Come si misura il riscaldamento globale?
La questione del cambiamento climatico sembra essenziale e molto semplice: quanto si sta riscaldando la superficie del nostro pianeta? Chiunque si occupi di questo tema si ritrova subito con altre domande fondamentali: cos'è la temperatura e come si misura? E cosa serve per determinare la temperatura globale nel tempo?
I ricercatori dell'agenzia meteorologica americana NOAA hanno recentemente rivisto i dati sulla temperatura globale e sono giunti alla conclusione che la Terra si è decisamente riscaldata negli ultimi 15-20 anni (si veda il mio ultimo Post sul blog). Studi precedenti, tuttavia, hanno dimostrato che il riscaldamento globale stava ristagnando. Questa cosiddetta "pausa climatica" è stata e continua ad essere oggetto di un acceso dibattito. Sebbene la nuova curva di temperatura differisca solo leggermente dai dati precedenti, ora mostra una tendenza all'aumento negli ultimi anni. Perché è così difficile determinare in modo affidabile la temperatura globale?
Non una, ma migliaia di temperature
Da un punto di vista fisico, la temperatura è una variabile di stato che, in parole povere, è legata al movimento delle particelle di una sostanza: per un gas ideale, caratterizza l'energia cinetica media delle molecole, cioè l'intensità del movimento delle particelle. Ma anche un gas ideale è solo un concetto modello che da solo non ci aiuta molto. Per questo motivo i meteorologi si riferiscono alla temperatura per scopi pratici come alla quantità che un termometro misura nell'aria all'ombra. Questo sposta il problema su cosa misura esattamente un termometro (ad esempio, quanto si espande il mercurio quando si riscalda), su come costruirlo e su come confrontarlo con altri strumenti.
Ma le vere difficoltà devono ancora arrivare. La temperatura globale della superficie terrestre è un complesso costrutto composto da migliaia di misurazioni sull'acqua e sulla terraferma, che un tempo venivano effettuate a mano ma che oggi sono per lo più automatizzate da un'ampia varietà di stazioni di misurazione. Il nocciolo della questione è che i sistemi e i metodi di misurazione differiscono notevolmente l'uno dall'altro. E cambiano nel corso del tempo. Per questo motivo dobbiamo innanzitutto rendere comparabili i diversi sistemi e set di dati per poterli combinare. In altre parole, standardizziamo (omogeneizziamo) i dati e li adattiamo (calibriamo) l'uno all'altro. Sono necessari modelli e procedure statistiche sofisticate per creare un quadro standardizzato a partire da dati incompleti provenienti da strumenti diversi e da tempi diversi.
Le misurazioni effettuate su Chi siamo
Le misurazioni della temperatura sulla terraferma presentano numerose difficoltà che illustrano quanto sia difficile determinare una temperatura continentale: In primo luogo, la temperatura dell'aria viene solitamente misurata in prossimità di edifici, aeroporti o città. In estate, fa più caldo in un parcheggio che in un prato. Non che si misuri in un parcheggio, ma l'effetto è chiaro: fa più caldo vicino alle città e questo "effetto isola di calore urbana" deve essere corretto.
In secondo luogo, le stazioni di misura si spostano nel tempo: ne vengono costruite di nuove, quelle vecchie vengono eliminate. Inoltre, i meteorologi erano soliti gestire le stazioni di misura non per il clima, ma per il tempo quotidiano. Il fatto che si misuri dietro o davanti all'edificio dell'aeroporto o ai bordi della pista non è così importante per le operazioni di volo, ma lo è per le serie temporali coerenti a lungo termine. Un nuovo edificio o una stazione trasferita possono portare rapidamente a salti nelle serie di misurazioni che devono essere corretti. Se le modifiche sono documentate, possono essere corrette con relativa facilità, ma molte vecchie serie di misurazioni sono prive di tali informazioni.
Anche il tipo di misurazione è cambiato. In passato, alcune misurazioni venivano effettuate sul lato in ombra delle facciate delle case, mentre oggi le misurazioni vengono effettuate a due metri da terra, all'ombra. I termometri manuali leggevano il mercurio a occhio e si limitavano a fare la media delle minime e delle massime del giorno per ottenere la media giornaliera. Oggi le misurazioni vengono effettuate digitalmente con la frequenza desiderata.
Misurazioni in mare
I dati sulla temperatura degli oceani del mondo sono sempre stati forniti dalle navi mercantili e, più recentemente, dalle boe meteorologiche. Esistono solo poche misurazioni della temperatura dell'aria su Chi siamo e sono utili solo di notte, perché le navi si riscaldano fortemente durante il giorno a causa del sole. Bisogna anche tenere conto del fatto che le navi sono sempre più grandi, il che significa che le misurazioni vengono effettuate sempre più in alto, a Chi siamo.
Disponiamo di serie più affidabili e più lunghe di misurazioni della temperatura dell'acqua alla superficie del mare. All'inizio del XX secolo, le caldaie venivano lanciate dalla nave con una corda, mentre in seguito l'acqua veniva aspirata direttamente nella sala macchine. Sappiamo da tempo che il metodo delle caldaie fornisce valori troppo bassi perché l'acqua evapora e si raffredda, mentre le misurazioni nella calda sala macchine sono troppo alte a causa dei motori. Stiamo cercando di correggere tutto questo. Tuttavia, non è facile perché ogni nave è diversa.
Esiste un numero crescente di boe oceaniche sviluppate appositamente per l'osservazione del clima e che misurano in modo molto accurato. Se si desidera combinare questi nuovi dati più precisi provenienti dalle boe con i vecchi dati delle navi, è necessario calibrare anche questi ultimi.
Misure in orbita terrestre
Infine, i satelliti non misurano la temperatura, ma la radiazione in determinate lunghezze d'onda, e sono in circolazione solo dal 1979. Anch'essi hanno le loro insidie: i satelliti si spostano in un'orbita più bassa nel corso degli anni a causa dell'attrito - una correzione insufficiente di questo effetto ha portato per lungo tempo a sovrastimare le tendenze nella troposfera superiore.
Lacune nella copertura
Non tutti i dati che sono stati misurati sono stati ricostruiti. Esiste ancora una grande quantità di dati scritti a mano relativi alle vecchie rotte marittime, ma interpretarli non è facile e digitalizzarli richiede molto tempo. Ogni nave misurava in modo diverso, le posizioni delle navi sono note solo in modo impreciso e durante la digitalizzazione si verificano errori: linee saltate, virgole sbagliate. In generale, il fattore umano non deve essere trascurato: Ci sono stati casi in cui le misurazioni della temperatura sembravano sempre strane quando faceva freddo o nevicava, finché non è emerso che l'osservatore aveva semplicemente stimato qualcosa in caso di maltempo, invece di andare fuori alla stazione.
Lontano dalle rotte marittime, tuttavia, i dati sono quasi inesistenti, soprattutto nell'Artico. Le stazioni sul ghiaccio marino hanno la spiacevole caratteristica di cadere in mare quando il ghiaccio si scioglie in estate. La temperatura globale non è quindi globale, e questo può essere facilmente visualizzato (vedi la nostra animazione del pagina esternatemperatura globale). Questo è tanto più vero quanto più si va indietro nel tempo, a meno che non si facciano ulteriori ipotesi statistiche sulla distribuzione della temperatura per i luoghi per i quali non ci sono dati.
La temperatura terrestre è una stima
Per ottenere una temperatura media globale, facciamo diverse ipotesi su strumenti, calibrazioni e modelli spaziali di distribuzione della temperatura. Per questo motivo, la curva della temperatura globale è sempre una stima e non è mai completamente accurata. Tuttavia, questo non significa che il risultato sia inaffidabile: dopo tutto, le varie ricostruzioni della temperatura concordano molto bene. Ma i dettagli cambieranno in futuro con l'acquisizione di nuove conoscenze. Le lunghe serie di dati di osservazione combinano osservazioni e misurazioni effettive con la comprensione e la calibrazione degli strumenti. Questo comporta inevitabilmente delle incertezze. Ma abbiamo imparato a gestirle bene.