Meteo e clima: istruzioni per l’uso!
di Claudio Giulianelli
Villa San Giovanni in Tuscia, 09/05/2022
Spessissimo sul web, anche nei commenti ai post di svariate pagine giornalistiche su Facebook, si leggono commenti riguardo la relazione che c’è tra clima e meteo, e la confusione sull’argomento è enorme. Non solo, persino i politici a volte hanno avuto delle uscite frettolose sull’argomento, ma fra gli stessi esperti del settore spesso possono sorgere incomprensioni dovute al modo di esprimere i concetti di meteo e clima. Cerchiamo dunque in questo articolo di fare chiarezza e dare una chiave di lettura dei cambiamenti climatici, per capire come il riscaldamento globale possa riflettersi sulla variabilità meteorologica di tutti i giorni.
Spesso in giro si sentono due “scuole di pensiero”, quelli che confondo la variabilità meteorologica col clima (con frasi del tipo “oggi fa caldo a causa del riscaldamento globale”), oppure quelli che decorrelano l’impronta climatica dalla variabilità meteorologica (con frasi del tipo “il clima lo si osserva su tempi troppo lunghi, non ha nulla a che vedere col tempo che fa oggi).
Sono due visioni entrambe errate. Infatti è vero che ad esempio se fa una giornata con temperature 5 gradi sopra la norma, non si può dire che il riscaldamento globale sia strettamente il motivo di tale anomalia, in quanto il riscaldamento globale si misura facendo una media della temperatura su tutta la superficie terrestre e su tempi molto più lunghi della variabilità meteorologica (una stagione, una serie di stagioni), e dunque se in una giornata fa 5 gradi di temperatura sopra la norma non vuol dire che abbiamo un riscaldamento globale di 5 gradi (c’è stato, fra i politici, anche chi ha riportato l’esempio inverso, ossia oggi fa freddo e dunque non c’è il riscaldamento globale). D’altra parte è sbagliata anche la visione che decorrela il clima dalla variabilità meteorologica. Come si può pensare che il clima non sia un testimone della variabilità meteorologica, se il clima è fatto dell’insieme delle tante situazioni meteo quotidiane che ci troviamo ad affrontare?
Serie temporale di avvicendamenti meteorologici e clima sono due facce della stessa medaglia. Meteo e clima, intendendo come “meteo” il tempo di una singola giornata, sono due cose diverse. Trend meteo di lungo periodo e clima invece sono la stessa cosa. E questo è molto importante da tenere in considerazione, perchè ci fa capire che se si predice una determinata anomalia climatica, in questo caso un aumento delle temperature globali, sul lungo periodo avremo tendenzialmente giornate più calde della norma, nonostante vi possano essere delle pause più fredde. Vuol dire che sarà più probabile aspettarsi giornate sempre più calde e sempre di meno quelle più fredde rispetto alle attuali medie.
Questa fondamentale osservazione non ci permette di dire quando farà più caldo, ma quanto e con quanta frequenza, ossia la probabilità che, data una media climatica, si abbia un certo tipo di variabilità meteo. Questa distribuzione può essere anche rappresentata, facciamolo per due località della nostra rete: Soriano loc. Macchieta (VT) e Caprarola loc. Cucciale (VT). Toccare con mano, con dati, questa osservazione rende bene la relazione che intercorre tra meteo e clima.
Queste due località avranno una certo clima tipico. Abbiamo detto che il clima è frutto dell’insieme della variabilità meteorologica di lungo periodo. Qual è una variabile meteorologica rappresentativa del tempo che fa in una determinata zona? La temperatura media giornaliera. Non usiamo la massima e la minima di giornata in quanto possono essere soggette ad errori strumentali o fluttuazioni dovute alla turbolenza che con la condizione meteorologica della giornata non hanno nulla a che vedere. La temperatura media di giornata (che da ora chiameremo temperatura giornaliera per comodità) invece è un numero che descrive ciò che mediamente è successo in un determinato giorno, quindi la sua condizione meteorologica (per fissare le idee, la media potrebbe essere calcolata come massima + minima diviso 2, anche se in realtà si fa quella che potrebbe essere chiamata “media integrale”, il cui concetto potrebbe però sfuggire ad alcuni lettori e su cui sorvoliamo).
Abbiamo detto che un lungo periodo di variabilità meteo ci da informazione sul clima. Quindi prendiamo dalle due stazioni sopra citate una lunga serie temporale di dati di temperatura giornaliera.
Andiamoci a guardare come è fatto il cima invernale di queste due località, e dunque prendiamo tutti i valori di temperatura giornaliera di febbraio di queste due stazioni che partono dal 2012. Come possiamo estrapolare l’informazione sul clima da questi dati?
Una prima cosa che potrebbe venirci in mente è di fare la media, per vedere quale è la temperatura giornaliera media in inverno per le due località. In effetti quando si parla di clima spesso si intende la media dei dati giornalieri. Ma è una conclusione affrettata dire che la media della variabilità meteo rappresenta il clima. Andiamo invece a mettere in un istogramma i valori registrati di temperatura giornaliera, ossia andiamo a vedere come i valori misurati si distribuiscono sul totale dei giorni: andiamo a cercare la distribuzione di probabilità che in una di questa due località si possa registrare un determinato valore di temperatura giornaliera, scopriremo delle cose interessanti e sorprendenti.
Ecco gli istogrammi, il primo di Soriano Macchieta e il secondo per Caprarola Cucciale
Istogramma dati di temperatura media giornaliera
di tutti i mesi di febbraio dal 2012 ad oggi
Soriano loc Costa delle Macchiete
Istogramma dati di temperatura media giornaliera
di tutti i mesi di febbraio dal 2012 ad oggi
Caprarola loc. Cucciale
Con gli istogrammi sopra abbiamo raggruppato tutti i valori dei mesi di febbraio dal 2012 al 2022 registrati dalle stazioni ad intervalli di 0.5 gradi di temperatura, e possiamo contare quanti valori si sono registrati in ogni intervallo. Per chi ha visto un po’ di distribuzioni di probabilità, potrà sembrare sorprendente vedere come ci sia una logica con la quale questi valori misurati si raggruppino! Questi grafici a barre possono rappresentare delle distribuzioni note, analitiche.
Già questo potrebbe suonare strano a molti lettori. La variabilità meteorologica non si distribuisce a casaccio, come tanti pensano, non è una cosa “random” come lanciare dadi, ossia se domani ci sono 7 gradi dopodomani possono starcene 25. Ma vediamo fra pochissimo il perchè di ciò e quali sono le caratteristiche di queste distribuzioni.
Più che definire clima la media di questi dati, il clima è rappresentato dalle distribuzioni di probabilità! Cerchiamo ora di estrapolare alcune informazioni specifiche sul clima analizzando le distribuzioni di cui sopra, per le due località.
Notiamo per prima cosa che nei grafici sono segnate due barre verticali. Concentriamoci su quella più a destra. Quella barra rappresenta la media della temperatura giornaliera (media su tutta la serie storica di dati, dei 28/29 giorni di ogni febbraio dal 2012 ad oggi, quindi fatta su circa 280 giornate) per le due stazioni. La sovrapposizione con l’istogramma ci fa subito notare che il valore medio di temperatura giornaliera non coincide con quello registrato tipicamente, ossia il maggior numero di volte (rappresentato dalla barra più alta dell’istogramma). Il valor medio e il valore più probabile della distribuzione non coincidono. In sostanza la cosa più frequente, tipica, che si registra in una giornata di febbraio non è la cosa che succede mediamente. Anche questa cosa potrebbe suonare strana, infatti siamo abituati a dire che quello che succede mediamente è anche quello che succede tipicamente. Questo grafico ci dimostra che non è così per il clima, per questo è affrettato vedere il clima come la media della variabilità meteorologica!
Notiamo soprattutto che la temperatura di giornata tipica è maggiore, anche nettamente maggiore di quella media. Questo vuol dire che se guardate una proiezione climatica e vi dice che avrete 4 gradi di anomalia rispetto alla media climatica storica (le classiche medie trentennali), il valore più tipico di anomalia sarà ancora superiore! E di diversi gradi pure magari…
Queste sono le distribuzioni dove invece valore medio e più probabile coincidono, le distribuzioni Gaussiane.
dove la lettera greca mu, rappresenta il valor medio, che come possiamo vedere coincide col massimo della distribuzione (valore più probabile)
Ma perchè le variabili meteo non si distribuiscono gaussianamente? Le distribuzioni di cui stiamo parlando sono soluzioni a problemi fisici governati da equazioni che governano l’evoluzione dell’atmosfera. La Gaussiana rappresenta una distribuzione di eventi random tra loro decorrelati, in cui non esiste un prima e un dopo, non esiste il tempo. Quando lanciamo un dado, il numero che esce non dipende da cosa è uscito al lancio precedente.
In atmosfera ovviamente si! Avremo che ad un certo tempo avremo una certa probabilità che l’atmosfera evolva in tutte le sfaccettature possibili, ma al punto da cui parto ci sono arrivato seguendo una certa probabilità dalla condizione all’istante precedente, quindi gli eventi sono tutti tra loro correlati. Allora una Gaussiana non potrà mai rappresentare la variabilità meteorologica e quindi il clima!
Accenniamo soltanto, questa particolare forma delle distribuzioni per le variabili meteorologiche è tipica di tutti i sistemi caotici, i quali manifestano proprietà di intermittenza: vuol dire che se guardiamo una serie temporale di dati di una variabile meteorologica la vedremo fluttuare continuamente ma di poco, e raramente troveremo dei grossi cambiamenti.
In sostanza se ci troviamo di fronte ad una proiezione climatica per un trimestre invernale che dice che mediamente la stagione chiuderà in anomalia positiva, c’è da aspettarsi che le giornate più frequenti saranno ancora più calde e pochissime giornate saranno effettivamente dal sapore invernale. Questo è proprio quello che si evince nei grafici di febbraio delle due stazioni.
Altra osservazione: la media ha la proprietà matematica di linearità. Vuol dire che se per esempio alla media climatica aggiungo 1 (la alzo di un grado), anche i singoli di valori con cui ho fatto la media aumentano di 1 grado. Se la media della distribuzione aumenta, perchè il clima si scalda, tutto il grafico trasla verso destra. La distribuzione trasla verso destra e si sposta su valori più alti. Cambiamento climatico vuol dire far traslare quella distribuzione, verso valori più alti e quindi a destra se abbiamo un riscaldamento climatico.
Ora, è arrivato il momento di fare un esempio pratico non irrilevante su come questa traslazione della distribuzione ha impatto sulla variabilità meteorologica.
La linea verticale a sinistra tracciata nei grafici rappresenta la temperatura media giornaliera di 1 grado. Possiamo immaginare che una giornata con nevicata in corso abbia una temperatura media giornaliera non superiore ad 1 grado, una temperatura da neve. Quindi tutto ciò che sta a sinistra nell’istogramma di tale barra verticale sono le giornate con temperatura media giornaliera da neve nelle due località. Capite subito che sono in numero scarsissimo, vuol dire che la probabilità di neve sarà bassa. Se traslate la distribuzione ancora più a destra perchè il clima si scalda, la probabilità di trovare giornate con temperatura giornaliera da neve tende a zero! Questo lo vediamo ancora meglio nella distribuzione cumulativa
Nella distribuzione cumulativa (questa sopra è di Soriano Macchieta) vediamo ad un determinato valore di temperatura giornaliera, quale è il numero totale di giornate con temperatura uguale o inferiore, e tale valore è rappresentato dalla barra del grafico al valore di nostro interesse. In questo caso la linea verticale rappresenta la temperatura giornaliera di 1 grado, e la barra a tale valore è la probabilità complessiva di trovare nel mese una giornata che abbia tale temperatura media giornaliera o minore. Anche tale grafico trasla a destra se aumenta la temperatura di giornata media. Se succede vediamo che le nevicate scompaiono, la probabilità di avere un numero di giornate con temperatura di 1 grado o inferiore va a zero. Il numero di nevicate nel nostro inverno si riduce a causa del riscaldamento climatico.
In realtà la situazione neve è persino peggiore di quella che si possa immaginare dalla sola distribuzione della temperatura giornaliera. Infatti la neve l’abbiamo se si verificano due condizioni, una è che la temperatura giornaliera deve essere inferiore ad 1 grado, l’altra è che devono esserci precipitazioni. Quindi dovremmo vedere la probabilità che ci sia un accumulo di pioggia anche minimo in un qualsiasi giorno di febbraio. Dato che non piove tutti i giorni, tale probabilità sarà inferiore a 1. Nella fattispecie degli ultimi 11 anni, febbraio è un mese per lo più siccitoso, quindi sarà una probabilità anche scarsa. La probabilità di avere neve dunque sarà il prodotto delle due probabilità, quella di avere pioggia in un giorno di febbraio e che la temperatura media giornaliera sia inferiore a 1 grado (probabilità condizionata).
Facciamo due conti per dare un’idea:
Se osservate la distribuzione cumulativa di Soriano Macchieta, la probabilità complessiva di trovare una giornata con temperatura giornaliera inferiore a 1 grado , nel clima degli ultimi 11 anni a Soriano, si aggira attorno al 7-8%. Vuol dire che a Soriano nel Cimino con l’attuale condizione climatica tipica ci potrebbe stare una temperatura da neve 7-8 giorni su 100. Per capire in un mese a quanto equivale dovete fare 7 o 8 diviso 3.3 (all’interno di 100 giorni ci sono 3 mesi e una decade, una decade è 1/3 di mese quindi 3.3). Viene circa 2. Già solo la distribuzione di probabilità per la temperatura ci dice che a Soriano può fare tipicamente al più un paio di giorni di neve all’anno in Febbraio. Abbiamo detto sopra che tale valore va moltiplicato per la probabilità che ci sia pioggia, che è una probabilità probabilmente inferiore a 0.5 (vorrebbe dire che a Soriano piove una volta ogni due giorni) per come sono andate le cose negli ultimi 11 anni, quindi il numero di giornate viene ulteriormente più che dimezzato. In sostanza con questo clima a Febbraio a Soriano nel Cimino la neve non la fa più neanche tutti gli anni.
Gli stessi conti per Gennaio danno una situazione ancor più disastrosa dal punto di vista termico, già analizzando la temperatura giornaliera la probabilità di avere giornate con neve a Gennaio a Soriano Macchieta scende ad 1 giorno scarso, e naturalmente anche qui va fatta la convoluzione con la probabilità che si abbia pioggia e quindi la probabilità di neve scende ancora, di nuovo a Gennaio la neve non scende più tutti gli anni per questa località.
Località che si trova sui nordest Cimini a circa 450 metri di quota nel viterbese, ma tale statistica somiglia più a quella di Roma della prima metà del ‘900. Gli anziani hanno sicuramente un altro ricordo della nevosità del posto, ne possiamo dedurre già così quanto il clima sia cambiato rispetto ai decenni precedenti.
Immaginerete che anche in estate, se la stagione tende ad essere mediamente più calda, temperature ora considerate estreme tenderanno a diventare più tipiche mentre nuovi valori massimi mai visti prima saranno raggiunti, se spostate la distribuzione a destra. Valori che prima avevano probabilità di realizzazione del tutto trascurabile, con la traslazione della distribuzione ora diventano possibili.
Quando un giorno sentirete una condizione di caldo eccessiva per il periodo, che sia inverno o estate, e vi starete chiedendo quale sia il motivo, potrete dire che dietro c’è lo zampino del riscaldamento globale se tale situazione persiste per più tempo. Il riscaldamento globale ha un impatto sulla variabilità meteo, non dall’oggi al domani, ma su di un mese, tre mesi, un anno, 10 anni, 30 anni. è dunque importante tenere sotto controllo il clima se si vuole tenere sotto controllo anche la variabilità meteorologica, la quale entra in gioco nella nostra vita quotidiana.