La sottile relazione fra cicli solari, piogge (e frane e alluvioni...) in Italia

Il clima terrestre e le sue variazioni sono governati da una serie di fattori geologici (emissioni dai vulcani, posizione dei continenti e delle catene montuose), atmosferici (quantità di copertura nuvolosa, tenore di gas – serra) e astronomici (parametri orbitali e cicli solari): tutti insieme contribuiscono a stabilire le condizioni climatiche e meteorologiche sulla superficie terrestre. Queste variazioni sono diventate più sensibili da quando, 2 milioni di anni fa, si sono formate le grandi calotte polari permanenti anche nell'emisfero boreale dopo che quella Antartica era già presente da oltre 30 milioni di anni. Nell'emisfero australe la corrente circumpolare blocca gli scambi termici con le latitudini australi più basse, mentre nell’emisfero settentrionale l’Oceano Atlantico disposto nord - sud costituisce invece un ottimo corridoio per gli scambi termici fra le basse e le alte latitudini boreali e il ciclo solare, con le variazioni di intensità della radiazione che comporta, ha un effetto piuttosto importante su questo sistema, regolando persino la quantità delle piogge nel Mediterraneo.  Vediamo come succede, con una postilla su possibili relazioni fra queste grandezze e una estate che stenta a decollare.

LE GRANDEZZE CHE INFLUENZANO LE VARIAZIONI CLIMATICHE PERIODICHE IN EUROPA.

Qualche anno fa scrissi un post sulla Oscillazione Artica, un indice che viene determinato confrontando nell’emisfero boreale la pressione atmosferica delle alte latitudini con quella delle medie e che ha una certa influenza sulle temperature. Non c’è una relazione deterministica fra Oscillazione Artica e temperature, ma in genere quando questa ha un valore alto dalle nostre parti le temperature sono più alte della media e viceversa. Mi ricordo che all’epoca le previsioni della NOAA (quelle attuali sono queste) la davano parecchio in calo: era gennaio e pensai che forse sarebbe venuta una bella ondata di freddo, il che si verificò davvero! Da allora osservo spesso sul sito della NOAA l’andamento di questo indice.

L’Oscillazione Artica è piuttosto irregolare, mentre ci sono altri due indici atmosferici che invece si propongono con una certa regolarità, la AMO (Multidecadal Atlantic Oscillation) e la NAO (North Atlantic Oscillation).

Il fatto curioso è che specialmente la NAO viene governata da fattori astronomici e non solo dalla stagione.

Come è noto la posizione del Sole nel corso dell'anno determina l’avvicendarsi delle stagioni e questo grazie la sua influenza sulla posizione delle figure atmosferiche principali; ad esempio il centro dell'anticiclone delle Azzorre si muove lungo un asse N/S nell'Oceano Atlantico e raggiunge il punto più a nord tra Giugno e Luglio e quello più a sud tra Gennaio e Febbraio, perchè si sposta nel corso dell'anno seguendo con un leggero ritardo la posizione  del Sole allo zenit. Il movimento è provocato dalle differenze stagionali nell'angolo di incidenza dei raggi solari e quindi della posizione dell'area di massimo riscaldamento.

Allo stesso modo ci sono differenze climatiche importanti che dipendono dalle variazioni dell'intensità della energia che arriva sulla Terra dovute ai cicli solari undecennali di attività. Questi cicli furono scoperti all'inizio del XIX secolo dal grande astronomo William Herschel in un modo piuttosto curioso: trovò che le variazioni nel numero di macchie solari erano in sintonia con i prezzi del grano in Gran Bretagna e ciò gli suggerì una relazione fra intensità dell'attività solare e condizioni climatiche. È ormai chiaro che in genere al diminuire della attività solare aumenta a scala globalel a copertira nuvolosa .

L'INFLUENZA DEI CICLI SOLARI SUL CLIMA NELL'ATLANTICO SETTENTRIONALE E IN EUROPA

Il clima europeo è influenzato dalle variazioni della AMO e della NAO. La AMO è un indice ricavato dalle temperature delle acque superficiali dell'Atlantico Settentrionale ed indica il loro scostamento da un valore medio. Si noti che questo valore medio viene raggiunto solo durante le fasi di variazione da una AMO negativa a una AMO positiva e viceversa: in genere l'indice si pone su valori molto più alti o molto più bassi del normale.

La figura 1 mostra l'andamento della AMO dal XX secolo a oggi. Si nota come una fase ad anomalia “calda” è stata presente tra gli anni '30 e gli anni '60 del XX secolo, mentre una fase ad anomalia “fredda” ha caratterizzato il periodo tra la metà degli anni '60 e gli '80.

I fattori che influenzano la AMO sono ancora oggetto di dibattito: apparentemente la lunghezza dei suoi cicli, molto più lunga, è incompatibile con quella dei cicli undecennali solari e viene messa in relazione a variazioni nel sistema delle correnti dell'Atlantico Settentrionale in cui una corrente calda (quella del Golfo) scorre in superficie verso nord e correnti fredde scorrono in profondità verso sud.

Inoltre non ci sono dubbi che sul fatto che le principali eruzioni vulcaniche abbiano un effetto regolatore sulla AMO [1], visto che ce l’hanno a livello globale (ne ho parlato in diversi post - per esempio qui). 

Ma l'indice che più domina ed influenza il clima europeo è la NAO (North Atlantic Oscillation), un coefficiente definito nel 1997 in base alla differenza fra la pressione normalizzata a Gibilterra e a Stykkisholmur in Islanda [2]. La NAO segue un ciclo di durata simile a quello solare, anche se come nel caso dei movimenti annuali dell’anticiclone delle Azzorre, la risposta della NAO ai cicli solari è leggermente sfalsata [3]. 

In buona sostanza, con una NAO positiva si rafforzano sia l'anticiclone delle Azzorre che le depressioni islandesi. Faccio una precisazione: dico “le depressioni” perchè mentre l’anticiclone delle Azzorre è statico ed è sempre lo stesso, nell’Atlantico settentrionale le depressioni si formano di continuo e si muovono più o meno velocemente verso est (o sudest), susseguendosi nel tempo: quindi abbiamo “sempre” UNA depressione dell’Islanda ma non è mai la stessa. 

Una maggiore forza di queste figure atmosferiche è indubbiamente in relazione con la maggiore radiazione solare perchè maggiore è il riscaldamento equatoriale, maggiori sono gli scambi termici con l’Artico e quindi si capisce perchè i massimi della NAO si verificano dopo i massimi solari e i minimi si verificano dopo i minimi solari. Bisogna considerare anche nel bilancio del riscaldamento solare che l’Artico “incassa” meno calore delle medie e basse latitudini sia perchè i raggi solari lo colpiscono con un angolo minore, sia perchè essendo bianca per il ghiaccio, la superficie del mare e delle terre fa rimbalzare via buona parte della (poca) radiazione che lo colpisce. 

Quindi più la NAO è alta, più le perturbazioni stanno verso nord e quindi il clima è più umido e più caldo del normale sul nord Europa e più secco e più fresco nell’area mediterranea. Al contrario una NAO debole porta precipitazioni inferiori alla media e clima più secco nell’Europa Settentrionale, mentre aumenta le piogge in Europa meridionale, ad esempio in pianura padana [4], in Calabria [5] e anche per la penisola iberica, dove è in stretta correlazione con il numero di frane che si verificano in Portogallo in un'area vicino a Lisbona [6]. 

La NAO governa anche lo spessore degli anelli di crescita degli alberi [7] e pertanto proprio studiando la dendrocronologia si possono avere buone indicazioni delle sue alternanze nel passato.

CICLI SOLARI ED EVENTI METEORICI ESTREMI IN ITALIA

Le variazioni di intensità delle precipitazioni ed altre variazioni indotte da AMO e NAO hanno avuto un forte impatto nella vita sociale italiana. Ad esempio il boom dello sci di massa durante gli anni '70, oltre alla pubblicità fornita dalle eccellenti prestazioni di alcuni atleti di nazionalità italiana, è stato favorito da autunni piovosi e freschi promossi dalla fase fredda dettata in quegli anni dalla AMO, grazie ai quali fu ottenuta una copertura nevosa ottimale.

La NAO invece, strettamente dipendente dal ciclo solare, è alla base dell'alternanza fra treni di annate più freschi e piovosi, che si annidano intorno ai minimi in alternanza a treni di annate più calde e meno piovose intorno ai massimi e pertanto si può affermare che i cicli solari governano il tempo in Italia e altrove in Europa.

Come corollario, in un Paese come il nostro, le fasi in cui il valore dell’Oscillazione dell’Atlantico Settentrionale è bassa, corrispondendo a piogge copiose, sono anche quelle durante le quali avviene un maggior numero di eventi alluvionali e franosi [8]. 

La figura 3, di Nicola Casagli, correla i numeri delle vittime di catastrofi idrogeologiche in Italia con i cicli solari. Si può notare che le alluvioni non presentano una distribuzione casuale nel tempo ma tendono a raggrupparsi in cluster temporali, annidati intorno ai minimi. Fra queste catastrofi sono considerati anche eventi fondamentalmente di natura antropica (i disastri delle dighe di Gleno, Vajont e Stava), perchè i problemi sono stati innescati da periodi anomalmente piovosi.

Si può notare anche che la serie di annate piovose si allunga proseguendo nei dintorni del massimo quando questo è debole come nel 1970 e in quello attuale: ed è la debolezza del ciclo solare n.24 ora in atto che ha prolungato il periodo di piogge correlato al minimo del 2008 e la storia italiana è punteggiata da una fitta serie di disastri idrogeologici che hanno investito un po' tutto il Paese.

A me sembra pure di trovare una correlazione fra il tipo di alluvione e la AMO, perchè le modalità di questi disastri negli ultimi anni sono nettamente diverse da quelle di prima; gli eventi tipo quella del Po del 1951 e del 1966 (che non si limitò all’Arno!) hanno riguardato estesi bacini investiti da precipitazioni diffuse e continue, mentre quelle attuali sono il  riusultato di piogge fortissime in un luogo limitato e per un tempo limitato.

Oltre al riscaldamento globale (che ha aumentato a dismisura le temperature delle acque del Mediterraneo, facilitando l’evaporazione) è possibile che le modalità di svolgimento degli eventi degli ultimi anni siano correlate alla presenza di una AMO particolarmente alta, mentre le grandi alluvioni possano coprrispondere a valori della AMO più bassi. 

COROLLARIO SU QUESTI GIORNI. Con questo non voglio entrare nel tema “l’estate sarà calda o fredda”: queste cosiddette previsioni mi lasciano piuttosto perplesso.

Però mi domando se il tempo di questi primi giorni di giugno, contrassegnato da forti pioggie e temperature abbastanza basse rispetto alla media sia una conseguenza della attività solare particolarmente scarsa che stiamo osservando, dato che come si vede in questo grafico della NOAA, anche la NAO è particolarmente bassa

[1] Knudsen et al (2014). Evidence for external forcing of the Atlantic Multidecadal Oscillation since termination of the Little Ice Age. Nature communications DOI: 10.1038/ncomms4323J

[2] Jones et al (1997). Extension to the North Atlantic Oscillation using instrumental pressure observations from Gibraltar and south-west Iceland. Int. J. Climatol., 17, 1433–1450 

[3] Scaife et al (2013). A mechanism for lagged North Atlantic climate response to solar variability. Geophysical Research Letters 40, 434–439

[4] Zanchettin, A. Rubino, P. Traverso and M. Tomasino 1,2 (2008) Impact of variations in solar activity on hydrological decadal patterns in northern Italy. Journal of Geophysical Research, vol. 113, D12102, doi:10.1029/2007JD009157 

[5] Ferrari et al (2013) Influence of the North Atlantic Oscillation on winter rainfall in Calabria (southern Italy) Theor Appl Climatol 114:479–494 DOI 10.1007/s00704-013-0856-6

[6] Zezere et al (2005): Shallow and deep landslides induced by rainfall in the Lisbon region (Portugal): assessment of relationships with the North Atlantic Oscillation. Natural Hazards and Earth System Sciences, 5, 331–344, 2005

[7] Piraino e Roig-Junent (2013) North Atlantic Oscillation influences on radial growth of Pinus pinea on the Italian mid-Tyrrhenian coast. Plant Biosystems http://dx.doi.org/10.1080/11263504.2013.770806

[8] Canuti et al 1985: Correlation between rainfall and landslides, Bulletin International Association Engineering Geology, 32, 49–54