“Questi cambiamenti sono associati a significative variazioni nella tendenza della temperatura globale e nella variabilità dell’ENSO. L’ultimo di questi eventi è noto come il grande cambiamento climatico degli anni ’70.” Anastasios A. Tsonis, Kyle Swanson & Sergey Kravtsov (2007)
4.1 Introduzione
Sebbene lo studio della variabilità del tempo abbia una lunga tradizione, la scienza del cambiamento climatico è un argomento scientifico molto giovane, come testimoniato dalla scoperta nel 1984 della prima oscillazione pluriennale, il fenomeno principale di variabilità interna del clima globale, da parte di Folland et al. L’impatto di questa caratteristica fondamentale del sistema climatico globale è stato scoperto dieci anni dopo da Schlesinger e Ramankutty (1994), dopo che il riscaldamento globale moderno era già stato attribuito ai cambiamenti di CO2, illustrando il rischio di raggiungere un consenso con una comprensione insufficiente dell’argomento in questione. L’Oscillazione (Inter) Decadale del Pacifico (PDO) è stata scoperta tre anni dopo (Mantua et al. 1997; Minobe 1997). L’Oscillazione Pluriennale dell’Atlantico (AMO) non è stata nominata fino a solo due decenni fa (Kerr 2000).
Prima degli anni ’80, si pensava generalmente che il clima cambiasse così lentamente da essere quasi impercettibile durante l’arco di una vita umana. Ma poi è diventato chiaro che cambiamenti climatici bruschi si sono verificati durante il passato periodo glaciale (Dansgaard et al. 1984), gli eventi Dansgaard-Oeschger hanno dimostrato che il clima regionale, emisferico e persino globale poteva subire drastici cambiamenti nell’arco di pochi decenni. Il problema era che la teoria moderna del cambiamento climatico era costruita intorno a cambiamenti graduali nell’effetto serra (GHE) e non lasciava molto spazio per cambiamenti globali, bruschi e drastici che non potevano essere adeguatamente spiegati da cambiamenti nella forzatura radiativa dei gas serra (GHG).
Le prime spiegazioni per gli eventi Dansgaard-Oeschger glaciali coinvolgevano drastiche modifiche nel trasporto meridionale (MT) a causa della Circolazione Meridionale Atlantica di Ovest (AMOC). L’AMOC fa parte della teoria del nastro trasportatore globale che cerca di spiegare il flusso di calore attraverso gli oceani della Terra. L’ipotesi dell’AMOC, meglio conosciuta come l’ipotesi dell’oscillatore del sale (Broecker et al. 1990), tuttavia, non è sufficiente, poiché non esistono prove che l’AMOC abbia subito le brusche e drastiche modifiche necessarie per produrre gli eventi. L’attuale teoria sul MT si basa su ciò che è noto come l’ipotesi di compensazione di Bjerkness, dove le modifiche in uno dei componenti del MT (quello oceanico o quello atmosferico) sono compensate da modifiche simili di segno opposto nell’altro. Le attuali interpretazioni del fenomeno Dansgaard-Oeschger si basano su rapidi cambiamenti del ghiaccio marino che avvengono nei mari nordici che rilasciano bruscamente una grande quantità di calore immagazzinato nell’oceano sotto il ghiaccio marino (Dokken et al. 2013).
Gli eventi Dansgaard-Oeschger si sono rivelati essere un fenomeno del mondo glaciale con poca applicabilità alle condizioni dell’Olocene, ma è chiaro che i cambiamenti climatici improvvisi sono una realtà che richiede una spiegazione. Gli studi sul cambiamento climatico dell’Olocene hanno identificato almeno 23 eventi climatici improvvisi (Fig. 4.1e; Vinós 2022) durante gli ultimi 11.700 anni (circa due per millennio in media). Sono ben riflessi in diverse proxy di natura diversa e identificati come tali nella letteratura paleoclimatica. Dalle loro diverse firme climatiche, è chiaro che questi eventi non possono rispondere a una singola causa. Eppure la teoria moderna del cambiamento climatico ci ha lasciato solo due possibilità, cambiamenti nella forzatura radiativa prodotti da cambiamenti nei GHG atmosferici, o attività vulcanica. Questi semplici processi non possono spiegarli tutti. I cambiamenti nella CO2 possono essere esclusi come causa, poiché da 11.000 anni fa al 1914 è rimasta tra 250 e 300 ppm, e le oscillazioni decennali o centenarie nella CO2 hanno variato solo di pochi ppm secondo i nuclei di ghiaccio. La forzatura vulcanica presenta un problema, perché la sua evoluzione nell’Olocene è stata opposta all’evoluzione della temperatura. Era più forte quando il pianeta si riscaldava e più debole quando si raffreddava, raggiungendo un minimo circa 3.000 anni fa, quindi non può essere un forte motore del cambiamento della temperatura centenaria. Infatti, la Piccola Era Glaciale (LIA), l’evento climatico improvviso più recente prima del riscaldamento globale moderno, non può essere spiegato dalla forzatura CO2 o vulcanica. Secondo il registro di solfato vulcanico del nucleo di ghiaccio GISP2 (Fig. 4.1c; Zielinski et al. 1996), l’attività vulcanica era sopra la media tra il 1166-1345 AD, ma era al di sotto durante la maggior parte della LIA, diventando elevata di nuovo solo verso la fine di essa, nel periodo 1766-1833 AD.
Fig. 4.1 Cambiamento climatico improvviso durante l’Olocene. a) Curva nera, ricostruzione della temperatura globale da 73 proxy (da Marcott et al. 2013; con date proxy originali e media differenziale), espressa come distanza dalla media in deviazioni standard (Z-score). b) Curva viola, inclinazione dell’asse terrestre (obliquità) in gradi. c) Curva rossa, solfato vulcanico dell’Olocene nel nucleo di ghiaccio GISP2 in parti per miliardo sommate per ogni secolo in scala BP (il punto più a destra è 0-99 o 1851-1950), con linea di tendenza quadratica (sottile linea rossa). Dati da Zielinski et al. 1996. d) Curva azzurra chiara, livelli di CO2 misurati nel nucleo di ghiaccio Epica Dome C (Antartide). Dati da Monnin et al. 2004. e) Barre grigio chiaro, eventi climatici improvvisi durante l’Olocene determinati da traccianti petrologici trasportati dal ghiaccio (Bond et al. 2001), cambiamenti del metano (Blunier et al. 1995; Kobashi et al. 2007; Chappellaz et al. 2013), cambiamenti del livello del Mar Morto (Migowski et al. 2006), cambiamenti dell’isotopo δ18O nella Grotta di Dongge (Wang et al. 2005), cambiamenti delle precipitazioni nel Nord Levante (Kaniewski et al. 2015), e cambiamenti dell’abbondanza di dolomite nel record di deposito eolico del Golfo dell’Oman (Cullen et al. 2000). Le caselle grigio scuro in basso danno le loro date approssimative in ka. Da Vinós 2022
La teoria climatica moderna ha un problema nel spiegare il cambiamento climatico improvviso e ha sviluppato una spiegazione vaga che utilizza concetti dalla teoria del caos riguardanti soglie che vengono oltrepassate e punti di non ritorno che vengono raggiunti quando una forzatura aumenta gradualmente su uno sfondo caotico rumoroso. Il problema è che non esistono prove dell’esistenza di tali soglie e punti di non ritorno oltre all’esistenza dei cambiamenti climatici improvvisi che cercano di spiegare. Vengono anche invocati feedback positivi teorici, ma la generale stabilità del clima che è stata compatibile con la vita per gli ultimi 450 milioni di anni indica che è un sistema dominato da feedback negativi. Come di solito avviene con un paradigma in crisi, si rifugia negli aspetti meno conosciuti del clima, come l’importanza della poco misurata circolazione termoalina per il cambiamento climatico, trovando un certo supporto nei modelli di circolazione generale, ma non nelle prove, che suggeriscono che l’AMOC è molto più stabile di quanto precedentemente pensato (Worthington et al. 2021), e non sembra dipendere molto dalla formazione di acque profonde (Lozier 2012).
Oltre agli eventi climatici improvvisi che hanno avuto luogo secoli o millenni fa, il clima attuale subisce anche rapidi cambiamenti di regime ogni pochi decenni. Il concetto di cambio di regime è stato sviluppato in ecologia per spiegare le rapide transizioni tra stati stabili alternativi, principalmente negli ecosistemi di pascolo. Lluch-Belda et al. (1989) hanno utilizzato il concetto per spiegare l’alternanza tra regimi di sardine e acciughe simultaneamente in diversi oceani del mondo, possibilmente in risposta al cambiamento climatico. I loro dati hanno mostrato che almeno due cambi tra regimi di sardine e acciughe erano avvenuti durante il XX secolo prima degli anni ’80.
4.2 Il cambiamento climatico del 1976-77
Al 7° Workshop Annuale sul Clima del Pacifico nel 1990, Ebbesmeyer et al. (1991) presentarono uno studio che dimostrava che nel 1976 il clima del Pacifico aveva subito un cambiamento repentino in 40 variabili ambientali, tra cui temperature dell’aria e dell’acqua, l’Oscillazione Meridionale, clorofilla, oche, salmoni, granchi, ghiacciai, polveri atmosferiche, coralli, anidride carbonica, venti, copertura di ghiaccio e trasporto dello Stretto di Bering. I cambiamenti suggerivano che uno degli ecosistemi più grandi della Terra subisce occasionalmente cambiamenti bruschi. Nicholas Graham (1994) analizzò i cambiamenti improvvisi che si verificarono nella circolazione invernale boreale nell’Emisfero Settentrionale e nel sistema accoppiato oceano/atmosfera del Pacifico tropicale, concludendo che questi cambiamenti assomigliavano a un El Niño quasi permanente e attenuato, che iniziò quando il sistema accoppiato oceano/atmosfera non si riprese completamente dall’El Niño del 1976-77, e furono meglio descritti come un cambiamento nello stato climatico di base. Inoltre, la circolazione invernale boreale a medie latitudini divenne più vigorosa, con un’escursione verso sud dei venti occidentali, cambiamenti significativi nelle altezze geopotenziali e nella pressione al livello del mare, accompagnati da una migrazione verso sud del centro di bassa pressione delle Aleutine in inverno.
L’esame dei dati storici sul clima e sulla pesca del Pacifico settentrionale da parte di Mantua et al. (1997) e di Minobe (1997) ha portato all’identificazione di un’oscillazione climatica di 50-70 anni che è stata chiamata Oscillazione Decadale del Pacifico (PDO; Mantua et al. 1997). I cambiamenti di regime nel PDO sono stati identificati in entrambi gli articoli circa nel 1925, 1947 e 1977. I cambiamenti coordinati pan-Pacifici nel clima e nelle variabili ecologiche erano evidenti in molti indici di temperatura della superficie del mare (SST) e pressione al livello del mare (SLP), come l’Indice di Oscillazione Meridionale, definito da Gilbert Walker negli anni ’20, e noto dagli anni ’60 per tracciare i cambiamenti atmosferici legati all’El Niño nella circolazione di Walker. Mantua e Hare definirono la PDO come la principale componente principale di una funzione ortogonale empirica delle anomalie mensili della SST sul Pacifico settentrionale (a nord di 20°N; Mantua & Hare 2002). Poiché i cambiamenti nella SLP precedono i cambiamenti nella SST di circa due mesi, Shoshiro Minobe (1999) si concentrò sulla SLP, utilizzando l’Indice del Pacifico Settentrionale (Trenberth & Hurrell 1994) che traccia i cambiamenti stagionali della SLP in un’ampia regione del Pacifico Settentrionale centrata sulla Bassa delle Aleutine. Utilizzando questo indice, Minobe dimostrò che c’erano due oscillazioni che causavano cambiamenti climatici. La principale oscillazione, già identificata, aveva un periodo di circa 55 anni. Ha influenzato la variabilità della SLP durante la circolazione atmosferica invernale e primaverile, e presentava cambiamenti a circa 1922/23, 1948/49 e 1975/76 (Minobe 1999). La minore oscillazione aveva un periodo di circa 18 anni e influenzava solo la circolazione invernale. Tre periodi della minore oscillazione (cioè, cambiamenti a circa1923/24, 1946/47 e 1976/77) coincidono quasi per tempo e segno con i cambiamenti di pressione della maggiore oscillazione (Fig. 4.2).
Fig. 4.2 Oscillazioni multidecadali e bidecadali nel Pacifico settentrionale. a) Il coefficiente della trasformata wavelet dell’indice invernale del Pacifico settentrionale come anomalia della pressione al livello del mare media su area (hPa) nella regione 160°E−140°W, 30−65°N. È una rappresentazione tridimensionale del dominio temporale (1899-1997, asse X), del dominio delle frequenze (periodicità, asse Y), e dell’ampiezza dei cambiamenti (scala di colori, hPa) dei cambiamenti di pressione in una regione centrata sulla Bassa delle Aleutine. Il colore blu indica una Bassa delle Aleutine più profonda associata a fasi positive della PDO. I contorni neri sottili solidi, neri tratteggiati e grigi indicano la significatività ai livelli di confidenza del 95, 90 e 80 %, rispettivamente. Da Minobe 1999. b) La fase e l’ampiezza dell’onda sinusoidale del ciclo nodale lunare diurno del costituente di marea K1 (linea nera spessa, scala a sinistra) sono state sovrapposte per mostrare che sia la fase che il periodo del componente bidecadale nel record strumentale sono quelli del ciclo nodale lunare di 18,6 anni. Dopo McKinnell e Crawford (2007). c) Linee verticali, date dei cambiamenti di regime climatico del Pacifico identificati da Mantua et al. (1997)
Anche l’Atlantico settentrionale presenta un’oscillazione multidecadale, l’AMO, e una bidecadale (Frankcombe et al. 2010). La relazione tra le oscillazioni bidecadali e multidecadali rimane poco chiara. Una relazione subarmonica è improbabile nonostante il loro accoppiamento. Nel Pacifico settentrionale hanno una diversa dipendenza stagionale, e nell’Atlantico settentrionale l’oscillazione bidecadale è meglio visibile nelle temperature sottosuperficiali, mentre quella multidecadale influenza principalmente la temperatura superficiale e la salinità dell’acqua profonda dell’Artico (Frankcombe et al. 2010). McKinnell e Crawford (2007) propongono che l’oscillazione bidecadale del Pacifico settentrionale sia una manifestazione del ciclo nodale lunare di 18,6 anni nelle temperature dell’aria e del mare invernali. Questo ciclo lunare influisce fortemente sull’ampiezza del costituente di marea diurna lunare (K1) ed è sincronizzato in fase e periodo con l’oscillazione bidecadale. Nella Fig. 4.2 un aumento di K1 (sinusoidale verso l’alto) è associato a una diminuzione della SLP (colori blu) e una diminuzione di K1 a un aumento della SLP. Secondo McKinnell e Crawford, il componente bidecadale di variabilità associato al ciclo nodale lunare di 18,6 anni appare nelle temperature proxy fino a 400 anni di durata. Una causa mareale per l’oscillazione bidecadale fornisce certamente una spiegazione per l’effetto delle temperature sottosuperficiali nell’Atlantico settentrionale. Le maree forniscono più della metà dell’energia per il mescolamento verticale dell’acqua negli oceani.
Il lavoro di Schlesinger e Ramankutty (1994) ha reso chiaro che la variabilità multidecadale aveva un effetto globale sulla temperatura, che mostrava anche un’oscillazione di circa 55-70 anni quando era detrendata. Oscillazioni interdecadali sono state descritte nella maggior parte degli oceani, compreso l’Artico, influenzando una varietà di fenomeni climatici tra cui SST, SLP, temperatura sottosuperficiale del mare, salinità, ghiaccio marino, velocità del vento, livello del mare e circolazione atmosferica. Era necessario avere una visione globale che integrasse tutta questa variabilità naturale in un’unica ipotesi di cambiamento climatico interno globale multidecadale. È quello che Marcia Wyatt ha realizzato quando ha sviluppato l’ipotesi della “stadium-wave” nella sua tesi (Wyatt 2012). Ha identificato un segnale climatico multidecadale che si propagava attraverso l’emisfero settentrionale attraverso indici di una rete sincronizzata (Fig. 4.3). Mentre Wyatt non poteva identificare la natura del segnale, o la causa del suo periodo di circa 64 anni, Wyatt e Curry (2014) hanno identificato la regione del mare ghiacciato artico eurasiatico come il luogo in cui il segnale è stato generato per la prima volta. Come abbiamo visto nella Parte III, questa è la principale via di accesso per il trasporto meridionale atmosferico invernale verso l’Artico (ad esempio, vedere Fig. 3.6 & 3.8b), a cui il mare ghiacciato è molto sensibile.
Fig. 4.3 L’ipotesi dello stadio d’onda. Propagazione del segnale nel 20° secolo attraverso una rete di 15 indici. Gli indici selezionati sono un sottoinsieme di una rete più ampia. Sono evidenziati quattro gruppi di indici (±I attraverso IV). Ogni gruppo viene chiamato un “Gruppo Temporale”. I valori di picco degli indici del gruppo rappresentano le fasi dell’evoluzione del regime climatico. Da Wyatt e Curry 2014.
Chiaramente si verifica una variabilità multidecadale sincronizzata emisfericamente nel sistema accoppiato oceano-atmosfera nell’NH durante l’inverno. Anche la maggior parte del riscaldamento globale moderno ha avuto luogo dal 1976 nell’NH durante i mesi invernali (Fig. 4.4). È ovvio per chiunque dotato di pensiero indipendente che il cambiamento climatico che ha interessato gli inverni dell’NH dal 1976 e il riscaldamento globale che ha interessato principalmente gli inverni dell’NH dal 1976 devono essere correlati causalmente. Almeno, la variabilità naturale multidecadale deve essere responsabile di una parte importante del riscaldamento globale sperimentato nel periodo 1976-2000. Tuttavia, al momento in cui il riscaldamento multidecadale e i cambiamenti di regime climatico erano noti ai climatologi (negli anni ’90-2010), la teoria climatica moderna aveva già giocato una carta vincente assegnando il cambio climatico del 1976 agli aerosol. Come affermano Tsonis et al. (2007):
“La spiegazione standard per il riscaldamento post anni ’70 è che l’effetto radiativo dei gas serra ha superato gli effetti di riflessione a corto raggio dovuti agli aerosol. Tuttavia, … le osservazioni con questo evento, suggeriscono un’ipotesi alternativa, ovvero che il clima sia cambiato dopo l’evento degli anni ’70 in uno stato diverso di un clima più caldo, che può essere sovrapposto a un trend di riscaldamento antropogenico.”
Nonostante questa consapevolezza, la teoria climatica moderna si è rifiutata di incorporare l’effetto dei cambiamenti climatici, che sono mal riprodotti e mai predetti dai modelli. Questo predispone la teoria al fallimento poiché la stessa carta vincente non può essere giocata di nuovo quando arriva il prossimo cambiamento. I sostenitori della teoria climatica moderna possono ignorare un nuovo cambiamento? O riconosceranno le carenze della teoria, dopo aver impegnato le economie occidentali in una profonda decarbonizzazione?
Fig. 4.4 Tassi emisferici stagionali di riscaldamento. Anomalia media della temperatura dell’emisfero settentrionale e dell’emisfero meridionale per dicembre-febbraio (continuo), marzo-maggio (linea lunga), giugno-agosto (linea corta) e settembre-novembre (puntinato) per il periodo 1970-2000. Dati da Jones et al. 2016.
4.3 Nonostante tutti guardassero al clima, il cambiamento del 1997-98 è passato inosservato
Il fallimento nell’incorporare i cambiamenti climatici nella teoria climatica moderna è uno dei motivi per cui il cambiamento climatico avvenuto nel 1997-98 (97CS) non è stato notato e adeguatamente descritto. Un altro motivo è che molti dei suoi effetti sono stati erroneamente attribuiti all’aumento della forzante radiativa dovuta ai crescenti livelli di gas serra e utilizzati per aumentare il livello di allarme climatico. Così come il cambiamento del 1976 ha modificato il clima dell’NH in uno stato più caldo (Tsonis et al. 2007) aumentando il tasso di riscaldamento (Fig. 4.4), il 97CS ha fatto l’opposto e ha cambiato lo stato climatico riducendo il tasso di riscaldamento. Imbarazzantemente, non sono stati gli scienziati del clima a notare questo cambiamento, dal momento che non si adattava ai loro pregiudizi riguardo ai crescenti livelli di gas serra, ma un geologo e paleontologo scettico sulla teoria climatica moderna che lo ha segnalato per primo: “C’È un problema con il riscaldamento globale… si è fermato nel 1998” (Carter 2006).
Dopo che la pausa nel riscaldamento globale fu identificata, centinaia di articoli furono pubblicati su di essa su riviste scientifiche e scoppiò una grande controversia sulla sua realtà, con alcuni autori che negavano la sua esistenza (Lewandowsky et al. 2016) e addirittura alteravano i set di dati ufficiali per ridurre la sua importanza (Karl et al. 2015), e altri autori che la affermavano come un fenomeno reale che necessitava di una spiegazione (Fyfe et al. 2016).
La controversia sulla pausa è stato un terzo fattore che ha offuscato il riconoscimento del 97CS nonostante le evidenti prove della sua esistenza. Questo fattore, insieme all’assenza di cambiamenti climatici nella teoria e nei modelli climatici moderni, e l’erronea attribuzione dei suoi effetti alla crescente forzatura dei gas serra, ha tenuto la conclusione ovvia fuori dal mainstream. Lluch-Belda et al. (1989) hanno identificato i cambiamenti di regime delle sardine e delle acciughe a livello globale suggerendo una causa di cambiamento climatico. Questi punti di cambiamento della pesca furono successivamente identificati come punti di cambiamento del clima del Pacifico che avevano teleconnessioni globali (Mantua & Hare 2002). Chavez et al. (2003) hanno segnalato sulla rivista Science che un nuovo cambiamento di regime multidecadale nelle pescherie del Pacifico era avvenuto a metà degli anni ’90. Il caldo “regime delle sardine” era cambiato in un fresco “regime delle acciughe”. Gli autori hanno consigliato (ovviamente invano) che queste variazioni di grande scala, che si verificano naturalmente, dovrebbero essere prese in considerazione quando si considera il cambiamento climatico indotto dall’uomo. Il 97CS continua a non essere riconosciuto dagli scienziati del clima. Il prossimo cambiamento probabilmente avverrà alla fine degli anni ’20 e all’inizio degli anni ’30. Sarebbe vergognoso se gli scienziati del clima, a quel tempo, sono ancora impreparati per il cambiamento, e non riconoscono il contributo della variabilità multidecadale al riscaldamento globale moderno.
4.4 Come il clima è cambiato globalmente al 97CS
La scienza è talmente specializzata e compartimentalizzata al giorno d’oggi che nessuno ha raccolto tutte le prove che confermano il cambiamento climatico globale del 1997-98. Un cambiamento che è chiaramente inspiegabile dai cambiamenti nei livelli di gas serra e dalla teoria climatica moderna. L’attività solare è cambiata da alta nel ciclo solare (SC) 22 a bassa nel SC24 (Fig. 4.5a, linea nera). Questo cambiamento può essere meglio apprezzato nella grande diminuzione dell’indice magnetico di ampiezza antipodale (Fig. 4.5a, linea rossa), che misura le perturbazioni geomagnetiche causate principalmente dal vento solare, a valori minimi secolari. Abbiamo già menzionato la famosa pausa nel riscaldamento globale (Fig. 4.5b), che può essere meglio caratterizzata come una riduzione del tasso di riscaldamento globale dopo la metà degli anni ’90, e che è ancora in corso nonostante la sua interruzione dal forte El Niño del 2015-16, dopo il quale non si è verificato ulteriore riscaldamento, a partire dalla metà del 2022.
Al 97CS, un modello di frequenza prevalentemente Niño nell’ENSO si è trasformato in un modello prevalentemente Niña, come determinato dall’indice cumulativo multivariato El Niño (MEI v.2). L’indice sommato mostrava un trend crescente durante il precedente regime climatico, raggiunse il picco nel 1998 e mostra un trend decrescente successivamente (Fig. 4.5c, linea nera). Il volume di acqua calda all’equatore ha diminuito la sua variabilità (Fig. 4.5c, linea rossa), e le forti anomalie negative nel volume di acqua calda, che avvenivano una volta al decennio, si sono interrotte dopo il 2000. Al 97CS, si è verificato uno spostamento verso ovest nella variabilità atmosfera-oceano nel Pacifico tropicale, caratterizzato da una diminuzione della variabilità dell’ENSO che coincide con la soppressione della variabilità della temperatura dell’oceano sottosuperficiale e un indebolimento dell’accoppiamento atmosfera-oceano nel Pacifico tropicale. Il cambiamento si è manifestato come più eventi El Niño nel Pacifico centrale rispetto al Pacifico orientale, e un aumento della frequenza nell’ENSO, legato a uno spostamento verso ovest della regione di interazione vento-SST (Li et al. 2019). I cambiamenti nell’accoppiamento atmosfera-oceano nel Pacifico tropicale hanno avuto un riflesso nella stratosfera. Il vapor d’acqua stratosferico globale (60°N-S) è diminuito bruscamente nel 2001 (Fig. 4.5d). Contemporaneamente, la tropopausa tropicale si è raffreddata (Randel & Park 2019), indicando che anche un cambiamento netto nell’accoppiamento troposfera-stratosfera tropicale ha avuto luogo.
Fig. 4.5 Manifestazioni del grande cambiamento climatico del 1997-98. Cambiamenti quasi simultanei in fenomeni legati al clima si sono verificati a livello globale tra il 1995 e il 2005. a) Macchie solari da ottobre a gennaio (linea nera sottile) e media delle macchie solari da ottobre a gennaio su 11 anni (linea nera spessa). L’attività solare è diminuita da alta (108 macchie solari 1980-1995) a bassa (54 macchie solari 2005-2015). Dati da WDC-SILSO. Indice geomagnetico di ampiezza antipodale (Aa) con media su 13 mesi (linea rossa sottile) e media su 11 anni (linea rossa spessa) che misura le perturbazioni magnetiche causate principalmente dal vento solare. Dati da ISGI. b) Anomalia della temperatura media globale della superficie in °C che mostra la pausa del 1998-2013 nel riscaldamento. Dai dati annuali MetOffice HadCRUT 4.6. c) L’indice cumulativo multivariato ENSO v.2 è passato da crescente a decrescente nel 1998, indicando un cambiamento nel modello ENSO. Dati da NOAA. Il cambiamento si riflette anche in una forte riduzione della variabilità dell’anomalia del volume di acqua calda (WWVa) all’equatore (5°N-5°S, 120°E-80°W sopra i 20 °C), dove dopo il 2000 non si raggiungono più valori negativi di -1. Dati in 1014 m3 dal TAO Project Office di NOAA/PMEL. d) Anomalia mensile del vapore acqueo stratosferico a 60°N-S, altitudine di 17,5 km, da dati di occultamento solare (linea nera) e da dati di sonde a microonde (linea rossa) in ppmv. Il cambiamento del 2001 è confermato da misurazioni della temperatura della tropopausa con radiosondaggi. Da Randel & Park 2019. e) Anomalia della copertura nuvolosa mensile (linea sottile) e annuale (linea spessa) da 90°S a 90°N (%). Dati dal set di dati EUMETSAT CM SAF, dopo Dübal & Vahrenholt (2021). f) Anomalia media annuale dell’intensità della cella di Hadley (in % rispetto alla media) per l’NH da otto rianalisi (linea nera), e anomalia media annuale del bordo della cella di Hadley (in ° di latitudine) per l’NH da otto rianalisi (linea rossa). Da Nguyen et al. 2013. g) Cambiamento annuale medio della durata del giorno (ΔLOD) in ms, invertito (in alto c’è un accorciamento del LOD dovuto all’accelerazione della rotazione della Terra). Dati da IERS LOD C04 IAU2000A. h) Aumento annuale della media mobile su 10 anni del contenuto termico dell’oceano (linea nera) e squilibrio energetico terrestre medio annuale ottenuto come differenza tra la radiazione solare incidente e la radiazione totale in uscita (linea rossa). Entrambi in W/m2. Dopo Dewitte et al. 2019. Da Vinós 2022.
Al 97CS, la copertura nuvolosa bassa è diminuita (Fig. 4.5e; Veretenenko & Ogurtsov 2016; Dübal & Vahrenholt 2021), mentre l’anomalia dell’albedo ha raggiunto il suo punto più basso nel 1997 e ha iniziato ad aumentare (Goode & Pallé 2007), a causa dell’aumento della copertura nuvolosa ad alta e media quota. Durante il periodo 1995-2005 si è verificata una tropicalizzazione del clima e i tropici si sono espansi in quanto le celle di Hadley hanno aumentato la loro estensione e intensità (Fig. 4.5f; Nguyen et al. 2013). Il momento angolare atmosferico è diminuito, causando un aumento della velocità di rotazione della Terra, riducendo la durata del giorno di 2 ms (Fig. 4.5g). Tutti questi cambiamenti hanno alterato l’energetica del sistema climatico. Lo squilibrio energetico della Terra, la radiazione solare incidente meno la radiazione longwave totale in uscita (OLR) misurata dal sistema CERES, ha iniziato a diminuire, (Fig. 4.5h, linea rossa; Dewitte et al. 2019). Il cambiamento energetico globale al 97CS ha comportato un cambiamento di tendenza nella derivata del contenuto di calore oceanico (OHC) nel tempo (Fig. 4.5h, linea nera; Dewitte et al. 2019). Questo cambiamento indica che l’OHC ha iniziato ad aumentare più lentamente, il che smentisce le affermazioni secondo cui il calore mancante risultante dalla pausa nel riscaldamento stava andando agli oceani (Chen & Tung 2014).
Queste sono alcune delle variabili climatiche globali che mostrano un cambiamento rapido al momento del cambio di regime climatico identificato da Chavez et al. (2003) come una transizione da un regime di “sardine calde” a un regime di “acciughe fresche”, l’opposto del cambio del 1976 che è stato identificato durante gli anni ’90. Venticinque anni dopo il riconoscimento dei cambiamenti climatici, il 97CS non è stato riconosciuto dalla scienza climatica moderna. Il fatto che il 76CS sia stato riconosciuto e il 97CS no è un forte segno che la teoria climatica moderna è un ostacolo alla comprensione del cambiamento climatico e sta portando gli scienziati a ignorare i fatti che la teoria non riesce a spiegare.
4.5 Il cambio nell’Artico e l’amplificazione polare
Quando il clima globale ha subito un cambiamento nel 1997-98, il clima artico è stato fortemente influenzato. Nella Parte III, durante l’analisi di come il calore viene trasportato durante l’inverno verso l’Artico, abbiamo menzionato che non c’era stata una grande amplificazione artica fino al 1995 nonostante due decenni di intenso riscaldamento, riprendendo le parole di Curry et al. (1996): “La relativa mancanza di riscaldamento osservato e il relativamente piccolo ritiro dei ghiacci possono indicare che i GCM stanno enfatizzando eccessivamente la sensibilità del clima ai processi ad alta latitudine.” Al cambio climatico del 97, l’amplificazione artica è aumentata notevolmente e improvvisamente, ma ha mostrato una stagionalità sorprendente. Le temperature estive artiche non stanno aumentando (Fig. 4.6a, linea nera). Qualsiasi aumento del calore netto trasportato in estate verso l’Artico è in gran parte immagazzinato, riscaldando l’oceano e sciogliendo ghiaccio e neve, fino all’arrivo della stagione fredda quando viene restituito all’atmosfera, attraverso il processo inverso. La temperatura superficiale invernale mostra un aumento molto pronunciato dal 1998 circa (Fig. 4.6a, linea rossa).
L’effetto del cambiamento climatico del 97 sulla estensione del ghiaccio marino artico è stato spettacolare. Tra il 1996 e il 2007, l’estensione del ghiaccio marino artico a settembre è diminuita di un impressionante 45% (Fig. 4.6b), portando gli esperti a temere che fosse entrato in una spirale di morte (Serreze 2010). Ma dopo 11 anni di perdite, il ghiaccio marino artico si è adattato al nuovo regime e 14 anni dopo, l’estensione del ghiaccio marino artico a settembre era superiore a quella del 2007. Dal momento che la perdita di ghiaccio marino è stata utilizzata come emblema del riscaldamento dei gas serra e dell’amplificazione artica, e utilizzata per sollevare allarme e denaro, ora non può essere correttamente attribuita al cambio climatico del 97 senza perdere credibilità. La riduzione del ghiaccio marino artico è stata accompagnata dal cambio climatico del 97 da un aumento del flusso di acqua di scioglimento della Groenlandia (Fig. 4.6c, linea nera), e una diminuzione del bilancio di massa del ghiacciaio della Groenlandia (Fig. 4.6c, linea rossa), che mostrano la stessa dinamica di cambiamento rapido negli anni successivi al cambio climatico seguito da una stabilizzazione ai nuovi livelli di regime.
Fig. 4.6 Manifestazioni del grande cambiamento climatico artico del 1997-98. a) Anomalia della temperatura estiva (JJA, linea nera) e invernale (DJF, linea rossa) 80-90°N (°C). Dati dell’Istituto Meteorologico Danese. b) Estensione media del ghiaccio marino artico a settembre (106 km2). Dati da NSIDC. c) Flusso di acqua dolce della Groenlandia (linea nera, km3). Da Dukhovskoy et al. 2019. Bilancio di massa del ghiacciaio della Groenlandia (linea rossa, Gt). Da Mouginot et al. 2019. d) L’indice dell’Oscillazione Oceanica Artica (AOO) che riflette l’alternanza tra la circolazione anticiclonica del ghiaccio marino e dell’oceano (barre blu) e la circolazione ciclonica (barre rosse). Da Proshutinsky et al. 2015. e) Numero di eventi di blocco NH all’anno. Da Lupo 2020. f) Trasporto di energia latente invernale (DJF) attraverso le onde di scala planetaria a 70°N, in PW. Linea sottile, annuale; linea spessa, media mobile di 5 anni. Da Rydsaa et al. 2021. Da Vinós 2022
Poiché il 97CS non è riconosciuto, gli scienziati non possono spiegare molti dei parametri climatici alterati. Questo è vero per l’indice dell’Oscillazione Oceanica Artica (AOO; Fig. 4.6d), definito da Andrey Proshutinsky (2015) come l’oscillazione tra la circolazione oceanica ciclonica (antioraria) e anticiclonica (oraria) nel vortice di Beaufort artico, con un periodo di 10-15 anni. Il problema è che durante il 97CS l’oscillazione si è fermata e il sistema è rimasto bloccato nel regime anticiclonico, che porta all’accumulo di acqua dolce nell’Artico. Il 1996 è stato l’ultimo anno di AOO ciclonico, fino alla fine del 2022. Proshutinsky non ha spiegazioni e l’indice ha smesso di essere aggiornato nel 2019, tuttavia è preoccupato che l’aumento dell’accumulo di acqua dolce nel vortice di Beaufort sia una “bomba ad orologeria” per il clima. L’accumulo può portare a un’anomalia di salinità nell’Atlantico del Nord con un’entità comparabile alla Grande Anomalia di Salinità degli anni ’70, che ha percorso le correnti del vortice subpolare dal 1968 al 1982 e può aver contribuito al raffreddamento dei primi anni ’70.
Altri cambiamenti non spiegati nel clima artico al 97CS includono l’aumento degli eventi di blocco invernali, in particolare nell’NH (Fig. 4.6e). Abbiamo anche esaminato, nella Parte III, come le condizioni di blocco interrompono la normale circolazione zonale occidentale a medie latitudini durante l’inverno. Hanno due effetti eccezionali. Stabilizzano i modelli meteorologici per giorni sulla stessa posizione, portando a eventi meteorologici estremi in termini di temperatura e precipitazioni; e aumentano notevolmente il MT verso l’Artico poiché deviano i cicloni verso il polo. È chiaro, ma non spiegato, che il MT verso l’Artico è aumentato al 97CS, e questa è la causa sottostante di molti dei cambiamenti osservati successivamente nel clima artico. Le prove dell’aumento del trasporto di calore e umidità invernale nell’Artico provengono dall’aumento del trasporto di calore latente su scala planetaria (Fig. 4.6f), mentre il trasporto di calore latente su scala sinottica è diminuito durante gli inverni, ma è aumentato durante le estati (Rydsaa et al. 2021). L’aumento del trasporto di calore e umidità invernale nell’Artico porta a una maggiore formazione di nuvole, che sposta il raffreddamento radiativo più forte dalla superficie alla cima delle nuvole, che sono spesso più calde in inverno a causa delle inversioni di temperatura. Al confine del ghiaccio marino, le intrusioni di calore invernale causano un ritiro temporaneo del margine del ghiaccio, portando a una maggiore perdita di calore da parte dell’oceano fino a quando il ghiaccio si forma di nuovo (Woods & Caballero 2016).
Si è scoperto che l’amplificazione artica è principalmente un fenomeno della stagione fredda che è iniziato tra il 1995-2000 per ragioni sconosciute alla maggior parte degli scienziati e dei modelli climatici. L’amplificazione artica dipende dai cambiamenti nel MT, e il tasso di amplificazione artica sembra essere opposto al tasso di riscaldamento globale.
4.6 Regimi climatici come fenomeno di trasporto meridionale che influenza l’energetica planetaria
Dagli effetti dei cambiamenti climatici è evidente che influenzano il sistema globale di MT, e in particolare il MT invernale boreale. Come abbiamo esaminato nella Parte III, l’ENSO è un modo per estrarre il calore in eccesso dai tropici profondi che supera il normale sistema di trasporto oceanico. Al 97CS questa necessità diminuisce man mano che la circolazione di Brewer-Dobson (BDC, il MT stratosferico) diventa più attiva spingendo più calore fuori dai tropici profondi, causando un raffreddamento alla tropopausa tropicale che risulta in una maggiore disidratazione stratosferica. Inoltre, la circolazione del vento meridionale diventa più forte a scapito della circolazione zonale, provocando un’accelerazione della rotazione della Terra e un’espansione delle celle di Hadley. Man mano che il trasporto di umidità meridionale verso i poli aumenta con l’aumento della circolazione del vento meridionale, la copertura nuvolosa diminuisce nelle latitudini basse e medie e aumenta nell’Artico.
Nell’Artico gli effetti dei cambiamenti climatici attraverso i cambiamenti dell’intensità del MT sono ancora più evidenti. Al 97CS, il MT verso l’Artico è stato potenziato durante tutto l’anno, ma più fortemente durante la stagione fredda. L’aumento dell’advezione di calore e umidità dalle latitudini inferiori risulta in una riduzione del ghiaccio marino che aumenta la perdita di calore oceanico e aumenta la temperatura superficiale della stagione fredda (ma non estiva). Il principale effetto del riscaldamento invernale è aumentare la perdita radiativa verso lo spazio. Come abbiamo visto nella Parte III, l’Artico in inverno è molto particolare in termini di GHE. L’atmosfera è estremamente secca, quindi c’è poco GHE di vapore acqueo. Anche la copertura nuvolosa è abbastanza bassa durante l’inverno, e l’aumento della CO2 ha l’effetto di aumentare la radiazione verso lo spazio da molecole di CO2 più calde e più alte (van Wijngaarden & Happer 2020).
Quando c’è un evento intenso di intrusione di aria calda e umida nell’Artico in inverno, il risultato solito è un’inversione di temperatura, e nonostante l’aumento della radiazione a lunga onda discendente, il raffreddamento radiativo continua dalla cima dell’inversione o delle nuvole fino a quando l’umidità adveicata è precipitata o esportata di nuovo verso latitudini inferiori. In sostanza, più calore trasportato verso l’Artico in inverno deve risultare in più calore perso nello spazio. Questa conclusione contraddice uno dei pilastri di base della teoria climatica moderna che afferma che il MT non è una forzante del clima poiché il trasporto orizzontale non influisce sulla quantità di energia all’interno del sistema climatico, e quindi non è una causa del cambiamento climatico. Questo è l’errore più fondamentale dei molti errori della teoria climatica moderna, poiché presume che la cima dell’atmosfera si comporti in modo simile in termini di GHE ovunque. Non lo fa, poiché il GHE è molto debole nelle regioni polari, in particolare durante la lunga stagione fredda. Trasportare più calore da una regione di alto GHE a una regione di basso GHE risulta in più calore perso in cima all’atmosfera senza un guadagno compensativo altrove. Un cambiamento nell’intensità del MT verso il polo invernale comporta un cambiamento nel bilancio energetico del pianeta come abbiamo dimostrato (Fig. 4.5h).
Fig. 4.7 Variazione della radiazione infrarossa a lunga onda (OLR) nella regione artica. Linea grigia sottile, media su 7 mesi dell’anomalia media mensile dell’OLR in W/m2 dal set di dati OLR NOAA interpolato. Linea nera spessa, media su 5 anni della media della stagione fredda (novembre-aprile). Linea tratteggiata nera spessa, media su 5 anni della media estiva (giugno-agosto). Il riquadro grigio evidenzia il cambiamento dell’OLR artica tra la metà del 1996 e la fine del 2005. È indicato il momento dell’eruzione del Pinatubo. Dati da KNMI explorer (http://climexp.knmi.nl/select.cgi?field=noaa_olr). Da Vinós 2022
L’OLR nell’Artico è maggiore durante l’estate rispetto alla stagione fredda, come ci si potrebbe aspettare dalla quasi costante insolazione estiva e dalla temperatura superficiale più alta. Tuttavia, al 97CS, l’OLR è aumentato molto di più durante la stagione fredda che durante l’estate (Fig. 4.7). Chiaramente il MT è diventato più forte, particolarmente durante l’inverno boreale. Un maggiore trasporto estivo ha portato a un maggiore accumulo di energia attraverso un aumento dello scioglimento estivo. Il ricongelamento invernale dell’acqua sciolta restituisce all’atmosfera l’energia estiva, solo per essere persa nello spazio attraverso il raffreddamento radiativo. Ora capiamo perché l’amplificazione artica è un fenomeno invernale che non è correlato al riscaldamento globale, e infatti è dove sta andando l’energia per la “Pausa”. L’amplificazione artica non è un effetto dei gas serra (GHG), ma un effetto del MT che porta a un raffreddamento planetario. La pausa sta continuando perché l’amplificazione artica è in corso. Quando la pausa finirà, l’Artico dovrebbe raffreddarsi e il ghiaccio marino dovrebbe crescere. Come affermato in precedenza, ciò potrebbe accadere entro la fine degli anni 2020 o l’inizio degli anni 2030, quando si verificherà il prossimo cambiamento climatico.
4.7 Modulazione del trasporto meridionale del clima globale
Per analizzare i cambiamenti multidecadali nel MT dal 1900, il periodo 1912-2008 è stato suddiviso soggettivamente in tre fasi di 32 anni. Sebbene le diverse modalità di variabilità non si spostino simultaneamente (da qui il nome stadium-wave), le fasi così definite descrivono periodi di condizioni prevalenti alternate nel MT molto bene. Iniziando dall’Artico, dove la forza del Vortice Polare (PV) determina l’accoppiamento inverno-stratosfera-troposfera polare, l’Oscillazione Artica (AO; Fig. 4.8a, linea grigia) è la modalità principale di variabilità della circolazione extratropicale nell’Emisfero Nord (Thompson & Wallace 2000). Per agire come un altalena Nord-Sud di scambio di massa atmosferica tra l’Artico e le medie latitudini, l’AO richiede una correlazione tra i suoi tre centri di azione: i settori Artico, Atlantico e Pacifico. La correlazione Artico-Atlantico è nota come l’Oscillazione dell’Atlantico del Nord (NAO), ed è forte, ma il legame Artico-Pacifico è più debole, sollevando dubbi sul fatto che l’AO sia una vera modalità annulare. Tuttavia, la Bassa Aleutiana e la Bassa Islandese hanno una correlazione negativa da un inverno all’altro a partire da metà degli anni ’70 (Honda & Nakamura 2001). Questa altalena Aleutiana-Islandese sembra dipendere dalla propagazione delle onde stazionarie e varia in forza con i cambiamenti nella forza del PV (Sun & Tan 2013). Calcolando l’AO cumulativo di gennaio-febbraio (Fig. 4.8a, linea grigia) possiamo vedere che fino a circa il 1940 prevalevano valori AO positivi (cioè, condizioni di vortice forte), ma nel periodo 1940-1980 i valori AO negativi erano più comuni, solo per cambiare di nuovo in seguito. L’altalena Aleutiana-Islandese conferma i cambiamenti nella forza del PV con la sua correlazione mobile di 25 anni (Li et al. 2018; Fig. 4.8a linea nera). Quando il PV è forte, lo scambio di massa e calore tra le medie latitudini e l’Artico è minore, poiché il PV agisce come una barriera alla circolazione meridionale.
Fig. 4.8 Variabilità climatica multidecadale e trasporto meridionale. a) Linea nera, altalena Bassa Aleutiana – Bassa Islandese correlazione mobile di 25 anni come proxy per la forza del vortice polare. Dopo Li et al. 2018. Linea grigia, indice cumulativo invernale (media dic-feb) dell’Oscillazione Artica. Indice AO 1899-2002 dati da DW Thompson. Dip. di Atmos. Sci. CSU. Thompson & Wallace 2000. b) Linea nera, media di 4,5 anni dell’indice dell’Oscillazione Multidecadale dell’Atlantico. Dati NOAA non levigati dal Kaplan SST V2. Linea grigia, indice cumulativo dell’Oscillazione dell’Atlantico del Nord detrendizzato della stagione fredda (media nov-apr) 1870-2020. Dati da CRU, U. East Anglia. Jones et al. 1997. c) PDO cumulativo. Indice PDO cumulativo annuale detrendizzato 1870-2018 da HadISST 1.1. Dati NOAA. I punti neri segnano gli anni 1925, 1946, 1976 e 1997 quando si sono verificati i cambi di regime del PDO (Mantua & Hare 2002; vedi Sez. 11.4). d) Linea nera, indice di circolazione atmosferica zonale, anomalia cumulativa. Dopo Klyashtorin & Lyubushin 2007. Linea grigia, ∆LOD annuale invertito e detrendizzato 1900-2020. Dati in ms da IERS. e) Temperatura media globale della superficie annuale detrendizzata 1895-2015, media di 10 anni. Dati da Met Office HadCRUT 4.6. f) Linea tratteggiata, banda di passaggio 8.2-16.6 anni del numero medio mensile totale di macchie solari. Dati da WDC-SILSO. Linea grigia, banda di passaggio di 6,6-11 anni dell’indice mensile AMO. Linea nera, correlazione di esecuzione invertita di 20 anni dei dati di passaggio di banda delle macchie solari e AMO. Punti neri come in c, mostrando la loro posizione rispetto ai minimi solari. Da Vinós 2022
L’AMO misura le anomalie della SST che riflettono la forza del MT sull’Atlantico del Nord. Valori AMO positivi indicano l’accumulo di acqua calda a causa del ridotto MT e delle forti condizioni del PV (Fig. 4.8b, linea nera). L’NAO è il dipolo della pressione al livello del mare sull’Atlantico del Nord, e parte dell’AO. Non sorprendentemente, il suo valore detrendizzato e cumulativo è molto simile a quello dell’AO, ma mostra anche una certa correlazione con le SST dell’AMO (Fig. 4.8b, linea grigia). Le tendenze pluriennali dell’NAO non possono essere spiegate dai modelli di circolazione generale in quanto non incorporano i regimi di MT multidecadali. I modelli considerano gli indici NAO come rumore bianco senza correlazione seriale (Eade et al. 2021). Senza rappresentare adeguatamente il MT, i modelli climatici non possono spiegare il cambiamento climatico. Sul settore Pacifico, il PDO misura anche le anomalie della SST. Un PDO positivo indica un accumulo di acqua calda sul lato equatoriale e orientale del Pacifico, un indicazione di MT ridotto, che sposta il calore fuori dall’equatore e verso il confine occidentale del Pacifico così la corrente del Kuroshio può spostarlo verso nord e trasferirlo all’atmosfera. I valori cumulativi del PDO detrendizzati (Fig. 4.8c) mostrano che le fasi di aumento o diminuzione del MT Pacifico coincidono approssimativamente con quelle dell’Atlantico. Gli spostamenti climatici ed ecologici nel Pacifico identificati nel 1925, 1946, 1976 e 1997 (Mantua & Hare 2002) coincidono con i momenti in cui il PDO passa da prevalentemente positivo a negativo o viceversa (punti neri Fig. 4.8c).
La circolazione del vento meridionale è come la maggior parte del MT troposferico viene effettuata e gli aumenti di MT implicano aumenti di circolazione meridionale e diminuzioni corrispondenti di circolazione zonale. L’indice di circolazione atmosferica è una rappresentazione cumulativa dell’anomalia annuale nella trasferenza di massa d’aria zonale (E-W) rispetto a quella meridionale (N-S) in Eurasia (Klyashtorin & Lyubushin 2007). I periodi in cui il PV dell’NH è stato più forte e il MT sui settori dell’Atlantico del Nord e del Pacifico del Nord è stato più basso (aree grigie in Fig. 4.8) coincidono con periodi caratterizzati da anomalie predominanti di tipo zonale, mentre i periodi di PV più debole e MT superiore presentano anomalie predominanti di tipo meridionale (Fig. 4.8d, linea nera). Questi persistenti cambiamenti nei modelli predominanti di circolazione atmosferica producono cambiamenti nel trasferimento di momento tra l’atmosfera e la Terra solida-oceano che influenzano la velocità di rotazione della Terra, misurata come cambiamenti nella durata del giorno. I periodi di aumento della circolazione zonale correlano con un’accelerazione della Terra e una diminuzione in ∆LOD (invertita in Fig. 4.8d, linea grigia) mentre i periodi di diminuzione della circolazione zonale correlano con una decelerazione della Terra e un aumento in ∆LOD (Lambeck & Cazenave 1976). Le variazioni nel tasso di rotazione della Terra integrano le variazioni globali nella circolazione atmosferica che supportano l’effetto globale delle variazioni di MT. Dobbiamo ricordare a questo punto che le variazioni nella velocità di rotazione della Terra rispondono alle variazioni dell’attività solare (vedi Fig. 2.5).
I cambiamenti multidecadali nel MT sono la causa dell’oscillazione multidecadale nota come onda stadio, e tutte le sue manifestazioni. Le variazioni della SST nell’AMO e PDO sono una risposta ai cambiamenti nella circolazione atmosferica globale. Una riduzione della circolazione atmosferica meridionale e l’aumento corrispondente della circolazione zonale significano meno trasporto di energia verso i poli, e poiché l’energia in entrata annuale è quasi costante e il trasporto di calore oceanico dipende solo parzialmente dalla circolazione guidata dal vento, si accumula più calore in ogni fascia latitudinale, ma in particolare a latitudini medie dell’emisfero settentrionale. Questo è perché il trasferimento di energia e umidità dalla superficie del mare all’atmosfera è massimo ai confini occidentali dell’oceano a latitudini medie dell’emisfero settentrionale (Yu & Weller 2007). L’accumulo di calore sulla superficie terrestre e marina risultante da una riduzione del MT produce gli effetti dell’onda stadio e un aumento della temperatura globale. Quando l’anomalia della temperatura media superficiale globale è detrendizzata, i periodi di MT ridotto (aumentato) corrispondono a un riscaldamento (raffreddamento) rispetto al trend (Fig. 4.8e). La teoria moderna del clima spiega la pausa del 1940-1975 come dovuta a un aumento degli aerosol, e il riscaldamento del 1976-2000 come dovuto all’aumento delle emissioni antropogeniche. Queste spiegazioni, incorporate nei modelli climatici, sono insostenibili alla luce delle prove (Tsonis et al. 2007). Sebbene un trend di riscaldamento antropogenico sia indiscutibile, è evidente che gli spostamenti nei regimi di MT dominano la risposta della temperatura superficiale.
Le cause dei cambiamenti multidecadali nell’onda stadio del MT sono sconosciute. L’oscillazione di c. 65 anni è non stazionaria. Le ricostruzioni proxy indicano che l’AMO aveva una periodicità più breve e meno potenza durante la Piccola Era Glaciale e una periodicità più lunga e più potenza durante il Periodo Caldo Medievale (Chylek et al. 2012; Wang et al. 2017). La modulazione dell’attività solare dell’ENSO e i cambiamenti della rotazione terrestre sono stati mostrati nella Parte II (Figs. 2.4 & 2.5). Poiché entrambi sono una manifestazione della forza del MT, è possibile che la variabilità interna e la forzatura solare esterna siano responsabili della periodicità e della forza attuali dell’onda stadio. In alternativa, la variabilità interna del MT potrebbe rispondere al trend di riscaldamento imposto da cause antropogeniche e naturali, principalmente l’aumento dell’attività solare associato al massimo solare moderno. I quattro cambiamenti climatici identificati nel Pacifico durante il 20° secolo (Mantua & Hare 2002) hanno avuto luogo da 1 a 3 anni dopo un minimo solare (Fig. 4.8c & f, punti; ciclo solare, Fig. 4.8f linea tratteggiata), e le due aree grigie e l’area bianca centrale nella figura 4.8, che rappresentano regimi di MT alternati, coprono tre cicli solari tra i minimi solari. È stato dimostrato che l’effetto Holton-Tan (vedi Parte I), che collega la fase del QBO tropicale alla forza del PV, attraverso la propagazione delle onde planetarie, è più forte ai minimi solari (Labitzke et al. 2006), e che l’effetto Holton-Tan si è notevolmente indebolito durante il periodo 1977-1997 di ridotto MT (Lu et al. 2008). Questo implica che durante l’inverno ai minimi solari il couplage tropicale-polare stratosferico, e il couplage stratosferico-troposferico sono più forti, e potrebbero costituire un momento appropriato per un cambiamento coordinato nella forza del MT che prende effetto durante il ciclo solare successivo. Vedremo se i futuri cambiamenti climatici avverranno anche immediatamente dopo i minimi solari. Questa è la base della nostra proiezione che il prossimo cambiamento climatico potrebbe avvenire intorno al 2031-34.
Se i minimi solari sono i momenti in cui avvengono gli spostamenti del MT, una interessante correlazione potrebbe fornire una spiegazione per la causa del ritmo dell’oscillazione di c. 65 anni. L’AMO ha un picco di frequenza forte di 9,1 anni che si trova anche nel PDO (Muller et al. 2013). Questa frequenza è facilmente apprezzabile in un indice AMO medio di 4,5 anni come picchi decennali (Fig. 4.8b, curva nera). L’origine di questa caratteristica evidente dell’AMO non è stata adeguatamente studiata, ma Scafetta (2010) propone in modo convincente un’origine lunisolare delle maree. La differenza di frequenza tra questo ciclo di marea segnalato di 9,1 anni e il ciclo solare di 11 anni è tale che cambiano da correlati ad anticorrelati (cioè da interferenza costruttiva a distruttiva) con una periodicità che non solo corrisponde all’AMO, ma è esattamente sincronizzata con essa (confronta le curve nere in Fig. 4.8b & f). Si può speculare che un’interferenza costruttiva o distruttiva tra l’effetto delle maree oceaniche e atmosferiche sulla componente troposferica del MT e l’effetto del ciclo solare sulla componente stratosferica del MT potrebbe risultare nel cambiamento periodico della forza del MT che produce gli spostamenti climatici osservati. A sostegno di questa ipotesi due componenti intrinseche di c. 4,5 e 11 anni si trovano nell’analisi di Fourier della serie di autocorrelazione giornaliera dell’NAO (Álvarez–Ramírez et al. 2011). La componente di 11 anni è sincronizzata in fase con il ciclo solare tranne che durante i minimi solari, indicando che la prevedibilità dell’NAO aumenta con l’attività solare, e divenne fortemente anti-correlata durante il minimo solare del 1997, quando avvenne il 97CS. Un’oscillazione climatica di c. 65 anni che dipende dall’attività solare spiegherebbe sia i cambiamenti di intensità che di periodicità nel corso degli ultimi secoli poiché l’attività solare è stata in cambiamento. La sua intensità e periodicità del 20° secolo sono il risultato del massimo solare moderno, e la non stazionarietà dell’oscillazione multidecadale naturale sarebbe legata alla variabilità multidecadale dell’attività solare.
Si può sostenere che le oscillazioni multidecadali nel sistema climatico dovrebbero mediare a zero su più periodi. Allo stesso modo, altri fattori noti per influenzare il MT, come il QBO e l’ENSO, mediare a zero in tempi simili o più brevi. Tuttavia, le ricostruzioni dell’AMO mostrano che i suoi valori e la sua ampiezza sono notevolmente aumentati negli ultimi due cicli, da circa il 1850 (Moore et al. 2017). Questo cambiamento nell’oscillazione di c. 65 anni suggerisce che il MT è importante nel riscaldamento globale moderno, poiché coincide con il forte scioglimento dei ghiacciai e l’aumento dell’innalzamento del livello del mare che è iniziato intorno al 1850 e precede il forte aumento delle emissioni di CO2 dopo il 1945 (Boden et al. 2009). L’attività solare influenza il MT e non media a zero nemmeno in tempi molto lunghi perché presenta cicli centenari e millenari (Vinós 2022). C’è stato un lungo dibattito scientifico su se vi sia un effetto importante dell’attività solare sul clima. I registri delle macchie solari mostrano che il numero medio di macchie solari è aumentato del 24% dal periodo 1700-1843 al periodo 1844-1996 (vedi Fig. 1.6). La variabilità solare è chiaramente coinvolta nella variabilità del MT (vedi Parte II). L’effetto che la variabilità solare ha sul MT, e l’effetto che il MT ha sullo squilibrio energetico del pianeta (Figs. 4.5h & 4.7) risolve la controversia sull’effetto dell’attività solare sul clima.
Nella prossima parte di questa serie, sarà presentata l’ipotesi di come la variabilità solare influisce sul MT. È stata chiamata l’ipotesi del Custode del Cancello Invernale perché l’attività solare modula la quantità di calore che viene trasportato ai poli in inverno, e attraverso di esso il bilancio energetico del pianeta, costituendo il principale modulatore del cambiamento climatico su scala centenaria e millenaria, come suggerito dalle prove paleoclimatologiche.