Un nuovo studio, guidato dal ricercatore del CMCC Lorenzo Zampieri, mette in luce le carenze dei modelli nel simulare accuratamente la conduzione del calore nel ghiaccio marino durante i mesi invernali. Capire queste carenze utilizzando osservazioni innovative migliora la nostra comprensione del sistema del ghiaccio marino e ci consente di migliorare i modelli climatici.

Un nuovo articolo pubblicato nella rivista scientifica Geophysical Research Letters fornisce nuove informazioni sul sistema climatico artico. Il primo autore e ricercatore del CMCC, Lorenzo Zampieri, ha collaborato con un team di ricercatori internazionali combinando modelli e osservazioni invernali del ghiaccio marino artico provenienti dal Multidisciplinary Drifting Observatory for the Study of the Arctic Climate (MOSAiC).

I modelli attualmente utilizzati per prevedere l’evoluzione del ghiaccio marino non riescono a rappresentare questo elemento in tutta la sua complessità fisica a causa della limitata disponibilità di risorse computazionali per eseguire i modelli e della nostra limitata comprensione dei processi fisici su piccola scala che avvengono all’interno del sistema. Questi compromessi si traducono in parametrizzazioni, formulazioni empiriche utilizzate nei modelli di ghiaccio marino per descrivere il sistema in modo semplificato e sostenibile, pur conservando le informazioni fondamentali utili per la valutazione climatica.

Il presente studio si concentra sugli scambi termici invernali tra l’oceano polare, il ghiaccio marino e l’atmosfera, che è un fattore chiave per determinare quanto ghiaccio marino si forma ogni inverno nelle regioni polari.

Lo studio mostra come le attuali parametrizzazioni dei modelli potrebbero essere carenti nel catturare la complessità della conduzione del calore attraverso il sistema del ghiaccio marino. Il motivo principale è che le parametrizzazioni attuali non tengono conto delle variazioni nello spessore del ghiaccio marino e della profondità della neve alla scala del metro e non considerano il processo di conduzione del calore come multidimensionale, ma piuttosto unidimensionale.

In particolare, i modelli attuali del ghiaccio marino assumono che il calore fluisca solo verticalmente attraverso il ghiaccio marino, mentre questo processo può avvenire anche orizzontalmente; una mancanza che, come lo studio ha rivelato, può causare una sottostima del flusso di calore conduttivo totale del 10% o più.

Queste analisi sono state rese possibili grazie alla disponibilità di nuove misurazioni in situ dalla spedizione MOSAiC, un insieme unico di dati osservativi che fornisce una descrizione completa delle proprietà fisiche del ghiaccio marino durante i mesi invernali, un periodo in cui il ghiaccio marino artico è tipicamente inaccessibile agli scienziati.

Approcci critici alle carenze dei modelli, che comportano anche la quantificazione dei processi non risolti, sono un aspetto chiave per fornire una migliore rappresentazione del ghiaccio marino. “Apprendere la natura di questi errori è utile perché ci potrebbe consentire di formulare correzioni ai nostri modelli, investigare l’occorrenza di meccanismi di feedback climatico e possibilmente fornire previsioni più affidabili sullo stato attuale del ghiaccio marino e sulla sua futura evoluzione, attualmente fortemente influenzata dal riscaldamento globale”, scrivono gli autori del rapporto.

I modelli accurati del ghiaccio marino sono strumenti importanti per informare i responsabili delle decisioni politiche e gli stakeholder sulla traiettoria dei cambiamenti climatici e sui loro potenziali impatti sugli ecosistemi globali. Affrontando le carenze identificate in questo studio, gli scienziati sperano di migliorare i modelli esistenti e fornire previsioni più affidabili sul futuro del ghiaccio marino artico.

Lo studio è un risultato del progetto Multiscale Machine Learning In Coupled Earth System Modeling (M²LInES), finanziato da Schmidt Futures, al quale Zampieri ha contribuito durante il suo postdoc al National Center for Atmospheric Research. I risultati e le esperienze di questo progetto aiuteranno a guidare future attività di modellizzazione del ghiaccio marino presso il CMCC.

Maggiori informazioni:

Modeling the Winter Heat Conduction Through the Sea Ice System During MOSAiC; Lorenzo Zampieri, David Clemens-Sewall, Anne Sledd, Nils Hutter, Marika Holland; First published: 17 April 2024; https://doi.org/10.1029/2023GL106760