfera-oceano-supeficie Supersiti Campagne
 
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Processi atmosferici e scale
C loud R esolving  M odel
Fine. Grazie ! G.L.Liberti Ricercatore  Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima  Consiglio Nazionale delle Ricerche [email_address]

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Il clima e gli strumenti per il suo studio

  • 1. Il clima e gli strumenti per il suo studio G.L.Liberti Ricercatore Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima Consiglio Nazionale delle Ricerche [email_address]
  • 2. Premessa: Chi sono e perche’ vi parlo di clima (anzi di strumenti per il suo studio) G.L.Liberti Ricercatore Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima Consiglio Nazionale delle Ricerche [email_address]
  • 3. Ieri gli scienziati hanno previsto che le temperature [ di chi di che cosa? ] cresceranno di anche 7°C per la fine del prossimo secolo, portando a inondazioni, mancanza di cibo, siccità e malattie. I MEDIA
  • 4. www.scholar.google.com climate OR clima OR atmosphere OR atmosfera author:&quot; F Battaglia“ 1 risultato climate OR clima OR atmosphere OR atmosfera author :&quot;G Visconti“ 189 risultati climate OR clima OR atmosphere OR atmosfera author :“A Pasini“ 60 risultati climate OR clima OR atmosphere OR atmosfera author :&quot;G L Liberti“ 23 risultati
  • 5.  
  • 6. SITI WEB : per es: www.meteoclima.net
  • 7.
  • 8. Il clima: che cos’e’ (alcune definizioni utili), da cosa dipende e perché e’ utile conoscerlo
  • 9.
  • 10. CLIMA: Stato, in senso statistico del sistema climatico (Atmosfera, Idrosfera, Criosfera, Biosfera, Superfice terrestre) .
  • 11.
  • 12.
  • 14. Temperatura -> Calore -> Energia Pioggia -> Nubi ->Evaporazione-> Energia Vento -> Movimento -> Energia Correnti Marine -> Movimento -> Energia
  • 15.
  • 16. Fonti di energia Flusso di calore dall’interno della Terra: 0.084 W/m 2 Stelle: 0.0000037 W/m 2 Istantaneo: 1368 W/m 2 Media globale: 342 W/m 2 Dissipazione maree: 0.007 W/m 2
  • 17.
  • 18.
  • 19.
  • 20.
  • 21. ATTIVITA’ SOLARE Confronto tra vari metodi di stima -10000
  • 22. Miglia di anni fa Oggi Variazione dei parametri orbitali L’attrazione gravitazionale da altri corpi celesti (principalmente Giove e Saturno) causa la variazione (periodica) delle caratteristiche dell’orbita.
  • 23.
  • 25.
  • 26. Bilancio energetico medio/globale ENTRA 342 ESCE 107 ESCE 235 RESTA 342-107=235 W/m2 Assorbita dall’atmosfera
  • 27. METEOSAT 2° Generation 18/4/2008 06:00 UTC INFRAROSSO www.eumetsat.int VISIBILE
  • 28. www.osdpd.noaa.gov/PSB/EPS/RB/RB.html GENNAIO 2009 L’energia non esce da dove e’ entrata OUT (INFRAROSSO) IN (SOLARE) ~ 410 W/m 2 ~ 170 W/m 2
  • 29. Bilancio energetico medio/globale ENTRA 342 ESCE 107 ESCE 235 RESTA 342-107=235 W/m2 Assorbita dall’atmosfera
  • 30.
  • 31.  
  • 32.  
  • 33. MEDIA ANNUALE LATITUDINALE DELL’ ENERGIA SOLARE ASSORBITA E DI QUELLA INFRAROSSA EMESSA IN OUT
  • 36.
  • 37.
  • 38.  
  • 39. N 2 O CH 4
  • 40. CH 4 CH 4 N 2 O N 2 O N 2 O CO 2 CH 4 O 3 H 2 O N 2 O 2 CO 78% 21%
  • 41. ATMOSFERA IDROSFERA BIOSFERA LITOSFERA ANTROPOSFERA
  • 42.
  • 43. CICLO DELL’ACQUA ATMOSFERA IDROSFERA BIOSFERA CRIOSFERA LITOSFERA ANTROPOSFERA
  • 44.
  • 45. CH 4 : Metano effetto serra 21 volte quello del CO 2
  • 46. CO 2 Evidenze: -Aumenta - E’ di origine antropica Densità Sorgenti CO2 stazionarie
  • 47. Altri gas serra di lunga durata Protocollo di Montreal
  • 49.
  • 50. Scale dei tempi per scambi d’energia, d’acqua e di CO 2
  • 51. Strumenti per lo studio del clima.
  • 52. CLIMA 2009 1970 1830 Strumentali
  • 53. SAIGON / TAN-SON-NHUT 00UTC 200hPa temperatura (Background – Observation) Osservazioni convenzionali: omogeneita’ SAIGON / TAN-SON-NHUT 00UTC 200hPa temperature (Background – Observation) Corrected Russian sonde Vaisala French sonde Corrected Sonda Russa Vaisala Sonda Francese
  • 55. 1998 Marzo 1958 Marzo Osservazioni convenzionali: copertura spaziale
  • 56. CLIMA 2009 1970 1830 ~ 1600 Strumentali Satel.
  • 57. ~500 EURO Copertura in 6 ore ( ~ 500 osservazioni) Copertura in 6 ore ( ~ 330000 osservazioni)
  • 59. CLIMA PALEOCLIMA 2009 1970 1830 ~ 1600 -700000 -400000000 700 Strumentali Satel. Proxy 100000 eccentricita’ 41000 inclinazione 23000 precessione
  • 60. 1928 2000 Estensione del Ghiacciaio Chacaltaya (BOLIVIA) dal 1940 al 2005 Alpi
  • 61. Proxy storici Distribuzione geografica tree rings: brown triangles; boreholes: black circles; ice core/ice boreholes: blue stars; other records including low-resolution records: purple squares).
  • 64. CLIMA PALEOCLIMA 2009 1970 1830 ~ 1600 -700000 -400000000 700 Strumentali Satel. Proxy 100000 eccentricita’ 41000 inclinazione 23000 precessione Campagne
  • 65.
  • 66.
  • 67. COSTI TEMPI T 0 – 2 y : Sottomissione del progetto T 0 – 1 y : Preparazione della campagna di misure T 0 : CAMPAGNA DI MISURE (generalmente 1 - 2 mesi) T 0 + 1 y : Analisi dati T 0 + 2 y : Risultati e pubblicazioni Logistica aereo: affitto vettore, personale di supporto ~50, carburante, permessi Logistica aeroporto: affitto hangar, laboratori, uffici Sviluppo e manutenzione strumenti Scienziati coinvolti ~ 100: Viaggio, diaria, noleggi vari Spese varie pre e post campagna 3-5 Milioni di euro > 5 anni SITO  
  • 68. PROIEZIONI CLIMA PALEOCLIMA 2009 1970 1830 2020 2100 ~ 1600 -700000 -400000000 700 Strumentali Satel . Proxy 100000 eccentricita’ 41000 inclinazione 23000 precessione 2300 3000 Modelli accoppiati atmosfera-oceano-supeficie Modelli di complessità intermedia Altri modelli Supersiti Campagne
  • 70. PROIEZIONI CLIMA PALEOCLIMA 2009 1970 1830 2020 2100 ~ 1600 -700000 -400000000 700 Strumentali Satel . Proxy 100000 eccentricita’ 41000 inclinazione 23000 precessione 2300 3000 Modelli accoppiati atmosfera-oceano-supeficie Modelli di complessità intermedia Altri modelli Supersiti Campagne
  • 71. Perchè ho bisogno di un modello?
  • 72.
  • 73.  
  • 74. Esempio di equazioni prognostiche (ECMWF) Acqua condensata q l Copertura nuvolosa C A: Large Scale Advection S: Source/Sink due to: S CV : Source/Sink due due to shallow convection (not post-29r1) S BL : Source/Sink Boundary Layer Processes (not post-29r1) c: Source due to Condensation e: Sink due to Evaporation G p : Precipitation sink D: Detrainment from deep convection Last term in liquid/ice : Cloud top entrainment (not post-29r1) + - -
  • 75.
  • 76. METEO MODELLO OUTPUT OSSERVAZIONI INPUT ASSIMILAZIONE + MODELLO OUTPUT OSSERVAZIONI INPUT ASSIMILAZIONE + t t+ Δ t CLIMA MODELLO OUTPUT OSSERVAZIONI MODELLO OUTPUT FORZANTE t t+N Δ t MODELLO OUTPUT t+ Δ t ………
  • 77. Perchè dovremmo credere ai modelli? L’esempio delle previsioni meteorologiche OTTIMO SUFFICIENTE
  • 78. Esempio di verifica dei modelli OSSERVAZIONE ERRORE TIPICO TEMPERATURA ALLA SUPERFICIE Media Deviazione standard Ampiezza del ciclo diurno
  • 79.
  • 80.  
  • 81. Aumento della risoluzione e delle capacità di calcolo 1990 1996 2001 2007
  • 82. Processi rappresentati nei modelli di clima
  • 83. Processi rappresentati nei modelli di clima
  • 84. Processi rappresentati nei modelli di clima 1990
  • 85. Processi rappresentati nei modelli di clima 1996
  • 86. Processi rappresentati nei modelli di clima 2001
  • 87. Processi rappresentati nei modelli di clima 2007
  • 88.
  • 89. Jason Salavon 100 Babbi Natale e la loro media
  • 90.
  • 91.
  • 92.
  • 93. Previsione d’insieme (ensemble forecast)? Tempo Temperatura La previsione è data in senso statistico Condizione iniziale Previsione
  • 94. PROIEZIONI CLIMA PALEOCLIMA 2009 1970 1830 2020 2100 ~ 1600 -700000 -400000000 700 Strumentali Satel . Proxy 100000 eccentricita’ 41000 inclinazione 23000 precessione 2300 3000 Modelli accoppiati atmosfera-oceano-supeficie Supersiti Campagne
  • 95.  
  • 96. PROIEZIONI CLIMA PALEOCLIMA 2009 1970 1830 2020 2100 ~ 1600 -700000 -400000000 700 Strumentali Satel . Proxy 100000 eccentricita’ 41000 inclinazione 23000 precessione 2300 3000 Modelli accoppiati atmosfera-oceano-supeficie Modelli di complessità intermedia Altri modelli Supersiti Campagne
  • 98. C loud R esolving M odel
  • 99. Fine. Grazie ! G.L.Liberti Ricercatore Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima Consiglio Nazionale delle Ricerche [email_address]

Hinweis der Redaktion

  1. &lt;Tjan&gt;=-18°C (-13°C max o -23°C min) December through February the maximum daily temperature exceeds 0 °C, on average, for only 10 days and the minimum daily temperature falls below −20 °C on 49 days. Quali December through February the maximum daily temperature exceeds 0 °C, on average, for only 10 days and the minimum daily temperature falls below −20 °C on 49 days. Quali variabili variabili
  2. Comparison of proxies of solar activity. Each proxy reflects a specific aspect of solar activity. As a result, all proxies show some common features (11-year cycle, trends, solar minima), but also differences. The length is limited to the periods of instrumental observations and ranges from 25 years (TSI) to about 400 years (sunspots). No aurora counts could be found for the period since 1955. 10Be is the only record which is not based on direct observations and, therefore has the potential to be extended over at least 10,000 years. The Dye 3 ice core used for the 10Be analysis was drilled in 1985 (Beer et al ., 1990).
  3. Recent CO2 concentrations and emissions. (a) CO2 concentrations (monthly averages) measured by continuous analysers over the period 1970 to 2005 from Mauna Loa, Hawaii (19°N, black; Keeling and Whorf, 2005) and Baring Head, New Zealand (41°S, blue; following techniques by Manning et al., 1997). Due to the larger amount of terrestrial biosphere in the NH, seasonal cycles in CO2 are larger there than in the SH. In the lower right of the panel, atmospheric oxygen (O2) measurements from fl ask samples are shown from Alert, Canada (82°N, pink) and Cape Grim, Australia (41°S, cyan) (Manning and Keeling, 2006). The O2 concentration is measured as ‘per meg’ deviations in the O2/N2 ratio from an arbitrary reference, analogous to the ‘per mil’ unit typically used in stable isotope work, but where the ratio is multiplied by 106 instead of 103 because much smaller changes are measured.