Simulazione del clima mediterraneo negli ultimi secoli e confronto con i dati paleoclimatici

Le attività di questo studio pilota hanno riguardato, da un lato, il reperimento di dataset osservativi (principalmente di temperatura e precipitazione) che saranno utilizzati per la calibrazione/validazione dei dati paleoclimatici, a supporto alle attività svolte dei WP dedicati alle ricostruzioni paleoclimatiche da archivi di dati montani (carote di ghiaccio alpine) e sedimenti lacustri; dall’altro, studi di tipo modellistico.

Le attività modellistiche, in particolare, hanno riguardato l’uso di un modello di clima a complessità intermedia (Planet Simulator - PlaSim) che, per le sue caratteristiche e come noto da letteratura, si presta particolarmente bene ad essere usato per studi di simulazione del paleoclima.

Come primo passo, abbiamo valutato le capacità di PlaSIm di simulare il clima più recente e in particolare di riprodurre la climatologia di temperatura e precipitazione dal 1850 ad oggi, in risposta al forzante radiativo rappresentato dall’aumento di CO2 in atmosfera.

Il modello atmosferico di PlaSim, PUMA (Portable University Model of the Atmosphere) è più complesso di quello normalmente incorporato negli altri modelli climatici a complessità intermedia, basato sulle equazioni primitive fondamentali di conservazione della quantità di moto, massa di aria e di acqua, ed energia, e include, come i modelli generali di circolazione tutti i principali processi atmosferici anche se utilizzando parametrizzazioni meno sofisticate (Fraedrich et al., 2005). PUMA può essere forzato da temperature superficiali marine climatologiche oppure essere accoppiato a due diversi modelli di oceano: un mixed-layer (ML) oppure un modello geostrofico a grande scala (Large-Scale Geostrophic ocean, LSG) che richiede in ogni caso l’attivazione del mixed-layer come interfaccia tra oceano profondo e atmosfera. E’ possibile anche accoppiare altre componenti del sistema climatico, tra cui un modello di land surface che include la rappresentazione della biosfera terrestre e un modello di ghiacci marini, che in questa prima fase non abbiamo tuttavia attivato.

Abbiamo testato le diverse configurazioni oceaniche di PlaSim (ML e ML+LSG) e due risoluzioni spaziali (T21 e T42, corrispondenti a circa 5.6° e 2.8° in latitudine e longitudine), ed abbiamo effettuato due tipi di esperimento:

1. Run perenni, al fine di generare condizioni climatiche medie per due anni rappresentativi di condizioni molto diverse in termini della forzante antropica CO2 (285 ppmv per il 1850 e 379 ppmv  per il 2005). I run perenni sono simulazioni lunghe (30 anni o 500 anni, in funzione della configurazione oceanica utilizzata);

2. Run transienti, al fine di generale una simulazione storica di 156 anni, dal 1850 al 2005 (il convenzionale “periodo storico” nelle simulazioni effettuate con i modelli climatici allo stato dell’arte), usando le concentrazioni storiche di CO2 disponibili sugli archivi IIASA (http://tntcat.iiasa.ac.at/RcpDb/).

Fig. 1: Mappe spaziali della differenza tra i run 2005 di EC-Earth e di PlaSim (PUMA+ML a T42) per la temperatura. 

Gli output delle simulazioni di PlaSim sono stati confrontati con quelli di un altro modello climatico globale allo stato dell’arte, EC-Earth (versione 2.3, Hazeleger et al., 2012), fatto girare presso ISAC-CNR (vedere a titolo di esempio Figura 1) e con gli output dell’insieme dei modelli globali inclusi nell’Archivio CMIP5 (http://cmip-pcmdi.llnl.gov/cmip5/), come mostrato in Figura 2. Per la validazione della precipitazione simulata da PlaSim abbiamo considerato anche un dataset osservativo (GPCP).

I vari confronti sono stati effettuati in termini di mappe spaziali globali delle medie annuali e stagionali di temperatura e di precipitazione; medie zonali e cicli annuali medi di temperatura e precipitazione, serie temporali (annuali e stagionali) della temperatura superficiale e della precipitazione totale, mediate sul globo o su fasce di latitudine.

Fig. 2: Serie temporale dal 1850 al 2005 della temperatura superficiale media globale riprodotta da Plasim-ML (T21: linea verde; T42: linea nera), PlaSim-LSG (linea rossa), EC-Earth (linea blu) e da un insieme di modelli CMIP5 (linee grigie).