Sono stati condotti esperimenti numerici per prevedere come il ghiaccio marino artico risponderà a diversi livelli di riscaldamento antropogenico e variabilità climatica nel periodo 2010-2050. Un Oceano Artico senza ghiaccio estivo è probabile entro la metà degli anni ’40 se la temperatura dell’aria in superficie aumenta di 4°C entro il 2050 e la variabilità climatica rimane simile a quella dei due decenni relativamente caldi appena trascorsi. Se questo aumento della temperatura si dimezza, o se l’Artico sperimenta variazioni della temperatura simili a quelle degli ultimi cinquant’anni, è improbabile che l’Oceano Artico rimanga senza ghiaccio estivo prima del 2050.
Con un aumento della temperatura di 4°C entro il 2050, il volume di ghiaccio estivo si ridurrà a livelli molto bassi (tra il 10% e il 37% della media estiva del 1978-2009) già nel 2025 e rimarrà basso negli anni successivi, mentre l’estensione del ghiaccio estivo continuerà a fluttuare annualmente. Il volume del ghiaccio estivo potrebbe essere più sensibile al riscaldamento, mentre l’estensione del ghiaccio estivo risente maggiormente della variabilità climatica.
Il ritmo di diminuzione annuale del volume del ghiaccio si attenuerà avvicinandosi al 2050, poiché mentre un aumento della temperatura fa sciogliere più ghiaccio estivo, una copertura di ghiaccio più sottile favorisce la formazione di ghiaccio in inverno. Inoltre, una copertura di ghiaccio più sottile riduce anche l’esportazione di ghiaccio, rallentando ulteriormente la perdita di volume. A causa della maggiore formazione di ghiaccio in inverno, l’estensione del ghiaccio invernale rimane quasi stabile, quindi sembra essere un indicatore climatico meno sensibile.
Citazione: Zhang, J., M. Steele, e A. Schweiger (2010), Arctic sea ice response to atmospheric forcings with varying levels of anthropogenic warming and climate variability, Geophys. Res. Lett., 37, L20505, doi:10.1029/2010GL044988.
1. Introduzione
[2] L’Oceano Artico diventerà privo di ghiaccio durante l’estate a causa del riscaldamento antropogenico (AW)? E, se sì, quando accadrà? Questa domanda attira l’interesse pubblico sul cambiamento climatico e rappresenta una sfida per la scienza. I modelli climatici globali accoppiati (GCM) sono strumenti preziosi per prevedere la risposta del ghiaccio marino al riscaldamento. Tuttavia, la maggior parte dei GCM utilizzati per il Quarto Rapporto di Valutazione dell’IPCC (IPCC AR4) sottostima la sensibilità del ghiaccio al riscaldamento, non riuscendo a prevedere correttamente il calo osservato dell’estensione del ghiaccio marino [Stroeve et al., 2007]. Nonostante i continui miglioramenti, i GCM spesso non riescono a rappresentare accuratamente gli spessori del ghiaccio e la loro distribuzione geografica, portando a previsioni future estremamente variabili [Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), 2007; Holland et al., 2010].
Questo problema è stato affrontato regolando le previsioni dei modelli in base all’estensione osservata del ghiaccio [ad esempio, Wang e Overland, 2009], oppure estrapolando le tendenze osservate dai risultati dei modelli [Maslowski, 2010]. Tuttavia, la vasta gamma di proiezioni ottenute, che vanno dal 2016 alla fine del 21° secolo, evidenzia la sfida di prevedere la risposta futura del ghiaccio marino al riscaldamento.
[3] In questo studio, esploriamo la risposta del ghiaccio marino artico al riscaldamento futuro attraverso un modello che tiene conto della variabilità spazio-temporale osservata nel passato. Presentiamo un approccio intermedio per analizzare le risposte future, evitando alcune delle difficoltà riscontrate nei GCM dell’AR4. L’approccio si basa su un modello di ghiaccio-oceano artico, il Pan-arctic Ice-Ocean Modeling and Assimilation System (PIOMAS), che ha dimostrato di riprodurre accuratamente la variabilità osservata nella concentrazione, estensione e spessore del ghiaccio [Zhang et al., 2008].
In questo studio, PIOMAS è stato utilizzato per una serie di esperimenti numerici condotti dal 2010 al 2050, utilizzando i dati di previsione dei GCM sull’aumento della temperatura superficiale artica (SAT) proiettati su campi atmosferici storici. Un approccio simile è stato adottato da Sou e Flato [2009] per prevedere la perdita di ghiaccio nell’Arcipelago canadese. Poiché il modello di ghiaccio-oceano è disaccoppiato, non può incorporare i feedback atmosferici, ma si presuppone che gli effetti di tali feedback siano rappresentati nei cambiamenti stimati della SAT previsti dai GCM e utilizzati come forza trainante nei campi atmosferici.
A sostegno di questa ipotesi, uno studio su un insieme di GCM ha mostrato una forte correlazione (>0,96) tra i cambiamenti nell’estensione del ghiaccio e quelli nella SAT [Ridley et al., 2007], suggerendo che gli effetti combinati dei feedback sul ghiaccio sono ben rappresentati nella risposta termica dei GCM.
2. Modello, Forzanti ed Esperimenti Numerici
[4] Gli esperimenti numerici includono una simulazione retrospettiva (HC) per il periodo 1978-2009 e quattro proiezioni future per il periodo 2010-2050. La simulazione retrospettiva utilizza i dati giornalieri di rianalisi NCEP/NCAR, che includono venti in superficie, temperatura dell’aria (SAT), umidità specifica, copertura nuvolosa, precipitazioni ed evaporazione [Zhang et al., 2008]. I dati di temperatura e copertura nuvolosa vengono impiegati per calcolare le forze della radiazione solare e a onde lunghe in discesa (DSWR e DLWR) secondo il metodo di Parkinson e Washington [1979]. La climatologia del deflusso dei fiumi proviene da Hibler e Bryan [1987], e non è stato eseguito alcun processo di assimilazione.
[5] Le proiezioni future si basano su forzanti atmosferiche create proiettando l’aumento stimato della temperatura dell’aria artica (SAT) derivato dai modelli GCM sui dati storici di rianalisi NCEP/NCAR, in modo simile all’approccio adottato da Sou e Flato [2009]. Secondo gli scenari di riscaldamento antropogenico (AW) dovuti all’aumento delle emissioni di gas serra, i modelli dell’IPCC prevedono un aumento medio della temperatura dell’aria artica di circa 2-4°C entro il 2050 [IPCC, 2007]. Basandosi su queste proiezioni, sono stati definiti due scenari per rappresentare diversi livelli di riscaldamento: AW1 con un aumento medio di 4°C entro il 2050 e AW2 con un aumento di 2°C.
La variabilità climatica storica nelle forzanti influisce sulla variabilità climatica delle previsioni future.
Per analizzare la risposta del ghiaccio marino a vari livelli futuri di variabilità climatica (CV), sono stati incorporati due livelli di CV storica nelle forzanti future. Questi dati provengono da due gruppi di forzanti: uno che copre il periodo 1948-2009 e l’altro il periodo 1989-2009. I dati per gli anni futuri (2010-2050) sono selezionati casualmente anno per anno da questi gruppi. A causa del trend positivo della temperatura dell’aria in superficie (SAT) osservato nel periodo 1948-2009, che include cambiamenti sia naturali che antropogenici, il gruppo del 1948-2009 presenta una gamma di temperature più ampia rispetto al gruppo del 1989-2009, offrendo quindi un livello più elevato di variabilità storica.
Per creare le forzanti atmosferiche per il periodo 2010-2050, utilizziamo due possibili scenari di aumento della SAT: uno di 4°C e l’altro di 2°C. La SAT viene prima scelta casualmente da uno dei due gruppi e poi a questo dato viene aggiunto linearmente nel tempo uno dei due incrementi previsti di SAT. Ciò significa che ogni anno, dal 2010 al 2050, la SAT aumenterà gradualmente fino a raggiungere l’incremento totale previsto nel 2050.
Inoltre, il modello prevede un’interazione specifica tra l’aria e il ghiaccio tale che, se la concentrazione di ghiaccio simulata supera il 50%, la temperatura dell’aria sarà mantenuta a 0°C o inferiore.
Gli scenari dei modelli GCM dell’IPCC proiettano anche aumenti nelle precipitazioni, nell’evaporazione, nel deflusso fluviale e nella copertura nuvolosa nell’Artico. In particolare, si prevede che l’aumento medio annuale delle precipitazioni varierà dal 5% al 14% entro il 2050, con un valore mediano di circa il 9% secondo lo scenario A1B. Per semplificare, i tassi di aumento annuo medio di questi fattori (PERC) sono fissati all’8% per il primo scenario di riscaldamento antropogenico (AW1) e al 4% per il secondo (AW2), e questo aumento sarà applicato linearmente ogni anno ai dati esistenti fino al 2050.
[7] Va sottolineato che per creare le forzanti future sono state fatte diverse semplificazioni. Ad esempio, pur mantenendo una variabilità da un anno all’altro, la selezione casuale dei dati storici, un anno alla volta, elimina la variabilità su scala decennale. Non sono stati modificati i dati storici sui venti in superficie, il che non riflette i possibili cambiamenti nel comportamento dei cicloni e nella circolazione atmosferica in un Artico più caldo [Simmonds e Keay, 2009]. Inoltre, i collegamenti tra i cambiamenti nel sistema ghiaccio-oceano e la temperatura, l’umidità e la copertura nuvolosa non sono rappresentati direttamente negli esperimenti numerici, poiché manca una componente atmosferica. Tuttavia, si presume che gli effetti di questi fattori siano rappresentati approssimativamente dagli incrementi stabiliti per la temperatura dell’aria e altri parametri atmosferici. I due livelli di riscaldamento antropogenico e variabilità climatica storica considerati qui riflettono le incertezze nella sensibilità climatica dei modelli del Quarto Rapporto dell’IPCC.
[8] Combinando i due scenari di riscaldamento e i due gruppi di dati storici, si sono ottenuti quattro esperimenti di proiezione. Nel primo scenario (A1), un incremento di 4°C nella temperatura dell’aria e dell’8% in precipitazioni, evaporazione e copertura nuvolosa (PERC) è stato applicato ai dati storici raccolti dal gruppo 1948-2009. Nel secondo scenario (A2), lo stesso incremento è stato applicato ai dati del gruppo 1989-2009. Nel terzo scenario (B1), l’incremento è stato di 2°C e del 4% nei fattori PERC, utilizzando i dati del gruppo 1948-2009, e nel quarto scenario (B2), questi stessi incrementi sono stati applicati ai dati del gruppo 1989-2009.
La Figura 1 è suddivisa in cinque grafici che mostrano diverse metriche relative al clima e al ghiaccio marino nell’Oceano Artico.
- Grafico (a): Questo grafico rappresenta la temperatura media annuale dell’aria in superficie (SAT) sopra l’Oceano Artico, come analizzata attraverso i dati NCEP/NCAR. Si osserva una tendenza al rialzo nel tempo, indicativa dell’aumento delle temperature.
- Grafico (b): Mostra la SAT utilizzata per le analisi storiche (hindcast) dal 1978 al 2009, oltre alle proiezioni future dal 2010 al 2050 per quattro scenari previsionali (A1, A2, B1, B2). Questi scenari illustrano differenti possibili aumenti di temperatura.
- Grafico (c): Visualizza le radiazioni annuali medie a onda lunga (linea continua) e a onda corta (linea tratteggiata) ricevute alla superficie. Le radiazioni sono cruciali per comprendere come l’energia solare e il calore vengano assorbiti o riflessi dall’Artico.
- Grafico (d): Presenta sia l’estensione del ghiaccio marino simulata (linea continua per l’annuale e tratteggiata per settembre) che quella osservata via satellite (linea grigia). Il grafico mostra chiaramente la riduzione dell’estensione del ghiaccio nel tempo, con valori di correlazione tra modello e dati, bias e errore quadratico medio indicati per i valori annuali e di settembre.
- Grafico (e): Fornisce dati sul volume del ghiaccio marino simulato, anch’esso mostrato come media annuale (linea continua) e media di settembre (linea tratteggiata), utile per valutare i cambiamenti nella quantità totale di ghiaccio oltre alla sua estensione superficiale.
La linea tratteggiata verticale marcata con l’anno 2010 indica l’inizio delle proiezioni future nei grafici. I dati sulla concentrazione del ghiaccio derivano dal National Snow and Ice Data Center, fornendo una base affidabile per queste osservazioni e simulazioni. Questa figura aiuta a visualizzare sia le tendenze storiche che le proiezioni future, sottolineando l’impatto del riscaldamento globale sull’Artico.
3. Comportamento delle Forzanti Future
[9] I dati di rianalisi NCEP/NCAR indicano anni caldi tra il 1989 e il 2009 e alcuni anni freddi prima del 1989, come mostrato nella Figura 1a. Si è registrato un incremento della temperatura dell’aria in superficie (SAT) di circa 3°C tra il 1978 e il 2009, con marcata variabilità interannuale (Figura 1b), evidenziando così una significativa variabilità climatica storica. A partire da una riduzione della SAT nel 2010, dato che gli anni selezionati dai due gruppi sono tutti più freddi rispetto al 2009, le previsioni future della SAT dal 2010 al 2050 mostrano diversi trend crescenti con notevoli fluttuazioni interannuali, come atteso (Tabella 1 e Figura 1b). I trend di aumento della SAT nei casi A1 e A2 sono simili ai dati di rianalisi del periodo 1978-2009, mentre quelli nei casi B1 e B2 sono significativamente inferiori. Nonostante A1 e A2 siano stati configurati con lo stesso incremento di 4°C, l’aumento della SAT in A2 è superiore a quello in A1 perché A2 include anni più recenti e caldi, selezionati dal gruppo del 1989-2009, mentre A1 include anni scelti dal gruppo del 1948-2009, che presenta un range più ampio di temperature. Una relazione simile si trova tra B1 e B2.
[10] L’incremento della SAT e della copertura nuvolosa tra il 2010 e il 2050 ha portato a un aumento della radiazione a onda lunga in discesa (DLWR), calcolata seguendo il metodo di Parkinson e Washington [1979]. Si osservano leggere diminuzioni della radiazione a onda corta in discesa (DSWR) a causa dell’incremento della copertura nuvolosa (Figura 1c). Tuttavia, queste riduzioni sono molto meno pronunciate rispetto agli aumenti della DLWR. Pertanto, i diversi livelli di riscaldamento atmosferico rappresentati nei quattro scenari sono indicati da aumenti sia della SAT che della DLWR.
La Tabella 1 presenta i trend lineari della temperatura media annuale dell’aria in superficie (SAT), oltre all’estensione e al volume del ghiaccio marino a settembre, sia osservati che simulati. Le analisi coprono due periodi distinti: 1978-2009, indicato come HC (hindcast), e le proiezioni future per il periodo 2010-2050 nei casi B1, B2, A1, e A2.
- Temperatura Media Annuale (SAT, °C/yr): Questo valore mostra il tasso di cambio annuale della SAT. Per il periodo storico (HC), l’aumento è stato di 0.093°C all’anno. Nei futuri scenari di proiezione, questo aumento varia da 0.032°C a 0.084°C all’anno, a seconda dello scenario.
- Estensione del Ghiaccio Osservata a Settembre (10^4 m²/yr): Mostra il trend annuale dell’estensione del ghiaccio a settembre, con una riduzione di 0.055 × 10^4 m² all’anno durante il periodo HC.
- Estensione del Ghiaccio Simulata a Settembre (10^4 m²/yr): Riporta il trend di riduzione annuale dell’estensione del ghiaccio simulata, con 0.066 × 10^4 m² all’anno durante il periodo HC.
- Volume del Ghiaccio Simulato a Settembre (10^12 m³/yr): Indica il tasso di riduzione annuale del volume del ghiaccio, con un calo di 0.34 × 10^12 m³ all’anno nel periodo HC.
- Estensione Media del Ghiaccio a Settembre (10^12 m²) e Volume Medio del Ghiaccio a Settembre (10^12 m³): Queste colonne mostrano le medie dell’estensione e del volume del ghiaccio a settembre per ogni scenario. Ad esempio, durante il periodo HC, l’estensione media è stata di 6.8 × 10^12 m² e il volume medio è stato di 13.0 × 10^12 m³.
Le percentuali tra parentesi mostrano come questi valori si confrontano con l’estensione e il volume del ghiaccio di settembre durante il periodo di riferimento 1978-2009. Questi dati offrono una visione chiara delle previsioni di cambiamento nel ghiaccio marino artico a seguito del riscaldamento globale e delle variazioni climatiche.
4. Risultati
[11] Per validare il PIOMAS come strumento adatto per studiare le future risposte del ghiaccio marino, abbiamo esaminato come reagisce alle forzanti atmosferiche passate. Confrontando con le osservazioni satellitari, il modello tende a sovrastimare l’estensione del ghiaccio dell’Oceano Artico, che comprende il Bacino Artico e il Mare di Barents (Figura 1d). Il bias medio del modello per l’estensione del ghiaccio di settembre è di 0,65 × 10¹² m². Tuttavia, le estensioni medie annuale e di settembre del ghiaccio simulate mostrano un’alta correlazione con le osservazioni satellitari dal 1978 al 2009 (R = 0,87 e 0,91, rispettivamente), con errori RMS molto bassi, dell’1% e del 5%. Il modello riproduce accuratamente le posizioni del margine del ghiaccio invernale negli anni recenti (Figure 2a–2d). Esso sottostima (nel settore Atlantico) e sovrastima (nel settore Pacifico) l’estensione del ghiaccio estivo rispettivamente per il 2006 e per il 2008, mentre stima accuratamente le estensioni del ghiaccio estivo del 2007 e del 2009 (Figure 2m–2p).
[12] Le estensioni del ghiaccio di settembre previste per i quattro casi mostrano generalmente una diminuzione dal 2010 al 2050, ma i tassi di riduzione dipendono dai livelli di riscaldamento antropogenico (AW) e variabilità climatica (CV) (Figura 1d e Tabella 1). Ad esempio, il trend decrescente lineare di B1 dal 2010 al 2050 è significativamente inferiore a quello del periodo HC dal 1978 al 2009 (Tabella 1), indicando che un moderato aumento futuro di AW (DSAT = 2°C entro il 2050) combinato con la ricorrenza di alcuni degli anni più freddi, come nel periodo 1948-2009, non ridurrebbe in modo sostanziale l’estensione del ghiaccio estivo entro il 2050 (Figure 2q e 2u). Al contrario, il trend decrescente lineare di A2 è molto più marcato rispetto a quello dell’HC (Tabella 1), suggerendo che un AW più elevato (DSAT = 4°C entro il 2050) combinato con la ricorrenza di anni recentemente caldi (1989-2009) ridurrebbe significativamente l’estensione del ghiaccio estivo (Figure 2t e 2x), con una riduzione di 4,9 × 10¹² m² (72%) dalla media HC (1978-2009) di 6,8 × 10¹² m² entro il 2050 (Tabella 1).
[13] I confronti tra A1 e B1 e tra A2 e B2 indicano che se il riscaldamento antropogenico (AW) raddoppia da 2°C a 4°C entro il 2050, l’estensione del ghiaccio a settembre diminuirà di un ulteriore circa 2.2 × 10¹² m² (circa il 32%) entro il 2050 rispetto alla media del 1978-2009 (Tabella 1). L’estensione del ghiaccio di settembre di A2 diminuisce maggiormente; tuttavia, rimane generalmente sopra i 3.0 × 10¹² m² prima del 2025 e, considerando la tendenza del modello a sovrastimare l’estensione del ghiaccio durante il periodo 1978-2009 (Figura 1d), si prevede che sia vicina a 1 × 10¹² m² nel periodo 2044-2050 (Figura 1d e Tabella 1). Ciò suggerisce che anche con A2, l’Oceano Artico non sarebbe privo di ghiaccio in estate (estensione del ghiaccio ≤ circa 1 × 10¹² m² [Wang e Overland, 2009]) fino a vicino al 2050 (Figura 2x). Inoltre, poiché l’estensione del ghiaccio di settembre di A1 rimane generalmente sopra i 3.0 × 10¹² m² per tutto il periodo 2010-2050, è probabile che, con un DSAT di 4°C, l’Oceano Artico non sia privo di ghiaccio entro l’estate 2050 (Figura 2w).
[14] Le estensioni del ghiaccio di settembre proiettate sono soggette a fluttuazioni interannuali in associazione con la variabilità climatica storica (CV) incorporata nelle forzanti atmosferiche (Figure 1d e 2). Queste fluttuazioni rimangono significative avvicinandosi al 2050. Pertanto, anche se l’estensione del ghiaccio di settembre prevista dovesse scendere a un livello particolarmente basso o sotto 1 × 10¹² m² in un certo anno prima del 2050, è probabile che ci sia un notevole rimbalzo negli anni successivi. Questo implica che è difficile stabilire un anno specifico prima del 2050 a partire dal quale l’Oceano Artico rimarrebbe e sarebbe privo di ghiaccio in estate.
[15] I volumi di ghiaccio di settembre proiettati calano più rapidamente rispetto alle estensioni di ghiaccio di settembre. La perdita di volume di ghiaccio rispetto alla media di settembre del periodo 1978-2009 oscilla dal 71% per lo scenario B1 al 92% per lo scenario A2 entro il 2050 (Tabella 1). Al contrario, la perdita di estensione di ghiaccio a settembre rispetto alla stessa media varia dal 19% per B1 al 72% per A2 (Tabella 1). I volumi di ghiaccio di settembre per A2 e B2 scendono a livelli molto bassi già intorno al 2025 e rimangono sostanzialmente stabili nei successivi anni, mentre le estensioni di ghiaccio di settembre proiettate continuano a mostrare notevoli fluttuazioni annuali (Figure 1d e 1e). Ciò indica che il volume del ghiaccio estivo risponde maggiormente al riscaldamento antropogenico (AW) rispetto alla sua estensione, la quale è invece più influenzata dalla variabilità climatica (CV).
[16] Le estensioni medie annue di ghiaccio proiettate non mostrano riduzioni sostanziali (Figura 1d). Il calo dell’estensione media annua di ghiaccio per tutti e quattro i scenari è inferiore a 2.0 × 10¹² m² nel periodo 2010-2050. La maggior parte di questa riduzione si verifica in estate (Figure 1d e 2). In inverno, le estensioni di ghiaccio proiettate si discostano raramente in modo significativo dalla media del periodo 1978-2009 (Figure 2e-2l). Pertanto, l’estensione del ghiaccio invernale si mostra insensibile al riscaldamento antropogenico fino al 2050.
[17] I volumi medi annuali del ghiaccio mostrano una sostanziale diminuzione tra il 2010 e il 2025, con trend di riduzione simili a quelli osservati nel periodo storico dal 1978 al 2009 (Figura 1e e Tabella 2). Questi volumi diminuiscono a ritmi più bassi nei periodi successivi, in particolare tra il 2030 e il 2050 (Tabella 2), nonostante l’incremento continuo della temperatura superficiale dell’aria (SAT). Una spiegazione di questo fenomeno è che, anche se il processo di fusione del ghiaccio, che avviene principalmente d’estate, continua ad intensificarsi con l’aumento della SAT (Figura 3c), si osserva anche un incremento nella crescita termo-dinamica del ghiaccio in inverno (Figura 3b). Questo avviene perché il ghiaccio più sottile tende a crescere più rapidamente [Bitz e Roe, 2004]. Infatti, i trend di aumento della crescita media annuale del ghiaccio tra il 2010 e il 2050, così come quelli della fusione media annuale, sono paragonabili a quelli registrati nel periodo 1978-2009 (Tabella 2). Un’altra causa è la riduzione delle esportazioni di ghiaccio dall’Artico, un fenomeno già osservato tra il 1978 e il 2009 (Figura 3a e Tabella 2), dovuto alla diminuzione dello spessore del ghiaccio (Figura 2) [Holland et al., 2010]. Di conseguenza, i trend di diminuzione netta del ghiaccio (differenza tra crescita e fusione/esportazione) nell’Artico sono modesti, soprattutto negli scenari A2 e B2 (Tabella 2), risultando in una riduzione molto minore dei volumi di ghiaccio, particolarmente evidente tra il 2030 e il 2050 (Tabella 2).
La Figura 2 mostra una serie di mappe che illustrano le variazioni nello spessore del ghiaccio marino artico nei mesi di febbraio e settembre durante diversi anni e scenari proiettati. La figura è divisa in varie parti che corrispondono a specifici anni e scenari di simulazione:
- (a-d) Febbraio 2006-2009 (hindcast): Queste mappe rappresentano lo spessore medio del ghiaccio nel mese di febbraio per gli anni 2006-2009. Questi dati provengono da ricostruzioni basate su osservazioni passate, offrendo una visione storica delle condizioni invernali del ghiaccio.
- (m-p) Settembre 2006-2009 (hindcast): Queste mappe mostrano lo spessore del ghiaccio nel mese di settembre per gli stessi anni, permettendo un confronto diretto con le condizioni invernali e evidenziando le variazioni stagionali.
- (e-h) Febbraio 2022-2025 e (i-l) Febbraio 2047-2050: Queste sezioni proiettano lo spessore del ghiaccio per i mesi di febbraio nei periodi 2022-2025 e 2047-2050, rispettivamente, offrendo uno sguardo su come si prevede che il ghiaccio si comporterà in inverno nei decenni futuri sotto l’influenza dei cambiamenti climatici.
- (q-r) Settembre 2022-2025 e (u-x) Settembre 2047-2050: Queste mappe forniscono proiezioni per lo spessore del ghiaccio nei mesi di settembre per i periodi 2022-2025 e 2047-2050, mostrando le condizioni estive previste del ghiaccio artico.
Ogni mappa include una linea nera che indica il margine simulato del ghiaccio, definito da una concentrazione del ghiaccio del 15%. La linea bianca rappresenta il margine del ghiaccio osservato dai satelliti, così come il margine medio del ghiaccio durante il periodo 1978-2009.
Le visualizzazioni sono essenziali per analizzare l’impatto del riscaldamento globale sullo spessore e l’estensione del ghiaccio artico, mostrando chiaramente le differenze tra le stagioni e le tendenze di lungo periodo sotto vari scenari climatici.
La Tabella 2 raccoglie dati sui trend lineari dei volumi medi annuali del ghiaccio, l’esportazione di ghiaccio, la crescita termo-dinamica del ghiaccio, la fusione del ghiaccio e il cambiamento netto del ghiaccio. Questi dati sono analizzati per diversi periodi e scenari:
- Periodi Analizzati: La tabella copre il periodo storico dal 1978 al 2009, noto come HC (hindcast), e proiezioni future per i periodi 2010-2025, 2035-2050 e 2010-2050, distribuiti nei scenari B1, B2, A1 e A2 che rappresentano differenti livelli di riscaldamento antropogenico.
- Volumi del Ghiaccio: I valori mostrano il tasso di cambiamento annuale dei volumi del ghiaccio. Numeri negativi indicano una diminuzione del volume, con dettagli forniti per ogni scenario e periodo.
- Esportazione di Ghiaccio: Riflette il tasso di ghiaccio che viene esportato dall’Artico ogni anno. Anche in questo caso, i valori negativi indicano una riduzione.
- Crescita Termo-dinamica del Ghiaccio: Misura quanto ghiaccio si forma annualmente per effetto della temperatura e altri processi fisici. Questi valori sono cruciali per comprendere quanto rapidamente l’Artico può rigenerare il ghiaccio.
- Fusione del Ghiaccio: Indica il tasso annuale di fusione del ghiaccio. Valori più alti indicano una maggiore fusione, contribuendo a una riduzione complessiva del volume del ghiaccio.
- Cambiamento Netto del Ghiaccio: Questo valore rappresenta la differenza netta tra crescita e perdita di ghiaccio (includendo sia la fusione che l’esportazione). È un indicatore chiave per capire se il volume complessivo del ghiaccio sta aumentando o diminuendo nel tempo.
La tabella fornisce un’analisi dettagliata di come vari fattori influenzino la dinamica del ghiaccio artico sotto l’effetto del cambiamento climatico, evidenziando come le variazioni nella temperatura e altri fattori ambientali possano modificare le condizioni del ghiaccio marino nel tempo.
La Figura 3 fornisce una panoramica dettagliata delle variazioni annuali in diverse metriche chiave relative al ghiaccio marino, dalla fine degli anni ’70 fino al 2050. Ogni grafico tratta un aspetto specifico del ciclo del ghiaccio artico, con linee colorate che rappresentano diversi scenari di proiezione futura:
- (a) Esportazione di Ghiaccio: Questo grafico mostra l’andamento dell’esportazione di ghiaccio marino dall’Artico. Le linee per ciascun scenario mostrano come l’esportazione sia prevista variare nel tempo. È evidente che, nonostante alcune fluttuazioni, la tendenza generale è verso una diminuzione dell’esportazione di ghiaccio, soprattutto nelle proiezioni future.
- (b) Crescita Termo-dinamica del Ghiaccio: Il secondo grafico visualizza la crescita del ghiaccio dovuta a processi termo-dinamici, quali il congelamento dell’acqua marina. Qui si osserva che, nonostante la variabilità annuale, la capacità del mare di formare nuovo ghiaccio sta diminuendo, un segnale del riscaldamento delle acque.
- (c) Fusione del Ghiaccio: Il terzo pannello traccia l’aumento della fusione del ghiaccio nell’Artico. Questo grafico mostra chiaramente un incremento nel tasso di fusione del ghiaccio negli anni recenti, un trend che è destinato a continuare e intensificarsi con l’aumento delle temperature globali.
- (d) Cambiamento Netto del Ghiaccio: Questo grafico sintetizza l’impatto netto dei processi di crescita e fusione, inclusa l’esportazione di ghiaccio. Mostra una riduzione netta del volume di ghiaccio, con alcune lievi riprese ma con una chiara tendenza alla diminuzione nel lungo periodo.
La linea tratteggiata verticale rappresenta l’anno 2010, segnando la divisione tra i dati storici e le proiezioni future. Questi grafici sono fondamentali per capire come il ghiaccio marino stia rispondendo ai cambiamenti climatici e quali potrebbero essere le condizioni future nell’Artico, evidenziando le sfide poste dal riscaldamento globale.
5. Considerazioni Conclusive
[18] I risultati ottenuti da un modello ghiaccio-oceano indicano che le condizioni future del ghiaccio nell’Oceano Artico sono influenzate sia dal riscaldamento antropogenico (AW) sia dalla variabilità climatica (CV). Considerata la notevole variabilità climatica, sembra improbabile che l’Oceano Artico raggiunga una soglia di ghiaccio estivo completamente assente in modo permanente prima del 2050, anche se alcune estati potrebbero già vedere l’oceano privo di ghiaccio prima di quella data. Anche nelle nostre simulazioni si riflette l’assenza di un “punto di non ritorno” per la perdita del ghiaccio marino estivo artico, come mostrato dalle simulazioni dei modelli GCM dell’IPCC [Winton, 2006].
[19] Poiché molti modelli GCM dell’IPCC tendono a sottostimare significativamente il declino dell’estensione del ghiaccio marino estivo osservato negli anni recenti, ci sono speculazioni che l’Oceano Artico possa diventare privo di ghiaccio in estate molto prima di quanto previsto dalla maggior parte delle proiezioni dei GCM. I risultati di questo studio suggeriscono che per vedere un Oceano Artico privo di ghiaccio estivo ben prima del 2050, sarebbe necessario un aumento della temperatura dell’aria in superficie superiore ai 4°C. Per supportare ulteriormente questa ipotesi, sono stati realizzati due ulteriori esperimenti con il modello per il caso A2, utilizzando due differenti serie di anni selezionati casualmente dal gruppo del 1989-2009. Le tendenze e la variabilità del ghiaccio marino proiettate in queste due simulazioni, indicate come casi A2′ e A2″, non mostrano differenze significative rispetto ai risultati di A2 (Figura 4).
La Figura 4 riunisce tre grafici che illustrano l’evoluzione della temperatura dell’aria in superficie (SAT), dell’estensione e del volume del ghiaccio marino artico dal 1978 al 2050 per i casi A2, A2′ e A2″, confrontando questi scenari specifici:
- (a) Temperatura dell’Aria in Superficie (SAT): Questo grafico traccia l’incremento delle temperature SAT per i tre scenari. Le varie linee mostrano una chiara tendenza al riscaldamento nel corso degli anni, con lievi differenze tra i casi. L’aumento progressivo della temperatura riflette l’intensificarsi degli effetti del riscaldamento globale nell’Artico.
- (b) Estensione del Ghiaccio: Il secondo grafico presenta l’estensione del ghiaccio marino, mostrando un declino continuo da fine anni ’70 al 2050. Le fluttuazioni tra i tre scenari forniscono una visione di come piccole variazioni nelle condizioni di inizio possano influenzare le proiezioni a lungo termine. La correlazione e l’errore quadratico medio (RMS) sono indicati per valutare l’aderenza delle simulazioni rispetto ai dati osservati.
- (c) Volume del Ghiaccio: L’ultimo grafico mostra il volume del ghiaccio, che si riduce significativamente nel corso del periodo di studio. Le traiettorie dei tre scenari si sovrappongono in larga misura, indicando una consistente perdita di ghiaccio prevista indipendentemente dalle variazioni minori nelle forzanti.
La linea tratteggiata verticale che appare nei grafici segna l’anno 2010, distinguendo i dati storici dalle proiezioni future. Questa figura aiuta a visualizzare e comprendere come anche piccole variazioni nelle condizioni iniziali possano avere impatti visibili sulle proiezioni climatiche future, sottolineando l’importanza della modellazione accurata nel prevedere le risposte del sistema climatico artico ai cambiamenti globali.
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2010gl044988